本系统共设8个分布I/O。从经济角度考虑,由于AC500系统可以兼容AC31的远程扩展模块, 1#~8#分布I/O分别选用AC31系统的远程扩展模块(ICMK14 N1-24DC)。分布I/O置于污水控制现场,就近控制所属设备,形成分布控制的能力,并采集现场设备的运行状况和故障信息,通过CS31总线联接到PLC主站。CS31总线是一种点对多点的RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米,加中继大可达到2000米。通讯介质为:屏蔽双绞线。
以1#分布I/O远程扩展模块为例,定义它的地址表,如表1:
地址%MX0.0.0至%MX0.0.7是ICMK14N1-M的系统保留区域,不能使用。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作为此远程扩展模块自带的开关量输入,分别对应进水泵房及沉砂池的相应设备。依照同样的方法,可以继续定义1#分布I/O的(XI16E1,XC32L,HE10-20,…等)开关量及模拟量输入/输出模块,依次是2#~8#分布I/O的所有模块。
在完成所有I/O地址表的设定后,就可以通过AC500的ControlBuilder软件来编写PLC的内部通信程序。由于AC500的ControlBuilder软件可以提供现成的MODBUS功能块,编程十分简单。以1#分布I/O的读指令为例,如图6:
图6 AC500 程序图
只需设定好MODBUS功能块的(COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等)参数,PLC主站就可以顺利的从1#I/O子站读取数据。其中FCT,NB的参数可根据实际情况依照表2确定。
运用MODBUS功能块依次完成1~8#分布I/O的读,写指令的编程,PLC主站与分布I/O之间的通信就建立完成了。在实际调试中,发现还需通过软件的PLC组态选项,将MODBUS的参数:RTScontrol设置为“bbbegram”, Parity设置为“none”,OperationMode设置为:“Master”。至此,PLC的主站已经可以对I/O从站中的各种参数进行采集与控制,并通过以太网显示在工控计算机的监控界面上。
五,结语
以本文的研究结果为基础的技术方案,在浙江某生活污水处理厂具体实施。实际的运行结果表明,其设计合理,安全可靠,控制精度高,满足了生产的实际需要,。AC500PLC系统除了有外形美观,性能可靠,价格适中等特点,在项目具体实施中还具有如下优点:可设置输入/输出的开关量模块,为备用点数的设置提供了方便并能降低成本;模拟量的每个输入通道都可以设定电流,电压或者热电阻等输入信号,使用方便;编程软件中集成的MODBUS功能块,非常实用,易于操作,大大节省了编程时间;CS31总线的连接只需要普通的屏蔽双绞线就可以完成,成本低廉,操作灵活简单。
热压机是胶合板生产的关键设备,直接决定胶合板生产的产量和产品质量。传统胶合板热压机的控制系统是以继电器为主控元件,很难满足热压工艺所需的压力和liuliang的控制,也直接影响热压机的可靠性和安全性。为此,笔者提出采用可编程控制器(PLC)替代现有控制线路,使之系统设计尽量简化,满足企业生产的需求。
1PLC在热压机控制系统中的应用
国内胶合板生产一般都采用多层框架式热压机,为使压制的胶合板板面平整、厚度均匀,热压板需采用多只油缸tisheng,压板过程的闭合、加压、保压及装板机的升降,都是通过液压系统和油缸得以实现,使得控制油路的电磁阀增多;设备中的温度、压力、liuliang均采用中间继电器、接触器、时间继电器等控制,使控制线路更为复杂。由于胶合板的热压板采用蒸汽加热,难免有蒸汽泄漏,使车间内湿度增大,造成控制线路故障率高。
为tigao生产效益,保证胶合板的质量,必须要求热压机控制系统的自动化程度高、可靠性强、安全性好。在热压机控制系统中采用PLC控制,可省去几乎全部的时间继电器、中间继电器,接触器之间的触点联锁也可由PLC内部实现。PLC采用了现代大规模集成电路,及技术严格的生产制造工艺,内部电路采用了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性,平均无故障时间高达30万h。PLC的使用,使得热压机控制系统的可靠性大为tigao。
