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产品描述
贵阳西门子一级代理商变频器供应商
1 PLC 、IPC、PC-Based PLC
随 着PC技术的飞速发展，使得IPC（工业控制计算机）以及基于IPC的应用技术同样也得到了突飞猛进的发展。同时，随着Internet技术的应用和所有 生产信息过程和控制信息过程的集成与发展，并可通过Internet/Intranet浏览生产过程信息流中的制造过程、操作和监控现场智能设备等， IPC越来越多地承担着SA的人机交互控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务。总体而言，IPC还是适合应用于自动化控制平台 的。但作为传统主流控制器的PLC，它拥有稳定性好、性高、逻辑顺序控制能力强等优点，在自动化控制领域具有的优势。但有一大遗憾：其封闭式 架构、封闭式系统（研发具备自己或OEM的CPU、芯片组、BIOS、操作系统、梯形图编程软件）、较差的开放性势必会造成其应用上的壁垒，也增加了 用户维修的难度和集成的成本。有人断言，在不久的将来，基于PC的控制器将会逐步取代PLC而成为主流控制设备。为了改善这种局面，传统PLC生产厂家正 在逐步将PLC的功能PC化（如Siemens的Wi）、而IPC厂家也逐步将IPC的逻辑控制功能PLC化，使PLC和IPC在功能和规格方面越 来越接近，由此就出现了基于PLC和IPC技术的中间控制器：PC-Based PLC。
PC-Based PLC也称嵌入式控制器，它不再像IPC那样以机箱加主板为主体结构，再搭配诸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的组合产品，而是一个立的 基于嵌入式PC技术的系统，适合应用于小型的SA系统。如泓格的I-8000系列, 其主机内部是40MHz主频的80188 CPU，操作系统为兼容DOS的MiniOS7，其编程环境是基于PC的标准C语言程序，程序开发过程与PLC其相似：在PC上编写常驻任务程序， 并将其编译好后传送到主机内的Flash上、再让其脱机运行。另外为了使其具备PLC的优势特性，PC-Based PLC也可使用梯形图编程，如泓格的ISaGRAF(配合I-8417/8817主机)，相对于PLC而言，PC-Based PLC的优势在于拥有IPC强大的Computing、Data Processing和Communication功能，在软件方面，PC-Based PLC支持IEC-61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）的五种标准语言和软逻辑。由于以上特点，PC-Based PLC将会加开放和标准化，能适应加复杂的控制和管控一体化信息的需求。
总的来说，IPC是开放式架构、开放式系统，PLC则是封闭式 架构、封闭式系统，而PC-Based PLC介于二者之间，是开放式架构、封闭式系统。严格地说，IPC一般承担着管理控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务，而PLC一般用 作现地控制器。由于PC技术、信息技术、通信技术的交替发展，使得研发PC-Based PLC的投资相对减少，会有多的厂家来共同推进PC-Based PLC的发展。因此，PC-Based PLC会有非常好的发展前景，但这并不意味着在短时间内PC-Based PLC会取代PLC，PLC和PC-Based PLC将会在竞争的发展中逐渐走向融合[1 、2>。
2 基于PC-Based PLC架构系统的应用技巧
2.1 AI模块
AI （Analog bbbbbs）的多寡对系统的运行的实时性和稳定性有较大的影响，尤其是当AI模块较多时其影响大。主要原因为：I-8000模块的CPU仅仅是一款主 频只有40MHz的80188的控制器，其数据处理能力、存储空间有限，导致其运算、逻辑处理以及事件响应的快速性就没有IPC那么强大，由于CPU要完 成一次A/D的整个过程要进行采样、保持、同步、转换、存储、处理以及运算等一系列的过程方可完成，比较费时，因此，当要完成的AI通道数较多时，必 然会影响采样的实时性和系统的稳定性。通常而言，在一个I-8000模块中，一般不要过两块如I-8017H系列的AI模块为佳。
2.2 继电器输出模块
