产品描述
西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8一级代理
a) 上位机系统
本系统配置两台上位机,都可作为操作员站,其中一台兼作工程师站,且两台工控机可互为备用。上位机使用屏蔽双绞线同以太网交换机相连,通过以太网模块同PLC主机进行通讯。所有的数据显示和操作都可以在上位机上完成,并且还有报警,历史趋势和报表功能,给操作人员完备的使用环境。
b) 控制系统
本系统使用了两台型号是1756-L55M13的CPU,内存1.5M。两个CPU分别安装在两个机架上,互为热备用,先上电的CPU为主。为了避免同时失电,两个机架的电源分别取自厂用电和UPS电源。两个CPU中的程序一样,信息、处理程序、发出命令由主CPU完成,备用CPU在实时跟踪主CPU工作。一旦主CPU失电或者通讯中断,备用CPU将代替主CPU继续完成工作。
主机通过以太网同PC机相连进行数据交换,其下面带的3个本地I/O机架通过ControlNet网与主站相连(ControlNet网为冗余配置),由CPU通过判断采集的输入信号,经过预先编制好的程序进行运算处理后,再通过输出模块发出命令,来达到控制的目的。
c) 远程系统
本系统设置了一个I/O远程站,通过多模光缆与主站的I/O机架相连。这种应用方式大地减少了控制电缆的数量和长度,减少了因电缆过长而引起的接地或接线不良等故障,也减少了费用的投入。另外采用光缆连接远程站的通讯方式,使得通讯距离比应用同轴电缆通讯长了很多,并且了电压、电流的干扰,提高了的品质。
d) 同其他系统的通讯
同DCS系统采用以太网通讯,使用光缆连接两台交换机,DCS就可以很容易地直接从PLC主机中读取所需要的数据了。
同斗轮机系统和轨道衡系统通讯也是采用了光缆连接两台交换机的方式,由于输煤系统本身设备比较分散,距离又比较远(输煤主控室距离轨道衡控制室的距离过了3公里),使用普通电缆或多模光缆不加中继器根本无法达到要求,而使用单模光缆就简单了,不加中继器的远通讯距离可达到几十公里。
e) 工业电视系统
共有4台工业电视放置于的工业电视屏上,通过摄像镜头把相应设备的运行情况和事故情况显示在屏幕上,并可通过计算机进行记录存储,以便日后随时可以调出想要察看的那段时间的画面记录情况,分析事故原因。四台工业电视通过屏幕分割技术多可同时显示16幅画面,通过选择按钮,把画面调整到自己想要观察的地方进行监测。
2)软件配置
a) 上位机软件
本系统的上位软件选用的是Inbbtion公司的iFix3.5作为开发平台,利用该软件的变量存档编辑器和水晶报表设计器,可以很方便地为运行用户过程数据生成用户并生成报表。利用ODBC功能,把所有设备的报警和人员的操作都记录下来,通过声音通知操作人员,以便使操作人员能够立即进行处理,并给日后事故原因的分析创造有利条件。
b) PLC控制软件
PLC控制软件采用ROCKWELL公司的RSLogix 5000编程软件、RS-LINX通讯驱动软件和RSNetWorx组态软件作为编程调试软件的开发平台。既可以使用梯形图编程方式,又有IEC的编程方法,给了编程者大的自由度。这种软件的优点是有强大的功能块系统,针对不同功能都有一种功能块儿与之相对应,编程简便、灵活。
5.系统控制
自动启动时,按照逆煤流方向顺序启动设备;自动停机时,按照顺煤流方向延时停止设备;当某一设备出现事故跳闸时,由故障设备开始进行逆煤流跳闸(除铁器、电子皮带秤、取样器不参与跳闸)。并且本系统允许有多个流程在运行中,但不允许同时操作两个及以程启动或停机。当有两条流程在运行时,如果其中一条流程的某一设备出现故障造成此流程设备联跳时,不能影响另一条正在正常工作的流程。具体设备的位置和流程顺序参看
