西门子模块6ES232-0HD22-0XA0大量现货
.设备说明：
HZS间隙式混泥土搅拌设备自动控制系统是HZS型间隙式混泥土搅拌设备的核心控制部件，系统是由上位控制计算机单元，可编程控制器三菱Q00CPU，以及配料，称料控制仪表CB920X组成的分布计算机控制系统。系统能够完成各个工作环节的工作状态控制;系统的启动/停止，及故障的连锁控制;物料配方的管理，上传和下载;异常工作情况下的监控，故障解除和对电动装置的保护控制。
该配料计量系统通过固定落差、动态逐次逼近、脉冲精称等控制方法来提高物料的精度。计算机控制系统可以在管理计算机操作界面上设配料生产过程中所需的各项参数，完成对各单元的初始化设置，系统启动后，测量并显示工作过程中的各项参数，对异常情况给以警告。配合控制柜面板上的元器件及监控仪表，可及时切换手/自动状态，修改各项工作参数，达到优化的工作环境。还可以完成工作过程数据的存储,以及生产报表的打印功能。HZS60型混泥土搅拌设备在自动控制系统的支持下可以实现灵活的操作和更加直观全面的自动化生产。
3.系统配置图：
HZS60自动控制系统是由上位控制计算机，面板功能接口，信号适调接口，信号转换接口，功率转换接口以及可编程控制器PLC组成。单元之间利用标准RS232串行口进行通讯，使之成为一套完整的系统。控制系统采用集中方式对拌和设备的主要工作单元进行直接控制，各模拟信号通过CB920X输入中央控制单元，开关量信号和控制输出信均通过可编程控制器PLC与上位控制计算单元相连接。上位控制计算机还提供生产管理功能和一套屏幕操作界面。
系统组成及功能如下:（可参照系统配置图）
可编程控制器：选用三菱Q系列PLC，此类型PLC比同类型产品具有高水平的应用性和灵活的扩展性能，并且支持目前流行的开放式网络CC-bbbb、PROFIBUS-DP和DEVICENET，为以后的性能提升留下广阔的空间。
物料计量控制单元：选用CB920X-10称重仪表，支持通用的电阻应变片式传感器，内部集成算法，能达到准确的物料计量。支持四种物料的配比，通过累计方式自动分批称量，允许手动强制补料。CB920通过RS485/RS232与PLC通讯，进行配方的对写和存储，并且与PLC配合实现佳的配料方案。
上位计算机管理单元：它通过中央控制单元来管理各单元的工作，为用户提供可操作的人机界面，存储配料清单，与PLC用RS232串行通讯口进行数据监控，接收各单元传送的异常信号，向用户发出报警信号和处理措施，按年、月、日、时统计班次生产资料，以表格形式打印并将数据存盘。
辅助设备控制单元：采用可编程控制器PLC的DC电压输入电压作为开关量信号适调和光电隔离环节，采用继电器输出单元作为开关量输出的功率放大和隔离环节，中央控制单元通过通讯口来控制其工作方式。
动力配电控制单元:选用优质的施耐德电器元件：空气断路器，接触器，继电器，以及电机软启动软停止单元，确保精密控制仪表和电动执行装置的安全，对各负载之路出现的过流，短路和欠压等情况进行监控，各支路设置跳闸反馈保护。
4.控制模式：
该套控制系统分为控制台手动、控制台自动（REMOTE），及上位机自动（LOCAL）三种操作模式。种操作模式主要用在可编程控制器和上位机均不能正常工作的状态下，而后两种操作则依赖于配料控制器、PLC和上位计算机之间的协调工作和正常运行。
5.调试体会：
该套控制系统在调试期间因为是单机系统，基本没有遇见较大的问题。设备的运行情况良好，与其他设备之间的通讯稳定，完全能满足现场的生产稳定性要求。
6. 用户反馈：
经过近两年的运行，在诸多恶劣的工作环境中运行，此系统未出现任何故障，充分体现场了三菱产品的高度可靠性，得到了用户的高度好评。
1 前言
相对以往化纤生产设备来说，现在的设计思想中越来越多的引入了“柔性生产”这一概念，柔性生产线具有配置简单，自动化程度高，可程序化和重新配置的优点，而被广大用户所采用。
在化纤柔性生产线中，挤出机是整个设备的重要部分，而后续各卷绕部分的速度同步才是整个系统的关键。系统中多电机速度同步精度的高低，直接影响着化纤丝成品的质量。
