呼和浩特西门子授权一级代理商通讯电缆供应商

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1　引　言
在工业过程控制中，PID控制适合于可建立数学模型的确定性控制系统。但在实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变不确定的系统，使PID控制器的参数整定烦琐且控制效果也不理想。近年来，随着智能控制技术的发展，出现了许多新型的控制方法，模糊控制就是其中之一。模糊控制不需要掌握控制对象的数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰的系统具有良好的控制效果。PLC具有很高的性，抗干扰能力强，并可将模糊控制器方便地用软件实现。因此，用PLC构成模糊控制器用于油田的污水处理是一种新的尝试，不仅使控制系统加，而且了较好的控制效果。

2　污水处理工艺简介
目前我国许多油田处于二次采油期，即注水开采期，所采的油中含有大量的污水。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以、平衡地层压力，防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管，避免注入水使注水管、油管和地层结垢。其处理方法是使用A、B、C三种剂，其中A剂为pH值调整剂，B剂为沉降剂，C剂为阻垢剂。其工艺流程方案如图2—1所示。根据工艺要求，关键是在混合罐中对污水添加A剂提高污水的pH值（即控制pH2）以减少腐蚀。添加B剂可加速污水中絮状物的沉淀。添加C剂可减缓污水在注水管和油管中的结垢。该系统属非线性、大滞后系统，其对象的数学模型难以获得，采用PID反馈控制效果不是很理想，且采油联合站都位于偏僻的地方，环境恶劣。因此，该污水处理系统采用了基于PLC的模糊控制来提高系统的控制精度和性，从而满足工艺要求。

3　模糊控制原理
控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。

模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊3个部分。E和Ec分别为e和ec模糊化后的模糊量，U为模糊控制量，u为U解模糊化后的量。

3．1　输入模糊化
在模糊控制器设计中，设E的词集为［NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB］［3］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］；Ec和U的词集为［NB，NS，NM，0，PS，PM，PB］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］。令－1），pH0表示期望值。然后，将e、ec和u模糊化，根据pH值控制的经验可得出变量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1为变量E的赋值表。

3．2　模糊决策和模糊控制规则
总结污水处理过程中pH值的控制经验，得出控制规则，如表3—2所示。选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以误差为主。而当误差较小时，选择控制量要注意防止调，
以系统的稳定性为主。例如，当pH值低很多，且pH值有进一步快速降低的趋势时，应加大剂的投放量。可用模糊语句实现这条规则（IFE＝NB　ANDEc＝NB　THEN　U＝PB）。当误差为负大且误差变化为正大或正中时，控制量不宜再增加，应取控制量的变化为0，以免出现调。一共有56条规则。每条规则的关系Rk可表示为：

7）根据每条模糊语句决定的模糊关系Rk（k＝1，2，…，56），可得整个系统控制规则总的模糊关系R。

3．3　输出反模糊化
根据模糊规则表取定的每一条模糊条件语句都计算出相应的模糊控制量U，由模糊推理合成规则，可得如下关系：

以此得出模糊控制量，如表3—3所示。然后依据大隶属度法，可得出实际控制量u。再经D／A转换为模拟电压，去改变变频器的输出频率n，通过　　加泵控制加药量调节pH值，从而完成控制任务。

4　模糊控制算法的PLC实现
在控制系统中选用了OMRON公司的CQM1型PLC。将模糊化过程的量化因子置入PLC的保持继电器中，然后利用A／D模块将输入量采集到PLC的DM区，经过限幅量化处理后，根据所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出值，由D／A模块输出对pH值进行控制。

4．1　模糊控制算法流程
（1）将输入偏差量化因子Ke、偏差变化率量化因子Kec和输出量化因子Ku置入HR10～HR12中。（2）采样计算e和ec，并置入DM0000和DM0001中。
（3）判断e和ec是否越限，如越限令其为上限或下限值。否则将输入量分别量化为输入变量模糊论域中对应的元素E和Ec并置入DM0002和DM0003中。
（4）查模糊控制量表，求得U。
（5）将U乘以量化因子Ku，得实际控制量u。
（6）输出控制量u。
（7）结束。

