西门子6ES7211-0AA23-0XB0正规授权
1 引言
挖泥船监控系统是大型挖泥船的重要组成部分，具有控制设备多、作业流程复杂等特点。工作环境恶劣，粉尘、潮气、盐雾、高温、振动等干扰比较严重。
可编程控制器(PLC)相对于传统的继电器控制方式，可适应恶劣的工业环境，可靠性高;硬件系统可采用模块化结构，易于扩展，具有网络通讯功能;控制功能大部分由软件实现，程序编制容易、修改方便。
2系统简介
2.1 原系统构成
海狸4602号是一艘全液压驱动、非自航的大型挖泥工程船舶。船上布置有液压工作机械20台，其中绞刀系统有液压马达6台;绞刀架起落系统有液压油马达2台，紧定油缸1只;横移系统有液压油马达4台抛锚系统有液压油马达2只;定位桩油缸2只;甲板吊系统有液压油马达2台;绞盘液压油马达1只。由一台卡特柴油机驱动的6台VICKERS双联叶片泵构成该船的液压动力泵站，另有一台小型的应急柴油机驱动1台应急油泵构成应急泵站。所有液压工作机械均采用电磁阀控制，由传统的继电器控制系统进行控制。
海狸4602号的动力部分由5台大型柴油机组成，其中1台1140马力的辅机除了驱动全船的液压泵站外，还驱动1台40KW的发电机进行对全船的供电。4台柴油机(4*863马力)分为2组，由2台相同的柴油机构成串联机组驱动泥浆泵。机组和泥浆泵中间经过一泥泵齿轮箱减速驱动。为保证柴油机和泥泵齿轮箱的安全运行。该船分别在机舱和操纵室内配置有柴油机冷却水位、冷却水温、柴油机润滑油压力、润滑油温度、齿轮箱润滑油压力、冷却水温度的报警系统以及紧急停车系统。这2套系统也由传统的继电器控制系统进行控制。
该船的控制系统经过20多年的使用，部分元器件已经老化，工作的稳定性差。引入PLC对挖泥船的监控系统进行改造有必要提上议事日程。
2.2 控制系统构成
结合海狸4602好挖泥船原有的设备状况，构建PLC监控网络对原控制系统进行改造，利用上位机监视全船设备的运行状态，并根据实际的工况条件，在挖泥过程中采用模糊控制算法，对绞刀速度、绞刀下放深度、横移速度、进桩距离等重要参数进行优控制，实现该船的自动挖泥。
改造后的挖泥船控制系统具有自动和手动2种控制方式，并实现通过上位机对全船设备的运行进行实时监测显示、故障报警和紧急停车的功能。
图1 系统构成原理框图
图1中Controllerbbbb为现场控制网络，其通讯波特率可达2Mbps，通讯距离可达1km，是目前PC与PLC、PLC与PLC之间通讯速率快的通讯系统,CLK单元通过端子板、CLK支持卡通过专用插件与双绞线连接，接线非常方便。CLK单元上内置了终端电阻，通过简单的开关设置就可以配备网络两端点所需的终端电阻。在数据链接上，Controllerbbbb控制网络除使用LR区外，还可以使用IR、CIO、DM和扩展DM区进行链接，每台PLC发送的字数可达1k，发送和接收的总字数可达8k，具有大容量数据链接的功能。但由于其通讯模块价格较高，以此构成的系统成本高。考虑本文的篇幅，暂时不介绍基于Controllerbbbb总线网络的远程实时组态监控系统。
整个监控系统由2台PLC组成现场控制网络，#1PLC负责对液压工作机械控制，它由基本控制单元和6块开关量I/O模块和1块A/D模块组成，完成自动挖泥过程以及对液压系统工作负荷的测量。#2PLC则由5块开关量I/O模块和2块A/D模块组成。主要用于动力部分和各类辅助机械运行参数的分析处理以及全船的故障报警。
2.3控制系统工作原理
(1) 基本逻辑控制过程。
PLC逻辑控制流程见图2所示。PLC是按照重复扫描的方式执行它的操作，它使PLC中的用户程序逐行被解读，并按照操作信号发出的控制命令，实现对液压系统工作过程的控制。
(2) 系统硬件设计
a) 2台PLC均采用OMRON C200型PLC。
CPU单元、输入、输出单元均使用24VDC电源。继电器输出单元C200H-OC225的大通断能力:2A，24V.在实船控制系统中，出于安全可靠方面的考虑，不用PLC的I/O模块直接驱动负载，而是在PLC的输出端设置插件式的半导体负荷驱动板。该驱动板具有无触点开关的优点，本身设置有短路保护环节，带有指示灯熔断器，便于及时维护。
b)操作台和控制柜的布置仍然尊重旧有的工作习惯，基本按照原有的位置进行布置。#1PLC放在驾驶室操作台内，#2PLC放在机舱的报警箱内，以减少输入信号到PLC输入单元的线缆长度。驾驶室操作台实现挖泥操作的所有动作，包括自动挖泥和对绞刀、横移、桥架、抛锚、定位桩的单独控制。具有对机舱和舱面设备的远程控制功能.机舱控制柜主要负责舱内设备的安全报警，包括5台柴油机、液压系统以及辅助设备的运行参数的监控。