在以前的此类生产线中，大多数采用在各辊上安装现场操作箱，根据实际情况人为调整速度的方法进行控制。这种方案存在如下缺点：1）不便于数据的集中管理；2）需要根据各个速度，手工计算牵伸比；3）实际速度不满足要求，需要再循环跑到各个区域去调节，操作非常麻烦；4）废品率偏高。
针对上述问题，此次设计中，在理念上采用集中控制与分散控制相结合的方式，将触摸屏与PLC作为控制的核心。触摸屏设置配方数据，PLC直接计算牵伸比，通讯控制变频器速度。集中的操控人机界面，并在各辊上安装现场操作箱，既能在触摸屏上进行所有的控制，又能在现场进行整个系统的操作。
通讯的应用是现代工业发展的一大主题，用通讯方式设计的系统结构简单，运行可靠，能有效的避免硬件故障带来的整个系统的损失。
2 系统简介
工艺流程如图1所示
图1 化纤柔性生产线流程图
化纤柔性生产线简介：化纤柔性生产线是化纤丝生产中的一种重要的生产线，它的结构包括挤出机，计量泵，分丝盘，水箱，牵伸辊机（包括加热和不加热），导轮，冷却箱，力矩辊机和收丝机。在加工时，将化纤颗粒放入挤出机漏斗，经过挤出机加热挤出并在分丝盘将化纤溶体分成几百束的初级化纤丝后经水冷却，将化纤丝几十根为一把经过导轮缠绕在各牵伸辊机上逐级拉伸后变成很细的化纤丝成品卷绕在收线盘上。从初的化纤丝到成品之间化纤丝的初细就靠各辊机运行速度的逐渐加快来确定，具体的快慢由牵伸比设定，不同的产品牵伸比不同。
本系统在设计时充分考虑了操作的简易性，只需要设定其中的主速度，通过牵伸比就可以把各级的速度分别计算出来，在调节速度时，各级的牵伸比也会自动计算出来，并进行自动保存。
现场操作时，在各级上有一现场操作箱，可以进行速度同升同降，单独启动、停止，联动启动、停止和紧急停止功能，在4热七辊机和8热五辊机的两个操作箱上还装有两个线速表，用以显示当前的线速度，便于现场调节。集中监控时，将控制柜上的选择开关拨到触摸屏端，即可用触摸屏进行启停操作，但不管集中控制还分散控制，都可在触摸屏上设定数据和显示当前频率和电流。
3 硬件设计
本系统主要由触摸屏、PLC、变频器、测速编码器以及其它一些辅助元器件组成。整个系统通过通讯进行数据传输，结构简单，操作方便，运行可靠。PLC采用艾默生公司的EC20-3232BRA主控制模块，外带一个16点的EC20-1600ENN输入扩展模块。
EC20PLC是艾默生小型PLC的高端产品，它具有高可靠性、高响应性，强劲的通讯功能，丰富的指令集等，其中程序容量可达到12K步，而基本指令时间才0.09μs。它的板件经过了严格的三防处理，工作电压AC85~280V，具有卓越的抗干扰性，是系统稳定运行的可靠保证。重要的是它自带了一个RS485/RS232的通讯接口，有丰富的通讯指令，使得和外部设备通讯变得更为简洁方便。
由于各牵伸辊机对速度要求非常高，各牵伸辊机的变频器均采用艾默生TD3000系列，一共使用了7台TD3000变频器，并且3五辊机、4热七辊机、6热七辊机、8热五辊机、9热七辊机和11七辊机都增加测速编码器以保证设备对速度精度的要求。12收线机由于设备对速度要求不是那么严格，采用了不带测速编码器的TD3000变频器。
TD3000变频器是艾默生公司高性能的矢量控制型变频器，可以加测速编码器组成速度闭环控制，能实现转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行。具有自动调谐、零伺服控制、速度控制和转矩控制在线切换、编码器断线检测、能进行参数考贝等多种功能，并有RS485自由通讯接口，完全可以满足系统的要求。计量泵采用的是两台艾默生EV1000通用型变频器。
监控人机界面采用10.4寸触摸屏，进行数据显示和设定，直观可靠。
在整个系统中，PLC是控制中心，它可以独立完成整个控制过程，在触摸屏发生故障时，仍然可以通过现场操作箱进行控制而不影响整个系统的运行。
系统主控制部分如图2所示
图2 电气主控制原理图
系统PLC控制部分如图3所示
图3 PLC电气原理图
4 软件编程
本系统用触摸屏作为人机交互界面，编程简单，性能稳定。触摸屏主要操控画面如图4、5所示
图4 触摸屏主显示画面
图5 参数设定画面
