6ES7222-1BF22-0XA8传授代理
配电自动化是对配电网上的设备进行远程实时监控、协调以及控制的集成系统。目前的系统设计大多面向微处理器，难以构建开放的硬件体系结构，用不同编成语言在不同平台上开发完成，缺乏开放性，重用性和互操作性，为了打破传统plc产品互不兼容的局限性，提出利用软plc技术，采用面向现场总线网络的体系结构以及开放的以太网通信接口来实现配电网自动化的遥测、遥信、遥调、遥控、遥视功能。
2 配电自动化系统的体系结构
根据《电力系统调度自动化的设计规程》和《地区电网调度自动化技术规范》，配电自动化系统结构一般分为三个层次：配电控制中心、站控终端层和配电自动化终端层(监控终端、监测终端、其他终端)。配电控制中心层采用pc工业控制计算机作为配电中心主站，从整体上实现配电网的监测和控制，分析配电网的运行状态，谐调配电子网之间的关系，对整个网络进行有效的管理，使其处于优的运行状态，它作为人机交互的窗口，可完成各种图形显示、系统维护设备管理、报表打印等功能，并具有可控装置和控制可调功能。由于配电网中监控设备点多面广，如变电站、开闭所、变压器、静止无功补偿设备、开关房/柜、断路器等别控设备，不可能把所有的站端监控设备直接连接到配电自动化中心主站上，必须增设站控终端，这里选择softplc公司的softplc作为站控制端，软plc通过网络实现rtu和ftu现场设备与配电控制中心主站层直接通讯，每个站控制端作为网络节点，通过internet网有机的连接在一起，浏览rtu和ftu采集的各种现场信息，基于tcp/ip协议，将信号传输到主站服务器上，同样主站服务器传输下来控制指令，经站控制端处理后，输出到被控对象的执行机构。该系统各个层次通过配电自动化通信系统internet将它们有机的连接起来，形成1个整体，完成配电网的监控和管理，如图1所示。
图1 配电自动化系统结构
3 系统设计
配电自动化管理系统是对电网进行在线和离线的智能化监控与管理，是配电网运行于安全、可靠、经济、优质、高效的优状态，它是我国配电网改造的重要组成部分。为实现实时监控与管理功能，必须解决“五遥”问题。
3.1 遥测
使用网络型电力监测智能前端实现遥测。电力监测智能前端系统是用于实时测量变压器的有功和无功功率、线路的有功功率、母线的电压和线路的电流等配电网重要的电参量系统，主要由模拟部分、信号处理部分、人机接口部分以及通讯接口部分组成，具有精度高、实时性强、性能稳定等优点，其扩充的远程数据传输功能包括485传输和基于tcp/ip协议的udp网络数据包传输，如图2所示。
图2 配电网电能监控结构图
3.2 遥信、遥调、遥控
使用softplc实现遥信、遥调、遥控。软plc系统(站控制端)由开发系统和运行系统组成。软plc的运行系统是软plc的核心，能够完成输入处理、程序执行、输出刷新的工作，亦即实现硬件plc的扫描周期，具有丰富的控制模块、开放的控制算法接口、实时在线监测功能，并具有强大的网络功能，支持tcp/ip网络，通过网络实现plc远程监控，在线修改，如图3所示。
图3 软plc的运行系统
配电终端与站控制端采用rs485总线，modbus协议通讯；站控制端(软plc)采集被控对象如变压器、无功补偿设备、开关房/所的模拟量和开关量，并通过tcp/ip协议，将信号传送到internet上，由配电控制中心主站监控系统运行状况，下达控制指令，经过站控制端softplc处理后，输出模拟量或开关量实现对被控设备的执行机构的控制。
利用softplc的离散输入点来实现遥信、用softplc离散输出点来实现遥控、用模拟采样输入来实现遥测、用模拟输出功能来实现配电网的遥调，调节如升或降有载调压装置、静止无功补偿设备的电压电流相角等。
将遥视监控系统中的视频数据融入配电自动化中，就形成了遥测、遥信、遥调、遥控、遥视为内容的“五遥”监控，实现在操作界面上，发出遥控命令时，同时可以观测到隔离开关等设备的实时情况，同时系统能在一台监视器屏幕上同时实时显示多个变电站图像，具备图像监视、远程控制、对讲报警的监控功能。
4 系统软件
系统的配电中心主站采用中文工控组态软件mcgs(monitor and control generated system)设计，mcgs是一套基于bbbbbbs平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可稳定运行于microsoft bbbbbbs 95/98/me/nt/2000等操作系统，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出等功能，使生成的系统图文并貌，稳定可靠运行。