继电器输出模块对整个系统的影响大，处理不好，将会导致整个系统崩溃和经常出现当机、主机板烧坏等现象，由 于I-8000模块的供电一般为10～30VDC，总的输入功率为20W，不像IPC的输入功率为250W那么大，如继电器输出模块尤其是大功率继电器 模块插放的太多，由于系统供电能量不足，将会导致其输出不正常，控制系统经常误动作，导致系统崩溃、当机，甚至会导致主控板烧坏，使系统的稳定性、性 以及性存在许多隐患因素。一般而言，像I-8060、I-8058、I-8063、I-8064、I-8065、I-8066、I-8068、I- 8069等不要过两块，尤其是I-8060、I-8063、I-8064、I-8065、I-8069这些功率模块为一块。如系统要控制的功率继 电器较多，可以采用普通光隔开关量输入/输出模块如I-8042利用多级放大的原理连接。
2.3 通信处理
在由PC- Based PLC架构的控制系统为重要的一个环节便是与上位机进行的实时数据通信过程，而这一环节往往是制约系统实时性和稳定性的因素，它容易出现数据瓶颈。因为 上位机通常为bbbbbbs操作系统，应用程序一般有人机交互界面和实时显示界面，而往往将人机交互界面和实时显示界面设计为前台窗口，数据通信、分析以 及存储设计为后台运行，但bbbbbbs 并不是作为实时操作系统设计的，是抢先式、多任务、基于消息传递机制的操作系统，但仅凭消息调度机制，显然不能满足实时系统的要求，难以保证准确实时地完 成前后台控制任务。因此在bbbbbbs环境中，采用多线程技术，可以有效地利用bbbbbbs等待时间，加快程序的反应速度，提高执行效率。用一个线程 管理计算机数据通信，另一个线程进行数据处理、分析与存储，这样在满足数据连续采集的同时，增强了系统事件响应和通信控制的实时性。
PC-Based PLC与上位机一般采用RS-485、CAN、ModBus或者Ethernet，如采用RS-485、CAN、ModBus时，则要合理分配通信口， 一般RS-485、CAN、ModBus的通信适配器卡有两个口，因此如控制系统有两个I-8000模块，上位机可以采用一个通信口与两个下级控制器通 信，但是如有四、六个……，将其分成两组，上位机则采用两个通信口分别与其通信，上位机采用两个线程编写通信程序.
2.4 电源配置
如一个控制系统有多块I-8000模块，考虑到系统的经济性以及性，每两块I-8000公用一个开关或者线性电源，考虑到电源本身的功耗，此时电 源的功率大于60W，并且每个电源模块分别接入～220VAC或者～380VAC的电源，千万不要串接。选择电源 target=bbbbbb>开关电源时要注意选用系统功率因数大于 0.99且纹波电压Vrms≤1.0%、纹波系数≤0.2%的功率密度大、电磁兼容性好、低纹波电源 target=bbbbbb>开关电源。同时将控制器I/O通道和其它设备的供电采用各 自的隔离变压器分离开来，有助于提高控制系统的抗干扰能力。
2.5 信号地的处理
正确、良好的接地可以将混入电源和I/O电 路的干扰信号引入大地，或减小干扰的影响，是保护和抑制噪声的重要手段，对提高I-8000系统的稳定性、性其重要。为了尽可能减小电磁噪 声影响，电源回路和控制回路要分别设立接地。在控制系统中难免有变频器之类的功率器件，注意要将变频器散热器、电源中性线、变频器外壳和中性端、电机外 壳和Y型接法中性端要接于电源回路接地上，所有接地线不可形成接地回路。变频器接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于4mm2，长度应控制在 20m以内。屏蔽层、数字信号地接于控制回路接地。为防止形成回路，屏蔽层应单端接地。控制器的接地线与电源线、动力线分开。I-8000单接 地，也可以与其他设备公共接地，但严禁与其他设备串联接地。
3 实际应用案例
在小型石油公司中，要进行大量的油料计量工作如轻油、0＃汽油、90＃汽油等，其计量过程往往是车队从货运站拖回公 司后经公司磅房过磅称毛重、卸料、车辆出厂时，再过磅称车重等等，过磅过程、手续、登记其繁琐，有时还容易出现错磅和漏磅现象，不容易管理，并且给统 计、计量工作带来了大的困难，过磅工人的劳动强度大，经常出现车队排队过磅的现象，办事效率其低下，为改变这种局势，采用PC-Based PLC I-8411嵌入式控制，并配以模拟信号输入模块I-8017H、模拟信号输出模块I-8024、光隔离数字输入/输出模块I-8042、I-8060继 电器输出模块以及RS232/RS485转换器I-7520，并利用计算机控制技术，为其不同的油料的进站计量、出站计量、统计等开发了一套分布式的油料 计量、统计管理系统，省时又省力，深得用户喜爱。
3.1 功能模块
1）利用I-8017H的差分输入的6路分别采集运输车油罐的液位、液体温度、两个LUGB系列涡街流量变送器的流量值（备计算用，取两个流量计的平均值作为真正的流量值）、存储油罐的液位值以防液体溢出、温度等；