1引言
生产饮料筒、油漆筒(桶)、机油筒(桶)等薄板类金属容器的道工序就是把厚为0.2~0.5mm、宽为320~1200mm的卷板按所生产容器的不同剪成不同长度的板料,然后送到下面的工序,如套色印花、焊接、胀型、封口(底)等终成型。由于后面的工序,特别是套色印花工序对长度偏差的要求甚高,为±0.25mm/1000mm(对角线偏差为±0.4mm/1000mm),单位时间的剪切数量较高,一般不少于50/min,普通的剪切设备达不到上述要求。有经济实力的大型企业从国外进口生产线,这种生产线从板料的开卷、校平、定尺剪切到终成型,由工控计算机作上位机,控制多台PLC,既由计算机根据动作需要向PLC写入或读出数据,达到控制整条生产线的目的。这种生产线结构复杂,价格昂贵。对于中小企业,我们研制了一种仅需1台PLC控制的、结构简单、造价低廉、剪切精度和剪切产量达到和过上述要求的定尺剪切系统。
图1 剪切系统结构示意图2 硬件构成
剪切系统的结构示意如图1所示。由图1可见,系统的机械部分由夹送机构和剪切机构两部分组成:夹送机构由交流伺服电机驱动旋转,上下夹送辊的加紧力调至刚好压紧板料,使板料在两辊中按设定的速度无滑动滚动;剪切机构与一般剪床同,只是剪切的驱动力来自高压气体。
系统的电气控制部分采用日本光洋的SU系列可编程序控制器;包括SU-5M(CPU模块),U-01SP单轴伺服定位控制摸块;U-05N16点DC12/24V输入模块;U-01T8点AC220V继电器输出模块等;人机界面为CL-02DS液晶汉字显示设定单元。伺服系统采用日本安川的交流伺服电机SGMGH-20ADA61和SGDM-20AD数字交流伺服驱动器。
3 定尺剪切控制
3.1 控制原理
在手动状态(板料安装)时,夹送辊可作正反2个方向转动。在自动工作情况下,夹送辊的转动方向如图1所示。若确定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数,当夹送辊的直径一定时,夹送辊每转一定的角度或圈数,板料的移动长度也就确定了。当PLC检测到伺服电机反馈的脉冲数达到所设定的目标值(既长度)时,PLC发出信号,交流伺服电机停止转动,同时,方向控制阀的电磁铁通电,气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得1个脉冲,此脉冲即可计算剪切数量,又能作为下1个循环的开始信号。
3.2 参数设置
(1) 一般参数的设置
a) 主轴转速(自动运转时,下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾2个方面,一是生产能力,二是转动惯性。转速不是越越好,太快,转动惯性大,达不到停止的要求,剪切长度精度不高;当然,慢了,达不到生产力的要求。
b) 脉冲当量的确定:在本例中,之所以能进行定尺剪切,实际上就是的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时,它转过一定的角度,就对应转过一定的弧长,既为板料移动的长度。从理论上说,脉冲当量越小,剪切长度精度越高,但对控制系统的要求也越高,不经济。一般情况下,脉冲当量比加工精度高一个数量级即可。
可驱动板料前进、后退;按下手动剪切按钮,剪去板头。此状态一般在新安装板料时使用,手动剪切不计数。