系统站控制端的软件采用turbo c设计，采用模块化的设计方法，实时数据库为核心，对现场的各种数据采集、处理、运算以及控制功能成功能块的形式，该系统的实时数据以及各功能块参数都存在实时数据库中，各功能块通过实时数据库交换数据。主站与站终端之间采用modbus协议交换数据。
5 结束语
本文的创新点是提出一种基于软plc的分层式配电自动化网络结构的实时监控系统的解决方案，完好的实现了信息处理、故障定位、负荷管理、远方抄表、以及gis等“五遥”功能， 这样的软plc可以放到嵌入式系统上运行，打破传统产品互不兼容的局限性，不但具有开放性、可扩展性的优点，利用软plc具有的强大的网络功能实现远程控制，实现了控制与监控一体化。
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，冷凝水必须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。氮气压缩机必须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，元件运行极不稳定，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，而原单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、成本低廉的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。
附表I/O地址分配
4 PLC控制系统软件设计
根据原控制系统的逻辑关系在STEP7-Micro/WINV4.0环境下设计了PLC梯形图，下面说明了一些主要程序的设计方法。
4.1滑油压力信号、累积报警和停车程序
K24为一接通延时继电器，延时时间为15秒。当氮气压缩机停止时，继电器K24线圈断开，K24的常闭触点闭合，内部继电器M1.0、M1.1接通，M1.0、M1.1的常开触点闭合，由于原控制系统中的压力开关、温度开关都是触点断开报警，所以氮气压缩机停止时即使油泵润滑油的压力非常低，也不会产生报警，即PAL646、PALL649灯都是熄灭状态。当氮气压缩机运行时，K24接通，延时15秒后，K24常闭触点断开，M1.0线圈的通断由润滑油压力低报开关PSL646控制，M1.1线圈的通断由润滑油压力低低报开关PSLL649控制。在PLC上电后，正常状态下，PSL646、PSLL649的触点都是闭合的，所以M1.0、M1.0都是接通的，不会产生报警。当PSL646、PSLL649中有一个或都在报警状态时，报警开关的触点断开，就会产生报警。为此，内部继电器M1.0和M1.0的常开触点可以看作报警点来设计累积报警和联锁停车。
不会危机设备安全但设备已经在不正常状态下工作时的报警开关设置为累积报警，当这些报警开关中有一个产生报警，QA641断开，在DCS上产生累积报警；危机设备安全的报警开关设置为累积停车，当这些报警开关中有一个产生报警，QA642断开，在DCS上产生联锁停车。润滑油压力信号、累积报警和累积停车程序梯形图如图1所示。
图1油泵润滑油压力信号、累积报警和累积停车梯形图
4.2报警确认、试灯和消音程序
报警确认、试灯和消音按钮是本控制程序必不可少的，由于所有的报警点的程序设计方法一样，下面仅以PSL640为例分别介绍。
（1）报警确认与试灯程序的设计。应用西门子PLC内部定时器T33和T34产生一个闪烁信号，当PSL640报警后，PAL640闪烁，按下S9确认后，如果PSL640处于报警状态，则PAL640一直亮，报警恢复则灭；如果报警后未按下S9确认，无论是否还在报警状态，则PAL640一直闪烁，直到按以下S9。S8为试灯按钮，按下S8则灯亮。如图2所示。
图2报警确认和试灯梯形图
（2）报警与消音程序的设计。当PSL640报警后，K44输出，喇叭响，按下消音按钮S10后，停响；如果未按下S10，即使报警恢复正常，但喇叭仍响，直到按一下S10按钮才停响。见图3。
图3报警、消音梯形图
5结束语
西门子S7-200系列PLC功能强大，配置灵活，工程设计简单、方便，在恶劣的环境下能运行稳定，极适合在石油化工现场装置控制系统中应用。改造后的系统投入运行后可靠性高，故障率低，控制jingque，减少了维护人员的工作量，大大地提高了经济效益。
