南京西门子中国一级代理商交换机供应商

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在棉纺织企业广泛使用喷气织机的情况下，空压站建设是一项重要的辅助工程。在天津纺织园区所有空压站配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥器，通过储气罐、连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，计算机检测系统，以实现空压站为生产保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气等是空压站自动控制的基本任务。随着自动化水平的不断提高，关于建设无人值守空压站的讨论，是一个发展过程中的必然的课题。

空气系统自动控制的必要性

应用在天纺控股有限公司棉纺一工厂的空压站，安装有4台70M3/min 4台，53M3/min 4台，48M3/min 2台，43M3/min 4台离心式空压机和1台42.5M3/min螺杆式空压机，配有相应处理量的冷冻式干燥器。空压机设备自身带有的CMC控制器，能够自动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能自动根据用气量的大小加载或卸载，并配有LCD显示屏供现场观察各工艺参数和设备状态，具有RS422/485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。 

目前，空压站的自控系统通过西门子S7-300可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进PLC控制系统，并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。

空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有重要的意义：

■  单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。

■  整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约多的能源，节省人力成本。

■  可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。

■  可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力等。

在已有的PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。

除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来，实现空压供气设备的自控。

空压站其他系统的自动控制

除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。

自动控制具有以下优点：

■  操作简单，可以实现无人值守；

■  良好的实时调节，防止了人为因素滞后；

■  具有高性；

■  减轻工作人员负担；

■  节省人力成本。

需要控制的参数和可能的控制方式

空压站需要的控制需求；⑴高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）； ⑵系统自动排水控制； ⑶循环水液位控制和自动加药控制； ⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。

空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现：

⑴采用PLC系统进行通讯和控制。

⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。

种方法性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。

二种方法是通过控制系统的计算机进行单的分析运算进行控制，它具有较好的灵活性，但缺点是如果出现如计算机死机等故障时，有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。

除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制联网，由控制的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。

系统构成

对于以上讨论，如果需要实现空压站的整体自控，又许多成熟PLC自控系统可以选用，现以ZH公司的PLC自控系统为例。

该自控系统选用西门子S7-300系列可编程控制器，带有RS422/485网络接口，支持MODBUS等相关网络通讯协议。该系统可以采用工业通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据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分级控制网络的实施方案，如图1所示。

■   硬件配置

现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等），PLC和监控计算机。

■  软件功能

选用的工业组态软件（如WINCC或iFIX）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，连锁保护，以及数据处理和通信传输。

在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够提高系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和性，通过优化调度策略，软件连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，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得大的效益。

结论

总之通过自动化控制可以克服由于人为因素造成的调节滞后等不利因素，减少运行参数的波动，达到减少用工和节约能源的目的。对于提升天纺控股有限公司的整体技术水平是相当重要的

0 引言

可编程控制器(PLC)由于体积小、性高以及组态灵活等特点，在工业控制领域得到了广泛的应用。在PLC 组成的控制系统中，一般由上、下位机组成主从式控制系统,二者结合实现对系统的实时监控。唐山京唐港考伯斯沥青存储工程的下位控制就由PLC5 来完成。在该工程项目现场，有两个外浮罐，每个外浮罐上都安装了1个雷达液位计用以测量沥青的液位。现场使用的Saab雷达液位计是一种全数字化智能型仪表，兼有4～20mA模拟信号输出与采用工业标准Modbus 协议的数字通讯信号。雷达液位计与PLC通过模拟信号相连精度偏低,工程中用通讯信号相连以提高测量精度。其测量误差小于等于1mm,分辨率为0.1mm。

BASIC模板是Allen-Bradley公司生产的智能模板，自身具有 C P U 、数据存储器、应用程序、I/O接口、系统总线接口等，可在CPU的协调管理下，按照自身的应用程序立的参与系统工作。

本文基于BASIC 模板来实现PLC5 与雷达液位计间的数据通讯，通过级终端通信接口对BASIC模板编程，同时调用相应的PLC程序来实现。系统的连接图如图1 所示。

1 Modbus 协议与通讯

Modbus 协议是 M0DICON 公司的一个全数字、开放式的通信协议。该协议采用主从工作方式：主机为智能终端或上位机，从机为1 台或多台

遵守MODBUS 协议的智能仪表或变送器。每台从机由用户设定地址以实现访问操作，地址范围为0～255。标准的MODBUS 协议使用ASCII 和RTU两种模式进行通信，这两种模式在报文结构、功能命令上是相同的，仅帧信息的表示方法不同。本文采用 R T U 模式。

