产品描述
西门子模块代理商|电源供应商
、概述
井场泥浆罐液位监控系统是在石油、气、地质矿产和盐业等钻井作业过程中的装置系统。为了确保人员和设备的,为了加及时准确地了解井下的地质状况,通过向现场工作人员显示泥浆罐的泥浆液位,并自动预警生产中可能发生的井漏、井涌等危险征兆,避免事故发生,达到井场工作人员和设备的,从而实现生产、生产之目的。
随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发展,和利时公司推出了一套技术、的井场泥浆罐液位监控系统。要求严格的底层控制部份全部采用和利时公司生产的小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3系列产品,以保证系统运行的稳定性和性。
本文介绍和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3系列产品用于井场泥浆罐液位监控系统的应用实例。
2、系统组成
系统由1块40点的CPU处理器LM3108(24点开关量输入和16点晶体管输出)、2块4点模拟量输入模块LM3310、1个3.7寸的液晶显示屏MD204L(支持4行×12中文字符显示)和功能强大的上位机组态软件Focsoft 3.1组成,实现对钻井泥浆液位监控和井涌、井漏异常显示与报警及数据归档存储等功能,完成PLC自动化控制以及计算机自动化管理。
井场泥浆罐液位监控系统的泥浆罐管理数量为1到8个,用于检测泥浆罐储液量的传感器在每个泥浆罐上采用1个非接触式声波液位传感器,大可有8路模拟量输入被LM3310采集。CPU模块上的两个串行通讯口分别连接上位计算机和数据显示器MD204L,用于对PLC编程和传输数据。
井场泥浆罐液位监控系统由上位计算机监视系统和下位PLC两部分组成,上位监视系统主要完成对现场设备运行参数的监视、处理和存储,PLC 主要完成数据的采集和对现场设备的控制。
上位监控计算机接收PLC上传的泥浆罐液位数据,并对数据进行处理,以数值和图形的方式显示设备运行状态和运行参数。若运行参数或运行状态发生异常,系统对异常数据进行报警,提醒工作人员进行处理。
3、系统主要功能
1、 数据采集和处理功能
系统能实时测量各个(多8个)泥浆罐的液位、储液量、总储液量和变化量,并将数据进行分析处理。小泥浆体积变化量为±1立方米。
2、 显示与报警功能
A:多处(液晶显示屏、上位监控室)分别显示各个(多8个)钻井泥浆罐的储液量、总储液量和变化速度(即体积在单位时间内的变化量),并且还能滚动显示多个时间段的泥浆总体积(每条数据间隔1分钟)。
B:多处(液晶显示屏、上位监控室)同步异常显示与报警功能,报警采用声光报警。当泥浆液位过设定的上限或下,当变化速度过设定值时,计算机与显示报警器都将同时进行井涌、井漏异常显示和报警,提醒操作者注意并及时校对泥浆罐储液量,以便采取相应措施。
3、 数据存储功能及设定功能
系统将采集的数据传送到计算机数据库进行存储,能存储1年到3年的数据量,以便进行相应的数据分析处理。可任意设定需要使用的泥浆罐罐号,如果只用几个罐时(少于8个),在泥浆罐面的显示屏和计算机上显示正在使用的泥浆罐的罐号,只采集正在使用的泥浆罐的数据,不采集其它罐的数据。
4、 查询及打印功能
A、 系统能定时打印输出钻井泥浆罐液位数据报表,实时打印输出井涌、井漏异常显示与报警数据资料报表。
B、 可定时打印各泥浆罐体积、液位和总体积数据。
C、 可实时打印各泥浆罐体积、液位和总体积数据。
D、 保存的数据能在监控室的计算机终端上根据授权的不同随时调看和打印。
4、结束语
经过一段时间的调试和试运行,由HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC组成的控制系统已成功应用于某井场。实践证明,该系统功能完善、性能稳定、,具有很好的性价比
