西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0保内产品

西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0保内产品

1  引言
   PLC（可编程逻辑控制器）由于其可靠性高、功能强、可扩展性好等特点，而被广泛应用于油气田各类生产监控系统中。在海上天然气平台的生产过程中，被处理介质往往是高温高压、易燃易爆的气体或液体，故生产安全性问题尤为突出。在这种情况下，须将控制生产处理流程的生产控制系统与专职实现保护功能的设施保护系统分开设计与安装。这样，就确保了当生产控制系统出现掉电、系统失控等故障时，设施保护系统仍能将泵、压缩机、压力容器等生产设备切换到安全状态，从而实现生产设施的安全保护。
2  系统结构
   由于设施保护系统运行在现场，各种电磁干扰大，工作环境恶劣，选用抗干扰能力强的PLC作为系统控制主体。系统由主从处理器、远程I/O以及人机界面等构成。系统框图如图1所示。

   由于I/O点数较多、数据处理量大，故在美国A-B公司的PLC5系列处理器中选用处理容量较大的PLC5/40处理挨。考虑到设施保护系统本身负责生产处理设备的安全保护功能，其自身可靠性非常重要，将处理器部分设计为冗余配置。两台处理通过DH+通信同步工作，但只有主处理器从远程I/O中读写数据。当主处理器发生故障时，从处理器立即接管远程I/O，升级为主处理器。
   远程I/O部分选用A-B公司的1771远程I/O适配器。该适配器通过A-B公司的DH+数据总线与主处理器通讯，并刷新各输入/输出模块的I/O点状态。与远程I/O相连的现场设备，不仅包括各类传感器、执行器，还包括一些分散在现场的本地控制器，例如仪表气空压缩机控制器、干气压透平压缩机控制器，均为PLC5系列可编程控制器。考虑到设施保护系统对通信的高可靠性与实时性的要求，这些现场本地控制器不采用串行方式与设施保护系统通信，而使用0/24V开关信号直接受设施保护系统的控制。
   人机界面，则由美国费舍尔-罗斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系统完成。该集散控制系统既是设施保护系统的人机界面，又是控制处理流程的生产控制系统。出于安全性方面的考虑，生产控制系统不对设施保护系统进行任何控制，仅对设施保系统监视。
   为了达到企业管理和生产自动化的紧密结合，系统报表功能由一台与企业局域网相连的报表服务器完成。该服务器定时从生产控制系统与设施保护系统中读取数据，并将数据存入数据库，再自动调用LotusNotes，将生产数据以电子邮件的形式投送到生产经理、生产监督等管理人员的电子信箱中。
3  设施保护功能的实现
   为了达到保护生产设备的目的，需要通过梯形图程序对设备参数进判断并产生相应的关停指令。关停指令共有四种级别，依次是：FireESD（Fire Emergency Shut Down，火警紧急关停）、ESD（Emergency ShutDown紧急关停）、PSD（Process Shut Down，处理流程关停）以及USD（Unit ShutDown，生产单元关停）。
    FireESD指令级别高，由火灾报警盘报告火警信号产生。其动作是，关停生产平台的一切设备，启动海水消防泵与海水喷淋系统。ESD指令由一些表示严重生产事故的信号产生，例如，检测到天然气泄漏。其动作是，除应急发电机以外，关停其他一切设备。PSD指令由一些重要设备的非正常状态产生，例如压缩机喘震，仪表气压力低等。其动作是，关停3整个生产处理流程，但保持发电机、仪表气压缩机的运行。USD则是由局部非正常生产状态产生，例如PID控制回路大幅度震荡、分离器液位高等。其动作是，关停发生故障的生产设备。
   整个设施保护系统的工作过程是：PLC处理器通过远程I/O对生产设备的压力、温度、流量、转速等状态进行判断。一旦检测到非正常工作情况，则立即将生产设备进行全部或局部关停，通过人机界面向操作员报警。
   除了由传感器检测到的非正常生产状态可产生关停止指令以外，设施保护系统提供了手动按钮用以产生手动关停止指令。手动按钮散布在生产区各处，由操作人员根据具体事故情况决定是否发出关停指令。
   设施保护系统还提供了旁通（Bypass）功能。当维修人员对传感器进行检测或维修时，为了防止设施保护系统产生误动作，需要在梯形图程序中设置旁通位，以便将被维护仪表产生的误关停信号进暂时屏蔽处理。
    整个关停过程的程序流程图如图2所示。 
 

