西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8物优**

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1、引言

在石油行业的管道输送过程中,各企业之间需要进行交接,因此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)广泛进入工控领域,并增加了一些**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。同时,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、温度值调用计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下(20℃,101325Pa)的累积量值,并将数据存储在IPC的硬盘上。而且,IPC可以驱动打印机打印出计量。

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:为保系统的高度可靠性,选用了目前国内应用较多的DellGX260型计算机。具体配置为:PⅢ1.7GHzCPU、256MB内存、40GB硬盘、SONY21英寸纯平显示器、64MB显卡、声卡及音箱(报警和提示用)等。

(2)PLC:选用美国Rockwell公司的A2BPLC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4mA～20mA等标准信号,12位A/D转换精度,具有输入**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17462NO4I,它有4个模拟输出端,*外部电源,可输出各种标准信号,包括0mA～20mA、4mA～20mA、±10V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24VDC输入,所有的输入均配有滤波器,能够保证较大0.1ms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,可计数较大频率为40kHz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,以保数据可靠传输。

(4)流量仪表:采用日本OVAL公司的UF2Ⅱ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4mA～20mA的标准信号。

(6)电动阀:可通过直流24V的开关量输出,控制电动阀的全开或全关,同时,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bbbbbbs2000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Rslogix500,它是一个基于bbbbbbs环境的编程软件套件,A2B500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、诊断和在线调试等功能,可支持以太网以及DF1FullDuplex、DH485、DF1HalfDuplexMarster/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Citect5.0,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4mA～20mA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**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;同时,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

综上所述,在实现**编码器的功能扩展时(以T4148为例),设计方法可归纳为:较高位片的使能输入端作为总的使能输入端,较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?YEX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Y2、Y1、Y0逻辑“与”,高位输出端必须利用扩展端YEX来实现。当用4片T4148组成32线-5线**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

1 引言

我国每年风机的电能消耗占总消耗的10％以上，因此对风机的节能研究具有十分重要的实际意义。随着生产的发展，锅炉日益广泛的用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。所以提高锅炉的热效率，有这较为重要的实际意义。锅炉风机变频控制采用单回路控制系统，即满足了控制要求又保证了较高的风机工作效率。测量蒸汽出口温度与设定值构成一个差值pid工业控制系统，通过变频调节鼓风机速度来改变送风量，进而改变炉膛温度即调整蒸汽温度。测量炉膛负压与其炉膛负压设定值构成一个差值pid控制系统，来调节引风机改变引风量，使炉膛维持在微负压状态。

2 工艺原理分析

对于煤粉炉来说，对它的送风分为：一次风、二次风和三次风。一次风的作用主要是输送煤粉通过燃烧器送入炉膛，并能供给煤粉中的挥发分着火燃烧所需的氧气，采用热风送粉的一次风，同时还具有对煤粉预热的作用。二次风的作用是供给燃料完全燃烧所需的氧量，并能使空气和燃料充分混合，通过二次风的扰动，使燃烧迅速、强烈、完全。三次风是制粉系统排出的干燥风，俗称乏气，它作为输送煤粉的介质，送粉时叫一次风，只有在以单独喷口送入炉膛时叫三次风。三次风含有少量的细煤粉，风速高，对煤粉燃烧过程又强烈的混合作用，并补充燃尽阶段所需的氧气，由于其风温低、含水蒸汽多，有降低炉温的影响。

锅炉总风量的控制是通过调节送风机进口的导向挡板实现的。组织锅炉燃烧，就是要使一、二次风的风压、风量配合好。一次风量的调节应满足其所携带进入炉膛的煤粉挥发分着火所需的氧量，并保持一定的风速，不使煤粉管堵塞和喷出的射流具有一定的刚性。一次风量的过大和过小，风速的过高和过低，都应避免。二次风的调节除应保证焦炭的燃烧所需氧量外，必须保持一定的风速并掌握好与一次风混入的时间，应具有较强的搅拌混合作用和穿透焦炭“灰衣”的动能，这就需要根据具体情况，调节各层二次风的风量，以实现燃烧稳定和烟气中过量氧量适当的目的。

运行中炉膛内压力变正时，炉膛高温烟气和火苗从一些孔门和不严密处外喷，不仅影响环境卫生，危机人身安全，还可能造成炉膛和燃料器结焦，燃烧器、刚性梁和炉墙等过热而变形损坏，还会造成燃烧不稳定及燃烧不安全，降低热效率。所以应保持炉膛负压运行，但负压过大时，将增加炉膛和烟道的漏风，不但降低炉膛温度，造成燃烧不稳，而且使烟气量增加，加剧尾部受热面磨损和增加风机电耗，降低锅炉效率。因此，炉膛负压值一般维持在30-50pa为宜。锅炉运行时，炉膛负压表上的指针经常在控制值左右轻微晃动，有时甚至出现大幅度的剧烈晃动，可见炉膛负压总是波动的。

