西门子中国一级代理商电缆总代理商公司

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1 前言
        MK9接咀机组是英国MOLINS公司的七十年代的产品，目前在国内各均有广泛的应用，由于线路老化，故障率高，常使生产效率降低，原材料消耗过大，维修工作越来越繁重，直接影响到工厂正常的生产效率和产品质量。受厂家委托，我们对省内富锦、穆棱、林口、绥化等及河南螺河厂的MK9系列接咀机组进行了国产化技术改造。使之具有为的控制和监测功能，以适应率生产的要求。
2 方案
    原机采用63块电路板进行逻辑控制，抗干扰性能差，不易维修，而又属于高粉尘生产环境，温湿度较高，生产环境恶劣。我们在设计中采用OMROM C60P+C40扩展器取代原机线路板进行逻辑控制。采用富士FUR7.5KWG9S-4CE变频调速器取代原机变调速，不但使主电机正常工作时速度无级可调，还可以平滑起动以减少对生产机械的冲击。
    机是一种机、电、光相结合的生产设备，其整机运行的自动化水平较高，控制系统比较复杂，按照工艺过程的要求可分为下述若干个控制模块。
        (1)主电机变频调速控制：机共有点动速度、低速和全速三种运行速度，由PLC控制系统根据当前的运行条件产生相应的输出信号控制交流变频器的速度设定，且可通过控制面板电位器由挡车工根据需要手动调节，从而达到合适的机器运行速度。
        (2)其他电机控制：当主电机正常运行前，PLC控制大小风机电机、油泵电机、油冷电机、浆糊电机、液压电机、烟梗电机、料斗电机、振动盘电机和除尘电机应按要求运行。这些电机的状态都接入交流连锁控制中，任何电机的异常都会断开交流连锁，导致机器停止运行。
        (3)交流连锁控制：交流连锁通常用来保证运行过程中的人员和机器的，当出现防护门打开，机械传动异常，油压偏低或电机热敏跳闸等故障时，连锁断开，机器停止运行。故障后，机器才能重新运行。
        (4)直流连锁控制：直流连锁通常用来保证运行过程中的产品质量，当各光电检测探头检测到缺少，盘纸、水松纸断开，供胶不足，跑条等故障时，直流连锁断开，机器停止运行。故障后，机器才能重新运行。
        (5)料斗控制：当主电机启动运行后，料斗电机自动运转为机提供，控制系统同时检测料位的高低和控制的提升速，保供给的均匀连续。
        (6)盘纸拼接控制：当一盘盘纸用完后，使用待用的另一盘盘纸通过自动拼接后继续为机提供原料。拼接控制的逻辑比较复杂。
        (7)水松纸拼接控制：当一盘水松纸用完后，使用待用的另一盘水松纸通过自动拼接后继续为机提供原料。水松纸的拼接控制的逻辑包括拼接选冲的监测、左右水松纸张力监测、左右水松纸耗尽检测及手动拼接等几部分。
        (8)烟支剔除控制：当机器开始运行或出现盘纸或水松纸拼接时，机会产生部分不合格烟支。这些不合格烟支需要在经过干燥鼓时被剔除掉，剔除动作是靠干燥鼓吹气阀的导通来完成的，准确的剔除时序则是靠头脉冲信号的同步作用来保证。
3 原理框图

