石家庄西门子中国一级代理商触摸屏供应商

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引言   
        数字电子信息技术的飞速发展对全世界的制造业日益起着的推动作用，使得制造业的各种设备的设计越来越电子化，数字化，网络化，ECCT产品是艾默生CT推出的一款专门应用于纺织行业的具有CAN总线协议的PLC控制器，它不仅满足了纺织的基本I/O工艺需求，是把CAN总线协议地融合进去，使用户很轻易地把系统的各种设备通过CAN协议进行连接，本文介绍了CAN总线功能在艾默生CT PLC上的应用。

CAN总线基础知识简介   
        CAN总线（CONTROLLER AREA NETWORK，控制器局部网络）由德国BOSCH公司提出来的，CAN总线是目前工业界广泛应用的总线。其特点简要归纳如下：
        1）CAN控制器工作于多主站方式，网络中的各节点都可根据总线访问权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、性较差。
        2）CAN协议废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，其优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，加入或减少设备都不影响系统的工作。同时可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的性和系统的灵活性。
        3）CAN总线通过CAN控制器接口芯片的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这样就保不会出现类似在RS-485网络中系统有错误时会导致出现多节点同时向总线发送数据而导致总线呈现短路从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。
       4）CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了用户系统开发的难度，缩短了开发周期，这些是仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。
       5）与其它现场总线比较而言，CAN总线通信速率可达1MBPS，传输速率为5KBPS时，采用双绞线，传输距离可达10KM，并且性高；CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且等诸多特点的一种已形成标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。
        CAN总线与RS485方式的区别：  
      CAN总线系统结构：CAN总线每个节点需要带有CAN协议控制芯片及适当的接口电路，节点之间通过双绞屏蔽线进行总线式连接，尾节点需要接120R的匹配电阻，通信速率可达1MBPS，传输速率越低，传输距离越远

  标准格式和扩展格式的不同是标识符(ID)长度不同,标准格式为11位(ID10-ID0),扩展格式为29位(ID10-ID0,EID17-EID0)。
         在标准格式和扩展格式中,报文的起始位称为帧起始(SOF),帧起始标志数据帧或远程帧的起始，由一个单的“显性”位（0）组成。由控制芯片自动完成，不需要用户在程序中体现。
         然后是由11位标识符（ID10-ID0）（扩展格式为29位(ID10-ID0,EID17-EID0)）和远程发送请求位 (RTR)组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧,在请求帧中没有数据字节。
        控制场包括标识符扩展位(IDE),指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位 (RBO),为将来扩展使用。它的后四个位用来指明数据场中数据的长度(大小就是由DLC3-DLC0组成的2进制数据)。数据场范围为0～8个字节（DATA FIELD）,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC)。
        应答场(ACK)包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1),这时正确接收报文的接收站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法,发送站可以保网络中至少有一个站能正确接收到报文.
        报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位,如果这时没有站进行总线存取,总线将处于空闲状态。

艾默生CT PLC集成CAN总线功能介绍
         ECCT的CAN通信功能支持CAN2.0A协议和CAN2.0B协议，通信波特率设置范围为5-100KBPS，可以通过艾默生CT PLC编程软件CONTROLSTAR FOR ECCT进行设置。具体使用步骤如下：
        1)基本设置:在工程管理器里双击“系统块”，在弹出的窗口选择“CAN口设置”，在“CAN口参数设置”里选择“自由协议”，然后单击后面的“自由口设置”按扭。在弹出的窗口选择协议类型“2.0A”或“2.0B”，然后再下拉选择“波特率”后单击“确定”，把系统块下载到PLC里。

一、空压机工艺简介

      以空气为原料，经过过滤、压缩、净化、精馏、蒸发等工序，后分离出产品氧气和产品氮气。吸入的原料空气经过滤后除去灰尘和杂质，过滤后的空气由空气压缩机K601 进行压缩，加压后送往下游净化岗位。空压机K601系离心式压缩机，由电机带动，分两级压缩，两级分置于电机两侧即K601A 和K601B。空压机K601设计流量为31500 Nm3/h，功率为3200kw，转速为1450rpm。

