白山西门子S7-1200代理商

一 系统介绍：
　　确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气流量等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有更重要的意义。
　　联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。
　　联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。
　　空压机联控系统图：

　　工控机选用研华工控机，监控软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。
　　1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制中心完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；
　　由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺
　　PLC控制部分是系统的核心部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
　　就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。
　　一个正常的供气流程如下：

　　把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来必须是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序
　　空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。
程序的编写主体上分两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

　　（一）读取单片机的信息
　　根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
　　在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

　　Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所必须的标志位。
（二）向单片机中写入相关信息
整个写信息部分分下面三块：
a.逻辑判断运算部分
供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。
为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。
由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
　　2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
　　没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）
对故障分类的控制策略是很有价值的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。
b.数据帧结构部分
在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。
　　c.Modbus通讯指令发送部分
　　指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
客户还要求机组顺序可以任意打乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把机器号放到依照固定顺序排列的机器号寄存器里面去，打乱这些机器号寄存器里面存放着的机器号的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组机器号寄存器的后面机器号寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退先进。

1、概述
　　井场泥浆罐液位监控系统是在石油、天然气、地质矿产和盐业等钻井作业过程中必备的安全装置系统。为了确保人员和设备的安全，为了更加及时准确地了解井下的地质状况，通过向现场工作人员显示泥浆罐的泥浆液位，并自动预警生产中可能发生的井漏、井涌等危险征兆，避免事故发生，达到井场工作人员和设备的安全，从而实现安全生产、高效生产之目的。
　　随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发展，和利时公司推出了一套技术先进、安全可靠的井场泥浆罐液位监控系统。要求严格的底层控制部份全部采用和利时公司生产的小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3系列产品，以保证系统运行的稳定性和可靠性。
　　本文介绍和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3系列产品用于井场泥浆罐液位监控系统的应用实例。
　　2、系统组成
　　系统由1块40点的高性能CPU处理器LM3108(24点开关量输入和16点晶体管输出)、2块4点模拟量输入模块LM3310、1个3.7寸的液晶显示屏MD204L（支持4行×12中文字符显示）和功能强大的上位机组态软件Focsoft 3.1组成，实现对钻井泥浆液位监控和井涌、井漏异常显示与报警及数据归档存储等功能，完成PLC自动化控制以及计算机自动化管理。

　　井场泥浆罐液位监控系统的泥浆罐管理数量为1到8个，用于检测泥浆罐储液量的传感器在每个泥浆罐上采用1个非接触式超声波液位传感器，大可有8路模拟量输入被LM3310采集。CPU模块上的两个串行通讯口分别连接上位计算机和数据显示器MD204L，用于对PLC编程和传输数据。
　　井场泥浆罐液位监控系统由上位计算机监视系统和下位PLC两部分组成，上位监视系统主要完成对现场设备运行参数的监视、处理和存储，PLC 主要完成数据的采集和对现场设备的控制。
　　上位监控计算机接收PLC上传的泥浆罐液位数据，并对数据进行处理，以数值和图形的方式显示设备运行状态和运行参数。若运行参数或运行状态发生异常，系统对异常数据进行报警，提醒工作人员进行处理。
　　3、系统主要功能
　　1、 数据采集和处理功能
　　系统能实时测量各个（多8个）泥浆罐的液位、储液量、总储液量和变化量，并将数据进行分析处理。小泥浆体积变化量为±1立方米。
　　2、 显示与报警功能
　　A：多处（液晶显示屏、上位监控室）分别显示各个（多8个）钻井泥浆罐的储液量、总储液量和变化速度（即体积在单位时间内的变化量），并且还能滚动显示多个时间段的泥浆总体积（每条数据间隔1分钟）。
　　B：多处（液晶显示屏、上位监控室）同步异常显示与报警功能，报警采用声光报警。当泥浆液位超过设定的上限或下限时，当变化速度超过设定值时，计算机与显示报警器都将同时进行井涌、井漏异常显示和报警，提醒操作者注意并及时校对泥浆罐储液量，以便采取相应措施。
　　3、 数据存储功能及设定功能
　　系统将采集的数据传送到计算机数据库进行存储，能存储1年到3年的数据量，以便进行相应的数据分析处理。可任意设定需要使用的泥浆罐罐号，如果只用几个罐时（少于8个），在泥浆罐面的显示屏和计算机上显示正在使用的泥浆罐的罐号，只采集正在使用的泥浆罐的数据，不采集其它罐的数据。
　　4、 查询及打印功能
　　A、 系统能定时打印输出钻井泥浆罐液位数据报表，实时打印输出井涌、井漏异常显示与报警数据资料报表。
　　B、 可定时打印各泥浆罐体积、液位和总体积数据。
　　C、 可实时打印各泥浆罐体积、液位和总体积数据。
　　D、 保存的数据能在中央监控室的计算机终端上根据授权的不同随时调看和打印。
　　4、结束语
　　经过一段时间的调试和试运行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC组成的控制系统已成功应用于某井场。实践证明，该系统功能完善、性能稳定、质量可靠，具有很好的性价比。

