西门子6ES7232-0HB22-0XA8货期较快
1 引 言
在石油行业的原油管道输送过程中,各企业之间需要进行原油交接,liuliang计使用比较广泛。而计量精度则是一个关键参数,它关系到企业的经济效益和信誉。近年来,随着工业控制技术的飞速发展,可编程控制器(PLC) 广泛进入工业控制领域,并增加了一些专用控制功能,例如PID 调节功能、伺服功能、高速计数(HSC) 功能等,又具有较高的可靠性,使得利用PLC实现原油自动计量就成为可能。为此,我们利用工业计算机( IPC) 和PLC 构成新型的集散式原油自动计量系统。此系统可通过以太网将数据远传至控制中心。
此项目已在鲁宁长输管线的数处计量站应用成功,在测量精度、系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的标定效果。
2 系统工作原理与硬件配置
2. 1 控制系统工作原理
系统结构如图1 所示。运用管道输油时,通过现场控制室PLC 打开/ 关闭相应的电动阀,进行流程切换,使相应的liuliang计投入运行。由liuliang计发信器将脉
冲传递到PLC ,PLC 利用高速计数模块采集liuliang计发出的脉冲数,并将其转换为标准状态下的容积值。PLC 将实时采集流体的压力和温度(分别由压力变送器和温度变送器提供) ,所有数据通过以太网送入上位IPC , IPC 结合流体实时压力、温度值调用原油计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下(20℃,101 325 Pa) 的累积量值,并将数据存储在IPC 的硬盘上。 IPC 可以驱动打印机打印出计量报告。
2. 2 控制系统的软、硬件配置
控制系统主要由一次设备、二次设备以及控制体和软件构成。一次设备主要包括压力表、温度计、liuliang计等;二次设备主要包括温度变送器、压力变送器、脉冲发信器、电动阀等;控制体主要包括PLC、IPC(配置网卡) 、打印机、集线器及应用软件等,参见图1 。
2. 2. 1 硬件部分
(1) IPC:为保证系统的高度可靠性,选用了目前国内应用较多的Dell GX260 型计算机。具体配置为:P Ⅲ1. 7 GHz CPU、256 MB 内存、40 GB 硬盘、SON Y21 英寸纯平显示器、64 MB 显卡、声卡及音箱(报警和提示用) 等。
(2) PLC:选用美国Rockwell 公司的A2B PLC 作为系统的控制核心,其特点是可靠性高、功能强、可扩展性好。具体配置如下:CPU 为17472L551B (内置以太网通信口) ;模拟量输入(AI) 模块选用17462NI4 ,它具有4 个高电平模拟输入端,可输入4 mA～20 mA 等标准信号,12 位A/ D 转换精度,具有输入超调监控功能和测量滤波抗干扰功能; 模拟量输出(AO) 模块选用17462NO4 I ,它有4 个模拟输出端,无需外部电源,可输出各种标准信号,包括0 mA～20 mA、4 mA～20mA、±10 V 等信号;开关量输入(DI) 模块选用17462I
×16 ,它具有单端隔离的16 路24 V DC 输入,所有的输入均配有滤波器,能够保证大0. 1 ms 的抗扰性,滤除线电源干扰;开关量输出(DO) 模块选用17462O×16 ,它具有8 路继电器输出,内部提供过载和短路保护,并具有通道故障自诊断功能;HSC 模块选用17462HSCE ,可计数大频率为40 kHz 的脉冲,实现向上计数、向下计数或向上/ 向下计数。
(3) 网络功能:根据设计中现场数据远程实时监视的要求,在每台IPC 中各配置了1 块网卡, PLC 与IPC 之间、IPC 与IPC 之间采用抗干扰能力较强的五