(3) 在自动状态下,料批(剪切长度、剪切张数)在人机对话装置CL-02DS液晶设定显示单元上设定完毕后(实际上料批可在PLC上电后任意动作方式下设定),CL-02DS将料批数(十进制数)转换成BCD数,存入到CPU的寄存器中,程序根据已确定的脉冲当量进行计算,转换成脉冲数,再将脉冲数变换成BIN数,存入到U-01SP内的目标寄存器而成为目标值。然后,人机对话装置CL-02DS进控状态。按下自动剪切按钮,主轴开始转动,每次转动的周长就是目标值的脉冲数与脉冲当量的乘积。到了目标值后主轴停止,气缸执行剪切动作,剪回位的同时,计量剪切 张数,然后重复上次操作。直至达到剪切张数的目标值后停止。
由于圆周率的存在和转动惯性,主轴每次转过的实际周长与应该转过的周长还会有一点差异,虽然很小,在1mm以内,但对于±0.25mm的长度精度还有影响,这样,在程序中按需要设定几个尺寸段进行一定数量的脉冲补偿(分段补偿),终达到了剪切长度精度要求。
4 结束语
适当改变脉冲当量、夹送辊直径和脉冲编码器反馈的每转脉冲数,剪切精度可提高一个数量级;剪切动作换成液压缸执行,能剪厚板,可用于机械、汽车等其它行业。该系统已在济南、深圳等地投入使用,经过近一年的运行,剪切长度精度、剪切速度达到设计要求和用户要求,系统运行情况良好。该产品了我省空白,现已通过技术鉴定,正批量生产。
由以上的电路配置图可以知道,OD215和ID215不同,它的COM端只能接地,但是在原系统中,由其硬件电路决定了OC224以及OC225的COM端接2~24VDC,所以,这里就不能直接换接了。同时,由OD215模块的性能可知,其大开关能力为5VDC+10%35mA(280mA/公共端,1.12A/单元,输出电阻4.7kΩ),在改造过程中还是要考虑到模块的大负荷能力,以免烧坏模块。系统有23点数字量输出:12个叉道控制信号;6个方向控制信号;1个蜂鸣器外加4个红/绿灯信号(其中前19个信号都是继电器输出)。
·红/绿灯电路改造
在对红/绿灯电路进行改造之前,要得出电路的工作原理。实验表明,系统的红/绿灯电路本身存在一个门槛电压的问题,也就是说只有达到一定的电压值时,红/绿灯才会发光。同时结合模块性能,对原有电路进行改造是可行的。
考虑到要在原有系统中增加一个上拉电阻R1,这样就可以解决OD215和OC224以及OC225的COM端的矛盾了,整个系统处于“负逻辑”的控制状态,这里所接的上拉电阻的阻值要尽可能的大(一般在1k~5k之间)。这样在此路信号为高电平的时候,模块中单路电流才会很小,控制在35mA之内不会过模块的限流电流值;同时还要考虑到红/绿灯电路的门槛电压的问题。多次实验表明:在上拉电阻R1小到将近500Ω的时候,才能保证红/绿灯电路的正常工作;同时在模块的输出侧增加一个电阻模块R2分流以避免模块中单路电流过大,从而保护了模块。这样一来,改造后的系统便可保证原有系统既正常又的工作。系统的改造电路如图3所示。图3中:R1=500Ω,R2=170Ω,模块输出为高电平时,红/绿灯电压约为3V,没有过其门槛电压,不导通;输出为低电平时,红/绿灯电压约为7V,正常工作。
·继电器电路改造
图3 红/绿灯电路部分改造
对系统中继电器电路部分的改造相对简单多了。和红/绿灯电路改造步骤一样,直接在电路中串连一个电阻,在1k~5k之间。实验结果表明:只要在每路输出电路中串连一个1.2kΩ的上拉电阻,这样在此路信号为高电平的时候,模块中单路电流才会很小,控制在24mA之内不会过模块的限流电流值,即可保证原系统此类继电器输出部分即正常又的工作。其改造电路如图4所示。
图4 继电器电路部分改造