以RTU 模式建立通信时，信息是以8 位二进制方式传送的，如：63(十六进制)在RTU 模式下用8 位二进制01100011 表示。这种方式的大好处是在同等传输速率下，可以比ASCII 模式传输较多的信息，该模式在智能仪表上被普遍采用。Modbus 帧格式由地址、功能码、数据段、校验码组成，数据段内容根据主—从或从—主关系可包括寄存器起始地址、寄存器数据位等。

帧的地址为智能仪表的轮询地址，范围为O～247，这个字节表明拥有该地址的从机将接收主机发送来的信息，并且每个从机都具有的地址，响应的信息均以各自的地址码开始。信息帧的功能码在RTU 模式下一个字节表示，范围为l～255，功能码表示主机要求从机执行何种操作，如读寄存器数据，修改从机地址等。此外，从机响应主机时，还用功能码指示设备的工作状态，用以表示响应是否正常，若出现错误，功能码位被置为1。数据段是请求和响应的主要内容，主机向从机请求读取寄存器内容时，数据段包括寄存器的起始地址及读取的寄存器个数。寄存器是从机存放数据的地方，一个寄存器存储2字节数据，地址为16位，较高位在前，低位在后。从机回送响应的数据段包括数据长度、实际采集的数据。另外，从机出现异常，数据段则以错误代码表示。为避免误码，保证通信的性，标准的MODBUS 协议有两种数据校验方法：LRC(纵向冗余校验)和CRC(循环冗余校验)。CRC 用于RTU 模式的传输校验，采用的是通信领域常用的CRC —16 校验法，CRC 为16 位(2字节) .其中低位在前，高位在后。

该工程通讯中，主要用功能码04H，即读取外部寄存器状态。主方的通讯请求指令字符串如下 ：

从方地址 功能码 数据起始地址 数据量 冗余检验

雷达液位计作为从方，地址是01H,数据起始地址是0FA6H,数据量是1。从方在正常的情况下的回信字符串如下：

从方地址 功能码 数据字节量 数据1 数据n 冗余检验

回信的从方地址和功能码与主方的通讯请求指令中的相同。从方在出错的情况下的回信字符串如下：

2 通讯的实现

BASIC 模板有 3 个通讯口：DH485、PRT1和PRT2,本文采用PRT1 和PRT2 口完成编程写入与通讯功能。有两种工作模式，编程模式和运行模式。其编程语言是类BASIC 语言，程序由运算子、命令、语句以及系统子程序组成。运算子在程序运行时执行;命令用于初始化模板的运行;语句用于控制程序的流程、输入/输出及存储;系统子程序是嵌入的程序，运行时可以直接调用。BASIC模板处理器内有块写传送寄存器(Block-Transfer WriteBuffer)块读传送寄存器(Block-Transfer ReadBuffer),支持块传输指令，通过调用某些子程序配以PLC 程序即可实现与 PLC 通讯。

基于BASIC 模板实现PLC5 与雷达液位计的数据通讯过程如图2 所示。

PLC5 将Modbus 协议所要求的帧格式信息传送至模板，在模板内部生成CRC校验码，经由模板将整个信息帧发送出去。信息帧到达雷达液位计后，发回响应信息至模板，此信息帧中已包含有罐内液位的信息，模板液位数据，转换成PLC支持的数据类型，送回给 P L C 。模板内部的 B T WBUFFERH 和BTR BUFFER 与PLC5 的块传送指令 BTW 和 BTR 对应进行数据传送。

在梯级条件为真时，P L C 5 的块传送指令集BTW 告知处理器把存储在PLC5 数据文件中的数据写到BASIC 模板中;BTR 指令集告知处理器从模板中读取数据，并存储到数据文件里。整个系统的梯形图如图3所示，其中状态的置位、复位由模板程序来控制。

模板与雷达液位计数据传送时，用PRT2 口传输数据，波特率设为1200，无奇偶校验，数据长度设为 8，无停止位，软件握手。运行模式设定为加电自动运行。

模板调用子程序CALL 4，CALL 5，来设置数据块传送指令一次传送的数据长度。CALL 6接收PLC 处理器传来的数据，同时置位PLC 输入映象表的1 位，使能梯形图的BTW 指令。CALL7将数据送至PLC处理器，且置位PLC 输入映象表的2 位，触发BTR 指令。CALL 34 利用CALL6的置位，将数据从模板的 BTW BUFFER 送至PRT2 口，CALL 33 则将PRT 口的数据送至模板的内部寄存器中，以供进一步处理。

