6ES7221-1BF22-0XA8多仓发货

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天然气处理装置是油田中心处理站的关键环节，天然气处理自动化控制系统是提高天然气处理效率、降低能耗的关键。采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统，对所有的压缩机、阀门实现自动监控，根据工艺要求可以实时控制冷却器、分离器、干燥撬等设备。使天然气的温度、压力、含水含油指标均满足工业用气要求。本文以笔者参与的伊朗MIS油田地面建设项目，分析介绍天然气处理装置的自动控制。

1 项目概况及总体要求
    从三相分离器、脱硫塔及储油罐等设备分离出来的天然气，先输送到集气器V-02620内，由于气体的压力基本等同于大气压，经过压缩机SK-03310的一级压缩后，将天然气从常压升高到0.15MPa。再通过二级压缩将压力压缩到0.45MPa,此时的天然气无论品质及压力都不能满足外卖的要求，需要将增压后的天然气再经过低压气体分离器V-03360的气水分离，将干燥后的天然气送到压缩机SK-03320内，继续增压到0.75MPa，增压后的天然气再通过外输分离器V-03330，进行气水分离。分离出来的水送到轻烃分离器V-03340，干燥后的天然气外卖到用户端。其系统工艺流程图如图1所示。

2 控制系统硬件组成
（1）PLC控制系统
    根据装置工作要求，选用性价比较高的西门子公司的S7-300系列可编程控制器构建控制系统。PLC中CPU采用CPU315-2DP，系统采用交流220V电源供电，主模板有16点数字量输入，用于检测控制命令和开关状态：16点数字量输出，用于各操作开关的控制、指示灯的状态显示；模拟量输人，将模拟测量信号转变为相应的数字量并被计算机所接收。控制系统共带有32个信号处理模块（15个DI，12个DO，5个AI）。
（2）监控站
    监控站选用西门子工业控制计算机和高性能工业监控软件WinCC（视窗控制中心），完成整个系统的工艺流程、设备运行状态的显示和监控、实现曲线的显示、历史数据的保存、权限管理、操作查询、报警、打印等功能。
（3）仪表系统
    仪表系统由压力及温度变送器、配电器、液位计、压力及液位开关、调节阀和紧急防空阀等构成，主要完成液位、压力、温度信号的获取和阀门的控制执行。
3 自动化软件设计
    天然气处理装置自动化控制系统的软件包括上位机、下位机两部分。
3．1 上位机软件设计
    上位机软件采用bbbbbbs2000操作系统，编程平台为WinCC5.1。上位机 实现的功能为：数字显示天然气处理装置的液位、压力、温度、各设备的启动、停止、运行、故障等状态；可记录250条故障情况（故障时刻、故障类型等），方便进行事故分析；通过报表编辑器，实现相关信息输出打印。
3．2 下位机软件设计
    下位机采用西门子公司开发的STEP 7 5.2软件对PLC进行编程和对PLC设备配置进行维护。编制的软件主要包括信号获取处理、信号控制、故障模块的设计、与上位机通讯的DB块的设计。STEP提供了具有生成标准导出功能块库或FC库能力的编程功能，能够在应用程序内一再调用。FC功能块的使用提高了程序的运行速度并且更加方便了软件的移植性和可扩展性。
4 系统实现功能
4．1 低压压缩机控制
    在正常生产过程中，压缩机的一级压缩和二级压缩应协调运行，以保持压缩机的出口压力在预定值上，PLC系统应能够对压缩机运行状态进行分析，以实现预测性检修。当负载率较低，压缩机在低于额定工况下运转时，可通过PLC系统实现变频调速控制功能。
    当工艺设定压缩机管网正常出口压力为p1，而现场实际测定压力p2，根据△p=p1-p2值的大小，由PLC系统内的PID功能模块进行PID运算，控制变频器来改变电机运转，达到所要求的压力。当△p>0时，即现场压力偏高，则提高变频器的输出频率，使电机转速加快，提高实际气压；当△p<0时，即现场压力偏低，则使转速降低。这样不断调整，使△p趋于0。现场实际压力在设定的压力附近波动，保证压力稳定。PLC实现压缩机出口压力单回路闭环PID控制以及压缩机的启动、停止、切换、故障处理等各种控制功能。
4．2 高压压缩机控制
    从低压气体压缩机出来的压缩天然气在进入气液分离罐K-03320的过程中，应将天然气的温度及压力值送到PLC监视，管线上的压力开关PSLL-03321的低低联锁信号连接到PLC系统，当气液分离罐K-03320入口的天然气压力过低时，PLC系统将输出一个信号到高压压缩机SK-03320，停止压缩机的运行，以保护压缩机。压缩机SK-03320的运行状态及机械保护信号送PLC系统。当压缩机SK-03320出现故障或管线上的压力开关PSHH-03321高高联锁信号送到PLC系统后，PLC系统将紧急放空阀BDV-03312打开，将一级压缩后的天然气排放到放空分液罐SK-03810。再送到火炬系统燃烧。分离器K-03320上的液位开关LSHH-03321／LSLL-03321将在高液位时通过PLC系统打开排液阀LV-03321，将凝液排放到开排系统。控制系统如图2所示。