2） 利用I-8024的D/A功能，输出0～10V的直流信号作为Siemens公司的Micro Master通用型变频器的变频控制输入信号，以使变频器能进行V/F转换，变成0～50Hz的交变信号实时控制三相异步电机，达到使电机变频运行、促使 液体恒速流动的目的。
3）利用I-8060功率继电器输出信号实时控制各种流量继电器、流量控制电磁阀、电气接触器的开启；
4）利用I-8042的数字I/O进行各种开关的检测与控制，同时实时检测流量继电器、流量控制电磁阀、电气接触器的闭合状态；
5）利用I-7520作为RS-232/RS-485的转换器，使I-8411与上位机服务器的串口进行数据通信。
3.2 措施
1） 尖峰脉冲的处理：由于在本系统中用到了大型的可控硅，其闭合与断开要产生能量的尖峰脉冲，这一脉冲一旦进入信号系统中，不仅会引起控制系统的误动作， 为甚者，会烧坏控制设备、死锁控制信号输入通道。尤其是对I-8017H、I-8024、I-8042等模块影响较大，为了减少其影响，在每个控制模块 的输入或输出端加入一阻容保护电路，以吸收其尖峰脉冲。同时信号地和电源地要分开。
2）变频器过压的处理：在本系统中利用变频器拖动大惯性 的牵引电机，由于变频器输出的速度比较快，而负载靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状 态，而变频器没有能量回馈单元，因而变频器支流直流回路电压升高，出保护值，出现过压故障。因此增加再生制动单元，否则会干扰SA系统。
3.3 系统功能
1）数据显示：对每种油料以数字、棒图、曲线的方式显示实时采集的流量、温度、开关状态、电机转速等各项参数；
2）可进行流量和总量的计算，生成日报、月报、年报等；并可存储多年的历史记录；
3）数据修复维护：具有参数设置和数据丢失修复功能。
4）与公司的MIS系统实时交换数据
4 结束语
PC-Based PLC的发展得益于嵌入式CPU、嵌入式操作系统和IEC-61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）标准化编程语言的发展，PC-Based PLC具有IPC和PLC的两重特性，具有PLC的系统结构，又具有IPC的开放式架构，目前在工控界是IPC、PLC以及PC-Based PLC共存的时代，又是三者逐渐走向融合的时代，随着嵌入式CPU、嵌入式操作系统以及符合IEC-61131-3标准语言开发工具的发展，PC- Based PLC或嵌入式控制器将加开放和标准化，功能将会加强大、数据通信能力将会强、数据处理能力快。能适应加复杂的工业控制需求。
1、系统概述
玻璃熔窑各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到玻璃的产量和质量。在玻璃生产过程中对窑压和温度的稳定有严格的要求，同时窑压和温度的写急定又涉及到其它环节和参数，比如燃油的压力和温度，雾化介质的压力以及换向过程等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配合有不同的方法可以实现。随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对玻璃熔窑的各个参数进行自动控制，包括提到的各种参数、熔窑的换向控制以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。系统投入使用以来运行状况良好。
2、系统构成
本系统上位机部分选用一台上位机配以FIX软件包，PLC部分选用的PLC，它具有、运行、功能较强的特点。执行机构主要有变频器、电磁阀、薄膜调节阀、三相异步电动机等。
3、PLC实现的功能
本系统大致可以分为三个部分;1、PID调节部分，2、熔窑的换向系统，3、PLC和变频器的通讯部分。其中PID调节部分包括油压、油温、油流(1-6号)、雾化介质、窑压等参数的控制。
3.1 PlD调节部分
PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性;1、l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制。2、数字滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统。3、多种输出规格可供选择。4、八组数据设置，八个数值(如设(SP)和报警设置值)可以预置在八个数据组中。5、可以用数据设定器输入和显示当前值。6、PID控制，利用PID控制器及自动调谐的特性获得稳定的PID控制。7、可以用PLC程序输入和检索数据。同时我们通过PLC的程序实现双PID控制，从而实现了窑压和油流的稳定运行。
PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
同时在上位机上可以很方便地修改油温、油压、油流、雾化介质、窑压等每个控制回路的PID参数，如设定值(SV)、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。
3.2 熔窑的换向部分
熔窑的换向分为手动、半自动、和自动三种方式，手动即在控制柜上进行操作;半自动和自动都是通过PLC进行控制的，正常情况下都是在全自动换向状态下运行，不需要进行人工干预，只要在上位机上设定换向时间，PLC就会按给定的时间进行自动换向。并且PLC能自动地识别方向，在上位机上显示。同时还能保证在于动/半自动/自动三种状态之间无扰动切换。
3.3 PLC与变频器的通讯(现场总线Device Net )
现场总线是近年来进入工业现场控制领域的一项的技术，在本项目中我们采用了Device Net开放式的现场总线来实现PLC与变频器之间的通讯。Device Net有很多特点;1、它为开放式现场总线网络，符合Device Net总线标准的国内外各生产厂商的机器均可连接。2、它支持广泛的数据处理操作，从通常的ON/OFF数据处理到条形码读入器的数据位操作。3、Device Net保证了波特率为125kbps，节点间大500m的距离，因而在较长的生产线上应用简单方便。当采用某种PLC机型时它可以使用多达2048个I/O点和63个从站。过去我们都是利用一个模拟量信号(4-2OmA或0-10v)来控制变频器的输出频率，从而实现节能或调速的要求。但是模拟量信号不管是4-20mA的电流信号或者是0-l0v的电压信号，即使采用数字化处理，但在传输过程中仍然是以模拟量信号进行传输，容易受到干扰，同时模拟量信号精度较低，只能用于精度要求不高的系统中，在精度要求较高的系统中，模拟量信号还易受干扰，造成系统的不稳定，而我们采用通讯的方式来控制变频器的输出频率，是一种纯数字化的控制，即数字的处理采用数字化处理，传输是纯数字化的传输，精度很高，这就能够使变频器的输出频率非常稳定。同时还可以把变频器的运行状态，故障信息在上位机上显示出来。
4、结束语
该系统应用于某玻璃生产线后运行稳定，也降低操作者的劳动强度，受到生产分厂的。由于该系统在改造前，油流量的控制一直不能技入自动，长期处于手动控制状态，需要很频繁地调节流量阀的开度大小，工作量很大。改造后能实现自动控制。而且该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在上位机上直接输入，如变频器的起/停、基准频率、每个PID控制回路的参数值等。另外，该系统价格低，投资少，降低了产品成本，效益显著。
九溪水厂PLC及上位机的系统分布图
整个自控系统设有7个PLC站，采用TSX P67/87 455 型PLC，各PLC站均配置ETH107通讯卡，采用ETHWAY协议通过光纤为主干网的以太网与中控室主机WSG1、WSG2配置的APPLICOM数据采集卡交换数据，以此实现主机数据的刷新与命令的执行。同时各子站还设有上位机，均配置3COM以太网卡采用NETDDE协议通过同一个光纤以太网实现与主机3COM以太网卡的数据交换，可显示全厂各站画面数据，当子站与主机之间出现通讯故障时，各子站的上位机将通过ETHWAY协议与自己站的PLC进行通讯，确保畅通。同时各子站PLC也可以通过FIPWAY网络与中控室的PLC6进行通讯，实现数据的采集与命令的执行。
2、PLC功能介绍：
PLC通过相应的模拟量、开关量输入卡采集各种一次仪表以及反应各类执行设备状态的电信号数据(4～20mA)，PLC对其中的一些数据进行处理，一方面将数据传送给上位机，另一方面将有关数据通过相应的模拟量、开关量输出卡传送到各执行机构，控制执行机构的动作，对于由上位机发出的命令则通过PLC 进行重新组态后输出到执行机构，控制其动作。
