产品描述
大连西门子PLC代理商变频器供应商
1.应用背景
在冶金,化工,电力,制药等许多大型工程中,空压站建设是一项重要的辅助工程。空压站的主设备为空气压缩机,空气干燥器,配套过滤器,储气罐,连接管道和阀门等组成一供气系统。大型空压站通常拥有多套设备,以保证不同负荷的需求。确保合格的供气品质,满足稳定的气源压力,供气的自动调节等是空压站自动化的基本任务。随着自动化水平的不断提高,建设无人值守空压站的要求已是一个发展趋势。
本案例应用于上海宝钢集团上钢一厂连铸连轧项目的大型空压站。该站有6台每分钟供气200立方的螺杆式空压机,6台200立方处理量的冷冻式干燥器,另有两台80立方处理量的吸附式干燥器,采用母管制连接方式生产压缩空气。用户要求:
1) 每台设备应有自动控制和联锁保护装置,并配有触摸屏供现场观察各工艺参数和设备状态,可手动/自动切换操作及紧急停机;
2) 现场控制室应有计算机操作站,通过建立设备网络,监控整个生产过程;
3) 空压房的操作站应与厂区控制联网,由控制的控制器实时远程监控,实现空压站无人值守。
2.系统构成
2.1.控制网络结构的确立
由于控制选用AB公司的PLC构筑自控系统,并采用DH+网络实施远程联网。为保持一致性,空压站自控设备选用AB公司的小型PLC ——SLC-500系列可编程控制器,其带有DH+网络接口,支持DH+和DH-485网络协议。原设计为单一DH+网络结构,后仔细分析了生产实际情况和各设备的特点,以及可能存在的问题,综合各方面因素后确立了分级控制网络的实施方案,如图1所示。其基本理由是:
1) 技术性考虑,单一结构网络在节点数量较大时性不够理想。因为各设备控制器均挂在同一网络上,任何一台出现通信故障都可能影响整个网络,严重时会引起网络瘫痪,无法实现远程监控。虽然本案例的设备总数并不算很多,但考虑到对无人值守的高标准要求,将设备网分为上层DH+和下层DH-485两级网络,以达到分散危险,提高网络有效性和性的目的。
2) 经济性考虑,满足基本要求的前提下,采用的微型PLC替代。干燥器设备的生产工艺相对较简单,控制点数不到10点,模拟量信号输入点数也不多,动态响应的时间常数相对较大,微型PLC——Micrologix 1200可以满足要求。其成本可降低一半,每套约节省2万元,总计可达15万。
分级网络的特点:
a) 远程控制网——DH+网络(增强型数据高速公路)连接控制控制器与空压站主控制器0#SLC,传输空压站系统的重要信息参数及各设备运行状态,并实现控制的远程控制操作。
b) 上层设备网——DH+网络,连接现场主控制器0#SLC,1#-6#空压机子站SLC,以及作为通信控制器的7#SLC。0#SLC除负责与远程控制网连接外,还承担所有子站的信息集成和控制信号的传递。
c) 下层设备网——采用DH-485网络,7#SLC通信控制器作为上下网的联接器集成各干燥器控制子站1#-8#M1200的数据信息,并传递远程控制信号。M1200和触摸屏均通过通信模块NET-AIC挂接到DH-485网上。
DH+网络为AB公司推出的工业局域网之一,它是早为可编程序控制器提供远程编程支持的控制网络。它可以在可编程序控制器(PLC-5、PLC-3、SLC 5/04)、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有RS-232-C/RS-422接口的设备之间提供点对点通信。一个DH+网络多可以连接99个DH+链路,每个DH+链路多可以连接64个节点(智能化设备)。它采用双绞线或屏蔽同轴电缆连接,每个链路的传输速率为57.6K Bps,115.2KBps和230.4KBps三种可选,传输距离可达10,000英尺(3048米)。DH+网络支持从远程链路进行组态、编程以及故障查询等。