4．3 报警及故障自诊断
    通过PLC内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障，立即停止相应的操作，并发出相应的报警信号。
（1）压缩机的油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接送到PLC，由PLC控制实现声光报警和延时停车。
（2）增设现场振动传感器，并将信号送到PLC，对压缩机的运行状态进行显示和诊断。
5 设计体会
（1）采用变频控制后，实现了压缩机的软启动，减少了启动电流对电网的冲击，节电效果明显。
（2）采用PLC后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行更加稳定可靠。
（3）系统的可扩展性好。若压缩机在变频／工频供电方式下运行时，只需将增加的信息或信号引至PLC，即可实现整个系统的自动控制。
（4）压缩机的控制柜至电气的主电机启／停信号共用一个通道，非开即停，而电气部分开关柜的设计则需要两个脉冲信号，分别用来启／停主电机。
    从安全角度看，电气部分的设计可以防止维护检查时主电机的误启动；从设备角度看，电气部分的设计可以防止继电器长时间带电动作，故利用PLC中的备用通道增加一路主电机停车信号，可避免上述隐故障。

1、引言  
    传统的远程监控只具备数据采集功能，在需要实时控制和数据处理时，会显得力不从心。PLC 作为工业控制的核心部件，其在网络、通信等方面的能力越来越强，具备远程监控要求的数据采集、实时控制和数据处理功能。随着国产 PLC 市场占有量的提升，PLC 的价格也比以前更具优势，使用 PLC 做 DAS系统或者用 PLC 平台开发数据采集系统将是大势所趋或者说相当有吸引力的选择。德维森公司的 V80 小型 PLC 在供热、交通监控、楼宇监控等行业有许多的成功应用。
    下面以其在东北某供热网监控为例说明 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用。

2、远程监控系统  
    供热网远程监控系统的示意图如下： 

图 1 供热网远程监控系统示意图

    V80 系列 PLC 采集现场每个换热子站的温度、压力、流量，并根据采集数据进行供热流量的控制，以达到节能的目的。根据室外气温的变化，通过调节一级管网电动阀门的开度来及时控制二级管网的回水温度，通过调度给定的控制曲线，保证每个换热站的运行参数始终在给定的范围内。中央监控室根据需要调度和遥控子站的电动阀门，调整运行参数。系统配置 GPRS DTU，可以实现温度的控制、补水泵变频的远程控制。上位机选用组态王组态软件，与数据库结合起来，对所有数据进行存储和分析，并可以配合优化软件进行优先控制。 

3、PLC 特点  

图 2 V80 系统结构示意图 

    针对前面提到的各种问题，本文提出了一个更为优胜的方案，其特点如下：  
1、 网络通信功能
    V80 系列 PLC 可支持 2 个以上的通信口，可利用 RS485 通信口组建控制网络，把多台 V80 小型 PLC 组进同一个现场总线网络内，主控 PLC 上连接一个 GPRSDTU 模块，为监控网络提供透明的上网通道。选用 GPRS DTU 代替无线 RTU 可以大大降低成本，在敷设了电话线的地方可选用 Modem，使整个系统的造价达到优。
2、CPU 模块功能  
    M32DT 模块是 16 路数字量输入和 16 路晶体管输出的 CPU 模块，本身带有两个通信口，一个 RS232 和一个 RS485，内部带 MODBUS 主从通信协议和 FREE 通信协议，可以与各种 HMI 或者各种组态软件通信，通信协议库文件使各厂商自行开发上位机软件提供了诸多便利。  
    M32DT 内带 FLASH 存储器，可将各种参数存储在本地，还带有掉电保持功能，从而保证使用的可靠性和便利性。高速运算速度和完备数学运算能力使其更适合通信和模拟量处理环境。
3、抗干扰能力强  
    整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在恶劣的环境中游刃有余，V80 系列产品已通过 CE 认证。  
4、 编程简单方便  
    V80 系列 PLC 的编程语言支持 IEC61131-3 标准，可以方便编程。支持在线编程，也就是在运行态下可以进行程序修改和调试，为监控现场的在线升级和扩展提供方便。
5、   
    V80 系列 PLC 比同样点数的数采模块具有价格优势，其图形化编程功能使其成为一个强有力的分布式监控平台。