至此基本完成了对原有控制系统的高密度I/O单元的改造,在红/绿灯的改造过程中我们可以发现模块的单路电流都接近其单路电流的限流值,考虑到模块的性、使用寿命以及优化控制系统的思想,在接线过程中就将4路红/绿灯信号分散到了模块的不同的公共端。
4 系统软件造
对系统的硬件改造在实质上并没有改变原有系统软件的控制思想,所不同的是,系统的硬件改造中所引用的高密度I/O单元都是特殊功能模块,输入输出点的表示有所不同,在改造过程中需要将原有地址和现有地址一一对应进行改造;同时,还需要注意的是OD215是采用负逻辑的方式输出的,在原有PLC程序中需要对其作出相应的调整。在原有由组态王开发的系统实时监控画面也需要修改原有程序中的某些地址以满足对现有系统的实施监控的目的。
5 结束语
在确定了对系统进行改造的方案以后,通过一段时间的硬件连接、软件造以及调试,系统已经能够达到如期的控制效果,并能有效地实现控制任务。同时有效利用了实验室现有资源,说明了在某些系统中引入高密度控制单元的可行性并体现了控制系统的控制水平。
1 引言
PLC是80年代发展起来的一种新型的电器控制装置,它的诞生给工业控制带来了一次性的飞越。它将传统的继电器控制技术和计算机控制技术融为一体,具有灵活通用、性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、功能强大、易于实现机电一体化等显著优点,已经广泛应用于工业生产的各种自动控制过程中。
电厂输煤系统是电力生产过程中非常重要的外围辅机系统,输煤控制系统具有控制设备多、工艺流程复杂、设备分散等特点,沿线环境条件恶劣,粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰等都比较严重,传统的强电集中控制方式已不能适应大型火电厂输煤系统自动化的要求,PLC程控方式由于其自身优点,目前在国内大型火电厂输煤系统中已逐渐取代常规的强电集中控制方式,成为大型火电厂输煤程控系统的。井冈山华能电厂的输煤程控系统中,PLC的优良性能得到充分体现。
2 系统概述
华能井冈山发电厂(2×300MW)输煤程序自动化控制系统,包括程控和监控两大部分,用于操作员在燃运集中控制室内实现对整个输煤系统的控制和监视。该程控系统主要由PLC程控系统和工业电视监控系统两部分组成。工业电视监控系统主要是用于程控运行人员在室监视现场设备工况,且工业电视监控系统可实现与PLC程控系统之间的报警联锁,即当某个监视区域发生故障报警时监视系统可自动切换到该监视点,从而实现在短的时间内观察到现场故障情况,及时掌握重要信息,为系统的操作、维护提供了大方便。
3 系统组成
3.1 PLC程控系统
PLC控制系统是该程控系统的,其采用工控机为上位机、PLC系统为下位机的两级控制模式,上、下位机均分别采用双机热备形式,以确保在万一有一台PLC主机或一台监控用工控机发生故障或死机的情况下,整个系统仍可照常运转。上位机采用研华工控机,共设2台,分别用于程控部分的操作和监视。系统软件基于bbbbbbsNT4.0(加装中文之星),并配以美国AB公司RSView32人机接口软件。PLC选用美国Allen-Bradley公司PLC-5/40系列,采用RSLogix5软件编程。CPU(型号1785-L40C15)采用双机热备,除本地站外设10个远程站,其中5个在控制室,3个在煤仓层、2个在油泵房。本地站与远程站之间通过屏蔽双绞线(AB公司1770-CD10)通讯,采用双缆备用方式,上位机与下位机之间通过屏蔽同轴电缆(AB公司1786-RG6)构成CONTROLNET网进行通讯。系统结构见图1。
