西门子6ES7216-2AD23-0XB8规格说明
1 、概述
大庆油田天然气红压深冷装置是天然气分公司大的气处理装置，每天处理天然气量达到90万方，生产轻烃200余吨。根据天然气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求，由于相关的PLC设备分布广泛，监控功能要求自动化程度高，有关的信息要迅速获取及处理，并要易于管理。自动控制系统以OPTO 22公司SNAP I/O系统作为骨干框架，结合其极其先进易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的bbbbbbS操作系统平台上，开发出既能很简便完成系统各种监控功能，又具有使用灵活的人机界面的天然气深冷分离装置自动化监控系统应用软件，监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀、电磁阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换，由于机组自带的PLC系统出自多个厂家，通讯标准不同，技术难度较大。
我们通过不断摸索、实践，在较短时间内，顺利完成了多个系统间的通信问题，使系统具有可靠性高、兼容性强、操作简便等优点，并且为项目节省了投资。
2、通讯系统的要求
1） 具备实时数据传输通讯功能，利用OPTO22 产品的强大的通讯优势，将生产数据实时传输到OPTO22 SNAP I/O系统。
2） 完善的安全监控功能。OPTO22 SNAP I/O系统接收到机组通讯传出的报警信号，能够及时记录并执行相应现场控制流程。
3） 支持多通讯协议；
4） 良好的中文人机界面；
5） 采用工业组态软件实现，便于维护、扩充和升级；
3、技术实现
红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统（ME系统）五部分组成。其中前四个系统只是进行局部的单体控制，与OPTO22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO22 SNAP I/O系统（ME系统）在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
在本项目中我们使用OPTO22 SNAP I/O控制系统的OPTO22 SNAP LCM4做为主控制器，该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030 处理器，4MB内存带电池后备，2MB快闪可读写内存，四个串行接口，一个固定的RS-485，三个可分别独立设定为RS-232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
在现场应用中，我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置的基础，它采用SIEMENS S7-400 可编程序控制器实现，自身设计成主站工作，无上位机显示设备，监视完全在OPTO22 SNAP I/O中实现。OPTO22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COM0——-COM3 通讯端口可以根据需要设置成232或485方式，根据现场的多次通讯实验，通讯采用标准MODBUS 方式实现不了。主要原因是ESD 系统采用的是主站方式，若改为从站通讯方式需更换所有 ESD软、硬件。费用太高，实现不可能。经过对ESD PLC的分析,我们决定采用自由口通讯方式，把SIEMENS S7-400 通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。通过编制数据交换程序，设定起始码、奇偶效验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中，DCS接收到了ESD发送的数据，但稳定性差,在线（ONLINE）程序中看到有时出现空栈错误，程序运行至通讯时逻辑不正常，经过反复分析及多次试验，在程序中加了数据同步处理，至此，与ESD通讯完全正常，实现了DCS与紧急停车系统的通讯。
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在与压缩机系统PLC通讯时，压缩机系统采用GE公司的90-70，我们采用MODBUS RTU方式，编制相应程序，在程序编制完成后，通过下装、运行，不断调试，终顺利的进行了连接。
在实现上述两个机组通讯实现的基础上，利用积累的经验，根据机组各自的特点，实现了DCS与全部机组的通讯。
二、系统结构及配置方案
在本系统中，采用OPTO 22的先进且成熟可靠的OPTO22 SNAP I/O系统，这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控中心的监控主机PC和四台OPTO 22的主控制器OPTO22 SNAP-LCM4以及7个可分布安装放置的前端智能I/O单元B3000组成，有关的系统结构示意图，请参阅以下的图示。