4、结论   
    本文以供热网的远程监控为例，介绍了 V80 系列 PLC 联网、通信协议与第三方产品集成特点，说明 V80 系列 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用，实际运行结果表明 V80系列 PLC 是客户将采集、控制、远程监控合而为一的理想选择

 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。例如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)等。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种，多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC)正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置，是工业自动化三大支柱之一。国际电工委员会(IEC)对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从这一定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，由于它具有功能强，可靠性高，环境适应能力和抗干扰能力强，以及接线简单，编程灵活、方便等特点而得到了广泛应用。本文以西门子S7-200系列PLC实现对配料生产线自动控制的程序设计过程进行了详细的阐述。
　　该配料生产线广泛应用于建筑、化工等生产领域，主要由料仓、仓壁振动器、喂料振动器、称料仓、排料振动器、传送带、中间仓、混合仓、搅拌机组成;各振动器、传送带、搅拌机均由电机拖动;中间仓门和混合仓卸料门则由电磁阀控制;当某台电机过载时电铃报警并禁止所有输出，故障排除后才能继续工作。其工作过程如下：⑴按下启动按钮后两个仓壁振动器和两个喂料振动器启动，料仓一和料仓二开始下料，将配料喂入称料仓。⑵当称料传感器SQ1和SQ2接通时，对应的仓壁振动器和喂料振动器停止工作，停止喂料。⑶启动1号送料传送带。⑷延时10秒后启动两个排料振动器进行排料，将称料仓中的配料通过1号传送带送入中间仓。⑸延时300秒后启动搅拌机，1号送料传送带停止工作。⑹延时3秒后，打开中间仓门，将中间仓中的配料放入混合仓通过搅拌机混合均匀。⑺延时300秒后，开启混合仓卸料门，启动2号传送带将混合均匀的配料送走。⑻延时300秒后全部停止工作，一个周期结束后回到初始状态或继续下一个周期。该配料生产线要求有自动、单周期和手动三种工作方式;在自动工作方式下，按下启动按钮后能连续不断地循环工作，直到按下停止按钮，当前工作周期结束后才停止工作;在单周期工作方式下，按下启动按钮后工作一个周期自动停止工作;在手动工作方式下，可手动调整1号传送带、2号传送带和搅拌机。

一 引言

  由于建筑行业的迅猛发展，对于各种型号的砖构件需求量日益加大。用于建筑业的砖构件原材料粘土日益减少，土地回生能力很弱，原先制砖对土地支持消耗巨大；并且实心红砖产品型号单一，难以满足各种场合的应用要求。

   砌块成型机可采用砂、石、粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等工业废料加工成各种新型墙体材料。生产出的砖、空心砌块不用烧结，节约国家土地，煤炭，无污染，能提高工程速度，减轻楼体重量，空心率高，隔音保暖，冬暖夏凉，抗风化，原来来源丰富，质量好且生产工艺简便，投资少见效快，适应性广，前景广阔等优点。

   砖机设备上已经大量使用了电气自动化设备，很多设备都由原先的手动生产发展到全自动生产，不但提高了设备的技术含量，提高了自动化生产的工作效率。

二、工艺介绍

砌块成型机的工艺主要由四个部分构成：

1）、液压系统：

液压系统的主要功能在于控制模具的模头、模箱的升降。使用液压系统可以有效的平稳加压，避免设备有太大的冲击力。

2）、主机：

   主机的整个机架焊接而成，其中模具采用线切割加工工艺制造，保证砌块砖光滑无毛刺，尺寸，对于振动电机，目前行业中部分客户使用普通电机，还有一些客户使用的是变频器来带载电机，有效的提高了由于频繁起停造成的电机烧毁的情况。提高了系统的可靠性。

3）、出砖输送带：

   出砖部分主要功能是将成品砖送离砌块机。在出砖部分还有扫灰电机，它的主要作用是清理成品砖上的废料，当砖头凉干后就不会有废料粘面保持砖头的清洁。

4）、模具

   根据客户的不同需求，可以搭配有多种的模具，选用不同的模具可以生产出不同要求的砌块形砖，适合各种场合的应用。

三、技术方案

3.1、方案框图

a)、该技术方案采用HMI＋PLC＋MDI的方式.