本系统采用3种控制方式;分别为全自动操作、plc远程手动操作和手动操作。系统主要以全自动控制方式为主，下面以聚合氯化铝(PAC)泵 target=bbbbbb>计量泵的控制为例，介绍3种控制方式。混凝剂的投加直接影响到出厂水基本的指标浊度的好坏，混凝剂是水厂中主要的原材料消耗，如何合理、的投加混凝剂一直以来都是净水水处理方面研究的目标。九溪水厂采用PAC作为净水混凝剂，通过隔膜泵 target=bbbbbb>计量泵对其进行投加，泵 target=bbbbbb>计量泵可以通过两个参数来调节其投加量，分别为频率和冲程。在全自动模式下泵 target=bbbbbb>计量泵的频率由进水的流量来进行控制，泵的频率随着流量的变化而调整，泵 target=bbbbbb>计量泵的冲程则由游离电位测定仪(SCD)来控制，当原水浊度出现变化时，SCD检测到相应的电信号后传送到PLC，PLC经过P.I.D调节器的运算后向泵 target=bbbbbb>计量泵发出调整冲程的命令，此过程中的流量、频率、冲程、SCD的数据均通过Intouch在上位机上动态的显示出来，便于操作人员监控;plc远程手动操作则由操作人员根据实际经验在上位机软件中输入相应的频率及冲程，通过PLC后输出到泵 target=bbbbbb>计量泵;手动操作是操作人员直接在MCC低压开关屏上对泵 target=bbbbbb>计量泵进行调节，此过程不经过PLC以及软件。
3、软件(InTouch)的功能介绍：
1) 提供生产工艺过程流程分布、液位模拟量显示、参数设置、设备运行状态等动态画面。据此操作人员或技术人员可以对整个水厂的工艺生产以及设备运行情况有一个详细而形象的了解。
2) 系统主要参数以及设备的报警信号记录。记录的信息可以供技术人员参考，以分析仪器仪表、设备的运行情况，掌握手的资料，用于改进工艺控制，进一步提高系统的运行效率。报警信息以显眼的红色闪烁出现，提醒操作人员采取相应的措施，同时报警信息中还给出了报警的时间、故障的可能原因以及故障的现状。
3) 可以通过键盘(鼠标)直接控制现场的设备，如启动或停止水泵、刮泥桥、排泥阀等。
4) 进入系统的口令保护。以免非工作人员进入系统或随意中断运行中的系统，可以根据不同的登陆级别，实现控制本站的PLC控制设备到全厂的PLC控制设备的动作和参数修改。
5) 数据动态刷新余数据库维护。对于不同的静态画面进行数据动态刷新，加上新的动态实时数据，构成了带动态显示点的工艺画面;数据库的维护通过对存放历史趋势数据的环形队列进行移位，用新数据代替旧数据，使环形队列中始终保存到当前时刻为止30天内的历史数据。
三、结束语
九溪水厂自2000年3月投产以来，利用自动控制系统，基本实现了生产过程的全自动化运行，大大减少了操作人员的工作量，降低了员工的劳动强度，自动化程度的提高使生产人员由原来的11人减少到了现在的7人，实现了沉淀池、滤池、污水泵房等生产点的无人化作业，对于氯、氨、矾等剂的投加也实现了全自动控制，节约了原材料的消耗，降低了制水成本，了明显的经济效益。
一、系统概述：
本系统主要是针对煤粉蒸汽或热水锅炉的控制。具有锅炉水位自动控制、燃烧经济性自动控制、炉膛负压自动控制、炉压波动补偿点火系统、蒸汽压、缺水保护等自动联锁保护功能。
本系统的控制方式分自动/手动/就地，三种方式可转换。锅炉正常运行生产时，使用自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由控制台自动控制、联锁保护；手动时，可在控制台操作各设备，有互锁和联动关系；就地时，在现场操作可启停设备，闭锁，保护现场操作人员的。
二、系统的实现：
①、初始化
检测各电气设备已通电，并且有动作；然后依次检测锅炉水位是否下限，蒸汽压力是否限，煤粉罐料位是否下限，中间料仓是否下限，如上述条件有任意一条为“是”均不能。
②、点火
关闭一、二次风电动调节阀，然后依次启动引风机、二次风机、全开二次风阀门，如任意动作未执行，则停炉并报警；如设备运行正常，则延时吹扫1分钟，然后调节二次风电动阀至设定位置，启动点，此时监测火焰是否建立，延时30秒，启动一次风机，调节一次风阀门至设定位置，启动搅拌器，启动给料螺旋并调节至设定转速，此时监测火焰是否建立，如火焰建立，则油与煤粉混燃10分钟后关闭点，火焰检测器继续监测火焰是否建立，如上述任意条件为“否”或任意动作未执行，则执行停炉控制程序。
③、运行
实时监测蒸汽压力，如过设定压力，则执行停炉控制程序；如未出设定压力，则执行经济燃烧控制程序。
④、停炉
检测点是否关闭，然后依次停止搅拌器、供料螺旋、一次风机；将二次风阀门调至全开位置，延时吹扫1分钟后；检测炉膛温度直至设定温度后停止引风机、停二次风机，关闭一、二次风阀门。
锅炉紧急或异常停车：
２、锅筒水位自动控制
根据本系统锅炉容量，采用单冲量控制方式。
３、燃烧经济性自动控制
根据5分钟内对烟气中氧气含量检测的平均值，改变送风量的大小，进而达到调节锅炉经济、燃烧的目的。
燃烧经济性自动控制条件：
①、在一定的采样周期内，实际含氧量浓度变化率大于或小于工艺设定的含氧量目标值时，差值经PID运算后控制二次风阀执行器，执行器调整二次送风量，并在一定的时间内保持，以满足燃烧的经济性。