因BASIC 模板与PLC 在执行速度、所支持的数据类型方面有所不同，设计时加入了延时程序和数据类型转换程序。整个通讯过程由以下模块构成：完整数据帧生成模块，数据发送模块，延时模块，数据分离模块，数据类型转换模块，以及数据接收模块。系统的程序结构如图4所示。

3 结束语

基于BASIC 模板，实现了PLC5 与雷达液位计的数字通讯，使雷达液位计的性能能够得到发挥,对沥青液位的监控可到0.1mm

摘要：介绍适用于造纸机的变频调速PLC控制系统。本系统利用能量回馈技术了大惯性机械因负载突变而产生的高泵升电压，并利用PLC实现了的速度链控制和其它逻辑控制。运行结果表明：本系统自动化程度高，并具节能效果。

0 引言

变频调速技术在我国许多行业中的应用日趋广泛，在造纸机上的应用为。根据生产工艺要求，造纸机全线需要调速，用交流变频调速取代调压调速滑差调速和直流调速已成为一种必然趋势随着变频调速技术的发展，必将引起调速领域的大变革。

在造纸工艺中，一压辊的速度为生产线的速度。此速度的快慢直接影响造纸的产量，此速度需在0∽120m/min范围内调节。老的调速方式大部分是滑差调速，采用滑差电机功率大，耗电量大。另外生产线中13号烘缸是个大惯性机械，即使采用变频拖动也难以解决由负载突变引起过高的泵升电压导致变频器保护电路频繁动作的问题，使造纸机频繁告警，停机。

此外，造纸机各传动点的速度需要以一定比例同步改变，从个传动点开始，后一个传动点的速度跟随前道的速度变化。因此，若不采用一种有效的控制方式将无法使系统正常工作。针对系统以上特点，本文设计了造纸机变频拖动PLC控制系统，利用变频调速器实现造纸机各个环节交流电动机的软启动和调速;利用PLC和D/A模块(也可用通讯方式)组成速度链实现造纸机多环节的随动和同步控制;利用再生能量回馈单元克服过高的泵升电压。从而在改善工艺控制质量的同时，节约了大量电能，降低了生产成本，提高了经济效益，也确保了生产线无频繁保护动作的连续运行，减少了因重复引纸而造成的生产浪费。实际运行结果表明：系统运行，并操作方便，节电。

1 造纸工艺流程

造纸工艺流程如图1所示。

图1造纸工艺流程图

纸浆机按工艺要求喷出的纸浆(底浆和面浆)被引到传送毯上，经回头辊和一压辊引导、预压，再经两道压辊——二压辊和三压辊的压整，成形纸进入5号烘缸初烘干，再进入大缸烘整，经13号烘缸烘干后由压光机整理，后由卷纸机卷成筒形纸。

从回头辊至卷纸机，9个环节均采用交流电动机——变频器调速拖动，变频器的频率给定信号来自PLC,变频器配有能量回馈单元.

2 系统硬件设计及工作原理

本系统主要由变频器、速度链、能量回馈单元、可编程序控制器(PLC)组成。

2.1变频器及能量回馈单元

2.1.1 变频器

造纸机是大惯性机械,近似恒转矩负载,对变频器有特殊要求,本系统选用英威腾CHE型矢量恒转矩变频器。

2.1.2 能量回馈单元

造纸机在正常情况下应不间断运行，13号烘缸是大惯性机械，而后面的压光机是小惯性机械，纸张运行于两者之间成一定的张紧度。若纸张断裂，即13号烘缸负载突变，对应的变频器将产生较高的泵

升电压，变频器直流侧P、N之间的电压高达600-----800V,变频器将告警保护，使造纸机无法正常运行。

如何较高的泵升电压呢;一种方法是采用BU能耗单元，用电阻吸收。但是，从节能角度考虑，此法不可取。本系统中应用能量回馈单元，将泵升电压转化为再生能量回馈到电网中去。

变频器与能量回馈单元连线如图2所示，能量回馈单元FR--RC的输入端与变频器的直流侧相连。输出端与电网相连。图中交流电抗器FR--BAL的作用是防止同一系统使用多台变频器时，由于变频器之间的小阻抗引起再生电流从能量单元流入其它变频器导致变频器报警。

