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  副井提升信号系统是副井提升电控系统的重要组成部分，该系统性能的好坏将直接影响到副井提升机的运行。随着计算机技术和电子元器件的发展，产生了一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置——可编程逻辑控制器。它采用可以编制程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC及其有关的外围设备易于与工业控制系统形成一个整体、扩展其功能，已成为当今应用场合为广泛的工业控制装置，成为机电控制不可缺少的控制部件，随着工业生产自动化程度要求的不断提高，加的可编程控制器(PLC)已应用到煤炭行业的各个系统中。本文提出了一种以PLC为的矿井副井提升信号系统的设计方案。

1 总体设计

    以PLC为的矿井副并提升信号系统设计框图如图1所示。本系统主要由PLC控制器、信号输入、信号输出、井口信号箱、井底信号箱、绞车房信号箱、保护系统等几部分组成。

图1 矿井副井提升信号系统设计框图

    PLC控制器是整个系统的部分。具有功能变化灵活、编程简单，自动检测故障点，噪音低，性高，抗干扰能力强，硬件配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。

    信号输入主要包含提升机去向、提升机位置、功能信号等部分。其中提升机信号包括提矿、提物、提人、上行、下行等信号。

    信号输出主要包含下行音响、显示信号，上行音响、显示信号，提物、提矿、提人计数信号和电视显示器信号等。

    井口信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成对本水平各种信号的闭锁功能及对井下信号的闭锁功能，同时完成向绞车房发送相应的信号。

    井底信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成向井口发相应的信号，同时完成对本水平各种信号的闭锁功能。

    绞车房信号箱主要完成井口、井底提升信号的数字和汉字显示及声音提示，次或前几次信号的存储记忆和显示。完成急停信号对回路的闭锁，换程信号的发出，停车信号的闭锁等功能。

    保护系统主要包含故障信号预报、事故停车信号、紧急停车信号等。当提升机控制系统发生故障时由保护系统发送信号到，然后由PLC控制器发出信号到绞车房，并进行相应的操作，对煤矿的起到很重要的作用。

2 系统分析

    2．1 系统功能

    设计出的以PLC为的矿井副井提升信号系统可以实现以下功能：1)提升信号有数字显示功能；2)提升指令有汉字显示功能；3)急停报警功能和急停扩展功能；4)井上下信号一致方可开车；5)井下信号只能通过井上信号才能传至绞车房，不能直接传至绞车房；6)事故点个停车点，均由井上、下直接传至绞车房，停止绞车运行；7)实现方向闭锁功能；8)实现快慢连锁功能。

    系统的工作过程如下：

    提升机到位后，井口电磁传感器通过信号输入向PLC控制器传送1个到位信号。经PLC控制器处理后向绞车房发出操作指令，信号工此时可进行操车作业，打开门，落下摇台，开启阻车器。发信号顺序：下井口→上井口→绞车房。提升机装载完毕后，解除井口所有闭锁：关闭门，抬起摇台，关闭前阻车器。

    1)提升机快上

    下井口先打点2次，经PLC控制器的作用后输出，X1动作2次，移位寄存器左移2位，内部继电器R20接通，X1触发“Y8”2次，在下井口显示器上显示本次信号点数“2”，上井口、下井口电铃同时打铃2次；上井口接到打点信号后，开始打点。上井口打点器X3打点“2”，左移指令也向左移2位，Y0接通，电机做“正上”快速运动；同时，由于Y0互锁，电路Y7接通，红色指示灯亮。

    上井口打点时，Y4、Y5、Y6继电器接通，下井口、上井口、提升机房电铃晌，响铃次数与打点数相同，此时Y9接通，触发上井口显示电路显示“2”；当达到井面时，停车开关地X4打点寄存器复位，线圈失电，提升机停车、显示器复位。

    2)提升机快下

    下井口先打点3次，经PLC控制器的作用后，移位寄存器移位至R2，R0～R2接通，R1、R20失电，R21带电，其相应的触点动作闭合，上井口、下井口电铃响，下井显示“3”。上井听到指示后开始打点，过程与上相同，提升机开动。

