西门子模块6ES7515-2FM02-0AB0参数详细
目前国内大型注塑机大部分采用PLC或者基于单片机芯片的控制系统。上述2种方法可以完成注塑机的正常运行，该种控制系统存在以下不足：控制精度不高，开发周期长，保养维修升级困难。注塑机正朝着高速、高效、低能耗和高自动化的方向发展，这就要求注塑机具有完善的自动化控制与调节系统，以确保对注射成型过程的工艺参数实行高重复度、高灵敏度的可靠性。运用B&RPCC 对意大利一品牌20 世纪80 年代后期产1 350t大型注塑机的控制系统进行升级改造，取得良好效果，并具备了常规注塑机控制系统难以实现的功能。
1注塑机控制硬件系统组成
控制系统硬件由上、下位机组成。上位机包括工控机、面板及键盘；下位机包括PCC 控制器及扩展模块。上位机采用带486DX2CPU的IPC2001 安装了B&R Automation Runime V2.60操作系统，26.4cm (10.4 时）TFT真彩屏，中英文操作界面，面板附带注塑机专用30 键小键盘；下位机采用高性能可编程计算机控制器B&R PCC 一2003系列CP476 ，该PCC 除了带CPU 外还带有独立的TPU ,用于处理高速输人／输出（I／O）信号，扩展模块DM465，DO435 ，旋人式模块位移采集AI294、压力采集AI351、温度采集AT664 和高速计数模块AIl38 。上、下位机之间的通讯采用CAN 总线或者RS232总线。该控制系统在人机界面上可对全线集中监控，必要时可以外接moderm 实现远程监控；具备I / 0口、加热和压力状态显示；自动故障报警与随机帮助功能。
系统硬件组成框图如图1 。
图1 系统硬件组成框图
系统硬件结构紧凑，无论是旋人式还是扩展模块都采用标准尺寸，利于控制柜设计和安装。系统抗干扰性好，输人／输出模块均带有光偶隔离。输入模块可以将输入的电流信号（0～20mA）和电压信号(0～l0V ）直接转换为0～32767 数字量信号。DO 模块电流可以达到2A ，由于该执行机构电磁阀驱动电流高于2.5A ，DO信号通过扩流驱动板放大驱动执行机构电磁阀。
驶 PCC CP476 内带TPU ，实现高速信号I / ( ) ，能有效实现射胶7 段压力和速度快速切换控制。为了激活TPU，在系统软件设计时需要初始化和设置LTX ( ）函数给TPU 分配通道。
2 软件控制系统
2.1 B&R AS 开发环境
bbbbbbs 下编程环境Automaton Studio 支持标准C 、Basic 、梯形图、指令表、顺序结构图等6种标准的开发语言。根据需要可以在同一个项目中采用多种语言进行编程。编程环境中除了包含丰富的常规函数库和功能块外，还包括注塑机专用函数库plastliba，利用该函数库可以实现下文所述系统特性。
B&R 的PCC控制器采用分时多任务操作系统，具备大型计算机的分析能力。从注塑机控制要求出发，将锁模、温控等过程对实时要求不同的任务设置在循环时间不同的任务等级中（如表1）。
表1 任务设置
2.2 系统软件组织结构
控制系统软件由下位机系统、上位机系统和界面三部分组成，软件采用C 语言编写。
注塑工艺流程（见图2）中熔胶和开模进行，软件结构上包含顺序结构和并行结构。程序中插入挂起和唤醒功能函数，实现程序的顺序和并行动作。组织结构采用金字塔形由上至下4个层次（见图3)，将流程图各过程任务定义为执行层并分布在不同标准任务层。按功能分为通讯、互锁操作、数据操作、温控、报警等。功能上除了可以满足常规顺序动作、多路并行动作之外，还可以实现普通控制系统难以达到的几个特性，可以显著提高注塑机性能，更好地保护液压系统。
图2 注塑工艺流程
图3 主程序功能框图