DH-485是一种对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性的工业局域网络,主要用于车间级各种设备之间的数据传递;具有多主功能,在令牌传送协议下工作,网络的大长度为1219m。DH-485能够连接多达32个节点的设备,包括SLC 500和Micrologix 1200可编程控制器、操作员终端和个人计算机等。其大传输速率可达19.2KBps。
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图1 分级控制网络示意图
2.2 硬件配置
现场控制室——操作站计算机PC,主控制器0#SLC(SLC-504)带有标准RS-232C /DH+ /8针圆形接口,共3个网络接口。配置模拟量输入/输出模块,开关量输入/输出模块,共计128点,所有开关量输出均采用继电器隔离。0#SLC控制各设备子站以外的系统测点和阀门。
空压机子站——1#-6#SLC可编程控制器(SLC-504),分别配有包括模拟量输入在内的64点I/O模块;通过DH+接口连接到上层设备网。
干燥器子站——1#-8#M1200微型可编程控制器(Micrologix 1200 自带24点I/O),配接12点模拟量输入I/O模块,通过NET-AIC通信模块接入DH-485下层设备网。PV-500彩色触摸屏也由通信模块的9针插头连接到DH-485网。
2.3.软件组成和工作程序
网络连接软件RSLinx 它在车间级设备与各种应用软件之间提供通讯功能,它可组态网络的通讯协议(即选择PLC控制网络的协议,如DH-485协议,DH+协议),传输波特率,驱动程序等,完成网络的初始化和令牌管理。
编程软件RSLogix 500 可使用户在DH-485网或DH+网上对控制器(SLC 500、Micrologix 1200)进行编程,网络上的任一个工业终端可以用来对网络上的所有控制器编程。用户既可以将程序下载到有关设备中,又可以从设备上载已有的程序,调试程序,的运行。
工作站组态软件RSView 32 设在现场控制室的操作站用来监视和操作整个生产过程,为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能,
各设备控制器自成一子系统,其应用程序功能包括:信息,设备控制,故障报警,联锁保护,以及数据处理和通信传输。
通信传输工作程序如图2所示。在本案例中,从控制控制器经现场控制室操作站到7#SLC通信控制器,均采用自上而下的方式读/写目标控制器的数据区数据,由数据传送指令完成数据通信,实现信息集成和远程控制。
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图2 通信传输工作流程示意图
3.难点问题和解决方法
整个控制系统随同设备于2003年7月初步完成安装调试工作,进入试生产。2004年2月正式投产,满负荷运行,情况良好,达到设计的预期目标。期间出现过的主要问题为:
1)通信故障引起远程监控失效两次(上层设备网)。分析可能的原因,通信电缆使用了带屏蔽的普通信号电缆而非控制设备规范要求的双绞线屏蔽电缆,易受现场干扰;软件方面对通信异常未设置必要的处理程序。
解决方法——将原来115.2KBps通信传输速率降低到57.6KBps ,以提高的性;软件方面做了相应的改动,此后未再出现过类似通信故障。
2)通信传输延时,实时控制滞后(下层设备网)。经分析获悉,DH-485令牌总线网络结构的工作模式使得7#SLC通信控制器需要多个循环才能对下层网各设备控制器扫描一遍,加之网络传输速率相对较低,在传输数据量较大时,出现控制延时达7-8秒。
解决方法——由于系统结构已定,硬件无法改变,所以在软件方面加以进。速率提高到上限19.2KBps;再软件程序,采用控制操作指令的策略,控制滞后的操作可得到改善。
4.小结
·控制系统网络化可有效实现空压站远程监控,无人值守。本案例的成功实施是一个很好的示例。
·分级控制网络的实施,分散了故障危险,可提高网络运行的有效性和性。
