西门子6ES7235-0KD22-0XA8详细资料
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提高,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,极大地提高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,进行有级控制进风流量,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,流量计使用比较广泛。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,使相应的流量计投入运行。由流量计发信器将脉
冲传递到PLC ,PLC 利用高速计数模块采集流量计发出的脉冲数,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、流量计等;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) 流量仪表:采用日本OVAL 公司的UF2 Ⅱ型转子流量计,它具有精度高、流量范围宽、重复性好等优点。流量计现场部分配有不归零计数器和调整器,流量转换和变送部分为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流量计的脉冲信号,由主程序调用计量子程序,按照脉冲流量比计算出流量的瞬时值和累积值;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流量的瞬时值和累积值; 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流量计各项参数传输到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
、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。
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。
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。
、 引言
触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于现场控制，可靠性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。
PLC有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点。近几年，随着科学技术的不断进步，各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。
触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。
2、 闭环控制的变频节能系统用途很广，各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同，具体应用时应根据实际情况选择设计。下面列举一些：
中央空调节能：冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。
恒压供水：水厂一、二级泵，供水管网增压泵、大厦供水水泵等
锅炉：引风机、送风机、给水泵等，变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。
汽轮机：循环泵、凝结泵等，其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。
纯水处理系统：软化水泵、增压泵等。
洁净室：增压风机、FFUqunkong等等。
3、 整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用：
(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模块、AI/AO模块组成。PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。其主要的作用要体现以下几方面：
①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。
②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。
③向触摸屏提供所采集及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。
④将PID运算的数据结果转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。
⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。
(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下:
①可实时显示设备和系统的运行状态。
②通过触摸向PLC发出指令和数据,再通过PLC完成对系统或设备的控制。
③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能更加强大。
(3)变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC。
(4)压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC。
(5)电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。
4、 触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计，先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。
（1）主画面的设计
一般的，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。
（2）控制画面的设计
该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多，其具体画面数量由实际被控设备决定。
（3）参数设置页面的设计
该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。
（4）实时趋势页面的设计
该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。
（5）信息记录页面的设计
该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。
（6） 节能画面的设计
该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。
5、 PLC程序设计
PLC程序由S7-200专用编程软件进行设计，通过编程电脑下载到PLC进行联机调试，合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的地址进行规划，以免重复使用同一地址，造成误动。
（1）逻辑功能的设计
这部分程序主要是完成各变频器、水泵（或风机）的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能，一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。
（2）PID功能的设计
通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序，具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。
（3）采样程序的设计
采样元件使用标准配置时，应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套，实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。
（4）PLC与变频器通信程序的设计
SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成，该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。
（5）其它辅助程序的设计
PLC程序在实际编程过程中，需考虑对一些程序进行修补，尽量减少程序漏洞，反复推敲，不断的完善。
结束语
在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个中央空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统，提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中使用，实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃，这必将使触摸屏与PLC被更多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。