4 软件(程序设计)
    该系统由于控制点较多程序比较复杂不能一一介绍，仅以跑条检测为例说明如和用软件取代原机硬件电路。该系统中重要的检测是跑条检测，该探头位于主机与接咀机交接处，烟条在主机被切切断后被拨轮射入接收鼓，每两支烟之间都有空隙，该对射式光电探头在机器正常工作时会检测到烟支和空隙并输出变化的高低电平信号。在机器刚开始运行时，若此探头能出高低变化的电平信号，说明烟支已冲过接收鼓，则主机自动提速，并经过一定数量的烟支(通过对头旋转脉冲计数)自动供滤咀棒和水松纸。若正常工作时跑条检测器一但检测不到变化的电平(或高电平或低电平)，都意味着跑条，应转入故障处理。原机采用电容隔直方式，将脉冲信号变为高电平，将固定信号变为低电平。硬件须配电路板。由于故障率高，且厂家维修诊断困难，在此用软件方式实现。MK9-MAXS机速4000只/分，高低电平变化一次为0.015秒，速300只/分，高低电平变化一次为0.2秒，梯形图中1000为起动信号的中间辅助继电器，起保持起动信号作用，跑条光电检测器联入PLC的输入端0000，按下起动按钮后，1000导通并维持，由于此时跑条光电检测器并没有脉冲输出，所以TIM00或TIM01必有一个经过0.5秒延时其常开点导通，使1002通电，当烟支冲过时产生脉冲信号使TIM00和TIM01在定时时间到达之前不断复位其常开点断开使1002断电，利用1002上由通到断的信号使主电机加速并通过对切旋转脉冲计数来决定何时供滤咀棒和水松纸，以使原材料损耗达到点。当系统正常工作时由于烟条破损等原因使烟条不能冲过接咀机在跑条探头处必定检测到高电平信号(有烟支阻塞)或低电平信号(没有烟只经过)，TIN00或TIM01必定有一个定时器经0.5秒定时后其常开点闭合，使1002上出现一个由断到通的信号，利用这个信号使系统转入相应的故障处理和报警程序。

5 自动换盘控制系统的改造
    机重要的控制部分是供纸电机控制系统及自动换盘控制系统。该系统是机能否提高生产率的关键，盘纸被卷在26MM宽的圆盘上，一盘纸有4000M或5000M长，且中间没有接头和破损，由拖纸电机拖动，将纸送入存纸箱中，绕过角位移传感器，MK9工作时，由地有布带下的吸力，使纸从存纸箱出口速度与主机速度一致，正常时由拖纸电机拖动将纸送入存纸箱的入口速度应比出口速度稍慢，纸在存纸箱内绕过角位移传感器的调节作用，使拖纸电机加速，达到动态的平衡。反之，若拖纸电机拖动将纸送入存纸箱的入口速度应比出口速度稍快，则纸越积越多，将存纸箱堆满而溢出停机。一支烟长64MM，一盘纸有4000M，只跑十几分钟就得换上另一盘，若停机换盘，则会降低生产率，所以自动换盘系统对能否生产效率十分重要。该系统通过盘纸直径光电开关检测盘纸用尽时，拖纸电机加速，将多余得纸存入存纸箱中，以供换盘时使用。同时提醒挡车工为自动换盘作好准备。二直径光电开关检测到盘纸即将用尽时，拖纸轮停机，通过拖纸电机测速发电机信号，判断是否停稳若停稳则控制搭接电磁阀完成搭接。

PLC选用SIMENS模块化的S7—200系列，根据所需功能的不同，可以进行组态。有基本模块(包括S7—212，S7—213，S7—214三种型号，各含14个输入点和10个输出点)、输入点扩展模块(8个输入点)、输出点扩展模块(8个输出点)、模拟输入扩展模块(2个模拟输入量)、模拟输出扩展模块(2个模拟输出量)等几种模块。根据遥测、遥信、遥控规模的大小，可以选用单一个基本模块或者一个基本模块和若干个扩展模块进行组合，达到所需的遥测、遥信、遥控点数。
在本方案中，选用了1个基本模块(S7—214型)和2个输入点扩展模块，共达到30个输入点(对应30个遥信点)、10个输出点(对应10个遥控点)。S7—200主要引脚功能见图2。
S7—214型基本模块本身自带14个输入点、10个输出点，有一个断电保持的时钟。有简单的通信功能，加、减、乘、除运算功能，丰富的移位、位操作、逻辑判断功能，较强的中断功能。这些特点为实现配电网中远动装置的各种功能(遥测、遥信、遥控等)提供了灵活、快捷、经济、的保证。
2.3　SCP实现遥信、遥控、通信的工作过程
2.3.1　遥信
将需要遥信的开关信号输入到PLC的开关输入点，以实现SCP的遥信功能。在PLC的每次扫描中，各个开关的状态被自动写入相应的输入点映象寄存器位中，扫描程序捕捉任何开关的状态变化信息，并将它们作为事件报文传送到监控微机。
2.3.2　遥控
利用PLC的开关输出点电流的通断控制断路器的合闸、跳闸，以达到对线路进行遥控的目的。
当PLC的扫描程序发现有遥控命令需要执行时，将对应的输出点置为高电平，在相应的中间继电器中产生电流，使触点闭合，对应的断路器动作，对应的输出点再置回低电平，中间继电器断流，触点断开，SCP的遥控机构恢复到遥控前状态。
2.3.3　通信
SCP利用PLC的自由通信方式进行通信。空闲时，PCL时刻处于捕获通信中断信号的状态。当监控微机有字符送来时，PLC产生接收中断信号，进而执行相应的中断处理程序，完成报文的接收。当PLC的扫描程序检测到发送报文条件满足时，利用发送指令发送报文。报文发送完毕后，产送完毕中断信号，相应的中断处理程序将PLC切换回空闲状态，以便下次接收报文。

