武汉西门子中国代理商触摸屏供应商

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水煤浆是20世纪70年代中期发展起来的一种煤基流体燃料，具有石油一样的流动性和稳定性，可以泵送、雾化和稳定着火燃烧。水煤浆燃烧、污染物排放低、储存运输方便且，可代替重油、气、煤作为各类锅炉燃料，而价格却只有重油的1／4左右，因此具有良好的经济效益和环保效益，是中国洁净煤技术的重要分支。正是看到了水煤浆的这些优良特性和市场前景，胜利油田胜利发电厂决定建设一条年产量50万吨的水煤浆生产线。
控制系统选用和利时的FOPLC®系统，系统规模1500点左右，另有90余台RS485设备。系统网络采用两级结构：中控室监控级采用工业以太网，现场设备控制级采用Profibus-DP现场总线。
在中控室设置1个主控制站，在破碎车间、制浆车间以及装浆站共设置3个子控制站，各站间通过Profibus-DP现场总线通信。中控室设置有3台操作员站、1台工程师站和1台服务器，通过工业以太网与中控室内的主PLC控制站通信，服务器同时与厂级MIS网连接。
中控室控制主站PLC采用带以太网接口的CPU，同时配置有Profibus-DP主站接口模块，用于连接3个控制子站。在3个子站中配置了3台Profibus-DP从站PLC，控制功能由本地PLC的CPU完成，过程信息通过Profibus-DP网络上传。
这种方式相比不配置本地CPU而只配置Profibus-DP通信模块构成远程I/O的优势在于：其控制功能不依赖于网络，即使网络发生断线等故障，子站设备也不会失控；同时当网络上数据通信量较大时，避免因网络负荷过重导致通信效率低下，造成设备的监控不及时。
Profibus-DP是标准IEC61158的一个子项，被设计用于自动控制系统与现场设备级分散I/O之间的高速数据传送。在这一级，控制器（如PLC）通过高速串行线同分散的现场设备进行数据交换，构成分布式I/O系统，取代接线复杂的24V和4～20mA并行信号线。
以太网传输协议为TCP/IP，TCP/IP为开放式协议，被大多数厂家的工业以太网应用，其开放性为将来系统扩展、增加三方的设备提供了大的可能性。和利时以太网具有智能通讯功能，如果先后两次通讯中数据未发生变化，响应站就不会向网络发送数据，这样可以大地减少通讯量，提高70%以上通讯效率，即使同一网络上有多的站点也不会发生网络阻塞现象。
实践证明，和利时的FOPLC系统功能强大、配置灵活、扩展方便，能够较好地满足中、小规模控制系统的要求，其强大的通讯功能为系统与其它公司的产品协同工作提供了。凭借其优良的性价比，为广大用户提供了一个新的的选择。