4．2　查表梯形图程序设计
在模糊控制算法中，模糊控制量表的查询是程序设计的关键。为了简化程序设计，将输入模糊论域的元素［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］转化为［0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12］，将模糊控制量表中U的控制结果按由上到下，由左到右的顺序依次置入DM0100～DM0268中。控制量的基址为100，其偏移地址为Ec×13＋E，所以由E和Ec可得控制量的地址为100＋Ec×13＋E。梯形图程序如图4—1所示。其中DM0002和DM0003分别为E和Ec在模糊论域中所对应的元素，MOV＊DM0031DM1000是间接寻址指令。它将DM0031的内容（即控制量地址100＋Ec×13＋E）作为被传递单元的地址，将这个地址单元的内容（即控制量U），传递给中间单元DM1000再通过解模糊运算得u，然后由模拟输出通道传送给D／A转换器。

5　结　论
将模糊控制与PLC相结合，利用PLC实现模糊控制，既保留了PLC控制系统、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度。结果表明，对于那些大滞后、非线性、数学模型难以建立且控制精度和快速性要求不很高的控制系统，基于PLC的模糊控制方法不失为一种较理想的方案。只要选择适当的采样周期和量化因子，可使系统获得较好的性能指标，从而满足控制性能要求。

1 引言

随着计算机通讯技术的日益成熟及企业对工业自动化程度要求的提高，自动控制系统从传统的集中式控制向多级分布式控制方向发展，构成控制系统的PLC也就具备通信联网功能。在具体应用过程中，若要监视PLC内部的数据与运行状况，选用市场上的人机界面或组态软件，虽然功能丰富，但大都价格昂贵，尤其在一些中小规模的生产场合。所以许多企业希望能自己用语言开发一个简易实用的通信程序，通过面向对象的可视化编程语言VB6.0很容易地实现分布式监控。PLC等下位机控制生产过程，本地计算机进行实时监测或参与控制生产现场的参数。本文通过对OMRON的CPM1A小型机与上位计算机通信原理和通信方法的研究，介绍了如何用VB6.0实现上位计算机对PLC的实时监控，并了良好的效果。

2 监控原理

2.1 通信方法

上位机作为主站要能够通过PLC监控下层设备的状态，要实现上位机与PLC间的通信。由于串行通信具有线路简单、应用灵活、性高等优点，并且普通计算机均带有串行口，所以PC与PLC间通常采用串行通信方式。串行通信可以通过bbbbbbs的API函数实现，也可以串行通信控件实现，但后者较容易，本文采用VB的通信控件。如果只实现对一台CPM1APLC的监控，需要CPM1-CIFO1（OMRON提供的的RS232适配器）形成RS232C口与上位机通信；如果是实现对多台PLC的监控，则需用RS232—RS422/RS485转换器ADAM-4520和CPM1-CIF11（OMRON提供的RS422适配器）与上位机通信，多可连接32台PLC,连接方式如图1所示。

在通信过程中上位机始终处于主动方，PLC则处于从动方，所有的数据交换只能在主站和从站之间进行，从站之间不能直接交换数据，如果从站之间需要交换数据，通过主站中转1。上位机向PLC发送指令帧，PLC接收了上位机的指令后，行FCS校验，看其是否正确，如果正确，则接收并向上位机传送响应帧（包含尾校验字节），否则，PLC拒绝向上位机传送数据。需要说明的是，整个通信过程中因PLC中配有通信机制，一般不需要对PLC进行编程。上位机接收到PLC传送的数据，也要判断正确与否，如果正确，则接收，完成一次正常通信，否则，通信需重新开始。

2.2 通讯协议

（1）通讯条件设计。要使上位机与下位机正确地交换数据，确保以下几点：

● 双方在初始化时要使波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验均保持一致；
● 要严格按照PLC的通信协议的规定及帧格式编写PC的通信程序。

（2）通讯的命令帧设计。OMRON公司的CPMIA小型PLC的传输协议的一般格式为：

（3）通讯的响应帧设计

其中，@为前导字符，表示开始；设备号为00-31（本例限设到10），共可设置32个站号，用来识别所连接的PLC，可通过PLC的DM6653的低8位来设定，默认站号为00；命令码为CPMIA小型PLC规定的对其操作的命令代码；正文为需要读或写的数据地址以及数据；FCS为帧校验代码，用于及时发现通信过程中的错误，以备处理；＊和CR表示命令结束[2]。

命令帧为PC机传向PLC的帧格式，响应帧为PLC传向PC机的帧格式,其命令帧与响应帧中的各个部分除数据区不同外，其他部分的含义是相同的。

2.3 MSComm控件介绍

VB中的MSComm控件具有功能完善的串口数据发送和接收功能。 MSComm控件具有两种通信方式：事件驱动方式和查询方式[3]。因为查询方式占用CPU时间太多，我们采用事件驱动方式。要完成通信,必需正确设置MSComm控件的相关属性,本设计在窗体中对其进行初始化,主要包括端口设置,波特率设置,奇偶设置等。