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在如图所示的三层网络结构中，上一层是由PC组成，使用ETHERNET网络连接，作为监控系统的人机界面，动态显示各种设备运转的实时状态，显示和记录设备的异常和故障报警，设定设备的自动运行时间及条件，操作者可切换系统设备按自动或手动的方式运行。如用户有所要求，可把监控主机设立为Web Sever，所有的监控图画转换为Web Page，用户可在局域网和互联网上，使用标准的网页浏览器Internet Explorer，对系统实行监视甚至进行操作控制。
第二层由四台OPTO 22控制器OPTO22 SNAP-LCM4组成，各控制器与监控主机之间采用以太网通讯方式，组成监控网络（C-Net）。其中两台控制器与现场I/O相联，每台控制器与现场PLC相联。
第三层是由多台PLC及7个I/O智能单元B3000组成。I/O单元之间及相关控制器之间由RS-485,组成I/O网络（I/O-NET），I/O单元的距离是1000m，加通讯重发器可延长分布距离。这样就可以把I/O单元和I/O模块分散安置在各相关设备附近，使连接的信号线减到少，大大减少信号传输过程中受到干扰的机会。I/O单元直接获取设备的工作状态和报警信号，设备的检测信号数值，可自动或手动控制设备的运转，对有关的PID运算控制回路，进行本地的运算和调节，大大加强了系统的实时控制及快捷反应能力。
结束语
通过实践证明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统与多机组PLC间通讯是稳定的和便捷的，实时性好，可靠性也高。体现了OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统灵活、多变、通讯功能强大的特点。
一、系统概述
本套系统主要是应用在对开门干燥灭菌烘箱，适用于制药行业的西林瓶、安瓿瓶、铝盖、金属及玻璃器皿件灭菌去热原和固体物料干燥灭菌。
工作原理:
将装满物料的烘盘、瓶子或小车放入箱内，启动PLC可编程序控制系统，内循环风机工作、加热、蝶阀开启、干燥箱迅速升温。在内循环风机作用下，于热空气通过耐高温高效过滤器进入箱体，在微孔调节作用下形成一个均匀分布空气向箱体内传递，干燥空气吸收瓶子（物料、物品）表面的水分，进入加热通道蒸发排出、干空气在风机作用下定向循环流动，水蒸汽排出。随着水蒸汽逐渐减少、间隙性补充新鲜过滤空气，箱体内呈微正压状态，恒温结束，过程控制完毕。开启送风或（进水）强制冷却，自动蝶阀进入关闭状态，声光提示开门出瓶。在整个过程中，微型打印机按操作要求打印实时温度。
二、系统框图
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整套系统由艾默生EC10－1614BTA,炜煌微型打印机WH 和触摸屏组成。EC10通过并口与微型打印机连接，控制选通信号，把要打印的数据转换成16进制通过8根数据线输入到打印机。Plc编程序时，根据打印机时序图确定选通信号和数据的时序。
打印机接口与引脚定义：
本系列打印机并口与CENTRONICS兼容，支持BUSY/ACK握手协议，接口插座为IDE 26针插座。
并行接口插座引脚序号如下图所示：
并行接口插座引脚序号
IDE 26针并行接口各引脚信号的定义如下图表所示：
注: 1.“入”表示输入到打印机。 2.“出”表示从打印机输出。 3.信号的逻辑电平为TTL电平。
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并口时序图如下：
三、艾默生plc和打印机连接问题
打印机数据信号是逻辑电平，在数据输出时要求响应速度快。用晶体管的输出的可编程控制器。
必须按照并口时序要求，编写程序。否则会出现莫名其妙的问题，例如丢失数据，或打印出乱码。
微型打印机对电位要求比较高，会因为电位问题导致丢失数据，或打印出乱码。在干扰比较大的环境下，必须加一些外围抗干扰的电路来预防和避免意外情况发生。
1 概述
镇海9E燃气蒸汽联合循环机组由两台GE公司生产的MS9001E燃气轮机，两台余热锅炉和汽机组成的联合循环机组。其汽机凝汽器采用海水冷却，循环水泵房共设有两台1000kw循环水泵，供汽轮机凝汽器循环冷却用水。由于循泵房距离主厂房较远，原有控制系统为杭州源正电子技术有限公司的YZCK－11型循环水泵控制系统，该系统主要以microPLC控制器为核心，按工艺对循环水泵，循泵出口蝶阀，旋转滤网和冲洗水泵的中间逻辑进行处理，实现较为简单的自动控制，故障检测及声光报警。控制方式为PLC程控硬手操，无工控机。
由于原设计，设备选型的原因，自投运以来故障较多。随着设备运行年限的增长，故障趋于频繁，跳泵故障屡次出现，严重影响燃机的正常运行。主要问题如下：