3　PLC与监控微机的通信规约

3.1　通信规约的技术要求
所选PLC仅支持半双工通信，它对通信有以下要求：在同一时刻只能收或发；由接收方式转为发送方式或相反，都经历一定的空闲时间；一次多只能发送255个字符。
根据这些要求，我们了以下Polling方式的通信规约。
3.1.1　监控微机(主机)发送报文的方式
a.由主机引起对话，PLC处于被动应答状态；
b.主机发出报文，并得到PLC回报后，再经历100 ms才能发送下一报文。
3.1.2　主机接收报文的方式
a.主机发送报文后，经历90 ms，开始检测PLC的返送报文。有效报文的1个字节为SCP站址。
b.接收到站址后，接收报文的后续字节。同一报文的相邻字节间隔应小于60 ms，否则，认为其中字节结束了一个报文，后一字节开始另一报文或者为无用字节。
3.1.3　主机对通信异常的处理
a.发完一段报文后，在5 s内未收到PLC的返送报文，须重发报文；
b.如果收到PLC的“出错”报文，须重发报文；
c.如果收到错误的报文，发送“出错”报文给PLC。
3.1.4　PLC接收报文的方式
a. PLC被动响应监控微机发来的信号。
b. PLC发送报文后，经过90 ms，进入接收报文状态，开始检测站址。有效站址位于报文1个字节；检测到本站站址后，接收报文。
3.1.5　PLC发送报文的方式
a.如果接收报文不完整(长度不符)，则不发返送报文，等待主机重发。
b.接收到一段完整报文后，在100 ms之后发送返送报文。返送报文于接收报文后5 s内到达监控微机。返送报文类型按以下顺序确定：状态报文、事故报文、出错报文、其它报文。
3.1.6　PLC对通信异常的处理
PLC自动发送和重发“事故”报文，不重发其它报文。
3.2　报文的类型和格式
根据广州保税区配电自动化的功能要求以及PLC的特点，我们规定了11种下行报文和13种上行报文。为了提高报文传送的性，又考虑到PLC的能力，这些报文选用以下的格式：字节1为PLC地址，字节2为报文类型，字节3为数据长度(=n)，字节3+1～字节3+n为数据区，字节3+n+1为字节1～字节n+3的异或校验码。

4　结语

使用PLC实现配电自动化，硬件结构简单、，编程方便、容易，价格低廉、合理。这种方案在广州保税区10 kV配电自动化中的实施，已经了满意的效果。

1  引言
    可编程控制器由于抗干扰能力强，性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。工业控制机作为控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。
2  控制系统性降低的主要原因
    虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。
2．1 影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：
2．1．1  造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。
2．1．2  机械触点  抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制。
2．1．3  现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
2．2  影响执行机构出错的主要原因有：
2．2．1  控制负载的接触不能动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。
2．2．2控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。
2．2．3各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。
3．解决方案的实施：要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，PLC才能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。
3．1 设计完善的故障报警系统
    在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。专门设置故障复位灯按钮，显示设备工作状态。2级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平。