引言：

在高炉炼铁企业中，上料系统是高炉不可缺少的部分，高炉上料有料车卷扬上料和传输带上料两种。卷扬料车上料机结构紧凑，占地面积小，对中小高炉有足够的供料能力，且能实现自动控制。在中小高炉中广泛采用料车卷扬上料。我们将伟创变频器与西门子S7-200 PLC作为该套系统电气控制部分，已在江西省新余市新钢石灰窑厂1#、2#、3#、4#窑炉成功应用，2006年投产至今一切生产运作良好，系统稳定。

一 卷扬上料过程（本系统为单料车上料系统）

2.1 工作过程

高炉卷扬上料工作过程是：各种原料经过槽下自动配料后进入中间料斗，这时料车原点位置就处于料斗下面，料斗把原料放入斗车，通过称重传感器确定放料已足够时，料斗自动关闭放料气阀。（自动上料及称重系统由其它公司提供）在炉准备好后，料车启动。经过加速→匀速→一级减速→二级减速→到达卸料位置刹车制动→料车自动倾翻卸料→延时3S后→下行→匀速→一级减速→二级减速→到达原点刹车制动→等待装料。如此往返运行。

2.2 工作特点

料车卷扬机是料车上料机的拖动设备,根据料车运行工作过程,其特点如下：

① 能够频繁启动、制动、停车、反向、低频力矩大钢绳无抖动现象，过渡时间短。

② 系统工作稳定，无溜车现象。

③ 有失速、限保护

④ 自动/检修切换功能。即如电梯中的快/慢走车。

⑤ 系统有记忆功能。即运行中途停电后，PLC记忆当前料车位置，来电后可继续运行。

二、系统配置

1、控制部分：

西门子S7-200PLC（40点）选用CPU224 CN系列外挂EM223 CN数字输入/输出模块 （8点输入/8点输出）

TD-200文本显示器 为用户提供一个价格低廉、功能齐全的人机界面，可显示中文故障记录。及小车上、下限位置调整。

伟创AC60-37KW变频器一台 可通过端子组合成多达15段速度

欧姆龙同轴编码器（256脉冲点/转）与电机同轴安装 用于检测料车行走位置

制动单元/制动电阻 由于系统制动频繁，可考虑配置5KW/5欧姆线绕电阻3个串联 制动单元选用VEICH-EC系列

2、拖动部分：

30KW 8变频电机，745r/min 减速比46:1、200W电动式抱闸、立电源散热风扇

拖斗小车 自重1.5T，重车时可达4.5T

3、基本参考数据:整个行程37.5米、上限位36.25米、上限位37米、下限位1米、下限0.8米、上行减速位30米、下行减速位3米、上下行各有3段速、速保护0.85米/秒、减速机转一圈编码器记为1.92米。

4、工作原理：所有的上行或下行限位、限位、减速位、都由同轴编码器检测到多少点脉冲后传送给PLC，PLC通过程序内设置的各段位置累计脉冲点数再发出信号控制变频器和抱闸动作。电动抱闸延时1S打开，（防止重车下滑）停止时则与变频器同时断开。散热风扇与抱闸同时动作。

5、速度曲线

三、调速系统主要设备介绍

3.1 S7-200 PLC

可编程控制器选用西门子S7-200 CPU224 CN系列,该系列PLC可连接7个扩展模块,大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点,1个RS485通讯/编程口。6个立的30KHZ高速计数器,2路立的20KHZ高脉冲输出,该系统使用欧姆龙同轴编码器（256脉冲点/转）来料车位置。可以直接与PLC输入点I0.0连接,进行高速脉冲捕捉,不需添加模块 。将I0.0在程序系统块里设置为无滤波时间。

3.2 TD-200文本显示器

与S7-200通讯，读取变频器故障信息，料车上、下限位置读/写，并可以进行微调。

3.3 AC60变频器

AC60系列变频器具有很高的运行性和功能多样性,具有强的过载能力,能提供持续3S的200%过载能力,同时有良好的低频转矩输出和动态特性。

有RS485通讯接口，采用标准MODBUS通讯协议，可以和上位机、PLC、人机进行通讯实际集中控制。

3．软件设计

上位软件采用Monitor Pro ，它工作在普通的PC机上，运行于bbbbbbs 2000 或 XP 上，网络功能强大,Client/Server结构; 它包括两大部分：画面（HMI）部分——The Client Builder ，实时数据库（RTDB）部分-The Configuration Explorer 。上位画面如图2所示：