1、前言
随着微电子技术和计算机技术的发展，PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家，PLC在其自动化设备中的比例占。近年来，我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域了良好的经济效益和社会效益。面对这种形势，高等院校为好地适应于我国经济、科学技术和社会的发展，在相关院系中普及PLC技术教育是十分必要的。对航海院校而言，随着船舶自动化程度的日益提高，PLC技术在主机、辅机和电站等设备中逐步推广应用，这就要求航海教育与之相适应，特别是轮机工程强化PLC技术的教育。同时为了适应IMO（海事组织）STCW 78/95公约的要求，除了在校轮机本、专科学生的《轮机自动化》课程中包含PLC原理与应用外，海事局委托的轮补电船员培训班中也要求开设《PLC原理与应用》课程，并辅以一定量的实验。鉴于此，建立面向船员教育的PLC实验室成了刻不容缓的任务。
2、建立PLC实验室的总体方案
实验室是学科建设和发展的基础，是教学与科研的基地，是衡量高等院校办学水平和科研水平的重要标志，所以我们PLC实验室建设的目标是建成为能适应现代船员教育、符合STCW 78/95 公约要求的、高标准的开放型实验室。实验室由两大部分构成：
1、基础实验部分 —— 制作一批以PLC为的标准实验板，输入端由若干个开关和传感器组成，输出端为一些指示灯、继电器和熔断管。因PLC实验不同于一般电工电子实验，它需自己编程，输入PLC调试通过，动手性强，但不成功率较高，有了标准实验板，性、直观性提高，教师可以放手让学生大胆实践，让他们自己选题、自接线路、自己调试，指导教师在整个过程中的作用只是引导、检查、把关和解决学生疑难问题。
2、科研开发部分 —— 为教师提供科研活动、技术开发的场所。充分发挥教师在技术上的优势，为航运企业及相关部门解决一些PLC应用上的问题，进行模拟试验或做些产品开发。这样既回报了社会，又为学校筹集教学和科研经费提供了条件，与此同时还能提高教师的科研水平和教学水平。主要设备有计算机、编程软件、数据连线和若干套PLC等。
3、PLC实验室的建设
99年底我院购买了三菱（MITSUBISHI）公司FX2N-48MR微型可编程控制器12套和FX-2P便携式编程器1套，利用这些设备我们设计制作了十块实验板，外壳用金属薄板弯制成型并作静电喷塑处理（蛋青色），居中是PLC（便于看请PLC上的各输入输出端状态指示LED），左上角为~220V电源输入、开关、电源指示灯、DC24V接线柱和保险管，考虑到学生操作的方便，我们把输入端控制开关和传感器接线柱布置在实验板的下半部分，而把输出端继电器、交流接触器、接线柱和指示灯布置在上半部分（该PLC输入端X0~X27在上面、输出端Y0~Y27在下面）。由于该PLC的输出电路无内置保险，为了防止负载短路等故障烧断PLC的基板配线，每4个输出点（也就是一个COM点）设置一个保险。该PLC性能优良，有继电器、三端双向可控硅开关元件和晶体管三种输出类型，可以接多种输出入扩展设备，而且使用简便指令就能完成不少实验。为了使实验教学的效果理想，还做了几块示教板供演示用。从2000年3月开始我们按照新编的实验指导书开设了《PLC基本组成及输入输出接口的认识》、《灯循环点亮和延时点亮PLC编程》、《PLC在交流电机控制系统中应用的演示性实操》三个基础实验。考虑到目前PLC在船舶上的广泛应用，如主机遥控、船舶报警监视、燃油锅炉自动控制等系统中都有应用，同时也是为了适应现代条件下船员教育的新特点，我们以PLC为逐步研制几种用于教学的船用设备模拟器，下面就以锅炉控制模拟器为例作一简要介绍：
在柴油机动力装置中所采用的锅炉都称为辅锅炉，由于船舶机舱中这类辅助设备很多，因此辅助设备的自动控制是实现“无人值班”机舱的必要条件之一。实现辅锅炉的自动控制就要了解其燃烧时序控制，见图1。

图1 辅锅炉燃烧时序控制框图
按照锅炉的控制框图我们了程序的整体结构，考虑到是模拟器，特别增加故障设置部分，以加强教学功能。我们从思南工控网站下载一个三菱FX2N编程软件，并买了数据线，开始着手编写锅炉控制模拟器程序。程序初稿出来后，经过逐段逐句的反复推敲、调试才全部输入PLC作后的测试，相应的硬件和接线也在同期完成。终程序由358句、719行构成。例如图2提供的是点火过程部分的一段梯形图。模拟器的形状是落地柜式，外壳是用薄金属板弯制焊接成型并经静电喷塑处理（蛋青色），上半部分为指示灯、蜂鸣器和仪表，中间斜面部分是控制面板（分三个部分，见后面说明）。

