盐城西门子S7-1200代理商

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基于PLC的石油储运监控系统的设计与实现

罐区中储罐和输油管道所使用的各种控制阀门是石油储运过程中现场仪表，其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的可靠性、稳定性和易用性。通常罐区中的控制阀数量众多且分散，普通的控制阀所含信息量少而布线繁多，这在一定程度上使罐区监控系统的设计复杂化。该系统采用英国Rotork公司的智能电动阀及其主站控制器，大大简化了监控系统的复杂设计，而且借助其丰富的诊断信息和对故障的容错能力，使系统的可靠性得以提高。

二、监控系统的硬件实现

1、Rotork智能阀控制设备

Rotork智能阀控制设备是一个阀门数据采集、监视与控制系统，它由一台主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路可以控制挂于环路上的多达240个现场控制阀，该电流环路可长达20 km。
现场电动阀的智能化程度较高，其内部含有丰富的数据和诊断信息。但较主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路，较终接入主站控制器的只有起始和末端两线，所有阀门信息通过两线通讯进入主站控制器。现场电动阀还具有线路故障屏蔽功能，当环路出现开路、短路或接地故障时，智能阀可以将故障端的线路屏蔽掉，使主站控制器仍能与线路上的所有智能阀通讯而不受影响，同时将故障信息发给主站控制器。

正常操作情况下，通讯电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A流出，经该环路从端口B流回。此时，另一条线路是冗余的。当有一处线路发生故障时，该处故障线路被阀门屏蔽，故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通讯；当有两处线路发生故障时，这两处故障之间的智能阀都被屏蔽，两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状"环路与主站控制器通讯。

主站控制器是由主CPU卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库，一个是现场单元数据库，负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据，根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动，该数据库从逻辑上划分为4个区，每个区记录60个阀门的数据；另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库，负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器，可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据，控制阀门的开闭，接收报警信号及与PLC通讯等功能。

Pakscan IIE Master Station是Rotork主站控制器中的一种，它为双重热备结构，在主控制器出现故障时可以自动切换到热备控制器。图2—2为Pakscan IIE主站控制器与现场智能阀通过两线环路相连的情况。

Pakscan IIE Master Sation有一个RS－485通讯口和一个RS－232通讯口，它们可通过Modbus协议与PLC通讯。其中RS－232通讯口可以不通过PLC直接连接打印机，打印报警信号。

2、监控系统结构

图2—3所示为现场智能电动阀监控系统的结构框图。

该系统的控制部分采用美国GE Fanuc公司的HBR双重热备型PLC系统，通过PLC控制140个智能阀(IQ actuator)的开停闭。上位监控站可监视各个智能阀的阀位回信状态、阀位值以及报警信号，并可执行开阀、停阀和关阀操作。

Pakscan IIE主站控制器与PLC之间采用Modbus协议通讯，以port 1的RS－485接口连接。正常运行情况下，主PLC和主控制器工作，从PLC和热备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步。智能阀将数据传送给主控制器，主PLC通过RS－485接口从主控制器中读取数据，并向其发布命令，主控制器再执行命令，驱动智能阀按命令运转。当主PLC或主控制器出现故障时，系统能分别自动切换到从PLC或热备控制器。

由于系统中采用的是Modbus通讯协议，一台PLC可以连接多台Pakscan IIE主站控制器，因此，若现场智能阀较多，系统可以很方便地扩展而且连线简单。

三、软件设计

1、通讯程序设计

PLC选用Modbus RTU主通讯模块(master)。Pakscan IIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备(slave)。PLC的CPU通过Modbus RTU主通讯模块控制Pakscan IIE主站控制器的读写，被称为Modbus host。系统采用单Modbus host两线通讯方式，该方式较多可以连接32个Pakscan IIE主站控制器。