根据动作顺序给出程序框图!然后编写程。速度链程序框图如图三所示。

图2 变频器与能量回馈单元连线

2.2速度链

本系统的速度控制是用变频器实现的，变频器的给定信号(速度给定)是PLC给出;经D/A处理后传送的0—20mA模拟量.本系统是多点传动控制系统，既要做到生产线速度的同步控制，又要做到各传动点的速度微调控制。同步控制是用总升速、总降速按钮操作、PLC实现的， PLC接收同步升、降速信号(开关量)后，经运算、处理作为频率给定信号(模拟量)发送到各台变频器。但是，这并不能满足工艺要求，因为有许多因素使各个传动点的速度很难做到同步匹配，需要对某些传动点进行速度微调，然而，若对某一个传动点的速度进行微调，则使后道传动点的速度跟随变化，否则不能满足工艺要求。因此，为了满足整个系统各点速度连环调节要求，本系统引入了速度链功能单元，用PLC实现。

速度链算法设计。，速度链的设计采用了调节变比的控制方法实现速度链功能，把纸机中驱动网辊作为速度链中的主要节点，该点速度即纸机的工作车速，调节其速度即调节整机车速。由PLC见其他分部车速信号，通过操作屏上该部增、减按钮或PLC本身的增、减按钮的操作改变其速比，则改变相应分部的车速。速度微调信号是开关量信号，用按钮操作，由PLC输入点接收，经PLC处理后,在D/A模块上输出。这种方式很容易满足生产线各有传动点速度连环微变的要求,即使某个传动点速度不匹配，亦可方便地调节现场控制箱上的按钮。

2.3 可编程序控制器PLC

PLC因其性能、操作方便、程序编写及修改简单、工作环境要求低而被广泛应用。在选型时对各种的PLC作比较后,本系统选用了拥有自主知识产权，物美的国产海维深V80—M40DR-AC型PLC和V80-E4DA1模拟量输出模块。

3 PLC程序设计

    0 引 言

抢答器是一种典型的电气控制产品，广泛应用在各种智力抢答竞赛中。现在市面上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方式也不尽相同。

本文提出了一种新的控制方法--用触摸屏和PLC(可编程逻辑控制器)实现抢答器的控制。与一般的控制方法相比，运行加，操作加直观，适合于的场合。

本文以三菱F940GOT-LwD-c型触摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路抢答器为例，介绍具体的实现方法。

l触摸屏

20世纪90年代初出现了一种新的人机交互技术--触摸屏技术，触摸屏便是这种技术的具体体现。触摸屏是一种直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，大大提高了计算机的可操作性。 触摸屏的基本原理是：用户用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)被触摸屏控制器检测，并通过串行通信接口送到计算机或PLc的CPU，CPU将此坐标和触摸屏上的各个图形对象(代表特定的信息)的坐标相对比，从而确定输入的信息。

触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。触摸屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给计算机或PLC的CPU，它同时能接收cPu发来的命令并加以执行，例如直观动态地显示开关量和模拟量。触摸检测装置一般安装在显示器的，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器(卡)。

触摸屏有以下5种类型：电阻式、电容式、红外线式、声波式或近场成像式。现在用得多的是电阻式触摸屏。

触摸屏有以下特点：

a)触摸屏用的画面制作软件生成画面。画面的生成是可视化的，不需要用户编程。在画面中用文字或图形动态地显示PLc中开关量的状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到PLC。

b)触摸屏的按键在屏幕上的画面中。每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置有明确意义的文字或图形提示。

c)用触摸屏上的软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点。

d)触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种画面。 e)为了实现触摸屏与计算机或PLc之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。在生成画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现PLC与触摸屏之间的通信。

f)触摸屏可以在恶劣的工业现场环境使用，其稳定性和性与PLC相当。

2抢答器的控制要求

设计1个4个参赛组的抢答器，主持人通过触摸屏监控比赛的进行。为了方便观众了解比赛情况，抢答器应设置必要的显示。抢答器的功能如下：

a)比赛开始之前，主持人要按一次触摸屏上的复位按钮，使所有参赛组的显示均灭。 b)比赛开始后，主持人要按一次触摸屏上的开始按钮，当开始灯(绿灯)亮之后，才允许参赛组进行抢答。

c)比赛开始后，如果参赛组在开始灯(绿灯)亮之前按下按钮进行抢答，则视为抢答违规。此时，蜂鸣器以1次/s的频率呜叫，数码管显示参赛组的序号，同时，触摸屏显示违规组号及抢答违规信号。

