西门子模块6ES321-1BH02-0AA0

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HZ 21石油钻探平台归CACT经营集团所有。CACT经营集团是一个勘探和开发中国珠江三角洲炭氢化合物储存资源的国际性公司联盟。CACT经营集团的成员*公司有中国海洋石油有限公司、阿吉普中国公司、美国伽夫隆石油公司以及德士古中国公司。CACT经营集团是中国大的海洋石油开采合作伙伴，日产量可达100,0000桶。

挑战:
作为惠州油田中较早的开采平台，HZ 21至今仍未在后来建设的平台上采用控制技术。尤其是紧急关闭系统(ESD)，紧急关闭系统可以在发生设备危害或者人身伤害的情况下对所有的机械设备或者系统采取保护措施。石油生产系统常常为异常关闭所困扰，系统每次关闭都会导致严重的石油生产中断。

ESD较初的控制结构体系包括一个连接到两个第三方的网络以及遗留下来的可编程逻辑控制（PLC），用作“工作”和“备用”功能。然而，系统的设置却为每次更换控制器时所发生的问题所困扰。

大约每月一次，在更换控制器时总会发生无法解释的通信错误，并且会导致平台上的设备异常关闭。每次在系统关闭而工作查找问题原因和试图进行纠正时，都要耽误一到两个小时的时间。更糟糕的是，每次并不能明确找出问题的原因，因此根本无法预测系统异常关闭发生的频率。

由于石油市场对不断变化的经济环境较其敏感，因而，如果要达到较佳生产状况，必须尽可能降低运营成本和停工时间。目前HZ 21 所面临的挑战就是安装一套可靠并且易于操作和维护的ESD控制系统，以停工时间。

解决方案：
在2001年2月，CACT对罗克韦尔自动化ESD控制系统项目进行了决标。中标者的选择是基于公司在其他CACT石油开采平台中使用Allen-Bradley PLC-5的工作经验以及其公认的可靠性。解决方案就是开发出一套完全集成的控制系统，系统必须具有冗余的处理器和媒体网络，采用PLC-5和第三方报警设备。

罗克韦尔自动化**制造解决方案集团提供了整体系统设计方案和正在进行的工程支持。在方案设计的早期，已经花了大量的时间来确保解决方案能够符合开采平台的要求并且减少设备的停工时间。系统集成（包括PLC重新编码）由石油工业设备供应商Petrotec来完成。所有的硬件都安装在现有的控制面板上，以节省空间。

系统升级项目于2001年5月开始。ESD控制系统所选择的配置是基于控制网的“热备份”，安装了一对PLC-5/40C处理器。安装热备份元件就意味着两个PLC应该具有相同的配置，一个用作工作的主控制器，另一个作为处于“模式”的副控制器。两个处理器都连接到相同的输出端，并且读取相同的现场输入信息。如果主PLC控制出现任何问题，副PLC就会立即接替过来，而且生产作业不会中断。

高级应用工程师Alex Ng 在罗克韦尔自动化中国香港公司说：“我们提出的控制解决方案可以确保系统不会因为任何故障而中断。这样就可以在PLC发生故障的情况下保证石油开采平台持续运行，而不需要停止生产作业。”为了实现人机界面功能，专门安装了两台罗克韦尔软件RSView32 SA 工作站，以监控热备份PLC的工作状态。此外，在开采平台21和附近的开采平台26之间还安装了控制网“同轴电缆到光纤”中继器模块。这样，将来就可以在开采平台26上实现多项功能，如远程数据监测、报警控制以及数据记录等等。

成果：

2002年4月成功安装了ESD系统。尽管新的系统仅仅运行了很短一段时间，在升级ESD控制器时尚未发生过故障。较重要的是，系统没有发生过异常关闭，因而没有造成由于停工而引起的惨重损失。维护工作的减少已经使每月的生产时间增加了两个小时。较终，HZ 21 ESD控制系统升级每月可以为操作员节约US$80K。

实践表明，在可靠性提高的同时，系统还具有易于维护的特性。而且，由于系统备件与油田中使用罗克韦尔自动化控制设备的其他CACT开采平台具有通用性，ESD系统将具有更加长远的益处。可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用较多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、/CAM将成为工业生产的三大支柱。

PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术（Computer,Control,Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。

PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大下面就其在公路交通领域的应用做一简单介绍：

PLC型交通灯控制器

将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

公路收费系统中的应用—PLC型车道控制机

每个公路收费站，其车道机电设备配置、型号各有不同，因此用于控制这些设备的主机—车道控制器的结构也不尽相同，通用性、可维护性较差，不利于使用及维修，以PLC作为主机开发出的新型车道控制机，不仅可使其通用性、维 护性得到较大程度上的改善，还可以在使用寿命、稳定性机控制功能方面获得较大提高，具体叙述如下：