    3)提升机慢上

    即正方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”，通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。

    4)提升机慢下

    即反方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”。通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。

3 结束语

    该系统设计出之后，已经在平山市部分煤矿初步试用，试用以来，系统运行正常，性能稳定，信号发送准确，显示屏显示，有力地了提升的性，为煤矿生产奠定了坚实的基础。

    电流控制环的应用始于20世纪早期的电传打字机，早使用的是0–60mA环路，后来改为0–20mA环路，PLC系统采用了4–20mA环路。

    4–20mA电流环有很多优势。在传统的分立器件设计中需要仔细计算，而且与当前的集成4–20mA IC相比，电路占用很大空间。Maxim推出了几款20mA器件，包括MAX15500和MAX5661，可有效简化4–20mA PLC系统设计。

    测量到的任何电流值都代表一定的信息。实际应用中，4–20mA电流环路工作在0mA至24mA电流范围。但0mA至4mA和20mA至24mA电流范围用于诊断和系统校准。由于4mA和20mA的电流用于诊断，可以认为介于0mA和4mA之间的读数表示系统中传输线断开。同样，介于20mA和 24mA之间的读数可以表示系统中出现潜在的短路故障。

    4–20mA通信的增强版称为高速可寻址远端传感器(HART?系统)，该系统向下兼容4–20mA仪表。在HART系统中，采用基于微处理器的智能化集成现场器件能够实现双向通信。根据HART协议，能够在同一4–20mA模拟电流信号线对上承载附加的数字信息，用于过程控制。

    PLC的功能可划分成几个功能组。许多PLC厂商将这些功能集成为立模块，每个模块所具备的功能随具体应用而有所不同。很多模块具有多种功能，可与多种传感器接口连接。然而，多数情况下会针对特殊应用设计模块或扩展模块，例如：电阻温度检测器(RTD)、传感器或热电偶传感器。通常，所有模块具备相同的功能：模拟输入、模拟输出、分布式控制(例如现场总线)、接口、数字输入和输出 (I/O)、CPU以及电源。我们将逐一说明这些功能，传感器和传感器接口将在其它章节分别介绍。

  引言

    数十年以来，可编程逻辑控制器(PLC)始终是工厂自动化和工业过程控制组成的一部分。从简单的照明功能到环境系统、再到化学加工等各种应用，都离不开 PLC控制。这些系统具备许多功能，提供各种模拟和数字输入/输出接口、信号处理、数据转换以及各种不同的通信协议。PLC的所有元件和功能都以控制器为，而控制器则针对某项具体任务进行编程。

    基本的PLC组件足够灵活并可配置，以满足不同工厂和应用的需求。输入激励(无论是模拟还是数字信号)来自机器装置、传感器或过程事件，表现为电压或电流。PLC准确地为CPU提供解析并转换激励信号，CPU进而确定一组发给输出系统的指令，而后者控制着安装在工厂或另一工业环境的执行机构。

    现代PLC起源于上世纪60年代，在随后的几十年中，通用功能和信号通道发生了少许变化。然而，21世纪的过程控制为PLC提出了加艰巨的新要求：、小体积和大的功能灵活性。内置保护功能，防止潜在的破坏性静电放电(ESD)、电磁干扰和射频干扰(RFI/EMI)，以及恶劣的工业环境中常见的大幅值瞬态脉冲。

    设计

    PLC需要在工业环境中无故障工作数年，而这种环境对于为PLC提供灵活性和精密性的微电子元件有较大损害。Maxim比任何一家混号IC厂商都能理解这一状况，因为我们在成立之初就以的产品性和方案于**业竞争者，确保电子器件免受恶劣环境的损害，包括高ESD、高瞬态电压摆幅和 EMI/RFI。设计人员已经普遍认可Maxim的产品，因为这些产品解决了模拟、混号设计的难题，并将年复一年坚持不懈地解决这类问题。