3 plc和变频器在锅炉风机变频中的应用

3.1控制工艺

通常，在选择锅炉配套风机时，要考虑短期的**负荷能力，并加以适当裕量来确定机型。而在选定锅炉时，又要根据工艺较大负荷和适当裕量来确定锅炉容量。鉴于上述两个环节的选定又受到产品规格分档的限制，因此最后的风机容量往往偏大，加之对锅炉鼓、引风机的调节，是靠调节闸板完成的，所以当风量变化时，就风机系统而言。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体、液体流量调节的要求。这种落后的调节方式，不仅浪费了宝贵的能源，而且调节精度差，要想改变这种情况，较好是采用变频调速技术。

3.2 控制方式

原引风机运行方式是降压启动、工频运行，其风量大小采用调节风门的方法来调节风量。这种控制方式的缺点是电能浪费大，调节实时性差，噪声大，工人的劳动强度大。故对其进行变频改造，引风机闭环控制原理如框图1所示，采用微差变送器、变频器、控制器、引风机组成的压力闭环回路自动控制引风机的转速，使炉膛保持一稳定的微负压，这样既提高了控制精度，又节约了能源，使引风机控制具有一定的合理性。

鼓风机变频改造闭环控制原理框图如图2所示，采用温度变送器、变频器、控制器、鼓风机组成的温度闭环回路自动控制鼓风机的转速，使锅炉蒸汽出口的温度保持一稳定值，同样也既提高了控制精度，又节约了能源（电能和燃料），使鼓风机控制具有一定的合理性。

3.3控制算法与plc

项目选用西门子s7-200系列plc组成自动化平台。西门子s7-200系列plc能够进行pid控制，其cpu较多可支持8个pid控制回路。

pid控制功能是通过pid指令功能块实现的。在s7-200中，pid回路指令运用回路表中的输入信息和组态信息，进行pid运算，交换数据，编程较其简便，该指令影响特殊存储器标志位sm1.1（溢出）。只有在逻辑堆栈栈**值为1时，才能进行pid运算。本指令有两个操作数：tbl和loop，其中tbl是回路表的起始地址。限用vb区，数据类型是byte型；loop是回路号可以是0到7的整数，因此在程序中较多可以用8条pid指令。如果有两个或两个以上的pid指令用了同一个回路号，即使这些指令的回路表不同，那么这些pid运算之间也会产生不可预料的结果。所以在直接使用pid指令功能块之前，必须把增益（kc）、采样时间（ts）、积分时间（ti）、微分时间（td）等等这些实数全部转换成0.0～1.0之间的实数，以便pid指令功能块接受，也就是说把外界实际物理量转换成pid 指令可以接收的数据，即输入/输出的转换与标准化处理。

随着机械加工精度和效率要求的日益提高，plc正迅速地应用于机械加工设备的自动化控制系统中［1～5］。plc可靠性高、抗干扰能力强、系统组合灵活方便、编程语言简单易懂、对生产工艺适应性强。

du型组合机床是对某特定工件，进行特定加工的一种率的，自动化控制**加工设备。其继电器接触器控制系统，接线复杂，故障率较高，可靠性较差。应用plc对其进行技术改造，可以把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平，提高产品的加工质量、生产效率，降低设备故障率，其经济效率显著。

2 系统工艺简介及操作

du型组合机床由液压动力头和液压回转工作台组成。其立式动力头共有四个工位，分别为钻孔、扩孔、铰孔和装卸工件用，

本机床的自动工作循环为：回转台抬起－回转台回转－回转台反靠－回转台夹紧－动力头快进－动力头工进－延时停留－动力头快退。

2.1 回转工作台液压系统

如图2所示，液压回转工作台靠控制液压系统的油路来实现工作台转位动作。其转位动作为：自锁销脱开及回转台抬起－回转台回转及缓冲－回转台反靠－回转台夹紧。

（1）自锁销脱开及回转台抬起：动力头在原位时（限位开关sq1被压动），按回转按钮sb4，电磁铁ya6通电。将电磁阀yv1的阀杆推向右端，将液压泵的压力油送到夹紧液压缸1g，使其活塞上移抬起回转台。同时经阀yv1的压力油也送到自锁液压缸2g，活塞下移使自锁销脱开。