在实验中,我们发现,按照上述流程编制的程序,在低速没有问题,但速度增高至7000r/h后,就会出现歪张锁不住现象。究其原因,主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造成。程序在执行过程中,采用循环扫描方式,为了让电磁铁输出提前,在设计中,我采用了中断和三菱编程指令的输入输出刷新指令,使电磁铁输出立即执行,提前了电磁铁动作时间,即使在12000r/h的速度下,也能很好的锁住有故障的纸张,解决了给纸的一大难题。
3.2离合压设计
离压,合压在印刷中具有很重要的作用。离合压的准确性,对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早,会弄脏压印辊筒,给操作带来很多不便;离压过早,会使后一张纸印不上完整的图案,造成纸张浪费。
在设计中,离压,合压的程序流程如图所示:
印刷时,版辊筒与胶皮辊筒先合压,胶皮辊筒与压印辊筒后合压。在我们的机器中,合压全部采用了气动装置,每个气缸都有一个动作时间。由于印刷速度是多段速,在3000~12000r/h之间,根据用户需要可选择不同的速度。但是,气缸动作时间是一定的,齿轮转过角度是一定的,因此,机器速度不同时,合压时间也不同。为了解决此问题,我们根据理论计算值,找出对于不同机器速度时,机器的延时时间。采用比较指令,当机器段速与理论值相等时,延时相应的时间,使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。经过多次试验,离压,合压都没有问题。
3.3 人机界面设计
在人机界面中,设计了7幅画面,包括整体图形,故障显示,机器速度和计数显示,水辊速度显示,调版监控等。故障显示使用指示器,给出位元件即可实现闪动效果,让操作者很方便的知道故障部位,整体感很好。在水辊速度显示中,设计了一个柱状图,可以显示水量增加大小,只需按下柱状图,就可增加水量,同时也可方便监控。
4. 结束语
印刷机的一套电气设计属于系统设计,包括硬件,软件设计,涵盖范围较广。这里,我只简单介绍了其中比较重要的几部分,其它细节还有很多,这里不再一一列举。使用三菱的一套控制系统,感觉,方便,在机器批量生产过程中,没有发现大问题。其PLC功能齐全,,指令简洁,与其他产品相比,感觉三菱整体软件系统界面都比较友好,给用户编程,维修都带来大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性,可通过触摸屏]监视并修改程序,这是其它产品所不能匹及的。总之,三菱的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。
5. 程序存储及定型
引言
活性石灰是钢铁行业的材料,近几年我国的钢铁行业发展,因此钢铁行业对活性石灰的需求相当的大,石灰品质的好坏直接影响着钢铁的质量,因此,采用的自动控制系统,对于提高炼铁炼钢的产量和质量,有十分重要的意义。
当前可编程控制器(PLC)是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机,已经成为电气控制系统中应用为广泛的装置,它不仅能实现复杂的逻辑控制,还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能,并且抗干扰能力强、性高、稳定性好、体积小,能在恶劣环境下长时间、不间断运行,且编程简单,维护方便,并配有各类通讯接口与模块处理,可方便各级连接。
1。石灰窑监控系统概述
石灰窑生产的原料主要是石子(石灰石),成品是生石灰。在竖窑的加料口加入石灰石和焦碳,经过煅烧成生石灰,输出到成品料仓。控制系统主要包括石灰石和焦碳运输系统、给料系统、称量系统、上料系统、布料煅烧系统、冷却空气循环系统、助燃空气循环系统、废气除尘循环系统、成品出窑、运输系统。并要求在主控室能打印报表,显示窑体相关温度,各分系统的运行状态,电动机的运行电流等。
新建石灰窑工艺设计,自动化程度高,所有设备具备机旁手动、主控室手动、主控室自动三种控制模式,并具备设备故障诊断报警功能。