    高集成度

    PLC 具有4至数百路输入/输出(I/O)通道，支持各种不同规格的应用，因此，尺寸和功率也像系统精度、性一样重要。Maxim坚持在IC中集成正确的功能，始终保持**业的地位，从而减小了总体系统的空间和功率需求，得到加紧凑的设计。Maxim能够以小尺寸提供数百款低功耗、IC，使得系统设计人员能够构建满足苛刻的空间、功耗要求的精密产品。

    工厂自动化—新发明

    装配生产线是人类历史上相当新的发明创造，许多国家都在同一时期涌现出了类似的方案。我们在此列举了美国的几个示例。

    Samuel Colt (美国*制造商)在19世纪中叶展示了一种通用部件。早期的*需要立制造每杆的部件，然后再分别进行组装。为了实现自动装配，Colt先生尝试把10 只的所有部件分别放置在不同箱子内，然后随机地从箱子里抓取这些部件并组装成一只。20世纪初期，Henry Ford进一步拓展了大批量生产技术。他设立了固定装配厂，汽车在生产线上传递到不同车间。雇员只需要了解很少的装配知识，在以后的工作中也只进行这类工作。1954年，George Devol申请了美国2,988,237，这项标志着工业机器人的诞生，该机器人命名为Unimate。20世纪60年代末期，General Motors?使用PLC组装汽车的自动变速器。Dick Morley—PLC之父，为GM?开发了PLC (Modicon)，他的美国3,761,893是当今许多PLC的基础。

    基本的PLC操作

    过程控制可以简单到何种程度? 我们以一个常见的家用加热器为例进行说明。

    加热器部件密封在一个容器内，便于系统通信。这个概念可以扩展到远端控制的家用恒温加热器，通信距离在几米左右，通常采用电压控制。

    现在，我们在这个小型简单过程控制系统的基础上加以拓展，一个工厂需要哪些控制和配置?

    远距离传输线的阻抗、EMI和RFI使得电压控制方案的实施非常困难，这种情况下，电流环不失为简单、有效的解决方案。由基尔霍夫定律可知，电流环中任何一点的电流等于环路中其它所有点的电流，由此可以抵消传输线阻抗的影响。由于环路阻抗和带宽较低(几百欧姆，并且< 100Hz)，EMI和RFI的杂散拾取被降至小。PLC系统对于适当的控制非常有用，例如工厂生产系统

   PLC是工厂自动化控制中重要的装置之一，在工厂中拥有广泛的应用。而随着技术的进步，PLC已经脱离了“逻辑控制”的简单范围，多的PLC拥有模数转换、数模转换、高速计数、速度控制、位置控制、轴定位控制、温度控制、PID控制、远程通讯和语言编程等功能。
台达电子集团作为自动化产品供应商，一直致力于产品的和研发。近日，台达电子集团PLC家族又迎来了一个新成员——PM系列高阶运动控制型PLC，该款机型是目前台达的能实现复杂运动控制的PLC主机，具有微秒级高速运算处理能力及大的内存空间，能完成数控系统和运动控制板卡才能完成的运动轨迹控制，并且兼容G、M代码以及PLC指令，处于PLC业界水平。广泛应用于切割、雕刻、光刻、磨边、木工、包装、机器人、电子设备、焊接等行业。
台达PM系列高阶运动控制型PLC，除可作为运动控制主机单运作外，也可成为另一台系列主机的运动功能扩展模块，具备弹性的应用功能。具体规格如下：
    1. 主机点数：16
2. 大I/O点数：512点
3. 程序容量：64K Steps
4. 通讯端口：内建RS-232与RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU通讯协议
5. 数据缓存器：10,000字符(停电保持)
6. 500KHz高速脉冲输出：
- 内建2组AB相差动讯号输出
- X轴脉冲输出：(FP0+, FP0-), (RP0+, RP0-)
- Y轴脉冲输出：(FP1+, FP1-), (RP1+, RP1-)
7. 支持手摇轮(MPG)与多点外部讯号输入
台达电子集团在近的几年里不断推出产品，其小型PLC在占有率的排名位。台达以其贴近市场的应用需求，将众多产业的特殊需求转为台达标准而又弹性的功能供客户搭配使用,市场已逐渐认同真正产业化的台达PLC。未来五年,台达将加注重PLC的开发和与旗下其它产品间的整合，为工业级客户提供大的产品和方案