c)系统监测与状态显示部分除了沿用过去直观的指针式真空、压力表之外。还在液压系统中设置18个压力传感器，既可以通过数字式仪表对液压系统和柴油机润滑系统的工作压力进行测量监视。也可以采集绞刀、横移、桥架、抛锚、定位桩等装置的工作负荷，将模拟量送PLC的A/D模块进行转换，经过数值计算和信号处理之后，一部分作为开关量信号输出用作液压装置的保护。一部分可以上传至上位机，显示挖泥工作状态。
d)PLC设备的供电。PLC允许供电电源电压的变化幅度为-15%~+10%V，瞬时电源故障时间应不大于10ms。在实际工作中对PLC采取两路供电，tigao供电的可靠性。一路由交流220V经稳压电源送PLC电源模块，一路作为应急供电措施，用24V蓄电池组作电源，保证应急状态下控制系统能够操作。
(3)系统软件设计
a) 自动挖泥程序设计
绞吸式挖泥船的的挖泥过程是指绞刀的垂向及水平给量与横移速度所形成的合适的切削过程。为此需要控制绞刀在三维空间的准确位置和绞刀的转速。从而要求具有能使垂向、水平给量相当稳定，绞刀切削泥土正常并相应前移的四种自动控制功能。即桥架绞车控制，绞刀转速控制、横移绞车控制、定位桩前移控制。
考虑到海狸4602号挖泥船现有设备的局限性，比如定位桩部分不是采用的定位桩台车装置。在程序设计过程中，在尽可能tigao挖泥作业自动化水平，简化操作的也充分考虑到系统所应具备的灵活性，以适应复杂多变的施工环境。特别是在遭遇风浪、潮汐、塌方、水下障碍物等意外情况时，仍然离不开人工操作。为了尽量避免误操作给设备运行带来的损坏，在程序设计中加了更多安全联锁保护环节。比如定位桩的下落操作中，为防止定位桩在下落过程中突然提桩，导致定位桩巨大的惯量冲击破坏液压缸装置，在程序中通过设置延时程序取代以往的在定位桩系统的液控单向阀中加装节流螺钉的做法。再比如对横移的启动和停止，也通过程序设置为加减速模式，防止人工操作过程中高速启动和停止对液压系统和缆绳的冲击以及对船体稳定性的影响。所有液压系统的过载保护也在程序中进行互锁，使液压系统在电气和机械上具有双重保护。
整个系统可以在手动工作和自动控制工作方式下操作。上述工作方式的转换由“自动/手动”转换开关来实现。手动方式下，可以对绞刀、横移、桥架、定位桩、抛锚等系统进行单独操作，即在特殊情况下，可以完全由人工进行挖泥操作。
自动方式下，将挖泥操作分为三大块。分别为绞刀自动、横移自动、进桩自动。绞刀自动部分负责将绞刀头调到预定挖泥模式的起始点，实现对绞刀垂直给量的位置控制和绞刀切削厚度控制。横移自动部分主要是根据挖泥过程中的状态参数的反馈量，对横移速度进行控制，保证各种驱动装置不超过负荷，泥浆正常稳定地输送。进桩自动部分则是根据开挖泥层的土质状况，控制绞刀合适的水平进给量。自动挖泥的程序流程见图3。
b) 报警监测程序设计
在挖泥作业过程中，保证设备的安全及正常运转是整个工程成败的基础。#2PLC完成对机舱设备、液压系统、泥泵系统运行参数的采集。实现柴油机润滑油的油压、油温、冷却水水位、水温的极限报警和柴油机飞车状态下的停车保护和紧急停车保护。实现齿轮箱润滑油油压、油温的极限报警和紧急脱泵保护。实现液压系统液
压油位过低和油温过高报警。实现泥泵堵死、吸泥口堵死报警和管道内泥浆浓度过高，流速低于临界流速的堵管报警和泥浆浓度过低的低效率报警。
3结束语
本系统采用高性价比的C200Hα型PC构成的挖泥船监控系统，成本低廉，可靠性高，可操作性强，自动化水平的tigao在很大程度上降低了挖泥作业人员的劳动强度。使系统具有了较强的系统自诊断功能，方便运行维护人员排除故障。该系统的成功改造为国内老龄挖泥船舶以及其它工程船舶的技术改造提供了典型范例，特别是将PLC技术应用到老龄船舶技改领域，从而tigao船舶自动化程度有重要的现实意义。
1引言
中密度板(MDF)由于性能优良，已成为用途广泛的人造板。中密度生产线是木材加工生产中电气设备多、控制复杂的生产线。热压机是整个系统中重要的设备，必须按时间、行程、压力、温度、位移等原则或工艺参数进行协调控制。随着可编程控制器(PLC)技术的发展，把PLC应用于热压机，解决了系统的工艺要求，tigao了系统的可靠性和维修的快速性。
2 工艺要求