1. 对棚灯及雾灯的控制

如前所述，由于PLC本身具有时钟功能，通过软件编程，可对棚灯、雾灯进行无人化、智能控制。

2. 对费额显示器的控制

PLC本身具有上位机接口，可接收上位收费计算机下传的数据，而PLC具有各种译码指令，可将接受的数据转换成七段显示码，输出给LED数码管进行数据显示。

3. 对挡车器的控制
将PLC用于对挡车器进行控制具有以下几方面的优势 。

（1）使用寿命长：从目前反馈情况看，目前挡车器控制电路的使用寿命大部分均不足五年这与其电路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关，是其本身无法克服的固有缺点。PLC作为工业控制单元，应用于各种控制环境，内部电路、机械结构设计较为精良，所用器件均选用标准工业级产品，其使用寿命一般可保证在十年以上。

（2）性能稳定可靠，抗干扰性好：PLC应用于各种工业控制现场，其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境，其电压适用范围很宽，具有较强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性，性能较为稳定、可靠。

（3）功能强大，实现灵活，可扩展性好：PLC型挡车器作为老型号挡车器的升级产品，其功能得到较大增强，目前可实现的功能有：自动抬杆、自动落杆、防砸车、防砸人、各种情况的自动报警、设备保护及故障识别等。以上功能可实现各种组合，并可根据实际需要改变上述功能的控制过程及方式，并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能。

（4）良好的性价比：虽然PLC型挡车器的性能及功能较现有挡车器有较大提高，但其成本的增加与其性能的提高并非成线性关系，所以无论将其作为整机用于新品开发，还是作为老设备改进均有其良好的性价比。

PLC作为一门控制技术在我国已有近二十年的应用，并已从工业控制逐渐向其他行业扩展，相信随着其本身性能的不断提高，其应用领域将不断拓宽，了解及掌握这一控制技术，将使我国的自动化控制技术得到更广泛的应用与发展

    广东是一个轻工业为主的工业大省，其电子业比较发达和集中，电子产品占有工业比例教大。其电子产品对不锈钢弹簧的需求占全国的30%左右。现国内市场上生产弹簧用的不锈钢线材的直进式拉丝机，主要以进口为主，包括德国、意大利、韩国等地进口的拉丝机为主，这些系统有直流调速的，也有交流变频调速的。现在这些设备在一些大的钢联线生产厂还在应用。直进式拉丝机是目前较先进且有发展前途的拉丝设备，随着国内机械加工能力的提高，以及自动化控制技术的发展，直进式拉丝机已基本实现国产化。在江阴、靖江、深圳龙岗等地的几家拉丝机生产厂，都已生产出交流变频同步调速的直进式拉丝机。在这些设备上，目前应用的大都是进口的变频器，如：Danfoss、ABB、施耐得等，而国产的变频器目前只有汇川、高仕达等几少数品牌可用。

       本工司技术人员在经过长期的技术开发和实践，开发了应用国产变频器加简易 PLC 控制的变频调速直线式拉丝机电控系统。该系统结构简单、操作方便，简化维护成本，较原来系统节约20%成本， 是基于降低机械成本、提高产品竞争力的设计思想较心新推出的机电一体化高科技产品。 该机使用通用型 PLC和国产变频器控制，利用高精度感应式传感器检测各路拉丝过程中的张力大小，自动控制变频器的输出频率，实行平稳平滑控制，增加线材的稳定性和光洁度。它克服了集线式拉丝机在拉拔过程中存在有不规则的旋转扭力，这种不规则的内应扭力将直接影响了丝的质量，增加线材的损耗。本直线式拉丝机电控系统的研制成功，给国内使用与生产拉丝机行业的技术改造和新产品开发闯出了一条新路，不但在工艺上得到了保证，与以往的直线式拉丝机相比，成本大为下降，满足工艺要求，适合中国国情，是拉丝机行业的可以选择机型。
二、工作原理 :