1、引 言

    某乙烯厂聚丙烯装置TS2/060-B2型氮气压缩机是意大利SIADMACCHINEIMPIANTI公司生产的往复式压缩机，主要用于对常压氮气增压以满足工艺系统需求。由于压缩机投用多年再加上恶劣的现场环境，原控制系统经常出现故障，严重影响了装置的正常运行，急需改造。

2、工艺过程与旧控制系统老化问题

    从界区来的常压氮气由级气缸吸入，被压缩，送入冷却器和冷凝分离器，在分离器中湿的气体由换热器除去冷凝水，冷凝水经合适的阀门进行周期性的排泄。压缩、冷却，干燥后气体送至下一级，同样的循环在每一级进行。常压氮气经氮气压缩机压缩后，高压氮气供主催化剂输送用，高高压氮气通过管线与工艺系统连通，供工艺系统气密用。高压氮气送入缓冲罐中，压力为1.0Mp。高高压氮气压力为3.7Mp。氮气压缩机在有润滑油润滑时工作，润滑油由润滑油泵提供，设定一个润滑油低压压力开关PSL646为3.5bar，低压压力开关PSLL649为3bar，使压缩机不在无润滑油时工作。

    机组控制系统主要由位于现场控制盘内的5块单片机电路板与部分继电器组成，完成机组的启动、停车、报警、联锁等。由于多年来一直未曾使用，控制系统中单片机电路板出现了部分锈蚀，元件运行不稳定，如吸入口压力低报PSL640信号输入后，无输出报警信号；PALL641、PAHH645、PAHH643、TAHH642在无输入信号的情况下，偶尔出现报警，其报警会引起联锁停车，而片机电路板无法购买到，所以迫切需要改造。改造为性能稳定、廉的S7-200PLC控制系统。

3、PLC控制系统硬件配置

    选用S7-200PLC的型号为CPU226DC/DC/DC24输入/16输出，订货号为6ES7216-2AD22-0XB0；选用扩展模块的型号为EM22324VDC数字组合8输入/8输出，订货号为6ES7223-1BH22-0XA0，继电器用原系统中已有的。利用STEP7-Micro/WINV4.0软件强大的功能编制程序，然后通过PC/PPI电缆将程序下载到S7-200PLC中。I/O地址分配如附表所示。

1 引 言

目前，我国对大型锅炉的给水与蒸汽质量指标要求十分严格，因而需要对炉水品质连续监控。测量pH值大多采用传统的PID控制算法，但在反应过程中，因其中和点附近的高增益使得难以调整传统PID控制器参数。因此只能采用很小的比例增益，否则系统不稳定，而比例增益过小，又将使系统的动态特性变坏。对于锅炉给水加药测控装置，已经实现了加药系统的自动化，但无自动配药设备，仍需根据汽水实验室的化验结果人工配药，这样不仅工作强度大，而且所加的氨、联胺均属有剧毒易挥发物质，会给操作者造成严重危害，并导致环境污染。为此，提出变增益三区段非线性PID和积分模糊控制（IFC）算法的两种新型pH值控制法。通过对带有时滞的pH值中和过程进行数字，结果表明，这两种控制算法均具有鲁棒性强，响应速度快和控制精度高的特点，尤其是IFC算法能克服pH值中和过程中的较大时滞。通过在某电厂的实际应用，已实现了锅炉给水配、加药系统的全自动控制。

2 pH值控制方法的研究

2.1 常规PID控制

PID控制是按偏差的比例（P—Proportional）、积分（I—Integral）和微分（D—Derivative）线性组合的控制方式。图1为常规的PID控制系统。其中，r为参考输入信号；PID为控制器；P为被控对象模型；d为干扰量；e（k）为系统误差；u（k）为控制量；pH（k）为被控过程输出量。由图可见，常规PID控制中的比例作用实际上是一种线性放大或缩小作用，很难适应酸碱中和过程中被控对象非线性的特点。