根据用户和工艺设计的要求,石灰窑生产的过程监控部分采用典型的两级监控方式:生产管理级和现场控制级。上位机以标准的工业控制计算机(IPC)作为主要的人机界面(Human-Machine Interface),为生产管理级,完成对下位机的监控、生产操作管理等,主要面向操作人员;下位机由ABB AC500系列PLC构成,为基础测控级,完成生产现场的数据采集及过程控制等,面向生产过程。
(1)生产管理级
面向生产操作人员,在HMI的监控画面上显示各种设备的工况参数,并通过HMI来对生产过程进行控制调节。根据生产情况可选择机旁手动、主控室手动、主控室自动工作模式。当生产中出现异常时,在HMI上显示报警信息。对生产中的各种数据进行存储、管理、产生各种生产报表。
(2)现场控制级
面向生产过程,由可编程控制器以及现场智能I/O处理器、各种模板构成,为基础测控级。完成生产现场大量压力、温度、流量的采集和处理,对生产过程进行控制。自动控制系统通过对由振动给料筛、料斗提升机、电子秤量斗、单斗提升机,拖板出料机、卸料闸板、振动给料机构成的竖窑筛选、加料、卸料系统的自动控制,实现原料的筛选、加料、卸料的自动化。在出料过程中为保石灰竖窑的密闭型,确保上下卸料闸板只有一个同时处于开启状态。通过助燃空气压力、冷却空气压力的PID调节,达到恒压控制的要求。
根据以上的控制要求,下面我们将详述为满足石灰窑过程监控系统所需要的硬件和软件组态。
2。系统硬件配置
为了满足上面提到的石灰窑过程监控系统的控制要求,我们采用ABB公司的AC500系列可编程控制器,AC500采用模块化设计。
(1)研华的工业控制计算机(IPC),操作系统为bbbbbbs 2000 Professional,采用Pentium Ⅳ处理器,2.66GHz主频,256M内存,80G硬盘
(2)CPU模块:ABB公司的AC500系列可编程控制器CPU有PM571、PM581、PM591三个不同的等级,本系统采用PM581,在CPU上带有:LCD的显示、一组操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口, CPU底板集成以太网接口,并保留CS31通讯接口,具有与AC31系列PLC兼容性好的特点。
(3)本地扩展模块:ABB 16通道AI523模拟量输入模块2个, 8输入/8输出通道AX522模拟量输入/输出模块1个, DX531开关量输入/输出模块(可设置)4个。
(4)分布式扩展:ABB DC551远程扩展模块1个,带CS31接口,并有8点24V DC开关量输入,16点24V DC可设置的输入/输出,DX531开关量输入/输出模块2个,DC523开关量输出模块1个。
(5)电源模块:ABB CP-S电源,输入AC85-264V/输出DC24V,10A、各1个,单安装。
本文中采用的是梯形图方式编程。本系统的控制分主控室集中和机旁两种工作方式,在主控室的操作界面中,又分为手动和自动方式。整个控制程序是用ABB Codesys v2.3实现的,大致分为如下几部分:小车上料、配料、称重、布料、出灰、风量控制、电机电流、温度、压力、流量等模拟量的显示报警,其中配料称重和上料控制是本系统的控制难点,在编程中需要考虑的因素较多,并利用一些技巧,如称重时的偏差及偏差的修正,石灰石给料机的工备切换,石灰石给料、焦炭给料的连锁,给料量的设定、累计,上料与配料的连锁,各种故障及误操作的处理等,图5为配料、上料部分在自动工作方式下的主流程图。
PLC的一个显著特点就是进行逻辑控制,可以把这种控制有效的应用在处理模拟量数据中,如模拟量数据的采集与变送。对于象温度、压力、流量等这样的模拟量输入输出参数实时在线采集和测量,检测部分由一次仪表构成,即测量温度的热电偶或热电阻,测量流量的孔板,测量压力的电动差压变送器或压力变送器等。信号处理部分包括变送器、转换器、变换器等,作用是将传感器的输出信号进行放大、线性化、转换等处理后,变换成标准信号输出给PLC,通过PLC程序的运行,转换为界面可显示的、并与实际值相符的各类值。在本文中经过变送器转换的信号为4-20mA的标准的电流信号输出。
5. 通讯方式
ABB PM581 CPU上除了集成的两个Modbus通讯接口和可选集成的以太网或ARCNET网络接口外,还可多扩展4个通讯接口:ProfibusDP-V1 、DeviceNet、CANopen和以太网等总线接口。两个串行接口,用于编程、ASCII通讯、Modbus通讯,或CS31通讯(只能用于主站)。