 
4  PLC的软件编程
    A-B PLC5/40处理器随机提供6200系列编程软件，但在实际编程中采用了Rockwell软件公司的Logic5软件对PLC进行编程。Logic5是基于bbbbbbs的应用程序，相对于6200编程软件具有直观、易用、功能强大的特点。该软件运行于PC机上，通过RS232串行口对PLC进行编程。由于程序复杂，故将程序分为若干个子程序进行编程。这些子程序块依次是，加电初始化模块、主从处理器同步模块、人机界面通信模块、模拟量高/低报警判断模块、FireESD/ESD/PSD/USD信号产生模块以及关停动作执行模块。经后来的系统调试实践证明，这种模块化的编程方式对安装调试提供了很大的方便，具体程序流程图如图3所示。 
 

 
5  人机界面功能的实现
    人机界面由RS3 DCS与报表服务器组成。
    由于RS3 DCS提供了与PLC 5系列处理器通信的子模块，故人机界面与PLC5处理器的通信设置相对较为简单。只需将RS3 DCS的控制块设置为PLC BLOCK，并将PLC型号设置为AB PLC5即可建立与PLC的通信。通信建立后，便可在RS3DCS的流程画面、历史曲线以及报警设置等组态画面中引用PLC处理中的变量。借助RS3DCS强大的组态功能，可方便地实现对设施保护系统状态的监视与跟踪。
    RS3 DCS提供了简单的报表功能，但相对生产管理信息系统的要求还有很大的距离。在RS3DCS原有报表功能上重新开发了报表生成系统。报表服务器的报表软件，采用VisualBasic进行编程。该程序共分为三部分，依次是，数据通信部分、数据库读写部分以及报表生成部分。程序使用串行口通信控件从RS3DCS中读取数据，并通过ODBC使用SQL语言对数据库进行读写操作，后再调用Lotus Notesbbbbbb生成电子邮件格式的报表，并通过局域网将报表传递到生产管理者的信箱中。
6  结束语
   该系统在应用实施后运行良好，并经多次突发性事故证明了已达到保护生产设备的要求，从而确保了安全生产，降低了生产成本。系统的报表系统自运行以来为企业的管理信息系统提供了大量的生产数据，达到了为操作与管理人员提供及时、可靠的数据的要求。

1  概述
   灯箱是一种常见的广告装置，其主要型式有单面灯箱和双面灯箱两种，为增加信息量，少数场所使用多面灯箱。随着广告业的迅速发展，大容量的灯箱广告，将会逐步被采用。本文所述的多幅面广告装置，采用小型PLC控制，以卷辊卷绕广告布的方式，滚动展示喷绘在广告上的多幅广告，适用于构成单面或双面灯箱。
2  工作原理及主要技术参数
   该广告展示装置主要由驱动电机3、11及与电机同轴的电磁制动器4、12，减速齿轮2、10，单幅画面定位检测光电开关5，幅面总长限位开关6，可编程控制器等组成。图1 为广告装置工作原理示意图。

   其工作原理如下：电动机3通过齿轮减速机构2带动卷辊1顺时针转动，将广告卷绕在卷辊上，此时，广告画面自下而上运动（称正向展示），当广告布移动的距离等于一幅广告画面的高度（如2米）时，贴在广告布上的反光片7将来自定位检测光电开关5的红外光束反射回去，光电开关5检测到该反射光束后产生一脉冲信号，并送至PLC的I1输入端（见图2）。

PLC不断扫描执行图3所对应的程序，检测到上述信号后，切断电动机3的电源，电磁制动器4、12失电，电机被迅速制动，欲展示的广告画面停顿下来，装置展示该幅广告。每幅广告被展示时间的长短取决于PLC定时器的时间设定值T，展示时间达到设定值（如T-3分钟）时，PLC控制电动机3启动、运转，重复上述各动作过程，进而展示下一幅广告。装置正向展示到后一幅广告时，贴于广告布下端，用于幅面总长限位的反光片8，运动到光电开关6的正前方，用于后一幅广告幅面定位的反光片，处于光电开关5的正前方。光电开关6、5各产生一脉冲信号，分别送至PLC的输入端I2与I1（见图2 ），PLC检测到上述两个脉冲信号后，执行异或门BF03和脉冲触发器SF02及SF01、BF01（图3  ）