“触摸屏主显示画面”是操作员经常需要查看的画面，主要用于显示计量泵1、2和各牵伸辊机的运行频率和电流以及它们当前的运行状态，还显示主令速度和收线的长度。它是只监测当前的运行情况，并不能进行设定。在画面上部设置了各个命令按钮，点击它们查询相应的状态或进行相应的操作。在上面点击“牵伸比”可以进入如图4画面，它是用户调试时的主要操作画面，调机时，用户先设定各牵伸辊机的线速度，点击“确认”计算出各级牵伸比和主牵伸比，确定好牵伸比后，只需调节主令速度，就可以根据牵伸比自动设定各辊机的运行速度，达到速度同升同降的目的。在操作箱上拨动“速度升/降”开关也可以起到同升同降的目的。“大限速”主要是为了防止操作不当而作的一个保护措施。PLC作为触摸屏的下位机，承担了数据的传送和处理工作，它和变频器之间通过通讯进行数据读取和设定，其网络组成如图6所示
图6 PLC和变频器通讯网络通讯组成图
在构成此网络时，由于EV1000和TD3000变频器的通讯协议不一致，只能采取自由通讯协议进行通讯。EC20PLC作为控制主站，在系统中具有的控制权，它主动给变频器发送指令，主动接收变频器的反馈数据。在这里，我们将EC20自带的COM1口作为RS485通讯口和变频器通讯，COM0口用于和触摸屏通讯，设置为MODBUS协议，下面我就将艾默生PLC和变频器之间的通讯作一简单介绍。
我们知道，设备之间的通讯不但要有相应的硬件接口，如USB，RS232接口，RS485接口，以太网口等，还需要有相应软件支持，也就是通讯协议，本系统使用RS485接口和自由口通讯协议。RS485通讯可以理论上可以连接128台设备，通讯距离可以达到1200米，抗干扰性强，是目前工控中普遍采用的通讯方式。
下面是通讯程序的设计：在写程序之前我们必须设定串口参数，比如波特率，数据位，启始位，停止位以及奇偶校验，这里设定波特率=9600，数据位=8 ，启始位不用设，停止位=1，奇偶校验=不校验。具体参数设置如图7所示
图7 艾默生PLC通讯参数设置
设定了这些参数以后，我们就可以编写通讯程序了，此程序比较长，我这里就不作详细解说，仅列举TD3000变频器频率设定和电流读取子程序供大家参考，具体数据读写请参考艾默生EV1000和TD3000自由口通讯协议。
入口参数：addr , freq_set
出口参数：end , freq
//设定频率，读取电流,使用长帧读取功能参数FF.05
//初始化短帧，帧头为02
LD SM0
MOV 16#2 V3
MOV #addr V4
MOV 16#1F V5
MOV 16#5 V6
MOV 16#0 V7
MOV 16#0 V8
MOV 16#44 V9
MOV 16#7F V10
MOV #freq_set K4M1980
MOV K2M1988 V11
MOV K2M1980 V12
MOV 0 Z0
MOV 0 V13
//异或校验
LD SM0
FOR 9
LD SM0
WXOR V13 V4Z0 V13
LD SM0
INC Z0
NEXT
//发送和接收
LD SM0
MPS
ANI SM122
XMT 1 V3 11
RCV 1 D7000 11
MRD
AND SM123
MOV D7004 K2M1988
MOV D7005 K2M1980
MOV K4M1980 #freq
MPP
AND SM123
SET #end
//发送完后，将完成标志位END置ON
此段程序为TD3000变频器设定频率和读电流的子程序，EV1000的通信程序可以根据它的通信协议进行设计。下面介绍变频器的参数设定，由于总共有九台变频器需要通信，我们将变频器的地址分别设为10到18，具体通讯参数TD3000在F9组里面进行设定，EV1000在FF组里进行设定，除了设定通讯参数外，还有编码器，摸拟量设置等参数，设定如下：
TD3000变频器 通讯参数 F9.00 3 F9.01 0 F9.02 12-18
编码器参数 Fb.00 1024
启停参数 F0.02 1 F0.03 6 F0.05 1
模拟量参数 F6.08 0 F6.11 7.8
EV1000变频器 通讯参数 FF.00 0005 FF.01 10-11
启停参数 F0.00 2 F0.03 1