图2点火过程梯形图（部分）
图3是锅炉控制模拟器的系统示意图，面板主要由燃烧控制、水位控制和故障设置三部分组成，布局比较简洁直观。我院设有锅炉实验室，有一套经过改装的日产旧锅炉供教学使用，但就教学、科研而言，真实设备也有其明显的不足之处，如频繁起动容易损坏、使用费费用高和许多故障不能再现等等，模拟器正是弥这些缺陷。

图3锅炉控制模拟器的系统示意图
4、结束语
PLC实验室建成以来，已有近600人做过实验，教师和学生反映普遍良好，并了海事局等管理机构的验收。这对于好地适应IMO（海事组织）STCW 78/95公约的要求，提高宁波大学船员教育和培训管理的质量都有重要的意义。当然，实验室还存在着不足，有待于进一步的改善与发展。我们准备在扩展实验项目、继续开发应用PLC的船舶机舱设备模拟器以及实验器材上增加PLC的和型号这三个方面使PLC实验室上一层楼。

可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。在现代集散控制系统中，PLC已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景其广泛。
轮胎生产的过程中，轮胎在模型内部进行硫化时的压力和温度的变化直接影响轮胎的质量，随着我国轮胎生产企业的不断增加，新建设的高速公路不断地投入使用，现实需要我们不断提高轮胎的质量。这就要求在轮胎进行硫化时，严格按照工艺规定的温度进行控制和监控，并在温度和压力不足时，采取自动延时硫化的方法进行温度和压力的补偿。

1、横河PLC模块简介
横河PLC 是日本YOKOGAWA 公司推出的小型PLC,以SP38-5N为例，其通讯速率可以达到115200bps，程序容量可以达到120k，基本指令执行时间0.045us，本文选用YOKOGAWA（横河）的温度控制模块F3CR04-1N（PID模块）作详细说明

2、温度控制系统的要求
主要分三部分：○1温度采样部分
○2温度控制部分
○3控制输出部分
硫化机的温度控制可以归纳为热板和模套两套温度控制系统，通过触摸屏设定温度控制的各项参数，如温度设定值，P值，I值，D值等。其工作原理基本相同，控制难度主要在温度采样点和温度控制模块的PID调整上，设备运行后，热板和模套的温度要求控制在±1℃范围内，

下面以热板为例分析系统的工作原理：
PLC将铂电阻的电阻信号转换为10进制数存放在DM区内，再与PID模块的设定值进行比较，通过PLC的运算，将4-20mA的电流信号输出到电气转换器上，电气转换器再将汽源信号输出到薄膜调节阀进行热板蒸汽进汽量的调节，热板形成的冷凝水通过疏水器进行排放，以此循环过程完成热板温度的控制。电气原理见图1。

PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度控制：
1、温度设定
2、P值
3、I值
4、D值
PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D代表微分。
比例运算（P）
比例控制是建立与设定值（SV）相关的比例带的一种运算，并根据偏差在比例带求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小于比例带，运算值为**。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运算值回复到先前值（前馈运算）。比例带表示为整个输入范围的百分比。若出现静差（残余偏差），可用减小比例带方法减小残余偏差。如果比例带太小，反而会出现振荡。
积分运算（I）
将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间，如图3所示。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。


微分运算（D）
比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以使讯速恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。
终上所述，我们将比例值设为18，积分值设为28，微分值设为4，实际应用中PLC程序编写主要分读，写，比较三部分。设我们将PID模块装在底版的6槽位，D0302为温度设定，D3269为比例设定，D3270为积分设定，D3271为微分设定，M33为常通。PID模块工作时执行温度设定指令将D0302的数值写到6槽33通道，然后将P、I、D的值分别写到6槽的42、43、44通道内，模块采样数据被储存在6槽2通道内并可以读出来作为外部设备显示使用，PID模块经过运算同时将4-20mA的电流信号送到电气转换器，并输出风源到薄膜调节阀，再由铂电阻进行温度采样送到PID模块中，经过2-3个动作周期后，温度曲线趋于平稳，温度控制可达到±1℃的标准