（1）电源设计不可靠，易引起循泵冷却水压低跳循泵；
（2）循泵出口蝶阀程控不完善， 易引起控制回路故障， 失电， 蝶阀不能自保而关闭， 联动循泵跳闸；
（3）报警系统不完善，无报警记录与历史趋势，难以故障分析；
（4）设备老化，操作复杂，对设备运行的监控及事故的快速反应和处理不利。
这些问题的存在严重影响燃机机组的安全正常运行，不利于机组的稳发满发，有必要对整个控制系统加以改造。
2 系统组成
循环水泵是燃机电厂的主要辅机之一，其正常出力对电站的安全正常运行有重要意义循环水泵的控制历来是电站控制中的重要问题。
燃机循泵系统由以下结构组成，如图1。
图1 燃机循环系统
两台循环水泵分别抽取通过栏污栅的海水，并入一根循环水母管，经过二次滤网过滤，送入汽机凝汽器循环水系统。由于循泵出口无法安装逆止阀，每台循泵后都有出口液压蝶阀作为循环水管和循泵的隔离，防止倒水。循泵的冷却水用于循泵电机冷却，采用闭式循环，经过冷却水箱，通过3台2运1备的冷却水泵分两路分别对循泵电机进行冷却。
可编程控制器（Programmable Logic Controller），简称为PLC，由于其高可靠性，便捷的通讯接口，简易方便的安装设计等特点，广泛的应用于各种工业逻辑控制领域。燃机循泵控制系统也采用了以微处理为基础的可编程控制器和工控机构成监控系统。控制方式采用CRT操作员站进行监视控制，通过CRT画面和键盘对整个工艺系统进行监视和控制，实现对循环水系统的数据采集，处理，图象显示，报警，制表和自动顺序控制，完成相关辅助系统的调节功能及局部系统的逻辑控制和联锁保护。根据目前的运行管理情况及考虑今后的管理发展方象，程序控制系统及被控设备均按有人和无人化值班方式设计和配置，并预留远程通讯接口以备今后与其他控制系统实现数据通讯和远方监控。
考虑到循泵系统对机组的重要性，PLC采用双机热冗余主机进行控制。经过多方调研，对各种双机热冗余的PLC进行性能价格比较后，采用美国GE FANUC系列90－30系列的PLC为双冗余控制设备。其具有以下优点：
（1）提供先进的编程特性，易于组态便于安装。
（2）CPU具有强大的功能，如内装PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块能完成复杂的操作。
（3）高性价比的双机冗余性能。
上位机界面软件采用IFIX3.5。系统共配置两台上位机监控系统，一台操作员站兼工程师站和一台操作员站进行控制程序编程，界面软件组态和生产过程的监控管理，包括：显示工艺流程，控制各设备的自动化运行，显示历史趋势曲线，进行报警管理等。
整个控制系统组成如图2所示。
图2 循泵控制系统
PLC1和PLC2分别为两个GE FANUC 90－30系列PLC，通过Genius总线控制器利用Genius总线网连接，以实现双机热冗余。考虑到系统成本，在远程I/O中，选用了versamax通用扩展式I/O结构，利用Genius网络接口单元，挂到整个Genius总线网中，为远程控制提供灵活的I/O结构。由于90－30系列PLC支持以太网通讯，在系统中增加一个8口以太网HUB,PLC和上位机分别将以太网线接入HUB，实现上位机与现场的高速通讯。
3 系统的实现
在改造中，通过以下几点实现了系统的PLC控制。
3.1 双机热冗余的实现
GE FANUC系列90－30系列的PLC实现双机热冗余由GE Fanuc系列90-30PLC硬件与热备软件max_on构成的，90-30 Max-ON系统的冗余硬件部分是由两套90-30PLC CPU控制器组成，主控制器通过Genius网络总线与其备用控制器和I/O系统的通讯实现其热备冗余功能，一旦主PLC控制器或通讯出现故障；所有控制功能将平稳地切换至备用控制器以确保工艺装置正常运行。系统具有参数同步化，I/O总线冗余和系统诊断等功能。软件上90-30 Max-ON提供方便灵活的组态方式。组态软件基于bbbbbbs平台，采用对话框方式对系统进行组态，例如：网络结构，同步参数以及模拟量输入转换等。完成双机配置后,可在系统的程控组态软件versapro中引入其配置文件,使两个PLC都置于运行模式,这样其冗余特性就挥发生作用，其主从切换的标志位在PLC的存储器中可以看到。
a. %M1017 CPUA标志位；
b. %M1018 CPUB标志位；
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c. %M1019 CPU处于运行模式标志位；
d. %M1020 CPU为主机标志位；
e. %M1021 所有数据同步标志位。
这样,可以方便的在程序中通过对PLC存储器位操作来判断其冗余工作状态,从而判断控制器所处的主从地位,主控制器参与设备的控制,从控制器同样进行数据的采集,运算,并监视主控制器的运行状况,如有异常,立刻平稳的切换为主控制器。
3.2 PLC远程I/O结构的实现
