西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8详细资料
1、概述
井场泥浆罐液位监控系统是在石油、天然气、地质矿产和盐业等钻井作业过程中必备的安全装置系统。为了确保人员和设备的安全，为了更加及时准确地了解井下的地质状况，通过向现场工作人员显示泥浆罐的泥浆液位，并自动预警生产中可能发生的井漏、井涌等危险征兆，避免事故发生，达到井场工作人员和设备的安全，从而实现安全生产、高效生产之目的。
随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发展，和利时公司推出了一套技术先进、安全可靠的井场泥浆罐液位监控系统。要求严格的底层控制部份全部采用和利时公司生产的小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3系列产品，以保证系统运行的稳定性和可靠性。
本文介绍和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3系列产品用于井场泥浆罐液位监控系统的应用实例。
2、系统组成
系统由1块40点的高性能CPU处理器LM3108(24点开关量输入和16点晶体管输出)、2块4点模拟量输入模块LM3310、1个3.7寸的液晶显示屏MD204L（支持4行×12中文字符显示）和功能强大的上位机组态软件Focsoft 3.1组成，实现对钻井泥浆液位监控和井涌、井漏异常显示与报警及数据归档存储等功能，完成PLC自动化控制以及计算机自动化管理。
井场泥浆罐液位监控系统的泥浆罐管理数量为1到8个，用于检测泥浆罐储液量的传感器在每个泥浆罐上采用1个非接触式超声波液位传感器，大可有8路模拟量输入被LM3310采集。CPU模块上的两个串行通讯口分别连接上位计算机和数据显示器MD204L，用于对PLC编程和传输数据。
井场泥浆罐液位监控系统由上位计算机监视系统和下位PLC两部分组成，上位监视系统主要完成对现场设备运行参数的监视、处理和存储，PLC 主要完成数据的采集和对现场设备的控制。
上位监控计算机接收PLC上传的泥浆罐液位数据，并对数据进行处理，以数值和图形的方式显示设备运行状态和运行参数。若运行参数或运行状态发生异常，系统对异常数据进行报警，提醒工作人员进行处理。
3、系统主要功能
1、 数据采集和处理功能
系统能实时测量各个（多8个）泥浆罐的液位、储液量、总储液量和变化量，并将数据进行分析处理。小泥浆体积变化量为±1立方米。
2、 显示与报警功能
A：多处（液晶显示屏、上位监控室）分别显示各个（多8个）钻井泥浆罐的储液量、总储液量和变化速度（即体积在单位时间内的变化量），并且还能滚动显示多个时间段的泥浆总体积（每条数据间隔1分钟）。
B：多处（液晶显示屏、上位监控室）同步异常显示与报警功能，报警采用声光报警。当泥浆液位超过设定的上限或下限时，当变化速度超过设定值时，计算机与显示报警器都将进行井涌、井漏异常显示和报警，提醒操作者注意并及时校对泥浆罐储液量，以便采取相应措施。
3、 数据存储功能及设定功能
系统将采集的数据传送到计算机数据库进行存储，能存储1年到3年的数据量，以便进行相应的数据分析处理。可任意设定需要使用的泥浆罐罐号，如果只用几个罐时（少于8个），在泥浆罐面的显示屏和计算机上显示正在使用的泥浆罐的罐号，只采集正在使用的泥浆罐的数据，不采集其它罐的数据。
4、 查询及打印功能
A、 系统能定时打印输出钻井泥浆罐液位数据报表，实时打印输出井涌、井漏异常显示与报警数据资料报表。
B、 可定时打印各泥浆罐体积、液位和总体积数据。