二、喘振现象的产生

       压缩机在工作过程中，当入叶轮的气体流量小于机组该工况下的小流量（即喘振流量），管网气体会倒流至压缩机，当压缩机的出口压力大于管网压力时，压缩机又开始排体，气流会在系统中产生周期性的振荡，具体体现在机组连同它的外围管道一起会作周期性大幅度的振动，这种现象工程上称之为喘振。
      喘振是离心式压缩机的固有特性，当发生喘振时需采取措施降低出口压力或增大入口，尽量降低喘振时间。为了确保压缩机稳定地工作，防止用量波动发生喘振，该装置设计了防喘振放空阀，当下游工艺设备空气用量减少或压缩机出现喘振时，可由放空阀减量放空来平衡。

三、防喘振方案的实施

1. 防喘振控制系统描述
● 系统结构
       本系统采用GE Fanuc 系列90 -30 PLC 作数据采集和控制，为了保证系统的性，控制部分采用双机热备结构，电源、CPU、通讯模块和通讯总线、以太网通讯模块等都是冗余的，通过GBC 网络通讯模块与双机热备软件共同起作用，从而实现双机热备功能，保证系统的高性。
       数据采集部分配置两层10槽机架，层为带CPU的10槽I/O机架，另一层为隶属于层机架的10槽I/O扩展机架，两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯。双机热备部分与数据采集部分利用Genius Bus Controller（GBC）网络通讯模块通过Genius 双总线进行数据的通讯与传输。
       现场的各类模拟信号、电磁阀阀位回讯和报警接点信号、PLC输出到现场电磁阀的起停信号等均通过端子排与PLC I/O模块相连，实现数据的采集和控制。

       上位机监控系统硬件选用触摸屏，操作系统为bbbbbbS NT 4.0，运行的软件为基于bbbbbbS NT 的Cimplicity Server 版（700点），来实现监视和操作功能。这台监控站即可以作为工程师站用来组态各类画面，又可以作为操作站便于操作人员进行操作和监视。同时它又是一台服务器，本系统
的全部数据均存储在此服务器的硬盘中，在此基础上，可以进行进一步的数据处理和存取操作。上位机（通过网卡）和PLC（通过以太网通讯模块）之间使用通用的标准10M以太网进行通讯连接。

2. 系统的优化
       为了使PLC能够快速执行PID算法，并实时刷新计算输出，我们选用PLC 90-30中的模块CPU351来完成。利用PLC功能强大的编程软件Logi．ｍａｓｔｅｒ提供的梯形图功能，来实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。
       现场导致压缩机停车的条件很多，在控制系统改造前还经常出现原因不明的意外停车,此次改造，我们在软件中增加联锁停车事故信号的捕获功能，使压缩机停车原因具体、明确，便于事故分析，收到很好的效果。
      为了便于现场操作和维护，将PLC 硬件和工艺操作用的触摸屏均安装在防爆控制柜上，将防爆控制柜安装在压缩机附近的现场操作室里。
防喘振控制系统的特点：
● PLC系统选用美国通用电气公司（GE_Fanuc）的90-30 系列控制系统，性能优良，。
● PLC 系统具有双机热备功能，实现PLC主机冗余、电源冗余、通讯模块和通讯总线冗余，主机、从机可无扰动切换，增加了系统的性。
● 上位机与PLC 之间通过10Mb/S 的高速以太网ETHERNET 实现数据的采集和传输，保的高速、。
● 系统具有强大的通讯功能，支持多种通讯总线协议，具有开放的网络结构，可与其它厂家的PLC和DCS进行通讯。
● 系统具有容错能力和强大的自诊断功能。
● PLC的微处理器选用的INbbb处理器，系统运行速度高，可达0.22ms/K指令。能快速执行PID算法，并实时刷新计算输出。
● PLC 具有功能强大的梯形图编程软件LogicMaster，可实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。
● 联锁停车事故信号的捕获功能。

四、结束语
      新的防喘振控制系统自投用后，运行效果一直很好，压缩机没有发生喘振现象，压缩机停车原因明确，机组运行加平稳，达到了设计要求，显著的经济效益。