排水泵站（下简称泵站）作为**建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况，与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展，对**建设和管理提出了高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展，以达到减员增效和提高管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
2.泵站工况概述
塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边，该泵站主要用于附近地区的污水排放处理和防汛抗涝。服务面积240公顷，总排水量为13.8米3/秒。
2.1设备分布
同大部分的泵站一样，其设备分布平面图如下（图1）所示。
①进出水闸门：用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。
②集水池：地下管道的污水汇集在此集水池，集水池被不锈钢格栅分成内外区，污水由内区流经格栅除污后，到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。
③除污机：泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台，除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。
④变压器房：为保证泵站的工作，泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度，当温度限能自动启动风机降温和报警。
⑤水泵房：塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵；在存水房装有水位检测器。
⑥控制柜房：房内装有进线柜2台（柜1，13）；功率因素补偿柜4台（柜2，3，11，12）；泵开关柜（柜4-6，8-10）和联接柜1台（柜7）。

2.2控制要求
以塘桥泵站为设施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
①改造泵站的水泵控制开关柜，使之具有就地和远程控制的功能。
②改造泵站的功率因素补偿柜，能实现就地自动补偿和远程电网监控。
③改造泵站的变压器房对于变压器A，B，C三相温度进行远程显示，高温报警等功能；
④建立泵站的控制室，对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对整个泵站实现自动化监控 ，水泵将根据泵的状态 ，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。
⑥通过对水位差的检测，提示或自动投切除污机。
⑦采用的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对整个泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。
⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。
3.硬件系统构成
根据以上要求，我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。
3．1 PLC配置
泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：
① 处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。
② 数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。
③ 数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。
④ 模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。
⑤ 通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。
PLC采用了四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地提高性。
3．2触摸屏配置
触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（当时SIEMENS还没有此类HMI）来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。
3．3电网监控配置
电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器，可检测三相四线制 的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线，故应用了两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。
其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

4．软件实现
塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC软件和触摸屏图控软件。 PLC 软件由几大模块组成。
4．1系统检测和故障处理模块
系统检测处理所有的输入信号，根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有：六台泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗；两台电源变压器温度；雨量；四台功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压和过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。
系统故障分类为三级:一级故障定义为。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位级。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，，时刻和解决方案，并打印。
4．2除污机和排水泵的运行处理
泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。机同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控，操作台在泵自动运行前，行排污操作。采用水位差检测，则根据水位差标志实施自动排污。在自动排污时，先在现场声光预警，再运行装置。
泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。
①当故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。
②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
③当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式；自动方式；预抽空方式；检修方式。
④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯；手动操作按纽和选择开关。
⑤单台泵的选择开关有四档：停止；检修；手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
⑥在系统操作上设置有三档的选择开关：停止；自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行；<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。
⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
⑧泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。
⑨当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动，检修,预抽空或自动运行。
⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间长的泵。
4．3数据处理和人机界面处理
①数据统计：泵启动柜交流接触器动作计数；泵运行时间累计；泵站排水量累计；降雨量累计；用电量累计。
②数据设置：水位值，水位差值和流量值设置；变压器的温度和瓦斯值设置；雨量值设置；泵电机的温度和震动值设置；电力参数设置；防盗有效与否设置。
③与触摸式显示屏的数据通信：触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务：泵站运行监控；故障报警,记录和排除提示；参数设置；模拟键盘操作；数据记录处理；工艺曲线显示；工况模拟显示；泵站概貌显示。
④打印机打印处理：故障随机打印；运行状态打印；参数设置打印；工作报表打印；动态曲线打印；设备状态打印；数据统计打印；显示屏幕打印。
5．结语

塘桥泵站自动化监控系统自1998年改造至今已近两年，正常运行证明：整个系统设计合理 ；操作简便；性高；符合用户预期的要求，将推广应用至其他地区。