等功能块对应的程序，封锁输出端Q1，实现Q1、Q2互锁，为反向展示作好准备，当该幅广告的展示时间达到设定值时，PLC的输出端Q2及Q3、Q4接通电源，电机11转动，并经齿轮10带动卷辊9逆时针转动，使广告布自上而下运动，装置依次逆向展示各幅广告。
    装置主要技术参数：
    (a). 广告幅面尺寸：4米（宽）×2米（高）；
    (b). 广告画面大数量：12幅；
    (c). 更换画面时布面运动速度：0.2 ~ 0.3m/s；
    (d). 广告画面展示时间：0.5 ~ 120分钟；
    (e). 驱动电机：220VAC，60W。
3  PLC控制系统设计
3.1 系统主要功能
    (a).手动/自动运行方式转换——正常情况下，系统处于自动运行状态；系统调试、制作广告时，设置为手动状态；
    (b). 正/逆向展示转换——主要用于系统调试；
    (c).正向手动、逆向手动调整——在运行方式手动状态时，可操作此功能开关使广告画面正向或逆向运动；
    (d). 故障保护及报警——防止幅面总长限位开关出现故障时，广告布从卷辊上撕扯掉。
3.2 PLC的选择及系统组成
   依据系统功能要求及控制对象的数量，系统输入信号有：?自动/手动转换信号，?正向/逆向转换信号，?单幅画面定位信号，?幅面总长限位信号，?正向手动调整信号，?逆向手动调整信号；系统输出信号有：?电机控制信号（自动控制2个，手动控制2个），?电磁制动器控制信号2个，?报警信号1个。上述信号均为开关量，其中输入信号及报警输出信号为24VDC，余下的输出信号皆为220VAC，系统I/O设备占用I/O点数为输入6点，输出7点，可选用一般小型PLC。为方便编程及使用，采用SIEMENS公司LOGO！系列24RCL型可编程控制器，其输入12点（24VDC），输出8点（继电器输出），该型PLC大特点是自带操作及显示单元，用户可方便地编辑、修改程序。
    PLC控制系统的I/O连接如图2所示。
3.3 程序设计
   24RCL型可编程控制器采用功能块式编程语言，以BF表示基本功能块，SF表示特殊功能块。图3为该广告展示装置控制系统的功能块图，分别依靠断开延时功能块SF01，脉冲触发器功能块SF02，加/减计数器功能块SF03，实现展示时间的设定，正/逆向展示转换，广告画面数量设定功能。
4  结束语
   该广告展示装置样机制作已经完成，通过测试及连续运转试验，表明各项性能指标达到设计要求，具有结构简单，安装、调试方便，运转可靠，功能齐全，信息量大之优点。 

   变频调速器  可编程逻辑控制器  通信协议宏
1  引言
   随着微机控制技术、电力电子技术和电气传动技术的飞速发展，交流变频调速技术正以其优异的控制性能日益为工业界所接受，而可编程逻辑控制器（PLC）作为一种高可靠性的控制部件，也正以前所未有的速度在工业自动化领域迅速普及。在我国传统的钢铁冶金、交通运输、机械化工等各产业中，存在着大量的以继电器、接触器和直流调速为主的电气传动系统，这些系统存在硬件线路复杂、可靠性低、能耗大、生产维修量大等许多缺点，如何将PLC与交流变频调速技术相结合，对传统产业进行改造，是企业界正着力解决的问题。本文就某港务局与浙江大学合作，对其下属的煤运码头门机电气传动部分的改造进行了介绍。原有的门机传动部分分为3块，即门机抓斗的3个自由度，起升、变幅和旋转，均采用交流绕线式电机进串电阻调速，根据以往运行情况，主要缺点在于：能耗大，运行时机械、电气冲击大，故障频繁，维修任务繁重等，故决定将系统改造为PLC控制的交流变频调速系统。
2  系统构成
   根据系统特点和生产工艺要求，选用适合小型应用场合的OMRON-C200HE型PLC，变频器采用英国CT公司的高性能通用变频器，为了显示系统工作情况及故障情况，系统还包括一块OMRON-NT620S型触摸屏。遵循以前的生产操作习惯，仍采用手柄操作，触摸屏仅用来显示相关信息，为系统维修提供支持。整个系统中PLC是控制核心——根据操作指令和内部逻辑向变频器发送指令，从变频器读回各种信息，并将这些信息送给触摸屏显示等。C200HE是OMRON系列PLC中较新的型号，具有很强的通信功能，而CT系列变频器也具有可选的通信模块。为了充分利用PLC和变频器的功能，大限度地减少硬件连线，系统采用PLC与变频器之间以串行通信方式进行控制，硬件上采用适合工业场合的RS485连接，整个系统结构如图1 所示。