PLC远程站配置有数字量输入(AB公司16点数字输入模板1771-IMD)、输出模块(AB公司16点数字输出模板1771-OBD)和模拟量输入(AB公司8点模拟输入模板1771-IFE)、输出模块(AB公司4点模拟输出模板1771-OFE2)。数字量输入模块接受220VAC的输入信号,数字量输出模块输出电压为24VDC,用于驱动输出继电器,输出信号再通过继电器节点输出。另外系统内一次元件主要由皮带保护元件和煤仓料们检测元件两部分组成,其中皮带保护元件包括:皮带跑偏开关、事故拉绳开关、速度开关、纵向撕裂保护装置、断带保护装置和堵煤信号发生器;煤仓料位元件包括:高料位开关和声波料位计。
皮带跑偏开关采用两级型,沿皮带两侧布置;事故拉绳开关采用双向自动复位型,沿皮带两侧布置;速度开关采用两级型,布置在每条皮部,共计16台;皮带纵向撕裂保护装置29台,布置在每条皮带下部;2台断带保护装置布置在较长且倾斜度较大的6号甲乙皮带上;堵煤信号发生器采用阻旋式料位开关,布置在落煤管上,共计14台。高料位开关采用阻旋式,每个原煤仓设4个,分别布置在原煤仓落煤口旁,共计32个;声波料位计由8个换能器、1个显示单元、1个输出单元和1个手持编程器四部分组成,显示单元、输出单元和手持编程器安装在煤仓层#2I/O柜内,换能器安装在每个原煤仓的部中间。3.2 工业电视监控系统
监控部分采用矩阵切换箱为下位机、工控机为上位机的两级控制方式。上位机采用1台ICS工控机,操作软件使用基于bbbbbbs的之剑168。下位机的矩阵切换箱为美国Sensormatic公司的AD168系列(型号AD168R24-12),S3编程软件。工控机完成监控部分的操作和编程,矩阵切换箱完成图像的切换、巡视。工控机与矩阵切换箱之间通过串行口进行通讯。
矩阵换箱为模块式结构,由电源模块、模块、控制码模块、输入模块和输出模块组成。本系统为24路输入、12路输出。如果需要,可进行扩充。控制室内布置4台松下25时彩色电视机,用于显示图像。四画面分割器能将4路视频输入信号同时在1台监视器上显示,本系统配置了2台四画面分割器。
在生产现场,本系统布置了22台彩色摄像机,其中14台配置了定焦自动光圈镜头,6台配置了6倍变焦自动光圈镜头,2台配置了10部变焦自动光圈镜头。所有摄像机都有防护罩保护,22台摄像机中有还8台还配置了云台,其它14台不带云台。整个监控系统的云台转动控制、变焦镜头调焦控制均由控制室的计算机加PLC完成。
4 系统功能
4.1 程控系统功能
程控系统提供了对运煤和配煤系统及其所有设备进行操作、监视、管理所需要的一些软、硬件条件和功能。
运煤控制系统的运行方式分为:自动程序、远方手动和就地手动。自动程序按PLC设置的程序,通过工控机操作实现。远方手动通过PLC和工控机对全部运煤和配煤设备实现—对应的操作。就地手动不经过PLC,仅能在就地MCC柜上操作。本程控系统完成其中前两种运行方式。自动程序方式是主要的运行方式。操作员能选择一个完整和合适的路径,以便将煤从运煤火车运送至煤场或直接运送至煤仓,或者从煤场运至煤仓。只有当选择合适的和完整的路径,且所有信号表明允许启动,并显示预启成功后,才允许操作员使用“系统自动启动”。