d)比赛开始后，如果参赛组在开始灯(绿灯)亮之后按下按钮进行抢答，数码管显示先抢到的参赛组的序号，同时，触摸屏显示答题组号及答题信号，然后主持人请此参赛组回答问题。

e)为了控制比赛时间，回答问题在20 s内完成，时按错误论处。当时间进行到lO s时，红灯亮，提示抢答者"抓紧时间";当时间进行到20 s时，红灯亮，同时蜂鸣器不间断地呜叫，提示抢答者"答题时"，同时，触摸屏显示"答题时"信号及"答题时"组号。

f)答对一题加10分，答错一题、答题时或违规一次扣10分，按积分的多少论胜负。

其中，加分和减分靠现场工作人员手动翻动记分牌进行计分，其余功能靠PLc控制实现。

3抢答器的软硬件设计

根据系统的控制要求，综合控制点数，本装置选择三菱.FXOS-30MR型PLc，它特别适合于小型单机且仅需要开关量控制的普通设备。 触摸屏选用三菱F940GOT-LwD-C型图形操作终端，它是基于PLC的软硬一体人机界面，能以图形界面方式实现各种工作状态的显示，并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型触摸屏含有两个通信接口：RS-232C接口，与装有画面制作软件的计算机通信(上载、下载画面);RS一422接口，与PLC通信(通过画面实时监控PLC的运行)。

3.1触摸屏画面设计

本文中的触摸屏操作画面是用三菱公司的画面制作软件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。

为了达到用触摸屏操作画面实时监控PLc运行的目的，将操作画面中的图形对象与PLC中的编程软器件联系起来。触摸屏操作画面的组态如表1所示。根据表l所制作的触摸屏操作画面如图1所示。

图1 触摸屏操作画画

触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的RS-232C串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。

3.2 PLC硬件配置

3.2.1 PLC的I/O分析

a)输入端：主持人开始和复位按钮由触摸屏操作画面中的开始和复位触摸键代替，不占PLC的输入点;4个参赛组共4个抢答按钮，因此，PLc应该配置4个输入点。

b)输出端：采用1个共阴的七段数码管(见图2)显示参赛组的序号，七段数码管直接由PLc输出端驱动，占7个输出点;再加上1个绿灯、1个红灯、1个蜂鸣器共3个负载，因此，PLC应该配置10个输出点。另外，PLC与触摸屏之间只要连接的通信电缆便可以。

3.2.2 PLC的I/O地址分配

1)输入地址分配：

X1：l#抢答者按钮SBl;X2：2#抢答者按钮SB2;

x3：3#抢答者按钮SB3;X4：4#抢答者按钮SB4;

2)输出分配：

Y0：七段数码管a段;Y1：七段数码管b段;

Y2：七段数码管c段;Y3：七段数码管d段;

Y4：七段数码管e段;Y5：七段数码管f段;

Y6：七段数码管g段;Y7：蜂鸣器HA;

Y10：绿灯L1; Y11：红灯L2。

3.2.3 PLC的外部接线

PLC的外部接线如图3所示。

3.3软件设计

3.3.1 工作流程

根据控制要求，绘制抢答器的工作流程图。如图4所示。

3.3.2程序设计

1)设计方案

根据抢答器的控制要求和工作流程图，可知抢答器的特点是：显示先抢答者的信息，同时屏蔽后抢答者;属于顺序步进控制。因此，应该选用选择性分支结构复合循环结构的顺序功能图来编程。

2)状态继电器S分配

S0：初始状态;S10：开始状态;s11：1组违规状态;S12：2组违规状态;S13：3组违规状态：s14：4组违规状态;S15：1组答题状态;S16：2组答题状态;s17：3组答题状态;s18：4组答题状态。

3)七段数码管显示程序设计

显示"1"：输出Y1、Y2;

显示"2"：输出Y0、Y1、Y3、Y4、Y6：

显示"3"：输出Y0、Yl、Y2、Y3、Y6：

显示"4"：输出Y1、Y2、Y5、Y6。

4)顺序功能图程序

顺序功能图程序加图5所示。

5)梯形图程序

因为由顺序功能图程序转化对应的梯形图程序，有固定的模式，所以在此略去。

4结束语

用触摸屏结和PLC实现控制，不仅可以节省PLC的I/O点、省略传统的按钮、按键和指示灯等，减少布线，提高控制系统的运行性，而且可以在短时间完成友好、直观、实用的触摸屏监控画面，因此值得大力推广