类屏蔽双绞线建立以太网。考虑到现场计量间距离调度室较远,在线路中间加入了3COM 公司的8 通道高速集线器,以保证数据可靠传输。(4) liuliang仪表:采用日本OVAL 公司的UF2 Ⅱ型转子liuliang计,它具有精度高、liuliang范围宽、重复性好等优点。liuliang计现场部分配有不归零计数器和调整器,liuliang转换和变送部分为OVAL 公司的PG30EP 型脉冲发信器。
(5) 温度压力仪表:温度变送器及压力变送器均能够提供4 mA～20 mA 的标准信号。
(6) 电动阀:可通过直流24 V 的开关量输出,控制电动阀的全开或全关,电动阀提供无源的位置信号输出和状态信号输出。
2. 2. 2 软件部分
系统的软件主要包括平台软件、PLC 编程软件和IPC 组态软件。
(1) 系统平台软件:采用bbbbbbs 2000 作为系统平台,设置了系统密码和操作员指令,屏蔽了软件的某些功能,以限制系统的操作,防止非法用户进入系统。
(2) PLC 编程软件:采用A2B 公司的Rslogix 500 ,它是一个基于bbbbbbs 环境的编程软件套件,A2B 500 系列PLC 使用,支持梯形图(LD) 、指令语句表( IL) 、顺序功能图(SFC) 等多种语言模式,具有在线编程、诊断和在线仿真调试等功能,可支持以太网以及DF1 Full Duplex、DH485 、DF1 Half Duplex Marster/Slave 等通信协议或通信总线。
(3) IPC 组态软件:选用澳大利亚西亚特公司的工控软件Citect 5. 0 ,该软件可运行于bbbbbbsNT/ 2000 平台,具有采样速度快、实时性强、可靠性高等特点,组态方便,报警方式多样,实时、历史趋势曲线制作简单,能够与其它应用软件例如VB、VC、VF 、Excel 等实现无缝链接,灵活、方便地实现数据调用和报表打印。
3 控制系统的数据流向及软件流程
3. 1 数据流向
(1) PLC 通过模拟量输入模块读取现场温度和压力数据(标准4 mA～20 mA 信号) ,按仪表量程的不同,经程序运算转换为标准的工程量单位;通过高速计数模块读取liuliang计的脉冲信号,由主程序调用计量子程序,按照脉冲liuliang比计算出liuliang的瞬时值和累积值;通过控制开关量输入/ 输出模块电动阀的开关,来自动切换流程。
(2) IPC 利用通信模块从PLC 中读取数据,将其
记录到本机的历史数据库中,应用程序读取并显示现场数据及liuliang的瞬时值和累积值; PLC 也通过通信模块读取和执行IPC 的操作指令。
(3) PLC 将采集和计算得到的被检liuliang计各项参数传输到IPC , IPC 结合流体实时压力、温度值,调用原油计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下的累积量值,由IPC 调用Excel 报表系统进行记录,驱动打印机自动打印出计量报表。
3. 2 软件流程
软件流程如图2 所示。
根据以上推导结果画出逻辑图如图4 所示
在实现优先编码器的功能扩展时(以T4148 为例) ,设计方法可归纳为:高位片的使能输入端作为总的使能输入端,低位片的使能输出端作
为总的使能输出端,相邻两片之间,高位片的使能输出端接入低位片的使能输入端,总的扩展端Y EX为各片的扩展端逻辑“与”,总的代码输出中,低3 位( Z2 , Z1 ,Z0 ) 为各片输出Y 2 、Y 1 、Y 0逻辑“与”,高位输出端必须利用扩展端Y EX来实现。当用4 片T4148 组成32线- 5 线优先编码器时,可按表4 所示,列出扩展端与高位代码输出的真值表。
4 结束语
本文讨论的是优先编码器的扩展设计方法,对于其它逻辑功能部件的扩展,也可依照同样的思路进行
气流纺织为传统成熟的纱线纺织技术.随着纺织行业对纱线的品质要求的tigao,对绵纱的丝纺控制愈加细微,于是如纱线的接头长度﹑支数﹑张力等成为纱纺的关键指针.