图1

1 前言
    罐区中储罐和输油管道所使用的各种控制阀门是石油储运过程中的现场仪表，其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的性、稳定性和易用性。通常罐区中的控制阀数量众多且分散，普通的控制阀所含信息量少而布线繁多，这在一定程度上使罐区监控系统的设计复杂化。该系统采用英国Rotork公司的智能电动阀及其主站控制器，大大简化了监控系统的复杂设计，而且借助其丰富的诊断信息和对故障的容错能力，使系统的性得以提高。
2 监控系统的硬件实现
2.1 Rotork智能阀控制设备
        Rotork智能阀控制设备是一个阀门数据采集、监视与控制系统，它由一台主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路可以控制挂于环路上的多达240个现场控制阀，该电流环路可长达20 km。
    现场电动阀的智能化程度较高，其内部含有丰富的数据和诊断信息。但主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路，终接入主站控制器的只有起始和末端两线，所有阀门信息通过两线通讯进入主站控制器。现场电动阀还具有线路故障屏蔽功能，当环路出现开路、短路或接地故障时，智能阀可以将故障端的线路屏蔽掉，使主站控制器仍能与线路上的所有智能阀通讯而不受影响，同时将故障信息发给主站控制器。其两线屏蔽原理如图2—1所示。

    正常操作情况下，通讯电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A流出，经该环路从端口B流回。此时，另一条线路是冗余的。当有一处线路发生故障时，该处故障线路被阀门屏蔽，故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通讯；当有两处线路发生故障时，这两处故障之间的智能阀都被屏蔽，两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状”环路与主站控制器通讯。
    主站控制器是由主CPU卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库，一个是现场单元数据库，负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据，根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动，该数据库从逻辑上划分为4个区，每个区记录60个阀门的数据；另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库，负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器，可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据，控制阀门的开闭，接收报警信号及与PLC通讯等功能。
        Pakscan IIE Master Station是Rotork主站控制器中的一种，它为双重热备结构，在主控制器出现故障时可以自动切换到热备控制器。图2—2为Pakscan IIE主站控制器与现场智能阀通过两线环路相连的情况。

        Pakscan IIE Master Sation有一个RS－485通讯口和一个RS－232通讯口，它们可通过Modbus协议与PLC通讯。其中RS－232通讯口可以不通过PLC直接连接打印机，打印报警信号。
2.2 监控系统结构
    图2—3所示为现场智能电动阀监控系统的结构框图。

    该系统的控制部分采用美国GE Fanuc公司的HBR双重热备型PLC系统，通过PLC控制140个智能阀(IQ actuator)的开停闭。上位监控站可监视各个智能阀的阀位回信状态、阀位值以及报警信号，并可执行开阀、停阀和关阀操作。
        Pakscan IIE主站控制器与PLC之间采用Modbus协议通讯，以port 1的RS－485接口连接。正常运行情况下，主PLC和主控制器工作，从PLC和热备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步。智能阀将数据传送给主控制器，主PLC通过RS－485接口从主控制器中读取数据，并向其发布命令，主控制器再执行命令，驱动智能阀按命令运转。当主PLC或主控制器出现故障时，系统能分别自动切换到从PLC或热备控制器。
    由于系统中采用的是Modbus通讯协议，一台PLC可以连接多台Pakscan IIE主站控制器，因此，若现场智能阀较多，系统可以很方便地扩展而且连线简单。
3 软件设计
3.1 通讯程序设计
        PLC选用Modbus RTU主通讯模块(master)。Pakscan IIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备(slave)。PLC的CPU通过Modbus RTU主通讯模块控制Pakscan IIE主站控制器的读写，被称为Modbus host。系统采用单Modbus host两线通讯方式，该方式多可以连接32个Pakscan IIE主站控制器。
    主通讯模块的程序设计有3部分内容：初始化通讯模块；读写Modbus/RTU数据；监测通讯状态。
    通讯模块的初始化工作主要是配置3个初始化控制块的参数：Slave控制块(SCB)，信息控制块(MCB)和通讯要求参数块(COM_REQ)。SCB是一个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。MCB是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。COM_REQ是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等，每一端口需要定义一个COM_REQ块。所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，此后RTU主通讯模块负责与PakscanIIE主站控制器通讯，而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。
    读写Modbus／RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。
3.2 软件设计
    上位监控站可以准确的监测和控制储运过程的所有信息和设备。通过编程、组态、连接，形象地反映实际工艺流程、显示动态数据，设置PID控制参数以及过程参数，并可以查看历史趋势、报警历史报表等。
        Rotork的现场电动阀配置在流程的输油管线上，通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门，并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。设计良好的人机界面使操作简便、直观。
4 结束语
        Rotork的智能阀控制设备与PLC的结合使得罐区储运监控系统布线简洁、控制方便，PLC的冗余以及Pakscan IIE主站控制器的双热备保证了系统的高性，也提高了控制系统的自动化程度。该系统已投入工业现场使用，效果良好。