2PLC控制系统的设计思路
要满足设备在生产中的可靠性。因原设备控制部分元件多,控制线复杂,排查故障非常困难,为此,可以考虑热压机油缸升降的控制部分采用PLC控制,在满足要求的情况下,尽量减少输入点和输出点,使得整体设备可靠性tigao;考虑到设备检修、保养和对新的板种的试生产,需要在控制线路中加入手动、自动转换开关;在检修时,为防止升起的压板因误操作发生位移,加装了保护开关,当开关置于保护状态,发生误操作,因有电气互锁,也不至于使压板发生下移。基于以上设计思路,根据压机工作流程,确定了17个输入点和14个输出点,共31个点,采用欧姆龙C40P产品(该型产品有24个输入点,16个输出点)Ez3。图1示出胶合板热压机的PLC输人输出点分配情况。
结合该系列压机特点,设计了控制线路,并编制了控制程序;输入和输出量编址见表1。
3工作原理与控制过程
以快速贴面压机为例。该系列热压机共装有4个油缸,油缸顶置,液压油路需用6只电磁阀控制,因设计的热压机规格不同,油泵电机的功率从10~22kW不等,为减小电机起动电流,设计为Y/△起动。胶合板板坯采用小车载入,小车承载部分可单方向运动,小车退出时板坯自动滑落在压板上。小车驱动电机由变频器控制,可实现小车快进、慢出。
图2为快速贴面胶合板热压机工艺流程,图3为 PLC控制的部分梯形图。
控制油缸的电磁阀有6只,其中1只1DT为总进油阀;每2个油缸上部、下部油路各自并联,分2组,每组各有1只上部进油阀3DT、5DT和1只下部进油阀2DT、4DT,还有一只总回油阀6DT。
油缸下部进油,柱塞上移;其上部进油,柱塞下移。即当1DT、2DT、4DT工作时,压板上升,1DT、3DT、5DT工作,压板下降并加压;6DT工作时,油缸卸荷。液压油泵用三相交流异步电动机驱动,为降低起动电流需要降压,采用Y/△方式起动,转换时间为2~5s。油泵工作正常3s时,压板上升到位(设上限位开关)后,压板停止上升;此时装板小车载板坯快速进入,到达设定位置后,小车卸板坯并开始后退,碰到后退限位开关后停止后退。
在小车卸板后退的压板开始下降,当碰到下限位开关后,停止下降,开始保压并计时,随着油压的升高,动、定压板之间压力增大,当达到设定上限压力时,电接点压力表上限开关断开,停止加压。由各组电磁阀自动控制热压时所需压力,实现保压直到热压结束,开始卸荷,3s后压板上升。由人工完成卸板。
为了安全起见,在控制线路中加装转换开关,在压机上升控制电路中要加入保护装置,当压板上升到位时,手动合上此开关,检修设备时不会因误动作而使动压板下降伤人。在加压保压控制电路中,加入了超压保护开关,目的是防止油压达到压力上限后继续加压。若超压,此开关自动断开,电磁阀失电关闭,停止加压。当压力下降到许可值时,此开关重新闭合,系统控制恢复正常。
一、 概述
近年来广播电视发射技术有了飞跃的发展,发射机朝着高效率、全固态化、智能化方向发展,新型发射机的控制系统多以单片机为核心构成,具有高度的智能化和可靠性。随着自动化技术的高速发展,PLC的可靠性也是很高的,使得对发射机的操作做到无人值守已可以实现。
本文以我曾做的某电视台发射机房实时监控系统为例,介绍西门子PLC在广电系统中的应用。系统采用1台西门子S7-300作为主站,5台S7-200作为从站,主站通过稳定的工业现场总线(PROFIBUS-DP)将从站采集的所有PLC的数据传送给上位机画面,从而给工作人员的管理带来了方便。
二、 系统硬件
该控制系统共需开关量输入93点,开关量输出35点,模拟量输入62点。为尽可能减少电磁干扰,根据发射机分布情况,系统共分一个主站和五个从站。选用西门子S7-300系列CPU315-2DP作为主工作站,S7-200系列CPU224加开关量输入输出模块EM223和模拟量输入模块EM231以及Profibus-DP模块EM277组成从工作站,并为每一个从站配置了一个TD200文本操作显示面板用于本地实时显示发射机工作参数。在发射台监控室设置了两台装有西门子WinCC组态软件的研华工控机。整个系统通过工业现场总线(PROFIBUS-DP)联接而成。系统网络结构见“系统原理图”。