热压机是中密度纤维生产线中主要的设备。根据工艺要求，压机在热压过程中应满足“压力-时间-位置”曲线和压机的闭合及开启时的速度要求。中密度板厚度要求的变化、原料及胶合剂的变化等都要影响工艺曲线，生产过程中应该做相应的调整。本文仅介绍PLC控制的热压机部分控制过程。
成品厚度为15mm的MDF基准热压工艺曲线如图1所示。
图1中时间、压力的参数设定为:装板辅助时间20s，空闭合时间10s(t1)，升压0-8.0Mpa时间30s(t2)，
保压8.0Mpa 时间10s(t3)，升压8.0-18.0Mpa时间40s(t4),保压时间10s(t5)，卸压18.0-3.0Mpa时间120s(t6),保压3.0Mpa时间250s(t7),卸压时间从8.0-18.0Mpa 40s(t8)，卸板辅助时间10s。以上合计一个热压周期。
3 系统的硬件设计
系统采用OMRON公司C2000H型PLC,其硬件基本由开关量输入单元、模拟量输入单元、脉冲输入单元、继电器输出单元和晶体管输出单元组成。由于输入输出参数较多，故硬件图省略，下面仅由图2及表1、表2给出PLC控制系统部分主要的硬件连接关系。
4 系统的软件设计
系统控制的软件设计内容较多，
本文仅介绍几种主要的输入输出控制方法:星形三角形启动，参数设定和参数输出显示和位置测量。
4.1 星形三角形启动
系统用的加压泵和充压泵D1、D2、D3、D4、D5共5个电机的容量较大，启动时应采取星形三角形启动方式。具体梯形图如图3所示。图3中所示:A—启动输入:I00008，I00010，I00012，I00014，I00100。B—停止输入:I00009，I00011，I00013，I00015，I00101。C—压机高压力:I00112。D-03400，03401，03402，03403，03404。E—自锁，为D的触点。TA—定时器:T010～T014，定时4秒。TB—定时器:T015～T019，定时4.2秒。F—星形启动:Q00300，Q00302，Q00304，Q00306，Q00308。G—三角形运行:Q00301，Q00303，Q00305，Q00307，Q00309。TC—定时器T020～T0204，定时1秒。
4.2 参数设定和参数输出显示
注:A为V1选择:HR4001～HR4009;B为类型选择:I00102～I00105;C为设定选择:I00106;DMX为各参数数据的数据存储单元。
图4中I00212～I00215将1位拨码输入转换成十进制数(V1)来确定要设置的第几个参数;I00200～I00211将3位拨码输入(4位BCD码V2)作为V1选择的第几个参数的数值存入IR030中;再将参数的数值存入对应的数据单元中。每个参数数值多可以设置10个数据。如压机压力设置V1=2,V2=120,则压机第二段压力设置为120Kg/cm2
图5中A为输出选通信号，将热压、位置、时间和蓄压器压力显示出来。图5中A为23601,23603,23605,23607;B为Q00412,Q00413,Q00414,Q00415;DMX为DM0130，DM0140，DM0150，DM0160;Q00400～Q00411输出3位8421数据，以便显示;Q00412～Q00415对热压、位置、时间、蓄压进行输出显示选通。
4.3 蓄压器力、热压机压力和位置测量
5 结束语
本系统采用高性能价格比的C200H-PLC其成本低廉,可靠性高,可以在生产过程中灵活方便地改变热压机的压力、时间、板厚等参数，以便满足不同原料、不同板厚和不同工艺要求的中密度板材的生产。系统采用模块式结构,其硬件配置灵活,维修方便.生产实践证明采用PLC控制该系统远行可靠。
1引言
结晶器钢水液面检测为钢水液面高度控制提供依据，是连铸的关键技术之一。它在保证连铸机安全、可靠的运行，改善铸坯的质量，tigao铸机的生产率及改善操作条件等方面，都起很重要的作用。
用于结晶器钢水液面高度检测装置有:同位素式钢水液面计，电磁式钢水液面计，电涡流式钢水液面计，热电偶式、超声波式、红外辐射式、电极跟踪式、浮子式等。
包钢连铸机于1997年建成投产，共有方、圆坯2台铸机，年设计生产能力为120万吨。其中结晶器液位采用自动控制，该系统属于同位素式钢水液面计(或称Co60液面控制系统)，其基本原理如图1所示。
如图1所示，结晶器液面检测仪由放射源、探测器、信号处理及输出等部分组成。放射源，采用Co60放射元素，利用其发射出的γ射线穿过被测钢液时一部分被吸收，而使γ射线强度变化，其变化规律是随着钢水液面高度的增加，能吸收γ射线的区域扩大，γ射线强度减弱的越多。检测出γ射线强度变化，就可以转换出钢水液面高度的变化，将信号送塞棒液压缸的伺服阀，使液压缸塞棒动作，依此调节中间包流入结晶器中的钢水liuliang，达到控制结晶器中钢水液面高度的目的。