（2）回转台回转及缓冲：回转台抬起后，压动开关sq5，ya7通电，电磁阀yv3的阀杆被推向右端，压力油送到回转液压缸3g的左腔，而右腔排出的油经阀yv2和yv3流回油箱。因此活塞右移，经传动机构使回转台回转。当转到接近定位点时，定位块1将滑块2压下，从而压动了sq6，ya9通电，使液压缸3g的回油只能经节流阀l流回油箱，回转台变为低速回转。

（3）回转台反靠：回转台继续回转，使定位块1离开滑块2，限位开关sq6恢复原位，ya7断电，同时ya8通电，yv3的阀杆左移。压力油经yv1和节流阀l送至回转液压缸3g的右腔，使回转台低速反靠。此时定位块的右端面将通过滑块靠紧在档铁的左端面上，达到准确定位。

（4）回转台夹紧：反向靠紧后，通道杠杆压动限位开关sq7，使ya6通电，使yv1阀杆向左移，液压缸1g将回转台向下压紧在底座上。液压缸2g因已接至回油路，自锁销4被**起使定位块1锁紧。当转台夹紧力达到一定数值，压力继电器kp动作，ya8、ya9断电，阀yv3回到中间位置，这时3g的左、右油腔都接至回油路使回转液压缸卸压。ya10通电，使yv4阀杆右移，通过液压缸4g使离合器7脱开。

（5）离合器脱开后的状态：液压缸4g的活塞杆压动限位开关sq8，ya9断电，ya8通电，回转液压缸活塞退回原位，杠杆压动限位开关sq9，动作的电器均断电，ya10断电使离合器重新接合，系统恢复到初始状态，以备下次转位循环。

2.2 动力头液压线路

动力头是既能完成进给运动，又能同时完成切削运动的动力部件，

其自动工作循环为：动力头快进－工作进给－延时－快速退回原位。

（1）动力头原位停止：液压缸5g带动动力头做前后运动。当电磁铁ya1、ya2、ya3都断电时，电磁阀yv1处于中间位置，动力头在原位停止不动，此时限位开关sq1由挡铁压动。

（2）动力头快进：把转换开关s1选在自动位置。当回转台夹紧，回转液压缸活塞返回原位，电磁铁yal、ya3通电。动力头做快速向前运动。

（3）动力头工进：在动力头快进过程中，当挡铁压动限位开关sq3时，ya3断电，动力头工作进给。

（4）动力头快退：当动力头工作进给到终点后，挡铁压动开关sq4，ya1和ya3断电，动力头停止工进。同时开始定时，定时时间到后，ya2得电，电磁闽yv1左移，动力头快速退回。动力头退回原位后，sq1被压动，ya2也断电，动力头停止运动。

（5）动力头点动调整：将转换开关s1放在点动位置，按动按钮sb5，使电磁铁ya1、ya3通电，放松sb5后，ya1、ya3断电，动力头立即停止。当动力头不在原位，需要快退时，按动按钮sb6，ya2得电，动力头做快退运动，直到退回原位，sq1被压下，动力头停止。停车时按动停止按钮sbl，接触器km1、km2和km3都断电，主电动机m1、液压泵电动机m2及冷却泵电动机m3都停止，自动工作循环停止。

3 系统设计

控制系统主回路如图4所示，m1为主电动机，m2为液压泵电动机，m3为冷却泵电动机。由按钮sb2及sb1控制m1与m2的起、停。开关sa3和sa4为单独起动ml和m2时的选择开关。当旋钮开关s在自动位置时，m3在动力头工进时自动启动；s在手动位置时，可由按钮sb3进行启动。

plc i/o分配如图5所示。电源接通后，指示灯hl亮，等到液压泵电动机m2起动后，指示灯才熄灭。电机启动、停止程序。

常开触点y001闭合，执行mc n0与mcrn0之间的程序。常开触点x013闭合，y010得电，工作台微抬，微抬到位常开触点x016闭合，y012得电，工作台回转。常闭触点x022闭合，执行mcn1与mcr n1之间的程序。工作台依次进行反靠、加紧。常闭触点x012闭合时，执行mc n2和mcrn2之间的程序。动力头分别进行快进、工进和慢退。程序扫描到指令end，此次扫描结束。

4 结束语

本系统改造所采用的可编程序控制器是专为工业控制而研制的一种新型控制器。它即继承了继电器接触器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜的优点，又结合了计算机功能完备、灵活、通用性好等性能。以其为核心控制器的du型组合机床控制系统得到了大大简化，具有使用硬件少、系统简单、维修方便、可靠性高的特点，使产品的质量和生产效率得到很大的提高。