C、 可实时打印各泥浆罐体积、液位和总体积数据。
D、 保存的数据能在中央监控室的计算机终端上根据授权的不同随时调看和打印。
4、结束语
经过一段时间的调试和试运行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC组成的控制系统已成功应用于某井场。实践证明，该系统功能完善、性能稳定、质量可靠，具有很好的性价比。
一、引言
可编程序控制器（PLC）突出的特点是可*性高，在以PLC为主组成的PLC控制系统中绝大部分故障来自外部控制电器，如由按钮，行程开关等的损坏所引起。控制电器的故障分为两类：一类是控制电器的触点产生氧化膜，使触点无法闭合而产生开路故障；另一类是控制电器触点熔合而产生短路故障。这都将影响PLC控制系统的正常工作。为能快速准确地对PLC控制系统中控制电器的故障进行检测，探讨利用PLC内部富余的器件对PLC输入控制电器的开路与短路故障进行自动诊断，以便及时排除故障，保证PLC控制系统的正常运行。
二、输入控制电器短路故障的检测
1、短路故障的分析与设计
为检测出某控制电器的短路故障，可在梯形图有关的步序段中串联上被检测电器的常开点，当该电器常开点变为闭合即出现短路故障时，则立即接通输出继电器，此继电器为PLC辅助继电器，使有关的输出设备停止工作，并使故障指示灯亮，以使操作人员迅速发现故障并判断出原因。为避免在步序转换瞬间有些被检测电器的常开点闭合，致使故障指示出现短暂的错误，可根据需要设置若干个定时器，使步转换时间相同且有间隔的步共用一个定时器。定时器的常开点串联在相应的步序段中，时间设定值略大于步转换时间，这样就不会出现错误的故障指示。若在每一步序段中设置一个由PLC内部辅助继电器组成的步序状态指示器，将指示器的常开点与上述定时器的常开点和故障输出继电器串联起来，就可实现利用步序状态指示器对该步进行故障检测。只有系统运行到该步才能检测出有关的故障电器。
PLC控制系统的输入控制电器可能多达几十甚至上百个，即系统有几十甚至上百个步序段，而状态寄存器的触点只能使用一次。若按步序指令编制程序，为检测故障就需另选内部辅助继电器作为状态指示器。这样不仅占用了大量辅助继电器，使梯形图相当复杂。在这种情形之下，采用移位寄存器的编程方法来编制程序比较理想。这样不仅可以利用移位寄存器对众多步序段系统进行控制，可利用PLC内部丰富的辅助继电器作为步序状态指示器，从而实现对众多输入控制电器的故障检测。
2、故障检测的选择
假若在每一步序段对所有的输入控制电器全部进行检测，这将使梯形图非常繁杂。经分析和实际运用证明，不需要在每步序段对所有输入控制电器进行短路检测，只要在某步序段检测一个有关的输入电器即可。一般选取每一步序段中LD指令的控制电器，即开始某段程序的控制电器。
三、输入控制电器开路故障的检测
1、开路故障的分析与设计
在PLC控制系统正常运行的状态下，每一步序都有一定的时间间隔。若输入控制电器出现了开路故障，则系统将无法转入下一步的工作而停顿。故必须检测出控制电器的开路故障。要检测开路故障只要将有关步序的步序状态指示器的常开点和下一步步序状态指示器常闭点及定时器的线圈串联起来，在该步序段开始时立即定时，当该步序段结束并转入下一步后使定时器复位。若系统在定时器设定时间内结束该步，定时时间到，则其常开点闭合，指示出故障信号。定时器的定时值的选取需要注意以下两点：一是保证系统迅速检测出开路故障；二是准确的定时时间（即步进时间）需要现场调试确定。
2、故障检测的选择
对大量输入控制电器进行开路检测必将占用较多的定时器，而PLC内部定时器数量有限，故对控制电器的检测可作如下处理：
