西门子6ES7232-0HD22-0XA0规格说明
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
[NextPage] 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
4 网络系统组态
组态之前先要建立一个项目(如Project1)，在项目中插入SIMATIC 300站。
4.1 硬件组态
在HW Config中为 SIMATIC300站组态硬件，包括机架、电源(槽1)、CPU(槽2)、通信模块(槽4)和输入输出模块。设置集成在CPU上的DP主站接口的参数，并建立要连接到DP主站接口的PROFIBUS网络。
4.2 DP从站组态
以ET200M站连入DP主站为例。先从硬件中选择接口模块IM153-l，连入DP主站接口的PROFIBUS网络，如图2所示，并设置此DP从站的PROFIBUS地址。地址要和IM153模块上的地址选择开关设定的地址相一致。
ET 200M从站配置有2个信号模块，从ET200M的DI/DO中找到相应型号模块并加入从站的相应槽中，如图3所示。在使用硬件目录时要确认你是在正确的文件夹中,例如，为ET200M选择模块应在ET200M文件夹中查找。添加的分布式I/O与PLC主站中的本地I/O具有统一的编址，在程序中可以像访问本地I/O一样方便地访问分布式I/O，在编程时完全不必考虑一个I/O地址在物理上是通过何种方式连接的。
图2 ET200M从站与DP主站的组态
图3 ET20M从站的信号模块组态
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4.3 端口设置
(1)PG/PC接口是PG/PC和PLC之间进行通讯的接口，要实现PG/PC和PLC设备之间的通讯连接，必须正确的设置该接口。在控制面板中打开“Set PG/PC Interface”，选中“S7 OnLine( STEP7)”，再选择网卡类型。进入 STEP 7的硬件组态HWConfig中设置通讯模块的MAC地址，地址为CP343-1标签上给出的物理地址，其格式是一个12位的16进制数(如:08-00-06-00-44-AE)。还需给 PLC分配唯一的IP地址(如:192.168.0. 130 )及子网掩码(如:255.255.255.0 )。
(2)设置PROFIBUS网络:利用图形组态工具NetPro设置括PROFIBUS总线的传输速率、高站地址、总线行规、总线参数等。
系统组态完成后，应下载到PLC，并调试使硬件之间连通。
4.4 程序的编写和调试
STEP7是用于S7-300/400创建控制程序的标准软件，编程语言主要有:梯形图、语句表和功能块图。
通常用户程序由组织块(OB)、功能块(FB)。
功能(FC)和数据块(DB)构成。OB1为主程序循环块，是必需的。根据控制程序的复杂程度，对简单程序可将所有的程序放入OB1中进行线性编程，如果程序比较复杂应进行结构化编程，将程序用不
同的逻辑块加以结构化，通过OB1调用这些逻辑块。
对一个实际的过程控制，按照所采用的控制策略编写用户程序，模拟调试后下载到PLC，与实际系统联调，完成相应的控制功能。
5 WinCC监控通讯组态
WinCC提供SIMATIC S7 Protocol suite.CHN驱动程序，此驱动程序支持多种类型的网络协议，通过它的通道单元可以与各种SIMATIC S7-300/400PLC进行通讯，具体选择通道单元的类型要看WinCC与自动化系统的连接类型。本系统选择工业以太网通道单元，工业以太网是工业环境中有效的一种子网，它适用与管理层和现场层通讯。
添加SIMATIC S7 Protocol suite．CHN驱动程序，在“SIMATIC S7 Protocol Sute”下选择“Industrial Ethemet”通道单元，打开“连接属性”输入连接名称，在连接参数中输入所要连接的PLC的通讯模块CP343-1的MAC地址，PLC中CPU所在的机架号和插槽号。此处的插槽号应是CPU所在的插槽号，不是通讯模块所在的插槽号。
用户根据具体的过程控制任务，在新建的连接下建立变量，把变量和PLC中所要连接的地址对应起来，与PLC建立连接。后利用WinCC完成各种显示画面和数据的组态。
6 结束语
本文所建立的现场总线控制网络，通过接入标准以太网，还可以实现远程监控。
该实验装置是根据自动化及相关教学的特点，基于过程控制基础上集PLC技术、网络技术为一体的先进的实验装置，采用了多种常用控制算法和理论，除包含常见的PID算法外，还增加了模糊控制、人工神经网络控制等先进的控制策略
作为执行元件，是的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
上个世纪就出现了步进，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量，一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。用步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。
步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转与相数、分配数、转子齿轮数有关。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得多的应用。
步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。
步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它大的应用是在的制造中，因为步进电机不需要a/d转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。
步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的tigao，步进电机将会在更多的领域得到应用。
是什么?
伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
准确讲，伺服电机是一种数字化控制的电机，能够将电能转换为机械能，用于定位控制。其位移是通过脉冲信号数量控制的，转速是通过脉冲频率控制的。伺服电机属于闭环控制的电机，必须采集电机旋转轴的编码器信号，才能够实现控制。的，是，这种电机能够实现开环控制。通常伺服电机，不是说“容量”，而是说功率。其功率能够做的很小，也可以做得非常大，甚至几十或者几百千瓦。
伺服系统是什么?
伺服驱动系统（servosystem）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（使用在电机系统中的伺服电机转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转数惯量的3倍）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电动机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度/或位置闭环。
伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。伺服电机工作原理:伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机jingque定位的目的。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
交流伺服电动机定子的构造基本上与分相式单相相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组rf，它始终接在交流电压uf上；另一个是控制绕组l，联接控制信号电压uc。交流伺服电动机又称两个伺服电动机。
交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，运转平稳，被广泛采用。
交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位时，伺服电动机将反转。