·综合分析生产实际情况,以及评价控制设备的各项性能指标,有助于制订经济性的控制方案,从而降低投资成本,提高经济效益。
改进方向:
1)引入故障检测和故障诊断的处理程序,系统的智能化程度可得到提高,有利于进一步改善自控系统的有效性和性。
2)优化调度策略,软件联锁保护等自动控制功能模式的应用,有望将自动化水平提升到高层次,并由此获得大的效益。
此次配置的K306-24AR型CPU采用交流供电,电压范围宽达AC85V—AC265V,能够适应于供电电压波动严重的地区;CPU本身提供了DC24V电源输出,文本显示屏、扩展模块以及所有的DI信号均用此电源供电,用户再配置DC24V的电源;此次使用的K323-08DTX模块是凯迪恩公司推出的一种有特色的DIO模块,模块上每一个点均可以作为DI或者DO点,这样此次用户在选型配置时就节约了一个DO扩展模块。
一、客户系统
1、 系统介绍:
系统主要是纺涤纶丝。将涤纶的原材料在高温下熔化后经螺杆挤压机挤压后经管道分为几路经过计量棒,来计量涤纶的粗细之后进入喷丝板喷出后到达纺丝器纺起。该系统中有两处使用到温度控制,处在计量棒处,控温要求精度较高所以采用富士温控器来实现;二处是在喷丝板喷出的丝到达底部绕线器处由TC模块来控温。其中被控对象为从喷丝板出来的丝到达绕线器处的管道内空气的温度,采用金属环来控温,目标温度在300-500度(根本工艺要求改变),测温采用J型热电偶。
2、客户系统配置:
CPU:CS1G-CPU42H
输入:C200H-IA222×3块
输出:C200H-OC225×3块
TC单元:C200H-TC001
以太网单元:CS1W-ETN01
通讯板:CS1W-SCB41
上位机采用组态王监控和修改PLC的数据。
二、客户故障和解决
1、客户反应在给该模块设定参数时发现有时可以设定有时不能设定,客户感觉该模块性能不稳定,使用烦琐并且不能稳定工作。
分析:(1)检查客户硬件开关设定和模块的地址分配。客户将单元号设定为8,没有和其它冲突,输入开关设定为3对应J型热电偶,SW203开关设定分别对应PID控制、加热动作、摄氏度、二路使能,在编程模式下继续。SW2设定为Normal方式下控制,通过程序控制。无误。
(2)调试中发现客户在给P参数设定为0200时可以正常输入,但是送入F2A0时发现该数据无法送入,监控2086.11为ON。这是一个写错误标志位。针对这个情况在手册中发现在送入P参数时,范围为0000-9999(BCD码)。客户送入0200时满足该范围所以能够正常送入,而F2A0不在该范围无法满足所以不能写入,所以写完成标志位不能复位导致下面程序不能继续,即不能写入新的数据。
解决:(1)客户的参数设定是通过上位机的组态王来输入,所以上位机设定参数时,将输入键盘设定为显示0-9,这样客户就不能送入非法数值。
(2)程序后面如一个复位指令,即经一段时间这个写完成标志位不能复位的话,定时一段时间后将其复位,这样将不影响其它数值的送入。
2、AT功能在启动时,可以通过发送代码来启动。但是AT功能不支持读命令,那么如何知道该参数已经设定进去?
分析:AT功能确实没有读的命令代码,但系统将n+8和n+9的03位分别分配给个和二个回路用于AT标志位。
解决:在组态软件中作一参考位分别对应2088.03和2089.03。当AT成功写入之后,相应参考位将显示为1,若没有写入,显示为0。
3、AT功能启动后,发现温度有时不会按照要求变化。有时正常变化。
分析:AT功能在启动不起作用时发现2082中的是××5×,其中对应温控的停止位全部为ON所以AT功能不能执行。
解决:客户通过上位软件启动AT功能启动的条件前串入该回路执行的标志位。问题解决。
4、由于EEPROM中数据写入的次数有限制,所以客户认为打算将一些经常修改的参数例如SV写入RAM中,而向P、I、D等参数由于不会经常修改,所以打算写入EEPROM中。那么如何处理?