此程序中，除了需要给变频器设定频率外，我们还要读取变频器的当前电流和故障状态，以反应当前设备的运行状况，还有参数计算，系统启停，故障报警等程序，这里不一一赘述。
3 结束语
此化纤柔性生产线自运行以来，达到如下效果：
1） 的同步速度精度，使产品废品率明显降低。
2） 完善的集中控制，大幅降低工人的劳动强度。
3） 设备速度从以前设备的100米/分钟，提高到150米/分钟，效率提升了50%。
4） 生产过程的参数完整记录，为质量追溯提供了依据。
以上效果等到了用户的高度评价。
从本次的实际应用来看，艾默生公司高性能矢量变频器TD3000较高的速度精度与EC20系列PLC的强大的通信能力，完全可以为化纤行业提供高稳定性、高可靠性、高度自动化和高效率的系统性解决方案。
通讯越来越多地走进了现代控制领域，它直接引领着传统工控设计理念的变革。大到成千上万点的监控系控，小到单台设备，无处不见通讯的身影，它以快捷的硬件组态和高效率的运行获得了很多工控专家的支持。艾默生EC系列小型PLC增加了一个通讯接口和很多强劲实用的通讯功能，是当前小型PLC的发展方向。
引 言
油田钻机是油井生产的主要的设备之一，它的正常运转和工作效率直接关系到油井的经济建设和成井率 。 由于其钻井工艺的特殊性，对钻机电控设备要求特别苛刻，特别在变频器选用上非常谨慎，一直是国外产品的天下。由于国外变频器存在价格昂贵，调试周期长，维修周期长的缺点，油田上因变频器故障却得不到及时维修造成质量事故的现象时有发生。并且国外变频器在结构上采用变频器并联的形式，占地面积大，给井队搬家带来不必要的麻烦。在这种形式下，我们针对钻机的特殊工况，自主研发了可替代进口机的高性能国产钻机专用变频器。该变频器采用单元并联，体积小，重量轻，便于安装、维护，调试容易，效率高，性能稳定。
变频驱动钻机较传统钻机有以下优点：节能，操作简单，无级调速，控制精度高，工作效率高。变频技术在油田钻机上的开发应用，不仅提高了钻机的水平，改善了钻机的操作性能，更重要的是加强了钻机的作业能力，提高了钻井效率和质量。
原油田钻机系统存在的问题
大庆市石油管理局井下钻井公司原有一套可打 3000 米深度的钻井设备。该设备控制系统主要包括三大部分：动力系统（由 2 × 500KW 柴油发电机组构成， 2 台机组并网于 3 相， 380V/50HZ 交流母线）；泥浆循环系统；钻井传动系统（包括 1 套 500KW 电机转盘和绞车驱动系统、 4 台 45KW 电机如液压泵等）。该控制系统存在以下问题：
（ 1 ）司钻工只有通过不断更换五个档位，才能调节转盘转速和钻进压力，进而改变钻进速度，工作效率低。
（ 2） 每次 换档时 , 电动机要反复启停几次 ,在起动过程中会产生过大的启动电流， 对电网和其他设备造成冲击 ,常因 电动机启动电流大而引起发电机组电压下降，其他设备无法正常工作。
（ 3 ） 低速提升时 , 只有更换低档位才能达到低速控制要求 ,而 电动机在钻井过程中处于工频运行状态，浪费了大量的电能。
针对原控制系统存在工作效率低，操作复杂等诸多问题，我们配合大庆市石油管理局井下钻井公司对该油田钻机进行了变频改造。
技 术 改 造 方 案
钻井传动系统是油田钻机系统中必备的组成部分，一旦传动系统不能运行，不但影响生产，造成巨大经济损失（如卡钻），还有可能威胁到现场生产人员的人身安全（如井喷），对传动系统要求具有极高的可靠性 。 我公司是国内早研制变频器的公司之一，具有低压大功率变频器多年成功运行的生产经验，且。根据 “经济、高效、可靠”的原则， 大庆市石油管理局井下钻井公司选择了我公司生产的 JD - BP32 - 500 型 （ 500KW/380V ）钻机专用 变频器，该 钻机专用 变频器配备了工业控制计算机作为上一级监控系统，液晶触摸操作，可对各种运行数据进行监控，具备完善的保护功能和定位监控系统，自动化程度高。
1.钻机专用 变频器系统组成框图
该系统组成框图如图 1 示。
钻机专用 变频器系统组成框图 1
K 断路器
C 交流接触器
M 绞车电机
2.钻机专用 变频器系统介绍
该系统包括四部分 ∶
1 ）进线开关柜∶
开关柜的主要功能是负责设备供电、变频器外围设备的过电流保护以及变频器控制电源的滤波。主要由断路器、交流接触器和控制电源的滤波组成。