（1）对于步序时间相同且有间隔的步可共用一个定时器。
（2）开路故障检测选取某步序段前OUT的控制电器。
（3）选择故障率高的控制电器进行检测。
四、故障检测的设计
1、瓶签检测系统
瓶签检测系统如图1所示。
图1 瓶签检测线
系统中有光电开关0001和0002检查传送带上的瓶子。若检测到无标签的瓶子则0001通，这时系统控制一个机械手从A传送带拿开并放到B传送带上。当机械手回到始位后，机械手原始位置0004检测接通，系统还对无标签的瓶子进行计数，当计数值达到设定值时报警灯亮。
2、控制系统梯形图
设计出C系列PLC控制系统梯形图如图2所示。
图2 瓶签检测PLC控制系统梯形图
3、控制电器开路故障检测
需要检测的控制电器有光电开关0001和0002，停止按钮0003和机械手原始位置检测0004。根据上述思路设计出输入控制电器的开路故障检测梯形图，如图3所示。
图3 输入控制电路开路故障检测梯形图
4、控制电器短路故障检测
需要检测的控制电器与开路时相同。设计出控制电器短路故障检测梯形图，如图4所示。
图4 输入控制电器短路故障检测梯形图
5、几点说明
（1）鉴于瓶签检测系统输出点较少，PLC内部剩余了较多输出点，在设计中使用较为简单的方法实现对控制电器的故障检测，各个被检测电器的每种故障由一个独立输出点予以显示，使故障的显示一一对应，清晰明了。
(2）若控制系统比较复杂，输入控制电器和输出设备较多，使输出点数富余较少时，为减少故障显示所占用的输出点数，需加入状态指示器，可采用8421码来分配故障显示灯（输出点对应的指示灯），而程序作相应的调整就可以了。
五、结束语
PLC的内部资源如输出继电器、辅助继电器、定时器等，一般情形之下均未被完全利用，可利用这些内部富余的电器对PLC外部的输入控制电器进行故障自动检测。该检测无需任何外部元器件和经费就可实现。这对于保证PLC控制系统的正常运行具有重要意义。
1 客车整车喷烤漆房系统简介
客车整车喷烤漆房设备由实体，送排风系统,控制系统，净化系统，照明系统，安全消防系统，电动升降平台，进出车辆大门，加热系统等组成。实体采用钢结构框架承插上海宝钢EPS彩钢板制作，彩钢板厚度δ=0.75mm,墙板厚度不小于75mm，具有保温性能好，整体密封性能好，承载能力大的特点。
进气净化采用不少于两级的织物过滤，过滤精度大于10μm，室内设压力传感器1个，采用美国进口产品，电路芯片采用菲利浦产品。燃油采用集中供油方式。燃烧器性能稳定，工作安全可靠。电路连接件安全，牢固，可靠。在较冷季节进行喷漆作业时，室温应大于18℃。换热器采用不锈钢制作，具有耐热性和良好的散热效能(大于75%)送，排风风机应加热系统连锁，当送，排风系统位启动时，加热装置启动开关无效;当风机发生故障时，系统应能自动关闭加热装置。
(1)喷漆的工作原理
外部空气经初级过滤后由风机送至室顶，在经过顶部过滤网二次过滤净化后，进入房内，房内空气采用全降式，以大于0.35m/s的速度向下流动，使喷漆后的漆雾微粒不能在空气中停留，而直接进入底层出口过滤装置，从而滤去喷漆过程中产生的有害气体，经处理达标后的废气直接从排气口排除至室外。保证室内空气清新，从而达到安全卫生的工作环境。(较冷季节可以对送入的空气进行加热，使送入的空气在30min内温度升至18℃)
(2)烤漆的工作原理
通过风机将冷空气经初级过滤网过滤后，与热能转换器产生的热量送入烤漆房顶部，在经过滤网二次过滤净化，热空气以大于0.15m/s的速度进入烤漆房内，从底部排出，经过风门的内循环作用，除吸进少量新鲜空气外，部分热空气又被继续加热利用，送入烤房内部，使烤房内温度逐渐升高，当温度打到设定温度时，燃烧器自动停机，当温度下降到设定的温度以下4-5℃度时，风机和燃烧自动机，使烤房内温度保持相对稳定。当烤漆时间达到设定值时，烤房自动关机，烤漆过程结束