b)、目前的砌块成型机PLC的点数是控制在60点即可。采用艾默生EC10系列 60点主

模块，不需要扩展模块，刚好满足客户需求。

c)、变频器该客户选用某品牌的通用型变频器。主要做调速使用。

d）、HMI该客户选用台湾威伦的产品。

      e)、触摸屏和PLC进行连接，PLC控制变频器的频率更改和频率设定，PLC和变频器

通讯采用标准的MODBUS协议。该变频器控制生产电机运行频率，以达到调节生

产效率。

3.2、程序设计

       此次编程采用顺序功能图（SequentialFunction Chart），利用顺序功能图的过程划分和步骤间转换功能。可将程序段进行模块化自由组合。

由于顺序功能图编程具有直观和流程化的特点，分解后的每一步骤和每个转换条件都为相对简单的程序过程，在顺序控制领域应用比较广泛。

经过对工艺的了解可以分为以下几个部分：

   本机分两种工作方式：手动、自动。开机前先选择手动方式，手动按钮全部为单键启停按钮，按一下为启动，再按一下为停止或到位开关自停。在人机界面手动画面里有“取消互锁”的触摸键，打开时为灰色，这时互锁制约取消，此时各按钮为点动模式，方便调试机台，各限位开关都调整好时一定要关闭该键以恢复互锁制约。

    这对保护机台安全至关重要，关闭时该键为白色。启动油泵后，手动测试压头、模框、

料车、送板、成品、输送动作全部正常后，设定好生产模数、布料次数、进退布料时间，将手动/自动开关置于自动位置，按压自动开始或触摸屏启动键，成型机即按预先设定程序

走下去，直到达到生产模数或按停止结束。

3.3、PLC通讯协议设置

EC10系列PLC主模块提供了两个串行异步通讯端口，分别为PORT0和PORT1。通讯口特性如表所示。

表5-1  EC10系列主模块通讯口特性

3.4、HMI通讯设定

WINVIEW端需要设置好通信口的格式，设置界面如下

触摸屏因其能够实时、形象且生动的显示当前设备的运行信息而在工业上得到广泛的应用。

A）、触摸屏和PLC的连接通过RS232端口进行，PLC的类型选择EMERSON PLC EC20[PDSV2.50].

B）、触摸屏作为主站PLC作为从站，采用MODBUS主从式协议进行通讯，PLC从站地址选择为2，触摸屏主站地址设置为1.

C）、触摸屏和PLC的通讯串口都设置成

波特率：9600          奇偶校验：偶校验

数据位：8                停止位：1

砌块成型机的画面如下：

   可以在触摸屏上对砌块成型机的手动、自动状态、流量压力、延时进行设置，也可以显示当前的信号状态。

   这些窗口均较为生动反映了当前设备的运行信息，通过触摸屏的应用，我们能够实现系统实时监控，并在下一级应用中间将之纳入到设备管理系统监控系统中间去，为设备优化提升空间。

3.5、变频器通讯协议设定

变频器采用某品牌的通用型变频器，PLC通过MODBUS协议进行通讯。

    变频器频率给定通过PLC给定方式，变频器支持MODBUS协议，可与EC10PLC组成485网络，PLC采用通讯口1作为和变频器通讯的端口，采用通用的MODBUSRTU主从协议进行通讯，PLC主站设置为1，变频器从站设置为2。

以下为PLC主站设置：

变频器端通信参数设置：

                    表2-1 变频器通信参数设置

某品牌通讯协议：

      变频器是采用一种异步串行的主从MODBUS协议，该通讯协议的数据格式分为RTU（远程终端单元）和ASCII模式两种通讯格式。

       和艾默生EC10通讯采用MODBUSRTU方式进行通讯。RTU模式中，每个字节的格式如下：

编码系统：8位二进制，十六进制0～9、A～F每个8位的帧域中，包含两个十六进制字符。

在RTU模式中，帧总是以3.5个字节的传输时间静默，作为开始。RTU的数据格式为：

按照某品牌变频器的通讯说明，通用的变频器的功能码如下：

帧格式为：站号  功能码(03H)  起始地址高位 起始地址低位 数据个数高位 数据个数低位 CRC低位CRC高位

如果上位机通讯读取变频器频率的协议帧如下：

改写通讯变频器的频率的协议帧如下：

艾默生PLC通讯：

    通   讯组帧功能部分，通过字数据传输指令（MOV）可以将数据组成通讯帧，从D302开始到D307结束。艾默生的MODBUS协议自动在通讯帧的后面加了CRC校验，不需要使用者计算CRC校验。

SM135：通讯口1的MODBUS的通讯完成

SM124：串口1空闲标志

SM136：通讯口1的MODBUS的通讯错误

利用标志位进行通讯互锁，MODBUS指令发送数据串，接收数据放入D7970中。

三、

   通过模块化的编程与PLC双通信口的功能，把一个中型机的功能在小型机上就轻易实现了，实现了砌块成型机工艺要求的全部功能，并降低了客户的成本。