上位机程序组织结构和下位机相同，功能上分为通讯，数据保存和读写，曲线的绘制，参数输人和输出等。上、下位通讯以上位机为主动，下位机为被动，上位机定时读写下位机的相应变量值。上位机界面设计可以在AS下快速方便实现。
2.3 系统脱机模拟调试
为了实现脱机调试，在程序中添加模拟程序，主要是针对注塑工艺流程各动作的位移和行程开关闭合状态的模拟。从而在脱机状态就几乎可以仿真注塑机动作，大大方便控制系统的调试，是一般注塑机控制系统开发不具有的。
3 系统功能特点
3.1 运动控制特性
如何实现大型注塑机液压系统的平顺运行和保护是控制系统的关键问题。本系统从软件设计上充分优化液压系统的控制，实现低过冲、高精度。
活塞运动加减速段采用RAMP( ）函数斜坡化控制或者用RAMP _ Ql(）函数实现二次曲线控制，每次运动减速位置点实时计算和补偿，如油缸活塞行程末端缓冲减速采用RAMP _ Ql(）函数实现二次曲线处理。液压系统电磁阀开闭进行延时补偿，在人机面板上可以设定延时时长。
3.2 机铰机构线性化
该注塑机的合模机构机铰结构为5 点肘杆式，动模板行程长达2m。动模板运动状态的测量是通过测量合模油缸的活塞杆来获取，从而大大提高测量的精度和可靠性。
将机铰结构参数输人到B&R togclac软件计算出活塞与动模板移动位置一一对应的关系，数据保存并导入到工程生成数据模块，再使用DA _ read( )函数可以从数据模块中读取活塞和动模板位置的关系。
3.3 温度控制系统特性
采用B&R 智能温度PIDxh 和PIDXHOPT 功能块可以计算出PID 参数，使温度控制**到士1 ℃ 。PIDXHOPT功能块可以优化加热程序。
3.4 熔胶背压闭环优化控制
该系统熔胶背压采用闭环控制。背压反馈值经DI351 模块输人到CP476 的TPU 处理，比较设定值后再经过PIDX(）函数优化。
3.5 过程参数监控
系统具备丰富的曲线辅助监控和分析功能。面板可以显示开合模等阶段的速度、压力、位置等曲线，还可以根据需要对各段温控区和压力进行实时曲线监控，还可以选择射胶、螺杆转动、开锁模和注射等单元的加工过程进行速度／时间、压力／时间、速度／位置和压力／位置的过程监控。
3.6 系统通用扩展性
系统采用C语言编写，结构完整清晰。软件设计大量采用结构变量体系，采用结构变量描述各个部件的状态和动作过程等。如顶出动作结构变量包括了进和退过程的顶出行程，顶出各行程阶段的速度和压力；顶出动作延时、报警标志等变量。
该系统软件通用性强，可以适合同系列不同吨位的注塑机。在日常维护更换零部件时，只需要在面板稍加修改参数而不需要繁琐的调试，如更换顶出油路电磁换向阀时，倏改方向阀打开延时和关断延时时长即可。
3.7 人机界面友好
人机界面图文并茂，可以方便设置各结构变量参数，如液压电磁阀的开启闭合延时；还可以设定动作的各方面参数，包括并行动作、抽芯组合和速度压力设置。
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采用贝加莱智能控制系统升级液压机械式大型注塑机获得成功，机器的整体性能超过了原有的PLC外加温控表的早期控制系统。不断提高注塑机整体性能是**停止的趋势，在较少的硬件投入的基础上获得较多的产品附加值是产品竞争的关键。采用具有稳定品质的贝加莱智能控制系统，开发传统液压机械式注塑机的控制系统，一方面可以缩短开发周期和减少相应的成本，另一方面可以提升注塑机的品质和档次，从而可以说是为国内注塑机提升产品品质国际竞争力开辟了一条新的道路。
1 引言