       直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。
根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒体积不变，即使以下公式成立：
πR²×V1= πr²×V2
其中 R：进线钢丝的直径
V1：进线钢丝的线速度
r： 出线钢丝的直径
V2：出线钢丝的线速度
直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，现在大多数的直进式拉丝机上都有张力传感器，动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(0~20mA或0~10V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。
以深圳龙岗生产的400 型直线式不锈刚拉丝机为例，对该机控制原理加以阐述。本机采用三菱PLC和星河变频器为控制系统核心，用 9台变频器分别控制 9 台交流电动机，将高精度位移传感器用于 8个卷筒拉拔丝的张力涉取装置,取人机界面为直观控制。在充分分析了拉丝机工艺的基础上，着中考虑了以下几个方面对系统的影响：
1. 拉丝机启动时，拉拔力较大，随着速度的逐渐增加拉拔力迅速减小，在达到一定的转速后，拉拔力便只有微小增加。
2. 原料进丝时，本身会有一些缺陷，表面处理不完全等，这些都将影响拉丝机的稳定性。
4. 电机的转差率会由于负载的变化而变化。
5. 拉丝过程中较重要的被控量是丝的张力，而断丝和积线是张力变化的两种较端情况，所以只要保证张力在某一范围内变化，就可保证拉丝机的稳定运行。
系统的*速度是由最后一台拉拔变频器决定的，再根据每道拉模的压缩比与减速比，计算其它每个机台的主给定速度，由于机械上的误差和拉模的磨损，使得给定的参数与实际的数值有一定的差异，这个差异就通过张力臂来纠正。事实上，张力臂下面连接着一只位置传感器，该传感器测量出张力臂的转动角度，输出一个0～10V的模拟量信号给变频器，变频器再根据设定的位置值（一个相对与10V的百分比值），经过PID计算，在输出频率上叠加上一个纠偏量，上述的差异。
系统中，触模屏作为人机界面，起着人机接口的作用，每道拉模的压缩比，就是通过触模屏输入的，并且，触模屏还能存储若干套不同的拉模参数，方便用户快速选择成套拉模参数，而不必每次都要输入参数，方便了用户，提高了效率。触模屏还显示工作中各道拉模的实际工作参数，包括电压、电流、速度等等，在系统出现报警时，触模屏上及时显示系统故障的内容，方便用户及时诊断，排除一些简单的故障。触模屏与PLC是通过MPI连接的，速率为：187.5K。
PLC是整个系统的控制中心，控制着整个系统的工作流程。通过按钮的操作，控制每个机台的前联动、后联动、点动及整个系统点动、自动运行。根据触模屏输入的拉模压缩比参数，计算每个机台的同步速度，并通过Profibus总线传输给变频器，由变频器直接驱动机台电机工作。PLC还通过Profibus总线，从变频器中读取变频器的工作参数，对变频器的各种工作异常作出处理，并及时通过触模屏显示。
四、功能与性能指标
功能：
1、 在 PLC 控制下，实现由交流变频器对交流异步电机的平滑无级变频调速。
2、 采用 PLC 工业可编程控制器实现各种开关量逻辑组合，改变程序便可变更逻辑功能。操作使用灵活 . 方便。
3、 具备安全自动停机功能。
4、 断 2 丝保护 . 自动停机。
5、 各拉丝头可独立启动 . 停止 . 调速。
6、 低速软启动。启动速度与时间可调。
7、 各头设有低速点动开关。
8、 整机有联动功能，可同时启动和停止。
9、 设备控制收线机接口 . 收线机与尾头同步工作，也可单独开启。
10、 无启动冲击电流，不会对电网造成负载电压波动。且电流 . 电压可随时观察。
性能：
1•进线直径 2.2 ， 出线直径较小 0.8
2•出线速度可达 600 米 / 分
3•稳定性 ≤ 1HZ
从调试结果看，我们的方案是正确的，系统能够运行在一个稳定状态，而对系统的简化使整体结构简单，故障少，参比量与基准量的闭环处理是保证系统稳定工作的关键。
五、注意事项
1、拉丝机拔丝在运行的过程中，如无紧急情况需要无条件停车时，一般不要用杠杠或停车按钮操作，因本变频器未加装再生系统，急停造成过载保护，过载保护太多时，容易引起变频器故障。
3•上丝时从低速逐渐向高速调试过程中，要用总调速钮慢升，停机时也要用总调速钮慢降速，防止调快，**负载保护。
5•速度调节时，要慢转调速旋钮，不要调快。
6•空频器控制柜所在环境温度不得**过 50 ℃。
7•控制回路联结要用 0.5 ～ 0.75mm 2 屏蔽线。
8•变频器外壳要可靠接地，接地电阻 <10 欧。
9•环境温度过大时，要对一些外接触点采取密封措施。
10•柜体及操作台，安装在远离灰尘、油雾、导电杂物及腐蚀性混合体的场所。
11•禁止在 PLC 空端子上接线。
12•禁止输入控制线与输出控制线安排在同一电压内，不允许输入 , 输出线在同一导管内通过或捆扎在一起。
13．输入。输出控制线一般在 20m 内为宜。
15．定期用操作台和柜体内包括 plc 及变频器等主要电气部件的灰尘。