图2 上位画面

Monitor Pro 功能特点：
1.大容量实时数据库
2.强大的网络连接能力
3.,的网络及系统结构
4.在线新功能；上位画面如图所示。

程序控制软件采用Concept 2.6编程软件，Concept编程软件基于 bbbbbbs 的集成开发环境；含有全部的 IEC-1131 规定的编程语言；用户可创建自己的函数块，可重复使用；内置的模拟调试器可离线，加快应用软件的开发和调试；提供多达7 层的软件存取保护，防止非法访问，、；具有强大的在线帮助功能，界面友好，信息量大，大方便应用开发人员的使用。

4、实现功能

4．1本体辅机系统控制功能

在一个冶炼周期内,加铁水、废钢、转炉出渣及等待时炉前挡火门处于打开状态,从转炉加完料氧下降开始到出钢结束期间为关闭状态。大门处于关闭状态时,观察炉口火焰或炉前取样,可以通过打开门上观察窗和取样窗完成。两个火焰观察窗及取样窗单控制开闭。大门走行有声光报警。炉后挡火门大门走行控制在就地操作箱上完成，要求主控室CRT上能显示在门开闭状态。大门行走遇接近开关时自动停止。大门走行时声光报警发出声响和光亮。

转炉主控室卷帘门设备走行控制能在就地操作箱和主控室CRT上完成。就地操作箱和主控室CRT按钮启动升降，碰撞行程开关后自动停止。当卷帘门下降时,防护板碰到下限限位开关,停止下降;当卷帘门上升时,防护板碰到上限限位开关,停止上升。设备还设有一个机械上限,做为上限。移动烟道台车走行控制能在机旁操作箱上完成。可以点动控制设备走行,以便调整停止位置。横移小车是在换氧或转炉修炉时,带着升降小车及氧一起横向移动的。氧横移、锁定的操作控制，可在主控室CRT和就地操作箱上完成。氧横移台车的控制为点动控制，以提高横移台车就位的准确性。正常生产换时,两台横移车一起同向移动,一台从工作位移到其等待位,与此同时另一台到达工作位,转炉炉衬修砌时,两台横移车背向移动,分别到达修炉位。氧横移车轨道上设有6个行程开关,每台车3个,一个为到达工作位时发讯,一个为到达等待位时发讯,一个为到达修炉位时发讯。在横移车工作位处设有电液缸定位锁紧装置,当横移车碰到工作位行程开关停车后,延时0-10秒,定位锁紧装置动作,把横移车锁定在工作位。当工作氧需要换维修时,在确认氧己提升出烟道上的氧口至氧升降换氧位（H。点）后。要将工作位横移车的锁紧装置脱开,然后启动横移车移至等待位,同时另一横移车（车上氧己换好）移到工作位,碰到工作位行程开关时,重复前述定位锁紧动作,完成工作横移车和备用横移车的位置交换。烟罩升降操作控制，可在主控室CRT和就地操作箱上完成。烟罩设上下两个工作位，升降动作的启动来自系统指令（手动按钮），停止来自限位开关信号。当转炉不在垂直位（0°）时,烟罩不能下降。控制场所选择开关设在现场操作箱上，主控室和现场只能有一点处于操作状态。

4．2二次除尘系统控制功能

二次除尘设备包括18个电动蝶阀，每个转炉高位辅原料料仓排烟罩、中位铁合金料仓排烟罩、炉后铁合金料仓排烟罩、转炉炉后吹亚喂丝除尘管道的每个除尘点都设置一个电动蝶阀。18台电动蝶阀，由MCC供电，传动电压为AC380V。

二次除尘阀门共设两个操作地点，分别为：转炉主控室CRT操作、现场操作箱操作。
二次除尘电动蝶阀，应能实现就地操作箱控制和主控室控制。主控楼CRT画面上应设置阀门工作显示及故障报警。

1）转炉高位辅原料仓二次除尘

每个除尘点上的电动蝶阀与料仓上卸料小车位行程开关联锁，当卸料小车停在将要卸料的仓时，此料仓除尘阀站打开，其它高位辅原料料仓除尘点上的电动蝶阀处于关闭状态。当卸料小车离开此仓后，延时50秒，此仓除尘阀门关闭。