②、在一定的采样周期内，实际含氧浓度变化率在工艺含氧量目标值范围内时，系统不做运算，二次送风量保持原状态。
４、炉膛负压自动控制
考虑到燃烧过程的波动性，控制系统应设有死区不响应功能。但是当炉压持续出现波动时，起动给油泵，同时点火器动作并延时，当炉压趋于稳定，关闭点火器同时停给油泵。启动给油泵、点火器点火并在给定的延迟时间内炉压还不能趋于稳定状态，则停止锅炉的运行。
５、中间粉仓料位自动控制
根据粉仓重量控制煤粉罐旋转阀的启停，当中间粉仓重量到达下，启动旋转阀；当中间粉仓重量到达上，停止旋转阀。
６、煤粉锅炉系统连锁保护
①、水位保护
锅炉水位报警共设定水位高、水位高、水位低、水位低等4种水位报警信号。
锅炉水位保护共社水位高、水位低等两种保护。当水位高或低时停止锅炉运行。
②、蒸汽压力高保护。当蒸汽压力过设定的压力保护值时停止锅炉运行。
③、锅炉炉膛熄火保护。即锅炉在正常的运行状态下的非正常的熄火保护。
④、紧急停车保护。在现场设备调试及设备试运行期间，如果设备出现故障而设置的手动紧急保护功能
三、控制系统硬件配置：
根据工艺要求及操作使用方便，本系统将配置：低压电气柜一台和操作箱一台。
（1）主要的低压电气元件选用富士。
（2）数据集中采集及控制采用日立EH-150系列。
（3）变频器采用日立L300P系列。
（4）集中监控采用工控机。
（5）温度传感器选用符合IEC标准的热电阻和热电偶。
（6）锅筒水位采用配备就地式水位表和的压差变送器。
（7）蒸汽压力采用蓝宝石高温压力传感器。
（8）蒸汽流量和给水流量采用一体化带温补的涡街计。
四、上位机控制系统：
五、结束语：
该煤粉锅炉控制系统性高、自动化程度高、使用方便、操作简单、功能丰富、控制灵活，满足用户的控制要求，运行正常稳定。
引言
HT-7U导托卡马克核聚变实验装置是中科院等离子体物理研究所承担的大科学工程项目，其目标是能在装置上对建造稳态的托卡马克核聚变堆的性物理问题开展探索性的实验研究。HT-7U低温系统，作为该项目中主要子系统之一，是为HT-7U导托卡马克的纵向和向场导磁体稳定运
行提供冷量，同时该系统的2KW/4K制冷机还用来生产液氦以满足其他实验及用户的需求。低温系统由三部分构成：压缩机站、制冷机冷箱部分、托卡马克磁体冷却部分。采用OMRON公司的CS1G CPU44 PLC作为数据采集、控制回路、自动顺序操作和运算的主要设备，其它测量监控设备为辅的方案，实现了压缩机站的实时监测、自动控制和系统运行诊断，满足了系统性、稳定性和实时性的要求，。
1.系统介绍
HT-7U氦低温系统的压缩机站部分包括两级螺杆压缩机组、除油系统等设备，其系统流程图见图1。
压缩机部分由低压级和高压级二级串联组成，低压级为三台LG25Ⅱ型螺杆压缩机并联，将氦气从0.104Mpa（P0）压缩至0.51Mpa（P1），总的质量流量250g/s;高压级为两台LG20Ⅱ螺杆压缩机并联，将氦气从0.51Mpa（P1）压缩至2Mpa（P2），总的质量流量过360g/s。压缩机站的作用是为制冷机的降温、回温、液化、制冷等各种运行模式提供需要的稳定压力和高纯度的氦气流量，它对整个低温系统的稳定性和制冷机的工作效率至关重要。根据制冷机需要的氦气流量选择投入或停止压缩机的台数，通过对螺杆压缩机能量滑阀和五个控制阀门的调节使PO、P1、P2稳定在要求的精度范围之内。螺杆压缩机站需要测量的工艺参数主要有：压力、温度、差压、流量、液位、转速、真空度、气体纯度、阀门开度、电机电流、压缩机能量滑阀位置，系统共有数字量输入99路, 模拟量输入59路, 数字量输出59路, 模拟量输出6路;需要控制的主要过程有螺杆压缩机的启动、停车和运转，压缩机油温的调节，各设备故障时的处理等。
2.监控系统硬件结构
压缩机组监控系统采用上位机和下位机组成，系统硬件结构图如图2所示。上位机使用两台研华工控机，一台作为操作站实现整个系统的监控和数据检测，另一台作为工程师站完成组态软件的设计和开发、PLC程序的开发以及将软件通过串口传送至PLC的CPU单元。下位机采用功能强大、性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器OMRON CS1G-CPU44 PLC实现压缩机站大多数参数的采集和控制，一些不参与压力控制的参数如油吸附器压力、缓冲罐压力等信号由研华的ADAN数据模块采集，并以串行数据的形式传送给上位机，采用屏蔽电缆作为工控机串口与PLC和ADAM模块串行通信的介质。采用ADAN 4520 RS485/232C转换器是为解决RS232C的通讯距离短和干扰较大等问题