利用计算机信息技术,实现炼油、化工装置生产过程的自动控制是石化企业提高经济效益，少投入多产出，挖潜增效，提高市场竞争力的重要途径和措施。茂名石化炼化股份公司为提高市场竞争力，及航空煤油上升等级，在其炼油厂新建了一套1.2mt/a的航煤加氢装置。该装置占地面积80.6×46m2，总投资7253.70万元，是全国大航空煤油生产装置，是"九五"期间实施的炼油改扩建工程的配套项目之一，在茂石化公司有着较重要的地位。该套装置中含有加热、汽提、加氢反应等多种工艺过程，牵涉的设备较多，各工艺变量间又有一定的相互关联。工艺设备规模较大，且作为被控对象，控制的难度较大。对该套装置采用传统的单元仪表进行控制，已较难达到预期的控制品质和节能目标，也不能适应新时期对控制系统有较好控制质量、高安全可靠性和采用**控制策略等要求。
centum cs3000是日本横河电子公司开发的一种较新型的集散控制系统，它将dcs的性能与pc完美结合，并采用bbbbbbsnt操作系统，使其具有开放的操作环境，在pc机上实现全部集散控制系统的功能，属于新一代开放型网络控制系统，在石化行业的应用也较为广泛[1]。就其具有的功能及特点而言，适合前述的控制要求。
2cs3000系统简介
2.1 系统功能
cs3000的系统功能包括his功能、fcs功能和组成这些功能的工程师功能。
（1）his功能。centum系统操作站（his）由eops型操作站、eopc型控制台、eprt2型串行打印机、echu型彩色硬拷贝机等设备构成。eops型操作站与eopc型控制台外观基本相同，都有crt显示器和操作键盘，但eopc型控制台没有微处理器及软硬盘驱动器等，是epos的终端设备。
操作站功能主要由窗口监视功能、操作支持功能、数据收集和处理功能、开放数据接口功能和维护功能等五大部分组成。
（2）fcs功能。fcs功能由标准控制功能和通讯i/o模块构成。在标准控制功能中，提供各种各样的功能块，如反馈控制功能块、顺序控制功能块、计算功能块、仪表面板功能块、单元监视管理模块等等。通过对功能块的组合可以实现各种简单和复杂的控制功能。而通讯i/o功能则是利用通讯模件与plc或其他子系统的数据通讯。通讯模件安装在现场控制站的通讯i/o箱内，由通讯数据提供该标准控制功能。
（3）工程师功能。工程师功能分成系统生成功能和系统维护功能两大部分。
系统生成功能就是对项目功能、fcs功能以及his功能的建立，通过系统生成功能，可以实现整个生产过程的工程师组态，即用户可通过系统生成功能建立起系统运行、操作监视功能、控制功能等一系列应用数据库。
系统维护功能包含系统监视功能和定期检查维护的功能，通过his系统维护窗口实现，并在窗口中显示在线的系统状态和系统报警状态等，提供了一个系统维护的良好的操作界面。
2.2 系统测试功能
系统测试功能是新型集散控制系统cs1000/cs3000以及cs3000r3的独特功能之一。利用系统测试功能，在集散控制系统投入实际操作运行之前，对各组态器产生的操作、监视和控制功能进行检查、调试等操作；也可以将系统测试功能与工程师功能并行使用，扩大了系统测试功能的应用范围。
2.3 系统通信
cs3000中使用的通信系统有e网、v网、以太网和远程输入输出总线。
e网是cs的内部局域网，是信息指令站和工程师站间的连接通路，通信频率是10mp/s，采用总线型拓扑结构，通信媒体是同轴电缆，大传输距离是185m，多的连接站数16点。
v网是现场控制站和操作管理用的信息指令站、其他上位站或总线转换器等设备间的通信网络。通常，它采用双重化的通信方式，是系统内部实时控制用的通信网，传输速率10mp/s，采用总线拓扑结构，多可连接64个站。
以太网用于实现本系统与上位系统的通信。利用以太网，本系统和位于上位的具有大容量的数据管理系统可进行数据的通信并提供系统的数据。第三方的计算机也能通过以太网与本系统连接，存取cs的数据，从而使系统达到真正的开放。