2） 变频柜 ∶
变频器由两个交 - 直 - 交逆变单元组成，采用单元并联技术，增大了变频器容量；采用公共直流母排方案，共用电容器组，增大了电容器容量；采用独特的吸收电路 （ 如图 2 所示 ） ，减小了 di/dt, 保护了功率模块，增大了安全系数。
因钻机工况的特殊性，当钻机遇到岩石等硬质层时，电流会在瞬间升高很大，产生对模块的直接冲击，长此工作之后，会造成模块应力的下降，为提高模块的使用寿命，采用了传感器取样和 IGBT 结压降保护相结合的双重保护，从而减少了特殊情况下对模块的极限冲击，输出间直接短路模块也能在 10us 内及时封锁输出 , 保护了变频器 , 提高了整机的安全性和使用寿命。
吸收电路图 2
U+ 正母线
U- 负母线
IGBT 功率模块
R 电阻
D 快恢复二极管
C 电容
3） 制动单元 ∶
该部分主要负责系统快速停机时，耗掉系统的惯性能量，内含刹车电阻和刹车控制系统，采用芯片自处理技术控制刹车界限 , 安全可靠。刹车电路如图 3
刹车电路图 3
U+ 正母线
U- 负母线
IGBT 功率模块
R 刹车电阻
4 ）远程系统：
该部分主要实现变频系统的远控操作和监控以及提供对外部进行数据交换的接口。
3.系统主要控制功能：
a ：电机启动 / 停止
b ：电机正转 / 反转
c ：变频系统复位
d ：频率调节
e ：电机电流电机转速显示
f ：变频器运行指示
g ：变频器故障指示
以上 7 点功能在工控机触摸屏上均能实现，能提供对外部设备进行数据交换的接口，留有 16 路数字输入接口， 10 路数字输出接口，留有一路 RS232 通讯接口，方便与外部设备进行数字交换。
4.变频系统主要技术指标 :
1 .） 额定功率 500KW
2 .） 额定输入电压 380VAC 3 相
3 .） 输入电压波动 ±20%
4 .） 额定输入频率 50HZ
5.） 频率波动 ±5%
6.） 额定输出电压 380VAC 3 相
7.） 额定输出频率 33 . 5HZ
8.） 额定输出电流 940A
9.）过载 电流 1 . 5 倍电流 1 分钟
10.） 输出短路电流 2.0 倍电流立即保护
11.）工作方式 连续
12.） 高输出频率 50HZ
5.系统特殊性能：
石油钻机专用变频器与一般变频器相比较，性能主要有以下不同点：
（ 1 ）变频器能够从 “零”开始调速，方便变速箱换档，从而避免挂换档时反复启停 电机的情况，即当变频器频率低于 2 HZ时，此时电机无扭矩，处于自由状态。
（ 2）当 钻井堵钻时，变频器能及时断开电机，保护动力设备，避免转矩过大扭断钻具，变频器设置了负载限制功能。
（ 3 ）在低速提升时，变频器能大限度的发挥电动机的动力性能，提供 220% 转 矩 输出。
应用举例：在取心井上的应用
取心井，顾名思义是把岩心从井下取出，目的为研究地质构造和原油分布层次。由我公司生产的 JD-BP32-500 变频器于 2004 年 6 月在大庆市井下钻井大队 30102 队一口取心井安装调试。此井设计井深 2130 米，自 1542 米到 1605 米下限为取心段，共取心 8 筒，收获率均达 99% 以上。在正常打井时用二档，转盘转速 280 转 / 分，变频输出电流在 200 — 800A 之间。提升时频率为 7HZ 左右，大提升电流不超过 1000A 。整个钻井过程中电流变化如下表：
钻井过程中，减少了换档次数，减少了大的启动电流对电机的冲击，也减轻了司钻工的劳动强度，提高了整个井队的工作效率。且低频取心提升时，电机转速只有 120 转 / 分，据实测数据显示，采用变频改造后，打一口井节省柴油 15t 。
改 造 效 果
系统变频运行，电机实现了软启动、软停车。钻机起停平稳，延长了电机的使用寿命和维修周期，避免了电机烧毁等经济损失，减少了维修费用。系统采用过流、过压、欠压、短路、缺相、温升、失速等多种保护，更加安全可靠。通过改造，减少了钻机的作业时间，提高了钻机的工作效率。本系统良好的驱动性能，保护了钻井设备并提高钻井的质量，用户给予了很高的评价，经过近一年的生产运行，该系统性能好，可靠性高，操作 方便，达到了 改造的 预期效果。
结 束 语