监控系统的硬件配置为：研华工控机，CPU为PIII 733，操作站还扩展了Controller bbbb 支持卡3G8F5 CLK01-E, PLC配置的模块有基本I/O单元：3块16点输入单元ID212、6块16点输出单元OC225，高密度I/O单元：2块32点输入单元ID216，特殊I/O单元：4块8路模拟量输入单元AD003、1块8路模拟量输出单元DA004、3块温度传感器单元TS102，Controller bbbb 通讯单元CS1W CLK21, ADAN模块有4块8通道模块ADAN 4017、2块3通道模块ADAN 4013和1块RS485/232 转换器ADAN 4520。
通过在现场级PLC的Controller bbbb线缆通信单元CLK21和操作站ISA插槽上扩展的通信单元3G8F5-CLK01-E，将上位机和下位机组成Omron Controller bbbb网络。OMRON公司的Controller bbbb网络（控制器网）是OMRON主要的FA（工厂自动化）级别的网络，是一种使用令牌总线通信的网络，网络中的每个节点都可作为主站进行数据的发送和接收，通过设置数据链接节点间可以自动交换预置区域那的数据。该网络中控制通信的节点称为发牌单元，它控制令牌，检查网络和执行相关的任务。这种总线型拓扑结构具有大的灵活性，易于扩充和维护，满足 了系统可扩展性要求。由于采用了分布式控制技术，可确保Controller bbbb网络不会因某个站点故障而崩溃，提高了系统的稳定性。本系统中采用屏蔽双绞线作为Controller bbbb网络的通信介质，由于各节点距离小于500m，所以传输速率达2Mbps，可满足系统实时性要求。PLC网络在完成物理连接后,对进行必要的参数设置并建立路径表, 这是整个网络配置过程中重要的部分。设置的参数包括通信单元的单元号、所在网络的节点号、I/O表、数据链接等。只有在完成这些必要的工作后，才能实现PLC网络的互连。本系统中CLK21和3G8F5 CLK01-E模块的参数设置见表1。
表1 Controller bbbb 通信单元参数设置表
工业控制组态软件是可以从可编程控制器、各种数据采集卡等设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包，组态软件能充分利用bbbbbbs强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据库等，为工业软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。北京亚控公司开发的KingView 5.1是运行在bbbbbb98/NT上的一种组态软件，由工程浏览器TouchMAK和画面运行系统TouchVEW两部分组成。TouchMAK是KingView软件的部分和管理开发系统,它的功能是建立动画显示窗口。通过它提供的工具箱可方便建立实时曲线图、历史趋势图和报警记录显示。TouchVEW是显示TochMAK中建立的图形窗口的运行环境。在螺杆压缩机监控系统中，工程师站可运行TouchMAK和TouchVEW,而操作站只允许运行TochVEW。图3是软件的结构。KingView 5.1驱动程序通过Controller bbbb网络与PLC进行通信，通过串口与ADAN模块进行通信，分别访问相应的寄存器，以压缩机现场各工艺参数的实际值或对现场的开关量和模拟量如各控制阀门的开度进行控制。本系统中将PLC的DM0～DM199设置为可读写区，即上位机可对下位机该区域进行读写操作;将DM200～DM399设置为只读区，即上位机只能读出下位机该区域的值而不能改变。
螺杆压机站测量和控制系统上位机的组态软件基本实现了螺杆压机站测控的要求。简洁且形象的模拟了压机站的工艺流程，操作人员能在控制室的计算机屏幕上了解压机站的全部运行状况，包括各种报警。权限的操作人员能在控制室实现对任何一台压缩机单操作或联机操作，所有的自动与半自动之间的切换都是无扰切换。每个控制按钮和每个自动与半自动切换按钮都有进一步的确认或取消，防止误操作。
4.控制系统设计思想
采用低压级和高压级二级串联的大型螺杆压缩机组系统在德国、日本和法国等国家有过成功例，在国内尚应用不多。这种系统的压力控制方法主要有二种：一为前级控制，二为后级控制。前级控制把压缩机进气压力作为控制依据，这种方法使系统耦合减小，但压缩机排气压力波动较大;后级控制把压缩机排气压力作为控制依据，压缩机排气压力控制精度高，但系统耦合程度大，系统实现复杂。螺杆压缩机依靠被称为能量滑阀的结构元件的增减载（由电磁换向阀的通断实现）来调节压缩机的容积，。补气阀和收气阀调节系统中的气体流量。