2）中位铁合金料仓二次除尘

每个除尘点上的电动蝶阀与料仓上卸料小车位行程开关联锁，当卸料小车停在将要卸料的仓时，此料仓除尘阀站打开，其它中位铁合金料仓除尘点上的电动蝶阀处于关闭状态。当卸料小车离开此仓后，延时50秒，此仓除尘阀门关闭。

3）炉炉后铁合金料仓二次除尘

每个除尘点上的电动蝶阀与料仓上卸料小车位行程开关联锁，当卸料小车停在将要卸料的仓时，此料仓除尘阀站打开，其它炉后铁合金料仓除尘点上的电动蝶阀处于关闭状态。当卸料小车离开此仓后，延时50秒，此仓除尘阀门关闭。

4）转炉炉后吹亚喂丝除尘管道

一个电动蝶阀，阀门应能实现就地手动和主控楼CRT控制

一、概述：

NOEGR1400/2型大卷装液压传动染色机由葡萄牙诺菲尔公司所制造，单台一百多万元；适用于小批量、多品种平幅织物在常温常压下平幅退煮漂、浸染、漂洗、放样、剥色等生产工艺。是规模以上纺织印染企业的技术装备.国内多家印染企业拥有该机型;此机的技术是在较大容布量(800---6000米)的情况下保卷绕辊在运转过程中保持线速度、布面张力的恒定。电气自动控制电脑部分原采用意大利Termoelectronica公司产的Z8单片机控制器(目前制造厂家已不再生产)；制、显示、参数设置于一身；国内不易采购。

二、改造理由：

随着使用年限的增加，印染车间里潮湿的生产环境,使得主控制电脑出现接插件老化、接触不良和线路板被腐蚀严重及参数易丢失、死机的现象。易造成控制动作失常，信号失真,影响到速度、张力控制器件的正常工作(或造成损坏)；另一方面,原设计中同步闭环速度反馈传感器的机械连接部件(机械密封)，由于与染液接触，轴心度易磨损，存在易损坏(甚至造成传感器的损坏)的缺陷,进而影响到线速度、张力的稳定性；造成色布前后色差等。以及要求输入参数多,操作步骤繁琐.设备量较大,电脑备件国内无处购买，影响生产进度。较难满足现代工业生产的需要。

针对上述种种不利因素，我们提出了相应的改造方案，使用比较的技术平台-----通用型可编程序逻辑控制器(PLC)系列及人机界面(触摸屏)产品替换原有的Z8单片机控制电脑。

三、系统构成：

此设备液压传动部分(液压部件为德国产”博世”牌)

设计较为,在国内大卷装染色机同类产品中处地位且基本完好，因此改进原则是不需对液压传动主控回路做出改进,只对原电气电脑自动控制部分进行改造。继续使用原机原有的电器配件，重新设计制图,按卷染工艺特点编制相应的应用程序。选用通用PLC、触摸屏系列系统地完成此设备人机对话和自动控制的替换。

控制指令由系统触摸屏集中操作，系统通过操作员指令输出控制信号，并根据闭环采集的数据，计算出速度、张力所需值，控制液压阀的流量，带动液压马达的转动，实现在恒张力下A、B卷绕辊的线速度恒定。完成织物在浸染缸内多道转移浸染的染色等工艺。

在应用程序的设计中，以卷绕辊线速度为“主”控制变量,以张力为“从”控制变量，两者交替控制，在每种控制中又采用在线规则自调整的PID控制功能。从而从根本上解决了整个系统的“恒线速度”、“恒张力”的问题，在大程度上提高了系统运行的性、稳定性。并省去同步闭环速度反馈传感器,闭环反馈作用由应用程序根据采集的数据计算来实现。

四、主要技术特点：

所需应用程序根据工艺操作要求经在线调试修改完善，已使得机器的线速度、张力恒定性好，使得机器自动化程度提高，性能稳定，功能增强，操作简便直观，降低了劳动强度，大大提高了生产效率。

1、适用于液压、交流变频、直流电机三种传动方式的应用。

2、减少操作步骤,输入参数,能使操作人员较快熟悉并熟练操作机器。

3、可实时按工艺要求改进或增加实用功能，备件易购。

4、卷绕辊卷径动态变动,而卷绕主辅辊线速度,布面张力恒定。

5、系统集成度高，电气结构简单直观易查。降低了故障发生率。

五、主要功能：

1、全中文触摸人机界面，且操作简便，视窗友好直观。

2、机器手动、自动状态选择。

3、单键控制换向选择。

4、A、B辊卷绕量通过卷绕辊上的传感器实时采集,实时显示。

5、手动/自动换向功能。

6、速度设置范围0---150米。

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