   由于系统生产工艺并不复杂，如何实现PLC与变频器之间的通信是整个工作的重点。C200HE型PLC除了通常用于RS232通信方式的TXD，RXD指令外，还提供了一种新颖、高效的通信方式，PMCR指令——通信协议宏功能。这种通信方式不仅适用于RS232通信方式，也适用于抗干扰能力强，传输距离远的RS485方式，其大优点在于允许用户定义单独的数据传送序列和传送信息，用户可以用OMRON通信协议宏支持软件很容易地修改通信序列，从而大大简化编程，增加编程的灵活性，本文将对此进详细的讨论。
3  PLC控制中通信协议宏的实现
3.1  OMRON 通信协议宏
   通信协议宏功能是把同连接在RS232或RS422/485通用组件等各种通信机器之间的数据送收信息顺序，通过通信协议宏支持软件，让用户自由编制，以PMCR指令就能够实现的用户原始通信协议。
    要实现通信协议宏功能，必须有相应的硬件支持，即通信单元，C200HE包括COM01 ~COM066种可选单元，其中COM04 ~COM06支持通信协议宏功能。对于本文的工作，需要一个RS485的通信端口去控制变频器，选择COM06单元，其A口（RS485）与CT变频器通信。B口（RS232）与触摸屏进行通信，在选定连接好硬件之后，就可以进行通信协议宏的工作了。必须对通信单元作设定，根据变频器的设定，使用ASCII协议，数据通信连接：1位起始位，7位数据位，1位停止位，偶校验，RS485两线制，波特率为9600，故对COM06要将切换开关SW1调整到“2”侧，终端电阻开关SW2设定为ON。PLC的数据区DM6555、DM6556要设置成支持协议宏，并且通信连接的格式要与变频器设定一致，在设置完成之后，可以编写协议。用通信协议支持软件可以建立多达1000个通信序列，即000~ 999，每个通信序列多由16步组成，通信序列每一步的结构及各参数的含义如表1  所示。

    在通行序列各项参数的设置中，Send message和ReceiveMessage是重要的，因为它们不仅决定发送和接受信息的具体内容，其格式的设置要与具体的控制对象的通信协议相结合来确定，下文将对此进行详细讨论。
3.2  CT变频器的通信协议
   根据系统要求，给每台Unidrive变频器配备了CT公司提供的UD-71插入式通信模块，该模块内含1片32位RISC处理芯片，对外提供RS232和RS485两个完全光隔的通信接口，可以方便地将变频器连如RS485网络。Unidrive变频器与上位机之间的通信采用的命令和数据都是字符串，它具有特定的通信协议，该协议由CT公司提供，包括两大类命令，即读数据命令和写数据命令，这两类命令的格式介绍如下。
3.2.1  写命令
   当上位机（PLC）想设定网络上某一台变频器的某一个参数时，上位机就发送下列格式的命令： 
 

EOT——复位码，STX——命令开始码，ETX——命令结束码，GA——组号，UA——单元号，M1、M2——参数号，P1、P2——参数在组内的序号，D1…DN——参数的值（D1为符号位），BCC——块校验和。
   由于写命令可直接改变电机的运行状态，为防止发生意外，写命令的格式要求很严格，变频器地址、参数、数据缺一不可。如果该命令能被变频器识别，则变频器返回ACK（成功），否则NAK（不成功）。
    例1 要将第1组的第2个变频器的参数“1.15”写为“1”，则传送的信息如下。