2 烤漆房的控制系统控制要求
(1) 二条烤漆房配置二套控制柜和一个工控机监控系统。该套系统必须封闭在操作室内。
(2)每条生产线电控系统均采用PLC做控制中心，全线实行联锁控制，即:循环，排风系统不能正常工作时，自动关闭加热系统，以及工作状态选择等功能。常规操作和选择在控制柜和现场操作台完成。
(3) 控制系统具备延时功能，即:先行启动循环，排风系统后，延时启动加热系统，关闭时
(4)各主控制回路均设有过载，短路，失压等保护系统，确保系统安全运行。并具有安全保护功能，当燃油加热系统出现故障时，自动关闭加热系统及全线设备。
(5) 室内温度采用数字显示，6套热电偶控制温度，通过数显控制仪表调节燃烧工作状态，达到自动控温。
(6)PLC及工控机主要功能。设备各单元的启动，停止，运行，故障及工作选择状态，均由PLC采集，按照工艺通过输出单元控制并作声光报警。工控机通过PLC接口进行数据传送完成工艺流程动态显示各设备的运行或故障监控，PLC程序编制，参数设备及报表打印功能。脱开工控机系统，电气控制同样通过PLC完成各种流程的控制，并在柜体面板上采用组合信号灯观察各设备的工作状态。
(7) 电器控制柜采用组合式及密封型结构，柜内设立排风及照明装置。
(8)现场导线的敷设采用桥梁，电线管和绕管联合布置，防暴场所均选用防暴电路，动力导线选用VV系统四芯电缆，控制线选用KVVR及KVVRP屏蔽电缆。动力线路和控制线路敷设时用隔板分开。
(9) 照明系统
室内照明灯箱采用嵌入式，选用荧光灯，其安装方式采用隔爆处理。
(10) 安全，消防系统
按照GB14444-93要求，设置相应数量的安全门。
(11) 电动升降操作台
在喷漆室内轨道两侧设置升降工作台，通过平台立柱上的防爆按钮控制操作台的升降。
3 烤漆房的控制系统总体结构及通讯参数配置
3.1 总体结构
电气系统设计主要是根招工艺及设备的要求，分析目前国内外涂装线电控系统现状，结合当今工业控制系统发展趋势，本着高质快速、柔性化和低成本的要求，采用以计算机为主的集散型控制系统(DCS)电气控制方案。利用计算机对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制，有效地克服了以前油漆涂装线电控系统由于采用大量分散的仪表控制的缺陷。上位机工控机采用1台 研华工控机IPC-610 PⅢ 1G 256M 40G硬盘，组态软件采用KINGVIEW6.02,PLC采用2台三菱FX2N-12816EX,温控仪采用富士PXW9,实现对燃烧器大小火及上限停火。如图1所示。系统具有很高的可靠性和冗余性。脱开工控机系统，电气控制同样通过PLC完成各种流程的控制。
3.2系统连接与FX2_485协议通讯参数配置
本协议支持与三菱FX2_485及其兼容的FX系列PLC之间以485方式进行通讯，可以采用串行通讯，使用计算机中的串行口。支持上位机通过组态软件与三菱的通讯模块232ADP,485BD,485ADP之间的通讯。PLC通讯参数可以通过编程器设置，将D8120设置为:E080，
具体表示的通讯参数如下:
*协议: bbbb 数据: 7 校验:无 停止:1 传输速率:9600
*硬件:RS-485 数目检查:YES 控制程序:bbbbat4
在D8121中设置地址,在组态王中定义的设备地址必须和此设置保值一致。
注意:从PLC资料中得知，设置后必须关PLC电源，再重新给PLC上电，设置才能生效。
4 程序没计