远程输入输出总线（rio：remotebbbbb/output）是一条该公司的内部现场通信总线，是连接现场控制站与现场控制单元输入输出信号的桥梁。
2.4 系统特点
（1）综合性：centum-cs3000是一个功能齐全的系统。它综合了多种控制、管理、自动化和信息技术于一身。
（2）开放性：cs3000系统是紧跟it技术发展的开放性局域网结构。操作站的硬件可采用新型的pc机；系统软件可采用新的bbbbbbsxp或2000（中文版）作为操作系统；通讯接口提供dde和opc两种接口，可直接与用户的上位工厂信息管理系统（pims）、internet网、intranet网连接和通信；也可通过标准协议与多个厂家的plc系统、以及符合ff、hart、profibus-dp等现场网络标准的厂家的设备进行通信；还可直接将各种通用应用软件如ms-excel、vb等应用于工程中。
（3）高可靠性：控制站采用4个cpu成对冗余热备技术，可实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断地运行；供电系统、通讯网络和总线、i/o模块均可实现双重化；vnet总线采用交替工作模式的双重化结构。
（4）高性能：控制站采用高速risc处理器，可进行64位浮点运算和可进行高50ms控制周期的模拟与逻辑控制。
（5）高效简捷的工程：系统提供cae（计算机辅助工程），直接用controldrawing图或填表格的方式进行软件组态，软件组态十分简洁直观。并可提供虚拟测试和仿真软件，从而缩短软件的调试周期。
3航煤加氢装置工艺简介
加氢精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧杂质及金属杂质，改善油品的使用性能。过程在氢气存在下使油品中的有机含硫、含氮化合物以及金属有机化合物发生氢解，从而达到精制的目的。
航煤加氢是在一定的温度、压力、氢油比和空速的条件下，借助催化剂的作用，把油品（直馏航煤）中的硫、氮、氧化合物转化成相应的烃类及易除去的硫化氢、氨或水从而脱除，并将油品中的杂质如重金属截留在催化剂中。烯烃、芳烃得到饱和，从而得到安定性、燃烧性都较好的产品。在本装置的操作条件下，一般只进行脱硫、脱氧及少量脱氮反应，以改善航煤的酸值、硫醇硫和总硫等指标[2]。
其中，加热炉、加氢反应器及汽提塔的控制均是影响产品质量的重要因素，且装置具有高温、高压、易燃易爆、工艺连续性强、复杂性高和安全要求高等特点。
4基于cs3000实现的航煤加氢装置自动控制
航煤加氢对主要参数与变量的控制终可以归结为安全性、稳定性和经济性三大控制要求，而操作的稳定性更是影响航煤馏出质量的重要因素。综观各dcs的功能与特点，日本横河的centumcs3000以其高可靠性脱颖而出，它可以实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断地运行，确保了装置的平稳运行，该系统组态和维护画面简洁友好，容易操作，适合新上的装置[3]。
4.1 系统配置
航煤加氢装置cs3000的系统配置简图如图1所示，主要由以下几个基本部分组成。
图1 dcs系统配置图
（1）his（人机接口站）。his是工业控制中的人机接口单元，担负着系统组态和系统操作的双重任务。它主要是利用图形窗口对生产过程进行操作和监视，安装有系统生成、系统维护和测试功能的软件，把过程数据、趋势数据、报警、公告和其他信息传送到上位机或工作站，用于操作人员对生产过程的监控和操作，也能够用于组态和维护。centumcs-3000的人机接口单元采用中文版bbbbbbs nt4.0操作系统，及x-bbbbbbs和motif图形用户界面（gui），给操作和维护带来了便利。