配煤控制系统的运行方式分为:自动配煤、远方手动配煤和就地手动配煤。自动配煤按PLC设置的程序,通过工控机操作实现。远方手动配煤通过PLC与工控机对各犁煤器实现一一对应的操作。就地手动配煤不经过PLC,仅能在就地操作箱上操作。本程控系统完成其中前两种运行方式。自动配煤是主要的配煤方式。操作员在CRT上调出“配煤”画面,通过鼠标选择尾仓和旁路仓。每个仓对应四台犁,一侧两台,自动配煤按如下顺序进行:先顺序给低煤位仓配煤,配一定数量的煤,煤仓低煤位状态,正常情况下对低煤位信号的加仓采用单数犁,只有当单数犁为检修或落犁失败时才启用双数犁;所有低煤们信号消失后,再进行顺序配煤,启动每个仓的单数犁配仓,按顺煤流方向依次给每个仓配满,再转入双数犁按顺煤流方向依次给每个仓配煤,尾仓配满后重复个过程,用单数犁继续配仓,循环往复,操作员可视机组运行需要和仓满情况,结束流程停车;顺序配煤过程中,如果又出现低煤位仓,则停止原煤仓顺序加仓程序,为低煤位仓配煤,待低煤位信号消失后5min再转入顺序加仓程序;尾仓的双数犁一直保持落下,只有此犁设为检修时启动单数犁落下。
系统内所有设备的状态都能在CRT上明确、醒目地指示出来,使操作员一目了然。且系统为操作员提供了方便、及时、详尽、清楚的报警管理功能,为操作员提供了实时的和历史的数据和查询。
4.2 监控系统功能
工业电视监控部分是为运煤集中控制室内的操作员提供各个摄像机获得的图像,以便直观地监视输煤系统各设备的运行状况。通过矩阵切换箱操作员可实现自由切换、成组切换和自动巡视,即任何一个摄像机的图像可以在任何一个监视器上显示,任意若干个摄像机的图像可以在任一个监视器上循环显示,循环周期可调节。通过编程还可设置在监视器上显示的内容,包括日期、时间、摄像机符号和号码等。CRT上显示的实时图像可以静像方式显示,并可储存在磁盘或从磁盘取出观察,操作员可以在CRT上方便地操作云台的转动和镜头的调焦。
4.3 设备联锁功能
所有的运煤设备按工艺要求进行联锁,联锁按下列方式进行:启动时按逆煤流方向,从后一条皮带(及相关设备)开始依次启动,直到条皮带(及相关设备)启动后,才开始供煤,每条皮带启动前须响铃30秒。停运时按顺煤流方向,先停供煤设备,然后从台至后一台设备依次停止,每台设备之间按预定的延时时间发停机命令,即要求设备的余煤后再停止其运行,其中碎煤机、除铁器均需另延时停机。故障时,故障点及其上游设备瞬时停机,故障点下游设备保持原工作状态不变。待故障解除后,可从故障点向上游重新启动设备,也可以在故障未障未解除时,从故障点向下游开始延时停设备。联锁能阻止任何设备出顺序的启动。当系统采用自动程序方式运行时,按上述联锁关系启停设备。当系统采用远方手动方式运行时,可以解除某个设备的联锁,以便对该设备进行试验操作,当有设备被解除联锁时,CRT上有报警显示,此时操作员应十分小心。在CRT上及操作台都设有“紧急停止”按钮,当出现危害设备或对人身产生危险的故障时,系统应立即停止,操作“紧急停止”按钮能立即停止除碎煤机以外的其它设备。
系统启动时的联锁关系的依据主要是电动三通的位置,即三通通哪一路,哪一路即应联锁,所以系统启动前,电动三通的位置正确。参加联锁的设备包括各皮带输送机、翻车机、堆取料机、筛煤机和碎煤机,其联锁关系是上一级设备没有运行时下一级无法启动,上一级设备停止时下一级也马上停止。考虑到设备的检修等特殊情况,允许皮带输送机、筛煤机或碎煤机解除联锁。当设备解除联锁时,会以报警的形式提醒操作员,卸船机和堆取料机在此无法解除联锁。系统停止时的联锁关系依据主要是操作员所选择的运行方式,所以在系统启动前,应选择正确的运行方式。无论是手动或自动,操作员都应正确选择运行方式。在手动操作时,电动三通的操作也与所选的运行方式一致。
5 结束语
井冈山华能电厂PLC输煤程控系统运行两年多来,功能完备、性能、维护简便,对于电厂、经济地运行起到了良好的作用。同时,这也说明PLC技术在电力工业自控系统中的应用日益成熟,发展前景非常广阔。
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