图1 典型pH值控制系统

2.2 变增益三区段非线性PID控制

将pH值变化按拐点分为：一个高增益区和两个增益系数不同的低增益区。高增益区控制器采用较低增益;低增益区控制器采用不同的高增益，以满足系统期望的性能指标。此外为防止积分饱和，采用带死区和输出限幅的PID控制算法。

2.3 模糊控制

模糊控制算法概括为：根据本次采样得到的系统输出值，计算出输入变量；将输入变量的量变为模糊量；根据输入变量（模糊量）及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量（模糊量）；由上述得到的控制量（模糊量）计算的控制量。

3 电厂锅炉给水加药控制系统

某发电厂共有4台300 MW的发电机组，分为两个单元，一单元为1#、2#机组，二单元为3#和4#机组。每个单元加计量泵包括锅炉补给水（生水经各种水处理方式净化后，用于火力发电厂的汽水损失）和炉水两种用水。现以二单元为例，加药系统采用两用一备共3台加药计量泵，即3#和4#机组各用l台加药计量泵，当其中1台出现故障时切换到备用泵。在该系统中通过检测pH值来控制炉水中磷酸盐的加入量，pH值要求控制在914～9.78，当其中1台机组的pH值9.4时，启动相应机组的加药泵。此时，磷酸盐加药箱内的磷酸盐溶液经过管道（管道上的阀门都为手动阀，正常时为打开状态）被泵入相应机组的除氧器出水管加药点。若3#机组的加药计量泵出现故障，则打开备用泵与其相连管道上的阀门，备用泵接替3#机组的加药计量泵，为3#机组的炉水加药；4#机组亦然。由于炉水中加入了适当的磷酸盐及氢氧化钠，可提高炉水的缓冲性能，并有利于维持炉水pH值的稳定性，从而防止锅炉水冷壁的结垢和腐蚀。

该系统将炉水水样经过减温减压装置引入磷酸表及pH表探头进行测量，经过模拟量转换，再经控制系统PID运算后控制变频器输出，控制加药泵转速，从而实时控制炉水的加药量，使炉水的磷酸根浓度与pH较好地保持在合格的范围内。图2给出其控制流程图。该控制分为调节器、执行器、被控对象及变送器4部分。其中，调节器由S7-200 PLC和相应控制软件组成；执行器由变频器、电机和计量泵组成；被控对象为炉水；变送器采用分析仪表，即pH表。

图2 控制流程图

3.1 控制流程

图3给出3#机组的炉水加药控制系统。该系统从在线分析仪表（磷酸根表、pH表）中提取4～20mA信号，根据运行工艺参数和确定的数学模型进行窗口式PID复合运算，中间结果送变频器，控制加泵加药量以实现加药的自动闭环调节。

图3 3#机组炉水加药控制系统

3.2 控制系统组成

该控制系统选用上位机软件WinCC+西门子PLC的组合方案。PLC系统通过PorfiBus总线方式与上位机WinCC连接。如图4所示。其中上位监控部分由工业计算机（WinCC）来完成。监控工作人员可通过CRT实时监控系统的运行状况.设定或修改系统的运行参数，同时通过CRT远程软件控制系统运行。上位工控机进行数据处理和管理，并与MIS系统等联网。上位机可对控制器进行组态，组态范围包括控制器的网络地址和时间、选择控制算法、设定算法参数、设定控制量的设、选择算法中输入量及输出量的通道等。下位控制部分由安装在现场的一套可编程控制器（PLC）来完成。它是自动加药控制系统的，用于采集相应的水质数据。由于化学加药系统具有纯滞后性质，会导致控制作用不及时，引起系统产生调或振荡，而利用计算机可方便实现滞后补偿。采用改进的数字PID控制算法和模糊控制算法，使控制器利用输出控制信号调节现场的交流变频器，进而控制电机的转速，以调节加药泵。电气部分的控制方式设计为远程和本地两种，以实现手动/半自动/自动三种功能，后两种功能由上位机切换。