针对以上要求,国内纺织制造业正以性能更可靠﹑更稳定的PLC逐步取代国外流行以单片机为控制核心的纺纱系统,随着人机接口-触摸屏﹑变频器的应用推广,一些超前的企业及时地将人机接口﹑变频整合在该行业电气控制系统中,为精彩jingque的控制增添新的亮点.如该行业的先头代表企业之一浙江省***机械公司开发的型号***气流纺织机,就全部采用了台湾DELTA公司(中达电通股份有限公司)的PLC,矢量型变频器(VFD-B),节能专用风机﹑水泵型变频器(VFD-P) ﹑触摸屏(PWS-3760)等主要电控产品,具体电气控制示图如下:
由以上视图可清晰看出,该系统采用单台人机接口-触摸屏通过RS-485总线,实时对PLC进行监控﹑参数调整﹑断纱自动报警等多项功能.本系统的PLC通过调整160多个电磁铁开合时间来实现纱线接头长度及纱线支数的调整,由于受电磁线圈消磁特性及纱线粘度﹑引纱电机的速度等综合影响,电磁铁的开合时间亦通常有0.02-0.06秒的卫小调整来满足生产的需要.该系统单台人机接口的点睛运用,在有效控制成本的基础上,极大地tigao了生产效率及生产工义指针. 该系统PLC的I/O共计996点,面对如此庞大的系统设计及其成本的压力,设计者却一反传统的大而大做,巧妙地利用DELTA公司PLC(自带485口)及人机接口共同支持MODBUS协议的特点,根据纺纱工义的要求,将996点分为10台PLC主机的小系统,仅用双绞线将传统的10台PLC与人机接口连为统一的"大系统",真正做到了大系统小设计.
在一个负载不断变化的引纱﹑喂给主轴上,实现纱线的支数稳定地控制,无疑都会采用速度死循环控制来实现,但在一定的物质成本限制下而达到高品质的控制,将是乃至明天甚至将来工业控制的高境界.而该系统全部采用DELTA公司的B型矢量变频器,该型变频器在有效控制励磁电流﹑转矩电流的基础上,利用PG速度反馈卡,轻松简单地实现纱线支数的稳定控制.整条生产线的不间断的气流控制上也选用了DELTA公司P系列风机﹑水泵专用型变频器,而根据风机阻力与转速平方成正比特性开发的P型专用变频器,结合现场断纱的非性﹑非连续性,进行有级控制进风liuliang,使该套设备在用户使用不足一年中即可回收所有变频器的成本.
更引人注目的是,以上示图中,首例利用人机接口-触摸屏COM2 (DELTA公司的人机接口INTERFACE为2S/1P)口与三台变频器直接通讯,彻底摆脱了"变频器 PLC 触摸屏"的传统模式.该系统精心大胆的设计,主要利用了DELTA公司人机接口的宏功能(综合数据处理﹑逻辑运算﹑通讯等功能),用软件开放出一自由协议口,使不同协议的智能单元能够在一个控制平台上实现相对统一和整合,减轻了同一总线上的通讯负荷和风险.在实际应用中,该系统的引纱﹑喂给电机的频率及相互匹配系数,可直接通过触摸面板快捷地调整和电流的实时监控,并且使线上所有10多台PLC程序严格的一致,增加了PLC应急互换性,实现了多层控制单一化,复杂简单化.
纵观整个控制系统,简洁﹑准确﹑节能﹑人性化的设计风格无不透着现代设计者的匠心独具.也折射出新世纪传统控制产业的方向和主流.