3.2.2  读命令
   当上位机（PLC）想读取网络上某一台变频器的某一个参数时，上位机就发送下列格式的命令。

如果该命令能被变频器识别，则变频器将返回如下结构的信息。如果该命令能被变频器识别，则变频器将返回如下结构的信息。

上述格式中的符号ENQ为查询码，其余符号含义与写命令相同。
    例2 要读取第1组第2个变频器的有功电值“4.02”参数，则传送的信息如下。

返回信息为

   这里值得一提的是BCC校验和，为保证由变频器出入的信息在传输的过程中的准确无误，数据响应以块校验和数BCC字符结尾。BCC实际上是该命令中从STX控制码之后开始的所有字符的ASCII码的异或弛，若运算结果小于32，则加上20H，终以ASCII码对应的字符加到读写指令中，上位机可以用该值来校验前面收到的数据的准确性。例1中的BCC值为3C。
3.3  通信协议宏在本系统控制中的实现
   前文已述及，在通信协议宏的编制中，发送信息和接收信息是重要的，而发送信息和接收信息的编制是根据PLC通信协议宏的格式要求，以CT变频器的通信协议为基础来进行的。对变频器的控制，不管是写命令，还是读命令，都包括发送和接收两个信息（SendMessage/ReceiveMessage）。对于写命令，发送的信息是某个变频器的某个参数，接收的信息仅是1个位，即通信成功与否（ACK/NAK）；对于读命令，发送的信息是某个变频器的某个参数，接受的信息是该参数的相关内容。写命令和读命令的通信协议序列中，都包括发送信息和接收信息，即协议中Command参数应设为Send&Receive，确定通信协议序列之后，就可以编制具体的发送信息和接收信息。
    Send Message和Receive Message结构如下
    *Message Name Header(h) Terminator(t) CheckCode(c) Length(l) Address(a)Data(d)其中(h)、(t)、(c)表示信息可开始位、结束位、校验位，它们是由通信控制设备的协议所决定的，当设置(t)时，(l)自动附加，(a)是指信息送往目标的标志符，(d)用于设置信息内容。这里结合PMCR指令，对Address(a)和Data(d)作解释。通信协议宏在程序中是以PMCR指令来实现的，它的格式如下。
PMCR
C
S
D
   其中C为控制字，第1位用于指定端口，1：A口，2：B口，后3位表示通信序列，S表示发送数据首字，D表示接收数据首字。
    下面以本系统为例来说明通信协议宏的实现过程。
   要用PLC将其控制的3台变频器的参数读回来，必须先将地址号和参数号发给相应的变频器，变频器识别后，再将返回的信息写到PLC指定的区域内。
    实现过程分两步，步编写通信协议，关键的问题在于Send Messang和ReceiveMessage中Address和Data的编写。需设置它们的属性——读(R)或写(W)，对本例而言，SendMessage中发送的地址号和参数号是从PLC的DM区中读出后发送的，其属性设为R；而ReceiveMessage中接收到的信息是要写入DM区的，其属性设为W。设置了属性，就可以进行第2步：从指定字中读写地址或数据。有几种方法可以指定该字，一种通用的方法是用包括变量N的一阶方程用于地址或数据的引入，每当通信序列步中指定的重复计数器重复一步时，变量N加1，使用带N变量的方程计算地址或数据可实现地址和数据的动态传输。
   根据CT变频器通信协议，读变频器参数信息时，每次先发送长度为8个字节的地址号和参数号，返回的信息长度不定，不妨每16个字节存放1条信息，数据长度由(t)确定后自动附加，Data中以通配符*表示。
    由此编制Send message和Receive message如下。

   以上面的通信协议（序列号设为1），假设发送信息存在DM300开始的单元，接收信息存入DM800开始的单元内，则用下面的一条PMCR指令就可连续读取3台变频器的指定参数。
PMCR
#1001
DM0300
DM0800

4 
   通信协议宏，可以用一条指令实现遵循同一个协议的多条信息传送，大大简化了编程，增加了编程的灵活性，这一功能被成功地应用于本系统中，不仅提高了程序的运行效果，在实际运行中取得了令人满意的效果。目前该系统已在现场正常工作了两个多月，整个系统的维修量和耗电量都大为降低。实践证明，通信协议宏在系统中的应用是成功、有效的。
   在本系统的调试中，笔者体会到在使用通信协议宏时，一些细节的问题必须予以充分的考虑，否则，就不能充分发挥通信协议宏的功能，甚至会造成通信失败，这里列举几个调试中遇到的问题。
   （1）在程序中，有多条PMCR指令时，尽量使用@PMCR——上升沿有效指令，否则可能引起各条指令之间的冲突，从而造成通信失败。
   （2）当通信失败时，通信忙位28908（内部继电器）始终保持ON，必须在程序中有相应的复位手段，例如当28908保持ON超过一定时间时，可置通信复位继电器28911为ON，使通信复位。
   （3）通信复位时，可恢复通信，但此时，往往会失去通信所需的上升沿条件，必须在复位的补发一个上升沿，可采用28911的常开触点予以解决。
   通信协议宏作为一种新颖的PLC通信手段，与传统的方法相比，具有简单、高效的优点。但实际应用中必须在理解基本原理的基础上，充分考虑各种情况，才能真正发挥通信协议宏的优势。