（2）fcs（现场控制站）。fcs为双冗余现场控制站，可通过通讯接口与可编程控制器或数据采集装置相连，也可利用现场总线通讯卡件挂现场总线仪表，实现过程数据的监视、控制和运算。主要用于完成控制功能，即采集现场的过程变量，通过vlnet网把数据送到操作站，按照一定的控制规律产生输出信号并输出到控制现场的执行器，以维持过程的平稳。控制组态数据存于fcs的内存模块中，通过riobus连接各种接口卡件，实现现场仪表和室内的数据传送。
fcs硬件主要由现场控制单元（fcu）、远程i/o总线（riobus）以及节点（node）三部分组成。使用32位risc中央处理器，结构为容错型的双重化设置。在计算机用户功能的基础上提供了常规、顺序和逻辑等控制功能。控制组态数据存于fcs的内存模块中，fcs的工作原理：通过riobus连接各种接口卡件，接收从输入安全栅过来的信号，经处理送到输出安全栅。
（3）eng（工程师站）。工程师站其实就是个人计算机，用于系统组态、用户组态等工程方面的工作。
（4）vnet网（实时控制网）。它将fcs与his相连，可以挂bcv和通讯门路单元。允许以10mbps传输速率进行双向数据通讯，并采用令牌总线传输协议满足快速响应和可靠性的要求。
（5）ethernet(以太网电缆)。航煤加氢的centumcs使用ethernet作为eng(工程师工作站)和ics(信息指令站)之间，以及ics与管理计算机之间的数据传输的局域信息网(lan)。
（6）bcv或abc（总线转换器）。总线转换器将cs3000与centuncs或?xl连接成一个总系统，允许进行集中操作和监视，在his上操作和监视现场控制单元和现场监视单元。
（7）cgw（通讯网关）。cgw用来从一台计算机或unix工作站获取或设置fcs数据。
4.2 控制图组态
控制图组态即是对装置内各自动控制系统的控制算法、pid控制功能块等加以定义[4]。
装置的常规控制组态主要在控制算法组态器中完成，控制算法组态器用于编辑控制算法，如添加或删除功能块、改变连线或控制命令。控制算法组态器由功能块列表和组态画板组成。在功能块列表中可以增加或改变控制命令，在组态画板里可以生成组态符号（功能块和连接块）和组态连接，被组态的功能块自动在功能块列表中注册。
以加热炉的联锁和切换控制为例，与常规加热炉控制的联锁相比，本装置的加热炉新增了三处设备联锁，一是引风机运行状态与烟道挡板开启、烟囱挡板关闭切换的联锁；二是鼓风机运行状态与关闭炉底快开风门之间的联锁；三是预热器出口温度与停鼓风机、引风机之间的联锁。这个回路组态时，有以下两个关键点：输出切换过程应避免回路出现断路，否则控制器输出将强制输出0，从而引起切换干扰；从一个挡板切换到另一个挡板时，因考虑到气流平衡等的影响，切换过程要适当增加一点延时，这样可以减少扰动的产生。切换关系的组态图如图2所示。
图2 切换控制关系组态图
tn01、02为延时模块，延时时间设为5秒，作为无扰动切换用。
c1、c2 calcu计算模块主要用来编程实现uv301b.mv=0和uv301a.mv=0的功能。
s1 st16顺控表组态内容如图3所示。
图3 s1 st16顺控表组态内容
要做好dcs组态工作,要协调好设计单位、终用户、施工单位、dcs供应商等方面之间的关系,既要有分工又要精诚合作。除熟悉dcs组态技术外,要准备好设计资料,了解工艺流程和控制方案,做好系统组态、下装、调试和完善等工作。
5 结束语
centumcs3000在茂名石化公司航煤加氢装置应用以来，控制系统运行稳定，控制效果良好，装置各设备及整个生产过程情况正常，从未发生死机现象，产品质量符合国家标准，未出现过任何由于控制系统引起的生产事故，并在工艺过程的节能、降耗方面起着积极的作用。可见，该dcs系统在航煤加氢装置中的应用是成功的