分析:查阅资料后发现RAM中所有的命令代码统统只支持写命令而没有读命令,所以客户实际使用的话不知道RAM中的数据已经成功设定。
解决:调试后发现发送入EEPROM中的命令代码一样可以读取到RAM中的数据,所以即使数据发送入RAM也可以通过EEPROM中的命令代码来读取
PLC有两种基本的工作模式,即运行(RUN)模式与停止(STOP)模式。在运行模式,PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是不断地重复执行,直至PLC停机或切换到STOP工作模式。 除了执行用户程序外,在每次循环过程中, PLC还要完成内部处理、通信处理等工作,一次循环可分为5个阶段(见图1-5)。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度高,从外部输入-输出关系来看,处理过程似乎是同时完成的。 在内部处理阶段,PLCCPU.模块内部的硬件是否正常,将监控定时器复位,以及完成一些其它内部工作。 在通信服务阶段,PLC与其它的带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,新编程器的显示内容。 当PLC处于停止(STOP)模式时,只执行以上的操作。PLC处于运行(RUN)模式时,还要完成另外三个阶段的操作。 在PLC的存储器中,设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态,它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区,它们统称为元件映像寄存器。 在输入处理阶段,PLC把所有外部输入电路的接通,断开状态读入输入映像寄存器。 外部输入电路接通时,对应的输入映像寄存器为l状态,梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通,常闭触点断开。外部输入触点电路断开时,对应的输入映像寄存器为0状态,梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开,常闭触点接通。 某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时,称该编程元件为ON,映像寄存器为0状态时,称该编程元件为OFF。 在程序执行阶段,即使外部输入信号的状态发生了变化,输入映像寄存器的状态也不会随之而变,输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。 PLC的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时,CPU从条指令开始,逐条顺序地执行用户程序,直到用户程序结束之处。在执行指令时,从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1状态读来,并根据指令的要求执行相应的逻辑运算,运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中,因此,各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。 在输出处理阶段,CP/7将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时,对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电,其常开触点闭合,使外部负载通电工作。 若梯形图中输出继电器的线圈“断电”,对应的输出映像寄存器为0状态,在输出处理阶段之后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电,其常开触点断开,外部负载断电,停止工作。 |
PLC的诞生
随着计算机控制技术的不断发展,可编程控制器的应用已广泛普及,成为自动化技术的重要组成。可编程控制器出现在美国,1968年,美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求,并从用户角度提出新一代控制器应具备以下条件:
(1)编程简单,可在现场修改程序;
(2)维护方便,是插件式;
(3)性继电器控制柜;
(4)体积小于继电器控制柜;
(5)可将数据直接送入管理计算机;
(6)在成本上可与继电器控制柜竞争;
(7)输入可以是交流115V(即用美国的电网电压);
(8)输出为交流115V、2A以上,能直接驱动电磁阀;
(9)在扩展时,原有系统只需要很小的变;
(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。
条件提出后,立即引起了开发热潮。1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上台可编程序控制器,并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着,美国MODICON公司也开发出同名的控制器,1971年,日本从美国引进了这项新技术,很快研制成了日本台可编程控制器。1973年,西欧国家也研制出他们的台可编程控制器。
PLC的发展史
随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到70年代中期以后,特别是进入80年代以来,PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为处理器,输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至大规模的集成电路,使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能,还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能,称之为可编程序控制器(Programmable Controller)为合适,简称为PC,但为了与个人计算机(Persona1 Computer)的简称PC相区别,一般仍将它简称为PLC(Programmable Logic Controller)。
PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物,其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。继电器控制系统已有上历史,它是用弱电信号控制强电系统的控制方法,在复杂的继电器控制系统中,故障的查找和排除困难,花费时间长,严重地影响工业生产。在工艺要求发生变化的情况下,控制柜内的元件和接线需要作相应的变动,改造工期长、费用高,以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点,并将控制器和被控对象方便的连接起来。由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成,所以应属于工业控制计算机中的一类。
对用户来说,可编程控制器是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此如果在初步设计阶段用可编程控制器,可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到的发展。目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。
我国从1974年也开始研制可编程序控制器,1977年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域,并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。掌握可编程序控制器的工作原理,具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力,已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。
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