主通讯模块的程序设计有3部分内容：初始化通讯模块；读写Modbus/RTU数据；监测通讯状态。

通讯模块的初始作主要是配置3个初始化控制块的参数：Slave控制块(SCB)，信息控制块(MCB)和通讯要求参数块(COM_REQ)。SCB是一个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。MCB是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。COM_REQ是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等，每一端口需要定义一个COM_REQ块。所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的**个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，此后RTU主通讯模块负责与PakscanIIE主站控制器通讯，而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。

读写Modbus／RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。

2、软件设计

上位监控站可以准确的监测和控制储运过程的所有信息和设备。通过编程、组态、连接，形象地反映实际工艺流程、显示动态数据，设置PID控制参数以及过程参数，并可以查看历史趋势、报警历史报表等。

Rotork的现场电动阀配置在流程的输油管线上，通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门，并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。设计良好的人机界面使操作简便、直观。

四、结束语

Rotork的智能阀控制设备与PLC的结合使得罐区储运监控系统布线简洁、控制方便，PLC的冗余以及Pakscan IIE主站控制器的双热备保了系统的高可靠性，也提高了控制系统的自动化程度。该系统已投入工业现场使用，效果良好

.载波频率载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。5.电机参数变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。6.跳频在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。7.加减速时间加速时间就是输出频率从0上升到频率所需时间，减速时间是指从频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下。

西门子触摸屏与PLC闭环控制的变频器使用
西门子触摸屏结合西门子PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。并可实时到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能

可用办法实现。具体作法是在施加控制的同时，令定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未**过好戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，*报好。若**时，说明不正常，可作相应处理。如果控制对象的各重要控制环节，都用这样一些"看"着，那系统的工作将了如指掌，出现了问题，卡在什么环节上也很好查找。还有其它一些工作可做。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，以至进一步能自诊断是非常必要的。它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。6用于联网、通讯PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。

电机没有反应。故障原因可能为：①电机缺相。(检查电机和电路)②软起动器内主元件可控硅短路。(检查电机以及电网电压是否有异常。和厂家联系更换可控硅)③滤波板击穿短路。(更换滤波板即可)软起动器在起动负载时，出现起动**时现象。软起动器停止工作，电机自由停车。故障原因有：①参数设置不合理。(重新整定参数，起始电压适当升高，时间适当加长)②起动时满负载起动。(起动时应尽量减轻负载)在起动过程中，出现电流不稳定，电流过大。原因可能有：①电流表指示不准确或者与互感器不相匹配。(更换新的电流表)②电网电压不稳定，波动比较大，引起软起动器误动作。(和厂家联系更换控制板)③软起动器参数设置不合理。(重新整定参数)软起动器出现重复起动。

整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用
(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DIDO模块、AIAO模块组成。PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。其主要的作用要体现以下几方面：
① 完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。
② 完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。
③ 向触摸屏提供所及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。
④ 将PID运算的数据转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。
⑤ 通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。
(2) 触摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下
① 可实时显示设备和系统的运行状态。
② 通过触摸向PLC发出指令和数据,再通过PLC完成对系统或设备的控制。
③ 可做成多幅多种画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能更加强大。
(3)变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC。
(4) 压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC。
(5) 电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。

供给主轴模块和进给伺服模块，同时产生供系统和各个模块内部使用的+24v和+5v电压。根据直流电压控制方式，它又分为开环控制的UE模块和闭环控制的I/R模块，UE模块没有电源的回馈系统，其直流电压正常时为570V左右，而当制动能量大时，电压可高达640多伏。I/R模块的电压则一直维持在600V左右。当交流380V送入电源模块后，首先内部逻辑电源电路开始工作，产生+24V和+5V电压，当内部电源正常后，端子9出现24V电压。此时模块内部主接触器还没有吸合，通过其常闭辅助触点，端子111上出现24V电压，当模块内部完成预充电过程后，113端上出现24V，通过外电路连接到端子63，允许ER模块的整流电路工作。

HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。6．SIMATICS7工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：（1）编程和工程工具编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP7标准软件包SIMATICS7是用于S7-300/400，C7PLC和SIMATICWinAC基于制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。（2）基于PC的控制软件基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序。

，整个系统的可靠性较高。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门