包钢连铸机的结晶器液面控制系统能够保证结晶器液位在±3mm的范围内波动，控制精度高，液面波动小铸坯的表面质量好，减少溢漏钢事故的发生，并且该系统具有先进的自动开浇功能。该系统对保证铸坯质量和产量，减轻操作工人劳动强度具有重要意义，必需保证结晶器液位自动控制系统的正常运行。
2工作原理及使用情况
2.1 工作原理
结晶器自动控制的执行机构为塞棒系统，其自动控制
图2 结晶器液位自动控制系统工作原理图
系为模糊控制器，详细工作原理框图如图2所示。
2.2 使用情况
该系统具有控制精度高，响应速度快等优越性能，但由于原程序设计存在一定的缺陷，导致经常出现自动控制信号突然消失的故障，造成停浇、漏钢等故障，严重影响铸机的正常生产和铸坯质量，尤其对方坯重轨钢的生产影响非常大，有必要对产生该故障的原因进行分析，并从根本上加以解决。
3常见故障分析及解决方案
3.1 程序介绍
结晶器液位自动控制是一个非常精密的系统，对相关器件的要求比较严格,在程序中对实现结晶器液位自动控制的条件进行了要求,相关程序在PB10-S17,如图3所示。
图3 结晶器液位自动控制示意图
其中:
F158.7 结晶器液位控制故障
F11.4 结晶器液位刻空
F159.0 射源已打开
F20.0 塞棒零点测试正运行
F21.2 塞棒零点测试正常
F151.0 中包车1在浇铸位
F151.1 中包车2在浇铸位
F10.0 自动信号
当上述各条件中任意一个不满足时,都会导致自动信号消失,为了查清造成自动信号消失的故障来源,需要先临时加装一段监视计数程序,该程序能够记录是由哪一个条件引起的故障,经该程序运行跟踪发现:引起自动控制信号消失的条件:中包车塞棒液压缸自动测试正常,即F21.2,现在问题的关键就是对F21.2这个标志进行研究.
3.2 关于F21.2
F21.2是代表“中包车塞棒液压缸自动测试正常”的一个标志,具体的意思就是在开浇前中包车打车过程中对塞棒液压缸进行自动测试,以检验液压缸是否能满足结晶器液位自动控制的需要,测试内容包括3步:
l 液压缸开启度≥85%
l 液压缸上下腔压力差ΔP≥35bar或液压缸速度V≤100mv/s
l 此时液压缸零位在35%—65%之间
当塞棒自动测试依次满足上述3个条件后,F21.2变为‘1’,表示塞棒液压缸工作正常能够满足结晶器液位控制的需要。
3.3 故障原因
原程序中F21.2这一标志的设计上,未采用触发器保护信号,而是直接采用信号传递置位,其程序框图如图4所示。
图4 未采用触发器的程序框图
这样的程序设计有如下缺陷:
l 干扰信号有可能造成零位信号消失，从而影响自动控制
l 在工作中如果压力传感器等器件有问题也可能造成误动作信号
经过跟踪观察,结晶器液位自动控制信号消失就是由原因1造成的,有必要对这一部分程序进行修改完善。
3.4 改造方案
对有关F21.2的产生程序进行修改，加SR触发器对信号加认保护，屏蔽干扰信号，其作用就是保证在塞棒175494e-38到3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号 x=指数 m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。必须考虑有效位数问题。举例如下:
假设A代表计算的总liuliang，F代表计算上一次累加的liuliang，把F加到A上就会计算出一个新的总liuliang。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
3,632,523,000
+ 4,978
3,632,527,978
因为这个结果只能保留7个有效位，舍去后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不超过7个有效位。
4 结束语
liuliang累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值超出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不超出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现高精度的累积运算，满足了工艺要求。