CS31现场总线从1989年研发至今,一直起着承先启后的作用。通过这个总线,把前后多套系统的联系在了一起。CS31总线便于设置和通讯简单,总线的连接只需通过三个接线端子来实现,省去其它总线所需的额外连接成本。AC500控制系统的COM1口集成了CS31主站功能。CS31总线是一种点对多点的RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米,加中继大可达到2000米。总线带有自诊断功能。通讯介质为: 屏蔽双绞线。
可通过以太网和ARCNET 网进行编程,还可通过DDE和OPC方式和外部进行数据交换。。工业以太网(Industrial Ethernet)是一个用于工厂管理和单元层的通讯系统,被设计为对时间要求不严格用于传输大量数据的通讯系统,可以通过网关设备来连接远程网络。本系统通过以太网与上位机连接,进行编程、界面操作和现实。
6. 结论
本文讨论了基于ABB AC500型PLC的石灰窑过程监控系统的设计与实现。本控制系统是由潍坊中兴电气自动化公司设计制作,已在潍钢生产线上得到实际使用,为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。在该系统中PLC控制充分发挥了其配置灵活、控制、编程方便和可现场调试的优点,给整个系统的稳定性带来较大的益处。 这种方法对其它生产线或设备的控制有一定的参考作用。
本控制系统功能,操作简单实用,提高了劳动生产率,避免了由于操作人员操作失误而造成的事故,改善了现场操作人员的劳动条件,对提高活性石灰生产的管理水平,保证设备稳定运行起到了很好的促进作用
0 前言
随着计算机控制技术的发展,以微机处理为的可编程序控制器(PLC)控制已逐步取代继电器控制,普遍应用于各行各业的自动控制领域,矿山采矿运输系统也不例外,吉林吉恩镍业股份公司大岭矿GKTD型提升机电控系统即为西门子PLC(S7-300)控制系统,整个控制系统自动化程度高,方便维护,运行。
矿井提升机是矿山井下采矿运输系统中的关键设备,它承担矿物的提升,人员的上下,材料和设备的运送。矿井提升机作为地面与井下物质与人员流通的运输工具,在操作性和提升控制性等 方面都有很高的要求。提升机的运行直接影响矿井生产,而且也与矿山职工的生命安危息息相关。
原电控系统已运行多年,而且均采用继电器连锁,模拟分立电子元件控制,使检修和维护的难度非常大,一旦出现问题无法立即监测故障点,各种分立电子元件容易老化,监测和换难度比较大。组合件都是在触点开关状态下工作,由于频繁动作,造成触点接触不良及器件的使用寿命减少,且噪声较大。
为了便于对提升机运行的准确操作,方便物质与人员上 下,防止 冲罐、坠罐等恶性事故的发生,控制提升机任一时刻在井中的位置与运行速度,减少系统的故障率,提高系统的可维护性.我公司根据根据实际运行和维护的要求,在细致研究原电控系统的基础上,结合国内外提升机的运行及改造情况,对原有的电控系统提出了以下改造方案。
1 方案介绍
⑴采用模块组合式设计思想,结构紧凑,方便、灵活、占地小,易于系统的维护与功能的扩展。
⑵整机采用西门子PLC(S7-300)控制,采用内部继电器代替外部中间继电器和时间继电器,大大提高了系统的性,减小系统的故障率.实现了系统的程序化运作和故障自诊处理。运行稳定,。
⑶对于主电路过电压过电流保护环节,保留原有的电流继电器,主脱扣空气开关,和逆功率继电器。并且把节点送入PLC处理。
⑷在保留原来测速发电机做为测速反馈的基础上,增加编码器实现提升机的位置和速度、方向监测,运用软件编程,实现提升机的限位保护、等过速度保护、低速,亚同步速,爬行等进行灵活的处理。及时发出预报警信号,故障紧急处理等。
⑸按照以电流为主时间为副的控制思想,自动调整切除电阻的时间,提升机的平稳启动,而与提升负载无关,同时实现启动保护,运行保护。同时时间继电器全部由PLC内部继电器,不需要进行整定,需要的时候可以进行手动修改.