1 引 言
在工业过程控制中，PID控制适合于可建立数学模型的确定性控制系统。但在实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变不确定的系统，使PID控制器的参数整定烦琐且控制效果也不理想。近年来，随着智能控制技术的发展，出现了许多新型的控制方法，模糊控制就是其中之一。模糊控制不需要掌握控制对象的jingque数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰的系统具有良好的控制效果。PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力强，并可将模糊控制器方便地用软件实现。用PLC构成模糊控制器用于油田的污水处理是一种新的尝试，不仅使控制系统更加可靠，取得了较好的控制效果。
2 污水处理工艺简介
目前我国许多油田处于二次采油期，即注水开采期，所采的油中含有大量
的污水。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以补充、平衡地层压力，防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管，避免注入水使注水管、油管和地层结垢。其处理方法是使用A、B、C三种药剂，其中A剂为pH值调整剂，B剂为沉降剂，C剂为阻垢剂。其工艺流程方案如图2—1所示。根据工艺要求，关键是在混合罐中对污水添加A剂tigao污水的pH值（即控制pH2）以减少腐蚀。添加B剂可加速污水中絮状物的沉淀。添加C剂可减缓污水在注水管和油管中的结垢。该系统属非线性、大滞后系统，其对象的jingque数学模型难以获得，采用PID反馈控制效果不是很理想，且采油联合站都位于偏僻的地方，环境恶劣。该污水处理系统采用了基于PLC的模糊控制来tigao系统的控制精度和可靠性，从而满足工艺要求。
3 模糊控制原理
控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值
的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。
图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。
3 模糊控制原理
控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值
的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。
图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。
－1），pH0表示期望值。将e、ec和u模糊化，根据pH值控制的经验可得出变量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1为变量E的赋值表。
3．2 模糊决策和模糊控制规则
污水处理过程中pH值的控制经验，得出控制规则，如表3—2所示。选
取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以消除误差为主。而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主。例如，当pH值低很多，且pH值有快速降低的趋势时，应加大药剂的投放量。可用模糊语句实现这条规则（IFE＝NB ANDEc＝NB THEN U＝PB）。当误差为负大且误差变化为正大或正中时，控制量不宜再增加，应取控制量的变化为0，以免出现超调。一共有56条规则。每条规则的关系Rk可表示为：
7）根据每条模糊语句决定的模糊关系Rk（k＝1，2，…，56），可得整个系统控制规则总的模糊关系R。
3．3 输出反模糊化
根据模糊规则表取定的每一条模糊条件语句都计算出相应的模糊控制量U，
由模糊推理合成规则，可得如下关系：
4 模糊控制算法的PLC实现
在控制系统中选用了OMRON公司的CQM1型PLC。将模糊化过程的量化因
子置入PLC的保持继电器中，利用A／D模块将输入量采集到PLC的DM区，经过限幅量化处理后，根据所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出值，由D／A模块输出对pH值进行控制。
4．1 模糊控制算法流程
（1）将输入偏差量化因子Ke、偏差变化率量化因子Kec和输出量化因子Ku
置入HR10～HR12中。
（2）采样计算e和ec，并置入DM0000和DM0001中。
（3）判断e和ec是否越限，如越限令其为上限或下限值。否则将输入量分
别量化为输入变量模糊论域中对应的元素E和Ec并置入DM0002和DM0003中。
（4）查模糊控制量表，求得U。
（5）将U乘以量化因子Ku，得实际控制量u。
（6）输出控制量u。
（7）结束。
4．2 查表梯形图程序设计
在模糊控制算法中，模糊控制量表的查询是程序设计的关键。为了简化程
序设计，将输入模糊论域的元素［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］转化为［0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12］，将模糊控制量表中U的控制结果按由上到下，由左到右的顺序依次置入DM0100～DM0268中。控制量的基址为100，其偏移地址为Ec×13＋E，由E和Ec可得控制量的地址为100＋Ec×13＋E。梯形图程序如图4—1所示。其中DM0002和DM0003分别为E和Ec在模糊论域中所对应的元素，MOV＊DM0031DM1000是间接寻址指令。它将DM0031的内容（即控制量地址100＋Ec×13＋E）作为被传递单元的地址，将这个地址指定单元的内容（即控制量U），传递给中间单元DM1000再通过解模糊运算得u，由模拟输出通道传送给D／A转换器。
5 结论
将模糊控制与PLC相结合，利用PLC实现模糊控制，既保留了PLC控制系统可
靠、灵活、适应能力强等特点，又tigao了控制系统的智能化程度。结果表明，对于那些大滞后、非线性、数学模型难以建立且控制精度和快速性要求不很高的控制系统，基于PLC的模糊控制方法不失为一种较理想的方案。只要选择适当的采样周期和量化因子，可使系统获得较好的性能指标，从而满足控制性能要求。