6台PLC工作站完成底层的控制动作,包括:开关信号的采集,模拟信号的采集,以及由PLC给发射机发出控制信号。选用一台S7-300是为了实现上位机冗余、底层PLCCPU时钟校正、自动开关发射机数据存储和所有采集的数据的快速集中处理。
2台上位机通过工业以太网(TIP/IP),完成互相冗余;通过总线将6台PLC的数据全部采集上来,在画面上显示。冗余的上位机增强了整个系统的可靠性。
由于发射台有着强磁场干扰和发射机的模拟量信号不在PLC标准范围之内,在工作站PLC与发射机之间使用了信号调理电路联接;信号调理电路的作用是将发射机的模拟量信号转化为标准的4-20mA模拟信号作为PLC的输入,并且从电磁兼容的角度考虑,也保证了采集信号的准确。
三、 系统软件
整个软件系统分为PLC工作站应用软件和上位机人机界面组态软件两大部分。本系统中采用西门子公司的STEP7和MicroWin_3.2编程软件进行了PLC工作站的应用软件编程,还采用了西门子公司的WinCC组态软件进行了上位机人机界面的组态编程。
四、 系统功能
本系统主要实现了下述功能:
1.自动监测发射机系统运行状态,实时监测、记录各参数量值(包括模拟量和开关量值);对异常情况和参数越限进行记录报警;自动记录各机器开关机的时间及累计运行时间。
2. 按各频率每周播出时间表,定时(或随时)开机、关机、倒机;
3. 报警功能:有故障,即时显示报警。本地采用语音声、光报警方式,并可根据故障程度自动开启备用发射机;
4. 根据不同用户的权限实时控制发射机各种操作。
5.自动生成报表功能:可根据用户的要求,生成各类报表(如日报表、季报表、故障记录、维修记录、检修记录、指标记录、交接班记录等)。报表可根据需要进行定时或随机打印;
6. 键盘功能
1) 可通过小键盘对前端机进行人工干预或修改某些参数;
2) 可修改开关机时间、当前时间、倒机时间;
3) 可通过键盘操作实现开机、关机、倒机等操作;
4) 为了避免频繁倒机,可屏蔽某一部发射机的使用。
7.遥控操作主要是对发射机的工作参数进行设置或直接控制发射机,主要的命令有:开机(包括高开、低开)、关机(包括高关、低关)、倒机、复位等。值班员通过这些功能,控制设备的工作状态。
为了保证系统的安全有效运行,系统提供口令管理机制来限定值班员的操作权限和操作范围。值班员的权限由系统管理员设定。
系统运行过程中的操作情况都被自动记录,包括值班员的编号、时间、命令等。系统可以对记录进行查询、检索,以便了解值班员对系统的操作
8. 数据查询
1) 历史曲线:查询设备的模拟量,每五分钟取一点数据,画出昨天和的两条曲线。
2) 事件查询列出设备发生故障或越限这两种事件,并显示故障代码及含义,发生故障设备的数据、状态。
9. 数据存储:
1) 一类是五分钟数据,它只包含模拟量,因为数据量较大,只需保存三个月,五分钟数据以曲线的方式显示;
2) 一类是例行数据(整点数据),包括模拟量、开关量,整点数据是各类报表的依据。
3) 另一类是故障数据,包含故障前后十秒内的所有数据。
4) 所有历史数据亦可存入光盘长期保存。
10. 数据库的通用性和安全性
1) 历史数据存放在主服务器数据库中,在从服务器中建立该数据库的镜像备份,两者通过定时校验,发现问题及时自动恢复。
2) 对数据库的查阅、修改、删除设置不同级别的权限,以防数据库中的信息被破坏。
11.MIS系统(管理信息系统)是监控系统中的一部分,是一个小型的数据库,主要是对机房内的器材、图纸资料、技术档案进行统一的、规范的、科学的管理。MIS系统具备一般数据库所具有的各种功能,包括对器材、图纸资料、指标记录、维修记录、交接班记录进行显示、查询、检索、统计、打印报表等功能。
12. 远程访问采用网络操作系统、内置Web Server软件,利用Web信息发布技术,通过局办公网,为上级领导和相关职能部门提供有关的信息。
为了保证系统的安全,减少系统入侵或人为破坏的可能性,应设置实时数据网关,使监控网能共享办公网资源,办公网不能直接访问监控网,只能按权限取得约定的实时信息。
五、 结束语
西门子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有强大的指令,丰富的CPU类型和扩展模块,尤其是CPU模块内部集成了实时时钟,使其适合于广播发射机的自动控制应用。西门子公司提供的编程软件包和WinCC组态软件,功能强大,使系统开发变的更容易。