⑹对可调闸环节,稍作改进,保持原有的操作方式,对其控制部分进行重新设计,以接入整个系统实现控制和监测。CPU进行数据的控制处理后通过模拟量的输出来控制模块化的可调电源,用其对可调闸线圈进行控制。增加了系统的准确性,性。
⑺对于可控硅动力制动环节,采用的数字触发电路,对其触发电路进行改造。其控制也采用CPU进行统一的控制和处理。保留原有的控制方式,增加一个电压反馈板,以进行加和的控制。
⑻二次制动由自动进行调节,但手动可以调节二次制动的力度和时间。停电和过卷时,通过程序来实现故障保护,实现连锁。
⑼自整角机部分:除保留用于深度指示的一对感应自整角机,用于带动操作台上的园盘指示器.手闸自整角机,脚踏动力制动自整角机,减速段速度给定自整角机均换为轴角转换器。取消的原来磁放大器,采用轴角变换器把角度信号转成标准信号,实现1/5000的转换精度,接入CPU进行统一处理。
⑽控制系统的主要电器元件均采用进口元件,大大降低了设备的故障率。
⑾对系统信号进行检测,具有提升机运行状况的实时显示和各种保护指示,便于司机快速做出反应,也便于检修和维护。
⑿可由计算机来设定和监视提升机的运行情况,修改参数和进行故障排除等。
2 控制系统简介
计算机技术和网络技术的飞速发展,为工业自动化开辟了广阔的发展空间,本控制系统采用模块化设计,结构紧凑,采用柜内集中安装,各功能模块之间通过并行背板总线相连,将控制系统分成立而又相互联系的子系统,以适合I/O分散安装的控制程序。
CPU均采用IEC1131-3或STEP7编程语言,STEP 7是专为SIMATIC可编程序控制器配置和编程的标准软件包,它是SIMATIC公司工业控制软件的一部分.我们要用的是关于STEP 7 SIMATIC S7-300/S7-400, SIMATIC M7-300 /M7-400,符合EN61131-3或IEC1131-3标准.
它具有以下功能:
⑴ 完成各种工业控制,建立和管理项目
⑵对硬件和通讯作组态和参数赋值
⑶管理符号及创建程序,向可编程序控制器下载程序,上传数据
⑷ 诊断设备故障
⑸测试自动控制系统
⑹功能强大的软件处理指令
⑺具有强大的网络功能
轴角变送器采用自整角机或旋转变压器作元件,运用新技术,将旋转物体转过的角度经微处理器进行处理后换算成角位移或直线位移输出。 取消了传统的SD变换,提高了转换精度。 该模块同传感器组合相当于8~16位的编码器测量精度,其性价比远编码器测量方式,是工业现场为理想的角位测量模块。
编码器选用E6C2-A, 其精度能达到1024或高,耐冲击性能达到1000M/S2,具有高的性,且采用密封轴承,达到IP64防护标准,可以在恶劣的环境下使用。运用软件编程,实现提升机的位置和速度、方向监测,,实现提升机的限位保护、加速度保护、位置,及时发出预报警信号。
4 系统的主要性能指标
由于自动化程度的提高,大地增加了设备运行效率,可为企业的高产、连续生产创造良好条件。广泛吸取了当今同类技术,将模拟机用于控制、检测、保护、信号等任务的硬件设备的功能由计算机软件来实现,大地简化了系统硬件结构。经改造后整个系统的性能指标能达到以下要求:
⑴系统的可用性
系统的设计充分考虑了在整个工程环境中的不同因素,以保证在现场安装调试后立即适用并进入稳定运行。
⑵系统的可维护性
系统的硬件、软件设备便于维护,各部件都具有自检和联机诊断校验的能力。软件有备份,便于工程师维护,应用程序易于扩充,便于用户自行编制的程序加入系统中运行。
⑶系统的性
系统在工程现场运行具有很高的性,其平均无故障时间MTBF≥30000小时。除了符合要求的保护和闭锁功能外,还增加了软件的保护功能。
⑷系统的容错能力
软、硬件设备具有良好的容错能力,当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通讯出错,以及当司机或运行人员在操作过程中发生一般性错误时,均不影响系统的正常运。行。对意外情况引起的故障,系统具备恢复能力。
⑸系统的性
正常情况下,硬件和软件设备的运行均不会危及现场设备的稳定运行和工作人员的。对设备和工作人员的。
⑹系统的抗电磁干扰能力
系统具有足够的抗电磁干扰能力,加入软件滤波,符合IEC标准,确保在各种环境中的稳定运行。
5 结束语
该控制系统于2003年年底正式投入运行,系统年可用率大于99.9%。该设备具有运算速度快、控制精度高、误差小、稳定性好、功耗低、系统功能易于调整、参数设置简单等优点
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