 摘要:为改善生产环境，淘汰落后工艺，1999年宝山钢铁股份有限公司计划在不锈钢分公司建立新的拥有230万t碳钢和72万t不锈钢生产能力的炼钢厂，其中碳钢线采用了日本的钢铁制作公司KHI设备。其中两座150t BOF碳钢底吹转炉采用了当今碳钢牛产的脱磷脱碳双联法冶炼工艺，是碳钢生产线的关键没备之一。 

0 系统简介

150t BOF碳钢转炉在2004年2月18日投入生产，而作为转炉冶炼的主体设备之一的氧装置，在转炉的冶炼过程中，通过氧装置向转炉内吹入一定压力和流量的高纯度氧气流，完成转炉内液态铁水向钢水转化的反应过程。每座转炉有2根氧，每根氧都配有可弯曲软管，通氧气和冷却水，一根在操作位，另一根作备用。氧支撑在氧托架上，由提升设备传动。氧设备由氧本体、升降装置以及横移装置组成，当转炉发出吹炼开始的命令时，氧从待机位Hl点高速下降，到吹炼开始位H2点后停车，然后根据炉子的吹炼情况，自动调整氧的吹炼位置HBL，即在整个吹炼过程中，氧的吹炼位置HBL不断地在上下调整，当吹炼结束后，氧自动从吹炼位置HBL点高速上升到待机位H1点停车，完成整个的升降运动。氧的整个升降行程如图1所示。

鉴于以上特点，从技术和经济实用角度综合考虑，我们使用了用PLC控制与变频器控制相结合的氧升降控制系统。氧升降控制系统其控制功能主要包括：一是氧交流变频传动及其控制，来完成不同操作点对氧的位置和速度

控制要求，以及紧急状态下紧急气动提升装置的投入和控制;二是氧系统的吹炼控制。本文叙述其中的氧交流变频传动及其控制。

1 系统组成和功能要求

系统主要由富土电机公司的ACS—PC2000系列PLC、FRIENIC 4000CM5整流器、FRENIC 4000VM5逆变器及其辅助设备组成，控制系统结构框图如图2所示。

由图2可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中氧系统和副系统配置了一套立的ACS 2000 PLC用于逻辑联锁，并在电动机的低速轴上配以的同步发送器(编码器)和同步凸轮控制器来进行位置控制.并通过FL-net方式与其他系统主PLC(ACS 200))通信，氧副3台逆变器和本体PLC通过T-bbbb网一起构成传动控制系统。氧升降的调速部分和转炉倾动、副系统共同选用Fuji电机公司的FRENIC系列的矢量控制变频器，由4套547 kW的整流装置、7套225 kV·A逆变器通过公共直流母线构成，配以速度传感器来测量升降电动机的转速。从而构成电动机的闭环矢量控制系统，实现电动机的交流变频调速运行。为了确保生产，整流单元容量按每座转炉4台150 kW倾动电动机、2台110 kW氧传动电动机和l台110kW副传动电动机驱动设计，每2套整流装置互为备用。

PLC接收来自要求氧操作的各种信号，然后根据这些输入信号的状态，通过内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，后向逆变器和各类控制设备适时地发出开关量控制信号，对氧进行升降的位置控制。

在PLC向逆变器发出开关量控制信号的同时，为了满足工艺的要求，逆变器又需要通过与电动机同轴的速度传感器和PG卡，对电动机完成速度榆测及反馈，形成闭环系统。速度传感器输出A、B两相脉冲，Pc}接收到脉冲信号以后，再将此反馈给逆变器内部，以便进行运算调节。根据A、B脉冲的相序，可判断出电动机的转动方向，并可以根据A、B脉冲的频率测出电动机的转速。

为保持稳定或紧急情况下进行抱闸，提升齿轮箱装械制动抱闸，此抱闸由电-液压传动机构或紧急情况下由气动传动机构打开，在紧急情况下，紧急气动电动机投入代替电气变频电动机。