压缩机控制系统要求在保证压力稳定的前提下，提供给制冷机在各个工况下不同的气体流量，所以压缩机控制系统要保持氦气循环系统的流量平衡;同时要保证供气压力（二级压力）的稳定性。按照压缩机系统的结构体系，将图1中P0、P1、P2分别单进行控制，然后形成串级控制，这种控制方案可降低系统内部的耦合程度，减少控制的复杂性 。由于压缩机控制系统属于大滞后强耦合多变量过程控制系统，控制系统的数学模型难以辨识，调节各阀门开度的PID控制器参数采用凑试法整定。基于操作人员的手动控制经验，采用模糊控制+控制+PID控制的方案来实现系统的控制要求，控制系统结构图如图4所示。
构造两个模糊控制器Fuzzy Controller 1和Fuzzy Controller 2, 以Fuzzy Controller 1为例说明模糊控制器的设计。根据螺杆压缩机运行中积累的人工操作经验，确定被控制量和控制量的模糊子集如下：E1、EC1、U1:｛负向偏差大，负向偏差中，负向偏差小，无偏差，正向偏差小，正向偏差中，正向偏差大｝，简记为｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝,其中E1为低压级压缩机出口压力P1偏差，EC1为P1偏差变化率，U为电磁换向阀的通电时间。选取被控量与控制量的基本论域为e1:[-1,1];ec1:[-0.3,0.3];u1:[-10,10],其中u1为负值表示能量滑阀减载，正值表示增载，E1、EC1、U1的隶属函数根据经验确定，模糊推理采用Mamdani合成运算法，反模糊运算采用Centriod法。
1） 压缩机启动和运行时需要不断的吸入氦气，通过补气阀的PID调节使压缩机吸入的氦气压力P0维持在要求的精度之内。
2） 模糊控制+控制:当压缩机启动建立压力后，随着制冷机需气量的变化P0、P1、P2会发生变化。在压力偏差较大时，使用设计的两个模糊控制器分别调节低压级压缩机和高压级压缩机的能量滑阀的位置，从根本上使压缩机排出的气量与制冷机的需气量平衡，此过程中为避免由于能量滑阀的动作滞后而导致压力波动太大，根据经验分别给定两个旁通阀相应的开度，将能量滑阀来不及转移的气量通过旁通转移，随着能量滑阀的动作旁通阀的开度逐渐减小。
3） PID控制：压力偏差较小（设定一阈值）时，由于滑阀存在机械死区，需要采用旁通调节阀的精细调节来滑阀的机械死区。此时能量滑阀不再动作，而是用旁通调节阀的PID控制P1、P2在要求的精度之内。
4） 当出现异常情况比如核聚变装置失时，系统的回气量非常大，若能量滑阀和旁通阀同时动作仍然不能使P2有下降趋势，此时应使用收气阀将回流的氦气收到缓冲罐中。
5.系统软件配置
操作站和工程师站：bbbbbbs 2000操作系统和KingView 5.1，此外操作站还需：用来设置Controller bbbb网络的数据链接表和监视网络运行情况的OMRON FinsGateWay软件，用来监视ADAN模块运行状态的ADAN。工程师站还需：Omron CX-Programmer 2.0梯形图编程软件。
6.监控系统实现的主要功能
1）显示功能：工艺流程、测量值、设备运行状态、操作模式、报警等显示、画面调用等功能;
2）报警处理和报表生成功能：记录报警发生时间、故障内容等信息,并对报警信息进行管理，系统输出的报表有时报、日报、月报等;
3）历史趋势功能：对现场的氦气压力、液氦高度、氦气温度、阀门开度等以曲线图形显示。每个趋势曲线显示的画面主要包括画面名称、时间、趋势、说明等;
4）数据库存储与访问：实现Access历史数据库在每次系统运行时的自动创建并按分钟级记录，现场数据的存储，;
5）画面系统对系统参数、控制器参数进行修改与储存，能实现监控系统自动/半自动/手动操作模式间的无扰切换;
6）管理权限：实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可以选择操作模式，查看趋势曲线及报表等;系统工程师可以根据实际情况对软件和下位机软件进行。
7.结语
本文研究的基于PLC和组态软件的螺杆压缩机组监控系统利用了PLC抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的特点,又利用了组态软件强大数据处理和图形表现的能力，融合了较的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，具有性高、组网简单、维护容易等特点。目前该系统已经成功的在HT-7托卡马克核聚变实验和导磁体实验中应用，效果良好，对制冷机的运行效率乃至核聚变实验的顺利开展具有重要意义，同时大得提高了自动化水平，降低了工人的劳动强度。
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