二、系统功能

系统功能
由系列90-30和VersaMax构成的系统主要完成以下功能：
● 防喘振控制
● 定风量/定风压控制
● 机组启动控制
● 紧急停机控制
● 逆流保护及运行控制
● 润滑油系统控制
● 动力油系统控制
● 机组轴系监测及报警

1. 防喘振控制
      喘振是透平机械的固有特性，喘振是压缩机机内的气流在低流量的条件下，在叶片上产生气流脱离而成的脉动流，并与出口管网的气容和气阻之间形成的振荡现象。轴流压缩机发生的喘振危害远远大于其它类型压缩机，因此设置了防喘振控制系统。一旦轴流压缩机进入喘振工况，打开放空阀某一角度，使轴流压缩机离开喘振工况。
如图2 所示，根据宣钢现场的工艺要求，防喘振线与喘振线之间的距离可在5%-10%之间调整。
2. 定风量/定风压控制
       AV40型轴流压缩机在转速恒定时，利用改变静叶开度达到调节排气流量和压力，或者固定静叶某一角度，利用改变汽机转速来达到所需的风量和压力。为了灵活操作，在PLC内部设置了“流量/压力选择开关”，可以按高炉实际生产工况的需要选择回路为定风量调节或定压力调节。

3. 机组启动条件的控制程序
       设置启动条件联锁控制系统的目的就是为了保证机组正常的开机。只有当所需条件全部满足后，系统才发出“允许启动”的信号，否则开机操作无效。
4. 紧急停机控制程序
       在机组运行过程中， 若发生诸如润滑油压力过低、风机轴位移过大、持续逆流等事故均为机组重故障， 为了防止事故进一步扩大和保证整个机组的， 紧急停机。
5. 逆流保护及运行的控制
       逆流保护是压缩机为重要的保护，当防喘振系统不能有效地调节，从而设置了“ 防逆流保护系统”。逆流系统由“三级”保护组成：
       级：有逆流信号出现，不论时间长短，在产生“喘振”声光报警的同时，计数器计下一次“喘振”，这时实际上应由防喘振调节系统起保护调节作用。

       二级：若逆流信号持续T1 秒，或在T2时间内又出现二次逆流信号，则机组进入“运行”。并有“逆流”的声光报警。“运行”是实现压缩机不停机的自我保护措施。使放空阀快速全开，逆止阀强行关闭。静叶退回，使风量减小，风压降低。
三级：在进入自保后的T3秒内，若逆流信号仍不消失，则进入“紧急停机”状态。
6. 油系统控制
       动力油油泵控制（润滑油油泵及冷凝泵控制与动力油油泵类似）：动力油油泵设置两台泵，互为备用，通过开关（DCS 软键或电控盘操作开关）可选择其中之一作为主泵，则另一台即为备泵。当动力油压低或主油泵故障时，备泵自动启动，油压的不足。当油压正常、主油泵运行正常后，可选择地停其中一台泵，并且将其切换到备用状态。

三、结束语
       此套由GE Fanuc 系列90-30 + VersaMax 实现的高炉鼓风控制系统技术，。为宣钢的高炉生产提供了充沛的风量，使高炉产量得到显著的提高，并从节能降耗方面为企业带来可观收效。
       AV40-10对高炉供风，由于风量、风压明显提高，使高炉发生生铁产量增加和吨铁鼓风耗量的减少，这对降低生铁鼓风成本无疑也是相当可观的经济效果。

      控制系统采用美国GE 公司冗余PLC系统，PLC 控制站、现场总线通讯、上位监控计算机和系统级通讯冗余，因此系统具有很高的性和稳定性，从而保证生产的连续正常运行。

       P LC 部分采用双总线双冗余系统，采用GE Fanuc 系列90-30产品作为CPU 和通讯控制器，采用VersaMax的产品作为输入输出。图中PLC_A和PLC_B 为配置相同的CPU冗余控制站，每个站的两块
BEM模块实现GENS 通讯总线（BUS_A 和BUS_B ）的冗余，每个站的两块CMM模块实现与上位监控计算机连接的TCP / IP 通讯冗余。I/O 站则使用具有NIU通讯接口的VersaMax 远程I/O站，NIU 模块可实现两条GENS 现场总线的自动冗余。对于回路控制，设计上采用I /O 站5和6 双AI 和AO 模块配置，AO 经“二选一”输出到电动调节阀，进一步提高性。每个站的可编程PCM模块用于流量的冗余计量。