2 系统功能的实现

2.1 操作方式

根据系统的控制特点，氧控制方式可分为现场控制和控制两种，而控制又可分为自动、手动、紧急提升三种。

(1)操作地点为便于现场调试、检查以及根据生产实际情况，设立/现场选择，使操作人员能在现场控制氧升降小车的运行。现场控制方式的操作在氧升降传动装置旁(50 m平台)的现场操作箱1上和氧人孔位置(25 Ill平台)的现场操作箱2上。现场模式可以在两个现场操作箱中的任一个上进行选择，把选择开关由“”切换到位置“现场”。进行选择后，现场操作箱1或2上的信号灯“LOCAL”显示，同时在主操作室CRT的氧操作画面上显示氧在现场的操作模式。从现场模式返回到模式时，把现场操作箱1和2上的选择开关从“现场”再切换到“”，即两个现场操作箱上的选择开关都位于“”位置，同时在主操作室CRT的氧操作画面上将操作模式设定为模式，这样进行选择后，现场操作箱1和2上的“REMOTE”信号灯全部显示，同时在主操作室CRT的氧操作画面上显示氧在的操作模式。

(2)操作方式控制系统满足烟罩在工作位、转炉在垂直位、控制电源正常、编码器正常、钢丝绳压力正常、不在紧停状态、不在紧提状态的条件后，操作人员操纵各相应的按钮，即可正常运行。

1)自动方式。只能在操作室操作站(CRT画面)上操作，即在转炉吹炼过程中，当吹炼条件满足时，PLC就接受来自上位机的指令，通过T-Lnk通信，逆变器就获得设定的正向给定，氧高速向下运行，与减速机同轴的同步发送器进行高速计数，将同步到的机械位置转变为电信号，并将它连接至同步凸轮控制器，转换为数字信号和内部设定值进行比较，将比较结果发送给PLC，到减速值时减速、停车值时停车，完成向下的全程运行。当吹氧完了后，电动机作反向运行，原计数器做减计数，减至停车值时，电动机停车并完成一个循环动作。

2)手动高速方式。根据现场的实际情况，通过CRT上的操作按钮或现场操作箱的手动操作开关，来对氧进行上升或下降的操作，这样逆变器就获得设定的正向/反向给定，氧高速向上/向下运行，与减速机同轴的同步发送器进行高速计数，将同步到的机械位置转变为电信号，并将它连接至同步凸轮控制器，转换为数字信号和内部设定值进行比较，到减速值时减速、停车值时停车，完成全程运行。

3)手动低速方式。为便于观察氧运行的实际情况，在选用手动低速操作方式时，不管上升还是下降，氧升降速度不受升降位置的限制，整个的升降过程全部都是低速。只有操作方式选用手动高速时，氧在整个的行程中，才能根据升降的位置图不断调整升降的速度。

2.2 速度和位置控制

氧调速系统采用矢量控制方式，具有负荷动态平衡、定位精度高、经济节能、起停无冲击平衡控制、联锁等特点，氧的速度控制精度1%，同时将响应时间控制在10ms以内。氧调速系统能够根据程序预设置(APC方式)自动完成平滑的加、减程，并形成目标位置的快速跟踪，为转炉生产创造了条件。氧升降装置由交流变频电动机驱动，可以以低速、高速进行下降和上升，氧升降的速度通过PLC给定，PLC分别给定两个传动氧上升或下降命令的指令和两个高低速速度指令通过T-bbbb通信，发送至逆变器的交流传动控制板，氧根据高低速速度指令开始上下高低速移动，在自动或手动模式下，氧速度取决于氧所处的位置，高低速位置切换如图3所示。

为提高整个系统的性，便于维修人员及时发现和判别故障，我们充分利用PLC的功能，由PLC对氧升降小车的位置进行状态数码显示，以便对氧的整个行程进行监控。

2.3 张力检测

氧在上下升降的过程中，要保证钢丝绳的压力一直处于正常状态，因此我们专门设计了一套钢丝绳的张力检测系统，它由两个压力传感器和张力显示仪来进行监控。在氧的运行过程中，压力传感器始终输出标准的毫伏信号，并分别送至相应的张力显示仪，张力显示仪将这个信号在内部转换成实际重量信号，与内部设定值进行比较，输出一个钢丝绳压力正常或异常的信号给PLC参与联锁控制;同时为便于日常点检和维护，钢丝绳的实际重量在张力显示仪上进行实时显示。信号监控为：该值过6.7 t即为过负荷，1.4 t即为钢丝绳松弛。当两个压力传感器，任何一个或限即为故障条件。当钢丝绳压力发生报警时，则氧将不能再进行下降操作，操作者到现场将氧以低速提升至“待机位置”，并在CRT操作画面及现场操作箱上同步显示钢丝绳张力报警信号。

2.4 紧急控制

(1)自动紧急提升。当生产中发生紧急情况，如氧冷却水流量异常、OG风机跳闸、系统被中断或氧气流量低等报警时，氧将被自动提升至待机位Hl点。电气紧急提升装置以大加速度上升至大速度。