轴承加脂加盖机器是轴承加工行业的主要设备，集机、电、气等技术于一体，主要用于单面盖、双面盖、铁盖或橡胶盖的成型加工。轴承加脂加盖生产流水线机械结构复杂，工位比较多，实际生产中要求工位可灵活选择设定，并能及时检测生产中的故障进行停机排查。传统的轴承加脂加盖机器控制系统通常采用继电器接触器控制，但由于继电器系统线路复杂、故障率高、维修工作量大，导致系统控制精度低、控制灵活性差、操作不直观，故很少能实现单双面可选，加脂加盖在一条生产线上同时进行。为此，本文采用可靠性高、灵活性好的PLC作为系统的主控元件，并采用触摸屏对系统进行参数设置和故障监控，提高系统的自动化程度。
2双面轴承加脂加盖机介绍 2.1设备组成
图1轴承加脂加盖设备实物图
如图1所示，轴承加脂加盖设备实物图。多工位双面轴承加脂加盖设备，主要由机械系统、气动控制系统和电气控制系统组成。
机械系统主要有上料装置、工位送料装置、注脂、脂检、加盖、压盖、盖检、旋转翻身装置和均脂装置等组成。上料装置采用圆盘供料和PU带传送上料。工位送料采用夹持式送料方式，避免了轴承的磕碰伤。注脂采用非接触式注脂定位技术，保证了在注入油脂时注脂头不接触保持架。采用工业视觉系统进行油脂透光检查，可检查出保持架不良品。加盖采用串料杆上料方式，可适应铁盖或塑盖。压盖采用气液增压缸压盖，通过可设定上、下限的线性电位器进行盖平面高度检查。翻身采用步进驱动定位技术，保证每次完成180度工件旋转。匀脂采用时间长短可调的旋转均脂方式。
气动控制系统采用自适应式气液增压技术，在压头和防尘盖接触后加力实现无冲击静力压盖，压盖力连续可调。
电气控制系统采用和利时公司PLC控制器和触摸屏人机界面，可进行各种故障自动识别，自动声光报警，自动停机保护。
2.2工位选择工艺原理完整的双面轴承加脂加盖生产流水线依次要进行送料、加脂、脂检、空操作、A面加盖、空操作、A面盖检、A面压盖、翻身、空操作、B面加盖、空操作、B面盖检、B面压盖、删除和均脂等16个工位动作，其工序过程如图2所示。只有前一个动作检测执行成功，后面才能执行，如果前面动作执行不成功，则对应此产品的后面工位均不执行，并且执行不成功的这个不良产品将一直移到删除工位进行删除。例如：产品脂检不合格，则后面工位均不动作，移至删除位删除不良品。
图2 工序流程图
各工位开或关选择有两种模式：
（1） 触摸屏内手动选择
各工位开或关可在触摸屏内修改。比如，在触摸屏内设定‘是否需要加脂’这个条件，设定为加脂则执行加脂程序，设定不加脂则加脂程序不执行，依次类推，直至均脂。
（2） 自动循环过程自动选择
自动循环过程各工位除了要根据触摸屏内设定的工位选择条件执行外，还要依赖脂检、盖检的结果自动选择后续工位是否执行。譬如，如果某产品做A面盖检后发现不合格，则此不良品移至后续的工位时，动作都不执行，在删除工位进行不良品删除。
3 监控系统方案设计 3．1 PLC介绍 3.1.1 PLC工作原理PLC工作方式又扫描方式和中断方式，所谓扫描方式是周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期，其扫描的工作过程如下：
（1）读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
（2）执行逻辑控制程序：执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。
（3）处理通讯请求：即执行通讯任务。
（4）执行CPU自诊断：检测固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
（5）写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
中断方式是指当中断事件发生时则立即执行一次相应的中断服务程序，不受扫描周期的影响，响应速度快，从而进一步提高了PLC控制的可靠性。中断事件不发生时，不扫描中断服务程序，这样可以节约扫描时间，减少扫描周期。
3.1.2 PLC特点（1）PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，可靠性好。PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和消除了干扰。
（2）扩展性和柔性好，且可移植性好，在不改变硬件的情况下，只改变软件的程序就可以实现不同的功能。
（3）编程语言丰富，可以采用不同语言编写程序，® LM系列PLC支持6种编程语言，包括：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）和连续功能图（SFC）。给编写程序带来很大方便。