1 引 言
    为了保证轴承检测的效率和精度，开发了一套轴承自动检测系统以取代手动检测系统。系统的控制部分使用了日本三菱公司生产的FX0N(带通讯模块)PLC，数据处理部分使用了意大利ACL公司生产的激光传感器。从而在保证精度要求的情况下，大大的提高了生产效率，同时还克服了手动检测所带来的一些人为干扰因素,了良好的经济效益和社会效益。
2检测系统工作原理
    系统工作原理，如图1所示。

    该系统有手动和自动，两种工作方式即当把选择开关拔到手动时，系统执行手动工作方式，启动上料装置，被检轴承在离心力和自重的作用下到达送料机构1，在送料机构1的作用下把轴承运送到测量部件，通过测量部件对轴承进行检测，同时把检测结果送回到数据处理单元，然后运送机构2把检测完的轴承送至分选机构，在程序控制单元根据检测结果来控制分选机构，分选出合格产品、次品以及废品，当把选择开关拔到自动档位时，系统将自动地完成上述动作。
3电气控制要求
    电气控制系统是整个装置的重要部分，它的设计优劣将直接影响到整个装置的性能，所以，要求控制系统、操作方便，能自动地完成对轴承的检测和分选。电控中数据处理部分的外接电路，如图2所示。
4控制系统的逻辑图
    根据控制系统性能要求以及PLC的性能特点，系统的逻辑框图，如图3所示，在该控制系统逻辑框图中，用户程序存储器是用计算机作为暂时缓冲存储用；工作方式选择电路是由控制面板提供；驱动电路是由74LS系列电路组成；显示电路使用MC14559芯片；报警电路是一个输出电路驱动蜂鸣器，数据处理电路，如图2所示。具体实现的电路连接图，如图4所示。

5控制方式
    系统控制方式设为两种，可用开关来进行选择：手动和自动。
    （1） 手动。这种方式主要用于系统的调试、维修或者应急情况，也就是可以通过PLC实现点动，即当选择控制面板上的不同按键，就可以使系统相应的部分动作。
    （2） 自动。这是检测系统的正常工作方式，当键入面板上的启动按钮时，系统就可以按照前述工作原理对轴承进行自动检测和分选。
6软件设计思路
    （1） 由于系统存在两种工作方式，所以软件主程分为两个分支，它的程序流程图，如图5所示。
    （2） 为了提高系统的检测精度，系统检测部件采用非接触式检测（激光反射法），主控单元增加了一个FX\|2AD模块对数据进行处理，以达到的检测结果。

7软件设计中的几个问题
    （1） 掉电保护。系统所使用的状态元件、定时器和数据处理器均采用电池后备元件，当突然掉电时，可启动电池电源以保护现场数据等。
    （2） 动作互锁。为了保证检测结果的准确性，系统在软件设计上采用了前后动作互锁功能，使前后动作不能错位并且没有的动作，后面的动作就不能进行。
    （3） 故障处理。当遇到电气或者机械故障时，软件按时进行处理并报警，然后进入手动方式进行故障处理。
    （4） 急停处理。当发生意外或者紧急情况时，可以按下面板上的急停按钮，终止正在进行的动作，以进行以外处理。
8结束语
    通过对PLC在检测系统中的应用，使控制系统的性和工作效率得到了大大的提高；同时由于采用非接触式检测，检测精度也得到了提高。若需进行二次开发，只需增加通信模块就可以实现与上位机的通讯，实现计算机的实时处理