1、前言

我们都知道，使用传统的普通平头设备的进行工件的平头操作，平头面的光滑度和平面度，会受到刀具的jingque程度以及操作人员的熟练程度等诸多因素的影响。鉴于存在这种问题，我们研制了数控平头机，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率，从而充分保证平头质量。

2、控制要求

数控平头机控制要求为：

（1）控制系统应可调整刀头加工程序；

（2）不同的加工阶段可以选择不同的加工速度和加工深度。空程的时候的进刀曲线如图1所示，加工时的进刀曲线如图2所示；

（3）主轴转速应可调节，且范围应宽广；

（4）加工jingque度高，加工材料平面的光滑度要求为Ra≤1.6μm；

（5）定尺尺寸精度：±0.5mm

图1 空程时进刀曲线

图2 加工时进刀曲线

3、系统的硬件设计

根据系统的控制要求配置硬件如下：

可编程控制器：1个西门子公司的S7-200系列CPU222PLC；

人机界面：1个DP210；

外设：2个步进电动机、2个步进电机驱动器、2个三相电动机、1台变频器、1个EM222、8个电磁开关、4个光电传感器和1个霍尔传感器。

3.1 系统的I/O点分配

由硬件结构图可知,系统需要5个输入点和14个输出点.CPU222PLC有8个输入点和6个输出点,因此需要增加一个扩展模块,选用8点输出的数字量扩展模块EM222.输入点是I0.0-I0.7;输出点是和,分配情况见下表1和表2：

表1 输入端子分配表

表2 输出端子分配表
　

3.2 控制器

系统的关键的设备部分是PLC。PLC是以单片机为核心专门用于工业过程自动化控制的电脑器件，具有极高的可靠性和稳定性。本系统选用西门子公司的S7-200系列CPU222PLC作为控制的核心，利用CPU222的2路独立的20KHz的高速脉冲输出来控制步进电动机的运动。此高速脉冲信号不能直接驱动步进电动机，需通过步进电机驱动器将功率放大后才能起作用。5路数字量输入分别与5个传感器相连接，用来判断步进电机的位置、工件的位置、刀头的位置。14路数字量输出中，有6路用来控制步进电机驱动器，8路用来控制电磁阀开关。

PLC本机有一个通讯口，为标准的RS-485借口，在PLC与上位机进行通讯时需将RS-485接口转换成标准的RS-232接口，可以采用四门子提供的隔离型PLC/PPI电缆进行转换。该电缆有拨码开关可以进行设置。在上位几上将控制软件编写好后，通过此线下载程序并监视程序的运行情况。为了降低成本，在程序调试好以后就可以不必用上位机进行操作和控制，而是用简单的操作面板即可。本系统选择是DP210操作面板。

3.3 系统的外设

根据系统对刀具加工精度的高要求，选用步进电机来控制加工程序。步进电机可以jingque到一个脉冲，在本系统中一个脉冲的精度是0.005mm。步进电机驱动器用于驱动步进电机,从而控制刀头的动作,完成平头。步进电机驱动器接收到PLC的信号,包括CP步进脉冲信号,DIR方向信号,FREE脱机信号,经过其内部的功放电路和处理电路后输出到后面连接的两相步进电机。步进电机根据信号的编号来产生相应的动作。电磁阀直接接受来自PLC的控制信号产生动作。另外,PLC直接接受传感器的信号,通过内部程序的运算和逻辑判断来决定输出。

变频器用来控制主轴三相电机的转速。本系统中变频器采用基本参数运行模式,由电位器来设定运行频率,变频器的启动和停止由外部端子控制.根据不同工件的特点,通过旋转电位器来改变主轴电机的转速,外部端子的信号由PLC的第12路数字量输出控制。

4、系统的软件设计

系统的软件包括人机交互界面DP210程序和系统的主控程序。DP210程序完成操作人员同PLC之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互转换和每个操作画面当中各个按键动作所对应的PLC程序的控制位。程序画面要与生产现场的工作流程相适应，越是前面的画面就越是使用率高的画面。

PLC程序接收到DP210的操作信号后，按照工作要求进行整个刀头工作的控制。主程序的流程图如图3所示。PLC主控程序中的核心控制是对步进电机的控制，启动1#步进电机的程序如图4，控制电机方向的程序如图5。

图3 主程序流程图

图4 1#步进电机启动程序

图5 1#步进电机方向选择程序（2#步进电动机的运动控制类似1#步进电动机）

5、结束语

本文所设计的系统操作简单，加工产品范围广，加工精度高，已经成功应用于生产实践中。该平头机目前已经在某材料生产厂进行规则几何体的平头。自从开始生产以来，该系统运行稳定，产品质量显著提高，废品率明显下降。同时，极大的减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，还可以用于其它器件的平头。此外，我们设计一定范围内的刀头尺寸以适应不同工件尺寸的平头动作，且具有可更换功能。