(2)气动紧急提升。气动紧急系统包括一个进气管道输气给紧急电动机。此管道由电磁阀开断，主进气管道上装有一压力监控器，在储存缓冲箱上进行压力监视。当转炉在吹炼情况下，设备突然发生异常紧急情况时，操作工按下操作台或现场操作箱上的“紧急提升”按钮，气动系统由电磁阀打开，气动电动机立即运转，同时直流制动装置(DC220v制动电源由UPS供电)将同时打开，氧立即以速度提升至待机位H1点，并在操作台上显示紧急提升的报警信号。

2.5 与其他系统的信息交换

(1)与倾动系统之问的联锁。当氧位置待机位H1点时，转炉可以倾动;同理，当转炉不在垂直位置时，氧不可以下降，但可以在待机位

H1点以上提升。

(2)与OG系统之间的联锁。转炉烟罩不在工作位时，氧不允许下降;当氧气流量低时，氧将紧急提升;当OG系统发出紧急停止信号时，氧也将紧急提升。

(3)与上底吹系统的联锁。当上底吹系统发出吹炼开始/结束的信号后，氧开始按系统设定的位置进行上下升降;当上底吹系统发出吹炼调整信号时，氧根据吹炼情况自动调整吹炼位置;当吹炼过程中，氧气的消耗量达到设定值时，氧自动提升至待机位;当氧气流量低或吹炼系统发生紧急情况时，氧将紧急提升。同时氧在吹炼时，当本体PLC控制的氧冷却水发出流量低报警信号时，氧也会紧急提升;当氧换台车不在工作位时，氧也不允许升降等。

3 定位控制的实现方法

氧升降小车是由交流电动机拖动卷扬装置，带动升降小车在固有轨道中作往复直线运动，现场由于高温、多尘等原因环境恶劣，用限位开关等来实现定位，其安装困难，易损坏，性差，一旦失控将撞坏生产机械，影响正常作业。因此我们采用在氧传动机构低速轴上安装TA4470Nl同步发送器，由同步发送器输出位置信号发送至安装在PLC柜中的TA4440N110同步凸轮控制器组合使用来进行定位，效果良好。

定位系统示意图如图4所示。

如上图所示，氧升降小车的位置检测主要由TA4470N1同步发送器、TA4440N110同步凸轮控制器和PLC来完成，同时配备必要的上下限限位、校准位接近开关和反映氧升降小车初始位的限位开关来共同组成一套完整的氧定位系统。

当氧在进行升降运行时，电动机低速轴上的同步发送器不断进行高速计数，将同步到的机械位置转变为电信号，并将它连接至同步凸轮控制器，转换为数字信号和内部设定值进行比较。计数值与预定值的比较是由TA4440N110同步凸轮控制器内部完成，控制器具有失电数据保持，这样氧升降小车在任意状态控制器都能一一跟踪，同时为确保定位准确性，在待机位到吹炼开始位之间安装一个校准位接近开关，当氧升降小车的每一次循环都经过该信号对控制器强行复位，从而计数积累误差。

4 调试中的几个问题和解决方法

氧升降小车Pig控制系统在安装、调试过程中遇到一些问题，主要是： .

4.1 逆变器的信号干扰问题

逆变器与PLC的信号交换是通过T-bbbb来控制的，因此，在调试中保证T-bbbb通信的稳定性。逆变器设备会产生较大的电磁干扰.对信号的传输影响很大。在设计和安装过程中，我们除选用屏蔽电缆外，还在电缆敷设时将信号电缆进行单敷没。

4.2 OLC抗干扰措施

系统安装时PLC合理选位，将PLC的I/0单元安装在现场，这样现场各I/0点均进就近的RI/O柜，然后由各Ri/O与PLC通过T-bbbb通信来进行，并且各I/O线与强电隔离敷设，脉冲采用屏蔽线输送，I/O接E1输出经24 v继电器隔离，这主要解决了外部开关量信号的接触不良、多于扰等;并且因为钢厂电网敷设复杂，传输距离长、存有各类干扰，将I/O单元安装在现场后，有效抑制上述现象，而且减少了电缆的敷设，使PLC正确接收外部开关量信号。

5 结束语

该系统自2004年2月投运以来，各种功能均得到了很好的运用，满足了恶劣的现场环境，系统软件成熟、稳定，提供了良好的人机操作平台，易于掌握，为提前达产创造了条件，从中获得了良好的经济效益