3．2 监控系统方案16工位双面轴承加脂加盖机器的电气控制系统是整机系统的一个重要组成部分，其中各工位的开或关选择是保证控制系统整体性能的关键所在。根据各工位的具体控制要求，本文采用可编程控制器和触摸屏相结合的控制方案。其中PLC完成对各工位接近开关、传感器信号的采集和逻辑运算，实现对各电磁阀、步进电机等输出装置的动作控制；触摸屏实现各种参数的设置、显示以及故障报警。
3．3 控制系统硬件设计
图3 控制系统结构
分析设备工艺要求，系统需要36路数字量输入，25路数字量输出和2路模拟量输入，同时需要一点高速脉冲输出实现步进电机运动控制。系统选用和利时公司的LM 系列可编程控制器LM3106A、LM3210、LM3212、LM3221和LM3310实现控制。 控制系统结构如图3所示。
LM3106A本体集成14通道24VDC输入， 10通道晶体管输出，可连接4个扩展模块。具有2点100KHz高速脉冲输出，一个RS-232串行通讯接口，支持Modbus RTU从站协议，可与和利时触摸屏进行串口通讯。
LM3210是8通道数字量输入扩展模块，LM3212是16通道数字量输入扩展模块，M端为模块各自的外接DI公共端，可接24VDC传感器电源的正端或负端，以适应源型\漏型的DI。
LM3221是16通道晶体管输出扩展模块，输出额定负载电压为24VDC。
LM3310是4通道的模拟量输入扩展模块，4个通道可独立配置为0-10V标准电压信号输入或者0-20mA、4-20mA可选标准电流信号输入。
触摸屏选用和利时公司5.7″彩色显示屏。
4 程序设计 4.1 主站程序设计触摸屏主要实现人机交互，对轴承加脂加盖机器进行工位开或关选择，负责系统的在线监视、控制、调试、维护。完成数据显示、数据分析和操作保护三类功能，可分为以下几个方面：
（1）参数设定、实时数据的收集处理和显示及命令控制界面，如图4所示。
（2）为保证监控系统的安全性，对于某些特殊的控制参数设有多级密码保护功能，以确保控制参数及系统的安全性。
（3）实现系统手、自动控制，即达到系统的自动控制，又便于设备的调试与维护。
（4）具有报警和故障显示功能，对系统达到预警提示及安全控制的功能。如图4-图7。
根据多工位双面轴承加脂加盖机工作过程对控制系统提出的要求，整个PLC应用程序分公共程序、手动模式程序、自动模式程序、工位控制程序和报警程序。
（1）公共程序主要对系统工作参数进行设定，实现良品和不良品的计数统计。
（2）手动模式程序可单独进行各工位的开或关选择设定，并可以单独对各工位进行动作测试，全部为点动。在自动模式运行前，需要先在手动模式下进行设备初始化操作。
（3）在自动循环模式下，按启动按钮，每次检测到有送料信号时，产品在流水线上的每个工位进行移位传递，完成要求的工位动作和检测，如此循环。
（4）工位控制程序是整个系统的核心，根据触摸屏上工位开或关的设定和自动过程中脂检和盖检的结果，控制各工位16位操作数相应位置1或0，执行循环移位，以实现对各工位动作的控制。
（5）报警程序进行包括设备运行不到位超时、产品在流水线积压、缺料等各种故障自动识别，自动声光报警，触摸屏显示，必要时进行自动停机保护。
4.2.2 工位选择控制编程思路此生产线一共有16个工位，可以对应定义16个16位的word型掉电保持区操作数%MW300-%MW330，分别对应各工位的控制位：1号%MX300.0,2号%MX302.1,3号%MX304.2，4号%MX305.3……15号%MX329.6,16号%MX331.7。1号送料工位装有光电传感器，通过该传感器对16个操作数进行移位控制，每次1号工位检测到新送过来一个产品，做一次移位，把工件位置确定下来。在需要检测工作的位置也就是3、7和13号位置装有检测传感器，产品检测到不合格时，将各操作数对应此检测位置的控制位置0，那么当移位到各工位控制位时，就不执行工位操作。
例如：0000，0000，0000，0001表示个产品刚进来，当这个产品走到工位4，操作数是0000，0000，0000，1111，此时若脂检工位(工位3)有不合格检测信号则将各操作数的第3控制位%MXm.2均置0，操作数是0000，0000，0000，1011，下一个新产品送到移位后操作数是0000，0000，0001，0111，此时%MXm.3位（4号工位控制位）是0，则4号工位不执行工位动作。依次类推，直至此不合格产品终在删除工位进行删除。
5 结语将PLC和触摸屏应用于16工位双面轴承加脂加盖机控制系统，可集中处理工艺要求的复杂逻辑，能实现加脂加盖可选、单双面可选、工位可选以及设备运行中故障报警及时停机，控制灵活，极大提高了系统的抗干扰能力和控制精度，从而使轴承成品的质量也随之提高。系统在实际生产中，得到了较好的验证，有较好的市场前景