        上位机部分包括两台DELL 计算机、双交换机以及打印机和软件。计算机配置双网卡，双交换机将计算机和PLC连接成冗余的以太网，打印机打印每天的报表。两套计算机互为热备，所有监视和控制相同。计算机装有bbbbbbS NT4.0 操作系统、PLC 冗余软件MAX ON、PLC 组态软件Versa PRO、系统软件CIMPLICIT Y  HMI。CIMPLICITY HMI 作为新一代的软件，具有性高、人机界面友好、操作简便、扩展性好、功能齐全等优点。

二、系统功能

1. 系统同步
      控制站的CPU一方面通过冗余的GENS 总线和I/O 站交换数据，另一方面CPU之间也通过该总线交换数据。一旦主CPU或通讯出现故障，所有的控制功能都将平稳地切换到备用CPU，以确保工艺装置正常运行。系统同时具有参数同步化，I/O 总线冗余和系统诊断等功能。系统的冗余同步周期大约为40ms。任一I/O 站的I/O 在任一条GENS 总线上都有相对应的I/O寄存器。当某I/O站的一个通讯口或某一条GENS 总线出现通讯故障时，CPU 自动备用通讯口或备用GENS 总线的对应的I/O寄存器的数值作为现场I/O的数值，保证了I/O 的无扰切换。计算机和PLC 之间、计算机之间通过双以太网交换数据，这对系统的稳定、运行提供了高的保。

2. 生产调度与压力调节
       站场和外界干线管道的布局为“二入三出”，两上游来气压力不同，给下游的三条供气压力也不相同。各电动球阀、调压阀、汇气管等设备和装置通过内部管道构成复杂的站内管网，通过电动球阀的开关组合以及电动调压阀的压力控制，达到不同气体流向和需求压力的调度，满足生产的要求。对于回路控制，设计上采用了双AI 和AO 模块在I/O 站5 和6 进行同样的配置，这样对每个控制回路测量输入和控制输出在硬件上做了备用配置，进一步提高性。在编程时利用I/O 站、AI 和AO 模块的诊断信息，经过“二选一”或平均值等方式的“仲裁算法”得到PID运算的测量值；PID的控制输出则同时送到两个机架对应的AO输出点，实际的AO 输出经过“二选一”继电器终控制电动调节阀。由于AO 输出的分辨率高（12bit），而控制电动调节阀精度约1.5%，全行程时间为40s 或80s，加上继电器的快速切换（15ms），因此很小的“二选一”输出切换误差足以保证实现控制回路的平稳切换。

3. 流量计量
      流量计量在PCM模块内完成，采用SY/ T6143-1996 标准，计量过程准确。P CM 为可编程模块， 可运行C 或BASIC程序，有两个立的串行口。适合于复杂的数学运算和通讯处理，可用来进行流量计量和与组分分析仪进行通讯，与CPU 的数据交换则通过背板总线来实现。每个CPU控制站配备一块PCM模块，PCM 通过判断本CPU控制站的主从状态来保证两块PCM 数据的一致性。两块PCM与分析仪之间采用RS485 网络通讯，只有处于主状态的PCM才从分析仪数据，等安装析仪即可使用，目前组分数据暂由人工取样。

4. SA通讯
       改扩建后的站控系统， 按照要求将站场信息送往约1 km 之外的S C ADA 调度。调度的计算机（ SA 软件使用FIX DMACS）通过RS422 通讯线路与PLC_A 或PLC_B 进行通讯，通讯驱动程序支持通讯线路的冗余和同一通讯线路通讯对象的冗余，冗余站控系统CPU 控制站的切换并不影响二者之间的通讯， 例如PLC_A 由主变从，则计算机自动切换到与PLC_B 继续通信。对距离较远的其它站场，计算机则通过PSTN或微波与其进行通信。

三、结束语
      该系统投运后运行表明， 生产调度顺畅， 压力调节稳定、品质好，流量计量准确，SA 通讯正常，满足生产要求，获得用户高度评价。