镇海燃机循泵系统的就地信号的采集和设备的控制采用高通讯速率的versamax远程I/O结构。VersaMax是唯一具有“三合一功能的系列产品，它既可以作为单独的PLC控制机，具有可接受的价格和优越的性能；又可以作为I/O子站，通过现场总线受控于其它主控设备。具有以下特点：
（1）I/O模块和通讯模块都可带电插拔；
（2）真正的即插即用；
（3）模块安装、扩展不需要任何工具；
（4）模块化结构，构成系统可大可小；
（5）安装费用低，减少工程成本。
基于上面的特点，系统中采取带有genius总线接口单元的versamax I/O通过genius现场总线受控于上层的PLC。每块总线接口单元都可下挂8块I/O模块，与就地设备相连。
根据现场的实际运行情况，整个PLC系统设置了4个远程I/O机架。
＃1远程I/O站主要用于采集＃1循泵系统的各设备的反馈信号，输出＃1循泵系统各设备的启停指令。
＃2远程I/O站主要用于采集＃2循泵系统的各设备的反馈信号，输出＃2循泵系统各设备的启停指令。
＃3，＃4远程I/O站主要用于采集公用系统包括循泵液压油泵，二次滤网前后压力，二次滤网进出口电动门，排水泵，轴流风机，冷却水泵等设备的反馈信号，输出各设备的启停指令。
3.3 上位机画面与操作的实现
在系统中，采用了以PLC为控制设备，工控机作为上位机，通过以太网连接的结构形式。这种结构充分发挥了PLC和计算机的优点。PLC可靠性高，抗干扰能力强，对设备的控制有其独立完成。计算机完成图形、实时数据的显示，故障报警等功能。
系统中采用ifix软件作为上位机的监控软件。Ifix作为一种多方面的监控软件，提供了与多种PLC通讯的I/O驱动程序，可方便的与PLC连接，在工业控制领域有着广泛的应用。监控系统包括SCADA系统和 HMI图形系统。SCADA系统通过与 PLC建立通讯关系通过软件接口I/O驱动程序与PLC直接建立通讯来读取数据，并形成实时数据库。HMI图形系统显示实时数据和报警信息，记录历史数据，打印报表，修改设定参数以及实现软手动控制等。
3.4 逻辑完善
在原有的设备运行中及新设备投运后系统逻辑需要完善的主要有以下几点：
3.4.1 现场和CRT上的操作
以循泵为例，在就地动力柜上设计“就地/检修/远方” 控制转换开关，及“启动”，“停止”控制按钮。在CRT上设计循泵的“连锁/解除”，“程控/解除”软转换开关，及 “启动”，“停止”软控制按钮。当就地动力柜上的“就地/检修/远方” 控制转换开关打在就地时，CRT上只监视其状态，对其操作无效，面板上“启动”，“停止” 按钮用于简单的启动，停止循泵，不参加系统连锁功能。当就地动力柜上的“就地/检修/远方” 控制转换开关打在远方时，面板上的按钮对其操作无效，此时，CRT上的软按钮对其操作启动，停止循泵，并且根据要求在停泵时自动投入加热，在启泵时自动投入轴流风机。当CRT上的“连锁/解除” 软转换开关置“连锁”时，两台循泵互为联锁，一台循泵处于备用，当另一台跳闸后，此循泵自动启动。否则，当软转换开关置“解除”时，此循泵不自动启动。当CRT上的程控/解除”软转换开关置于“程控”时，此循泵与循泵出口蝶阀程控联动状态。否则，当软转换开关置“解除”时，循泵的启停与蝶阀的开度无关。
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3.4.2 循泵与出口蝶阀的控制逻辑改进
循泵与出口蝶阀处于相关的连锁状态。为防止循泵的空转，倒转引起泵的损坏，循泵的启停由出口蝶阀决定，并且考虑到系统有没充水的条件。
启动时，根据运行状况选择循环水管是否充水，当完全充水时（如一台已运行，开第二台泵），先启动出口蝶阀置15％，启动循泵，蝶阀继续开启置全开。当未充水时（如水管放空后启泵），先启动出口蝶阀置15％，启动循泵，这时，出口蝶阀在15％处停留20min，使进行循环水管充分充水，再继续开启置全开。
停止时，正常顺控停泵时，先使出口蝶阀关置15％，停循泵，出口蝶阀继续关闭置关死。当发生循泵跳泵时，联锁关闭出口蝶阀。
3.4.3 循泵运行与冷却水压力保护的控制逻辑改进
在系统中，每台循泵的冷却水管路上分别设置两个冷却水压力低Ⅱ值和一个冷却水压力低Ⅰ值。冷却水压力低Ⅰ值作为启动备用冷却水泵的条件。冷却水压力低Ⅱ值作为启动循泵的闭锁条件，当循泵未运行时，两个冷却水压力低Ⅱ值都动作，不允许启泵，当循泵运行时，两个冷却水压力低Ⅱ值都动作后，延时20s，跳闸循泵。冷却水压力低Ⅱ值的闭锁条件可CRT上选择是否投入，当发生冷却水压力开关故障时可屏蔽，便于检修工作。
程序框图如图3。
图3 控制逻辑的改进
4 结论
在完成循泵控制系统PLC改造后，增强了循环水系统的抗干扰能力，优化了逻辑组态，在运行中减少了人力操作，增强了报警功能和故障记录分析，减少了缺陷故障率，大大提高了循泵的运行可靠性使之不再成为燃机安全运行的薄弱环节，完成了设备改造的目的。
基于PLC的循泵控制系统，充分利用了PLC组网方便，抗干扰能力强，适用于逻辑顺序控制方面的特点，有效的完成了循环水系统的自动控制。并且为循泵无人化值班提供了条件，在镇海燃机运行的实际应用中得到了良好的效果，其经验可以用于今后其他循泵控制系统参考。