北京西门子授权一级代理商通讯电缆供应商

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1 概 述 

现代焦炉由于炉容不断增大，冶炼强度不断提高，因而产生大量的副产品—焦炉煤气。如果直接把焦炉煤气放散到空气中，不仅会造成大气的污染，还会造成能源的浪费。鉴于此，鞍钢燃气厂新建了容积为150000 M3焦炉煤气柜，用以存储焦炉煤气。焦炉煤气柜自动化控制系统的设备性能和自动控制的好坏，将直接影响焦炉煤气的收集和利用。 

本工程采用以产品性高著称的罗克韦尔自动化公司的新一代控制平台ControlLogix系列的PLC冗余系统。在ControlLogix系统中，所有的维护和通讯都是由系统自动完成的，加方便、，而且用户可编写状态读取程序，随时监控冗余系统的状态。 

2 系统的硬件配置 

鞍钢150000 M3焦炉煤气柜自控系统PLC选用ControlLogix L5550冗余系统。考虑到距离远、节点多、抗干扰等因素，采用ControlNet网络类型，抗干扰性好，网络通道冗余，保证通讯和人机界面的数据显示，又有利于快速的现场数据采集。该系统的硬件配置如图1所示。

 
图1 系统的硬件配置

根据鞍钢公司一期工程总体进度要求，150000 M3焦炉煤气柜自控系统了详细的工程施工和调试方案。与8月完成PLC控制系统的图纸设计;9月完成PLC应用软件的编写和上位机监控画面的制作;10月份分别进行各系统的单体调试和联动试车，10月中旬基本调完，10月下旬正式试运行，电器自动化进行多次联动试车，标志着15万M3焦炉煤气柜自控系统具备投产条件;11月顺利投产，中间进行多次工艺修改调试，终达到设计工艺要求。 

（一）分析被控对象并提出控制要求

    详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

    （二）确定输入／输出设备

    根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

    （三）选择PLC

    PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章二节。

    （四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

    1.分配I/O点

    画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在２步中进行。

    2.设计PLC外围硬件线路

    画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

    由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

    （五）程序设计

    1.程序设计

    根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：

    1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

    2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对立，一般在程序设计基本完成时再添加。

    3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。

    2.程序模拟调试

    程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

    1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

    （六）硬件实施

    硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：

    1)设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

    2)设计系统各部分之间的电气互连图。

    3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

    由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。

    （七）联机调试

    联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。

    全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

    （八）整理和编写技术文件

    技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等

了解plc如何控制伺服电机

1、 电机的连线及控制

       本应用实例选择的是位置控制模式，脉冲输入方式有集电开路方式和差动驱动方式两种，为了方便的实现同时对两部电机的控制，采用差动驱动方式。与PLC的接线图如图所示。

                                                                                 PLC与伺服放大器接线图
图中L+为公共PLC端子，接24VDC正端，通过控制内部晶体管的开关使得输出Q呈现不同的电平信号或发出脉冲信号。L+一PG—P lM—L+为脉冲输入回路，PLC控制该回路中的发光二管的亮灭，形成脉冲编码输入。L+一NG—NP一1M— L+为电机旋转方向控制回路，当该回路的发光二管点亮时，电机正转，否则反转。由于伺服放大器内部电阻只有100欧，为
了防止电流过大烧坏内部的发光二管，需要外接电阻R，其阻值的计算如下：

对于输入的脉冲，可以乘上其中任意倍率使机械运行。

下面是plc控制的具体应用

系统主要配置如下： 

● 主控制器：Q00CPU：速度和牵伸比给定，通过I/O模块，现场各机台急停，限位等开关量及模拟量信号，完成连锁控制及报警功能。 
● 输入模块：QX40：完成现场的开关量控制采集， 
● 输出模块：QY10：完成开关量输出。 
● 模块量输入：Q64AD：以完成现场的模拟量检测。 
● 串行通讯模块：QJ71C24N-R4：构成变频器通迅链路。 
● 传动驱动单元：艾默生公司的EV2000系列变频器。 

鉴于篇幅的原因，本文主要描述系统控制的关键设计和实现，即保证导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲五台电机的速度同步。客户基于成本的因素，传动驱动单元选用艾默生公司的EV2000系列变频器，并要求主控制器和其构成一个以RS485为通讯介质的低速廉价通讯链路。尽管导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲5台变频器采用共用直流母线运行方式，并安装增量式编码器构成转速闭环以提高速度精度，卷曲机变频器还外加张力传感器以稳定控制拉伸张力，提高纤维质量，但是在设备起停过程特别是在运行过程中调整运行速度和牵伸比等工艺参数时低速通讯链路的实时性的问题就表现出来了。 

在设计上，虽然一个通讯模块可以组成485网络，但因为通信量很大，我们实时发送电机的速度指令及起停信息，同时还要不断读取变频器的工作电压、电流、频率等参数，所以如果采用一块模块的话，通信周期将增大，也就达不到实时的作用。所以我们选用两块485通讯模块，即四个通讯口同时对一牵、二牵、三牵、卷曲四台变频进行通讯，而导丝和一牵共用一个通讯口，在下一周期通讯。考虑到通讯协议帧长度长为18个字节，在19200Bit/s传输速率下，各速度指令响应的大时差为20ms左右，当大车速为200M/Min时，尽管导丝略有滞后，但在工艺上是可以接受的。该方案可以有效地解决速度指令的同步能力，实现开车起步和停车过程中按指令同步升降速以及运行中速度调整时五台电机速度的同步和纤维拉伸张力的均匀。 

4．调试情况和体会 

在实际调试过程中，系统基本符合我们预想。但在通讯调试中，我们发现Q系列PLC在搭载多通讯模块系统时，通讯的稳定性和PLC的扫描周期的长短有关。随着功能的不断增强，程序的不断完善，扫描周期也随之加大，当大扫描周期大于25ms时，通讯开始有不稳定现象出现。 

现象：我们用QJ71C24的通讯指令来接受通讯数据，当扫描周期大于25ms时，在同时通讯的4个口中，排在程序的后一个口偶尔会有通讯错误，当接受标志位已跳变为ON，表示数据已接受完毕，但接受数据区中却无数据。我们对同时通讯的四个口的程序次序颠倒过来发现情况依旧，错误只发生在次序排在后的一个口。 

分析原因：我们认为是通讯时序出现了问题，系统接受标志位的跳变和系统数据的传递不同步，即系统内部通讯标志建立时，通讯缓冲区的数据尚未来得及传送完毕。故我们判断扫描周期延长会影响系统通讯的时序。 解决办法：精简程序来缩短扫描周期或换高速PLC 。但由于本系统程序量较大，后为了保证系统的性我们将CPU从Q00换为Q02，提高了系统处理速度，把扫描周期降低至10ms以下，问题得以解决。 

5．用户的反馈 

本系统已正常投产三个多月，目前系统运行非常稳定、，技术指标达到了设计效果