4.1 两种运行方式
为了保证设备的运行可靠性及现场的控制和操作的方便性,每套分系统采用2种方式运行:
(1)自动运行方式
只要接通电源,选择自动方式,系统就会先检测设备的预备运行的各项条件,如满足条件,按下运行按钮,设备就可自动运行。
(2)手动运行方式
接通电源,选择手动方式,系统就会先检测设备的预备运行的各项条件,如满足条件,操作人员可以有选择地操作设备,这仅用于设备的检查和应急生产使用。部分(喷装室)加设各个联动系统的检测信号,作为联动必须满足的条件。
对于设备的报警情况,分设一级和二级的故障报警,并有不同的处理方法:一级故障:是一些比较简单的故障,它不会对设备造成损害和人身安全的影响。空气过滤器压差大等,程序只对设备做声音报警和故障位置的指示。二级故障:是能引起设备的损害和人身安全的故障,它会造成生产不能正常进行。如大型风机的故障、断路器跳闸、火灾和地震等故障,程序对设备作出立即停机和声音报警及位置指示。
4.2PLC程序总体设计
(1)整个程序的自动喷漆和手动喷漆部分，自动烤漆和手动烤漆部分，通过CJ指令来分段，如图2所示，大大减轻了编程的难度，使得喷漆，烤漆，自动，手动可分别编程，可以采用双线圈输出，解决了程序包容性问题，注意公共部分程序和分段程序的包容性，防止双线圈输出，否则出现不可预测的结果，通过CJ指令可实现任意分段，比采用MC,MCR实现自动和手动更具灵活性，并可以采用双线圈输出。
(2) 手动程序及复位
为使系统调试方便，设有手动程序。手动方式是通过往制箱上的手动功能开关来进行的。每接通一个开关，执行一个相应的动作。当系统没有处于自动运行和手动运行状态时，按“总复位”按钮。可使系统完全复位。
4.3上位机监控程序
在上位机上实现工艺流程图的实时监测、数据处理是通过可编程控制器操作站系统软件和组态软件来实现的。组态软件主要对系统的构成进行定义，定义过程点参数、趋势笔、趋势组、流程图、报表等，监控软件由各种监视画面和操作画面组成，主要包括总貌画面、流程图画面、趋势画圃、报表管理以及趋势打印、报表生成打印输出、操作调整等。
上位机主要工艺参数分组曲线显示，并存人上位磁盘中，工艺人员随时调用打印，做工艺质量分析。还可将每班设备启停时间、各工位启停传送时间进行记录存盘．供生产管理人员随时查询打印停工台时间和停工月报表。上位机的操作分操作员级和工程师两级．正常生产时，由生产工人操作。
工艺流程画面如图3实现了对整个烤漆房的全面监控，界面形象生动，友好，具有较好的可靠性，在画面上实现凤机旋转动画，燃烧机燃烧动画，当某设备发生故障，该设备将闪烁，并弹出实时报警画面;在手动状态，可以直接点击该设备，便可启停该设备，喷漆和烤漆时，通风的路径及颜色将发生变化。烤漆房温度除数字显示外，采用温度棒图显示。
图4系统参数，显示系统各设备的状态，可设定参数，如烤漆时间;图5历史报警画，显示所有报警发生的时间，报警恢复、报警应答，报警的优先级，报警组，如果在运行阶段，变量的数值或变化情况满足已定义的报警条件、从报警条件恢复正常状态、报警应答时均可以产生报警事件(报警发生、报警恢复、报警应答)。报警信息还可以用文件的形式进行历史记录或实时打印报警信息。用户可以自定义报警信息的显示格式、记录格式和打印格式。可以利用命令语言实现对报警事件的复杂控制和灵活处理。
5 结束语
本系统已在青岛四方车辆厂调试成功，且投入生产，从运行情况来看，电气系统几乎处于无故障工作，大大提高了生产率。此系统组态灵活，操作方便，具有抗干扰能力强，工作安全可靠，维修方便，与上位工控机联系，接受工控机的控制和查询，由工控机完成对整条生产线的监控，实现了喷烤漆自动化。