6ES7214-2AD23-0XB8技术介绍
1 引言
PLC（可编程逻辑控制器）由于其可靠性高、功能强、可扩展性好等特点，而被广泛应用于油气田各类生产监控系统中。在海上天然气平台的生产过程中，被处理介质往往是高温高压、易燃易爆的气体或液体，故生产安全性问题尤为突出。在这种情况下，须将控制生产处理流程的生产控制系统与专职实现保护功能的设施保护系统分开设计与安装。这样，就确保了当生产控制系统出现掉电、系统失控等故障时，设施保护系统仍能将泵、压缩机、压力容器等生产设备切换到安全状态，从而实现生产设施的安全保护。
2 系统结构
由于设施保护系统运行在现场，各种电磁干扰大，工作环境恶劣，因此选用抗干扰能力强的PLC作为系统控制主体。系统由主从处理器、远程I/O以及人机界面等构成。系统框图如图1所示。
由于I/O点数较多、数据处理量大，故在美国A-B公司的PLC5系列处理器中选用处理容量较大的PLC5/40处理挨。考虑到设施保护系统本身负责生产处理设备的安全保护功能，其自身可靠性非常重要，将处理器部分设计为冗余配置。两台处理通过DH+通信同步工作，但只有主处理器从远程I/O中读写数据。当主处理器发生故障时，从处理器立即接管远程I/O，同时升级为主处理器。
远程I/O部分选用A-B公司的1771远程I/O适配器。该适配器通过A-B公司的DH+数据总线与主处理器通讯，并刷新各输入/输出模块的I/O点状态。与远程I/O相连的现场设备，不仅包括各类传感器、执行器，还包括一些分散在现场的本地控制器，例如仪表气空压缩机控制器、干气压透平压缩机控制器，均为PLC5系列可编程控制器。考虑到设施保护系统对通信的高可靠性与实时性的要求，这些现场本地控制器不采用串行方式与设施保护系统通信，而使用0/24V开关信号直接受设施保护系统的控制。
人机界面，则由美国费舍尔-罗斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系统完成。该集散控制系统既是设施保护系统的人机界面，又是控制处理流程的生产控制系统。出于安全性方面的考虑，生产控制系统不对设施保护系统进行任何控制，仅对设施保系统监视。
为了达到企业管理和生产自动化的紧密结合，系统报表功能由一台与企业局域网相连的报表服务器完成。该服务器定时从生产控制系统与设施保护系统中读取数据，并将数据存入数据库，再自动调用Lotus Notes，将生产数据以电子邮件的形式投送到生产经理、生产监督等管理人员的电子信箱中。
3 设施保护功能的实现
为了达到保护生产设备的目的，需要通过梯形图程序对设备参数进判断并产生相应的关停指令。关停指令共有四种级别，依次是：Fire ESD（Fire Emergency Shut Down，火警紧急关停）、ESD（Emergency Shut Down紧急关停）、PSD（Process Shut Down，处理流程关停）以及USD（Unit Shut Down，生产单元关停）。
Fire ESD指令级别高，由火灾报警盘报告火警信号产生。其动作是，关停生产平台的一切设备，同时启动海水消防泵与海水喷淋系统。ESD指令由一些表示严重生产事故的信号产生，例如，检测到天然气泄漏。其动作是，除应急发电机以外，关停其他一切设备。PSD指令由一些重要设备的非正常状态产生，例如压缩机喘震，仪表气压力低等。其动作是，关停3整个生产处理流程，但保持发电机、仪表气压缩机的运行。USD则是由局部非正常生产状态产生，例如PID控制回路大幅度震荡、分离器液位高等。其动作是，关停发生故障的生产设备。
整个设施保护系统的工作过程是：PLC处理器通过远程I/O对生产设备的压力、温度、流量、转速等状态进行判断。一旦检测到非正常工作情况，则立即将生产设备进行全部或局部关停，同时通过人机界面向操作员报警。
除了由传感器检测到的非正常生产状态可产生关停止指令以外，设施保护系统同时提供了手动按钮用以产生手动关停止指令。手动按钮散布在生产区各处，由操作人员根据具体事故情况决定是否发出关停指令。
设施保护系统还提供了旁通（Bypass）功能。当维修人员对传感器进行检测或维修时，为了防止设施保护系统产生误动作，需要在梯形图程序中设置旁通位，以便将被维护仪表产生的误关停信号进暂时屏蔽处理。
整个关停过程的程序流程图如图2所示。
4 PLC的软件编程
A-B PLC 5/40处理器随机提供6200系列编程软件，但在实际编程中采用了Rockwell软件公司的Logic 5软件对PLC进行编程。Logic 5是基于bbbbbbs的应用程序，相对于6200编程软件具有直观、易用、功能强大的特点。该软件运行于PC机上，通过RS 232串行口对PLC进行编程。由于程序复杂，故将程序分为若干个子程序进行编程。这些子程序块依次是，加电初始化模块、主从处理器同步模块、人机界面通信模块、模拟量高/低报警判断模块、Fire ESD/ESD/PSD/USD信号产生模块以及关停动作执行模块。经后来的系统调试实践证明，这种模块化的编程方式对安装调试提供了很大的方便，具体程序流程图如图3所示。
5 人机界面功能的实现
人机界面由RS3 DCS与报表服务器组成。
由于RS3 DCS提供了与PLC 5系列处理器通信的子模块，故人机界面与PLC 5处理器的通信设置相对较为简单。只需将RS3 DCS的控制块设置为PLC BLOCK，并将PLC型号设置为AB PLC 5即可建立与PLC的通信。通信建立后，便可在RS3 DCS的流程画面、历史曲线以及报警设置等组态画面中引用PLC处理中的变量。借助RS3 DCS强大的组态功能，可方便地实现对设施保护系统状态的监视与跟踪。
RS3 DCS提供了简单的报表功能，但相对生产管理信息系统的要求还有很大的距离。因此，在RS3 DCS原有报表功能上重新开发了报表生成系统。报表服务器的报表软件，采用Visual Basic进行编程。该程序共分为三部分，依次是，数据通信部分、数据库读写部分以及报表生成部分。程序使用串行口通信控件从RS3 DCS中读取数据，并通过ODBC使用SQL语言对数据库进行读写操作，后再调用Lotus Notes bbbbbb生成电子邮件格式的报表，并通过局域网将报表传递到生产管理者的信箱中。
6 结束语
该系统在应用实施后运行良好，并经多次突发性事故证明了已达到保护生产设备的要求，从而确保了安全生产，降低了生产成本。系统的报表系统自运行以来为企业的管理信息系统提供了大量的生产数据，达到了为操作与管理人员提供及时、可靠的数据的要求
灯箱是一种常见的广告装置，其主要型式有单面灯箱和双面灯箱两种，为增加信息量，少数场所使用多面灯箱。随着广告业的迅速发展，大容量的灯箱广告，将会逐步被采用。本文所述的多幅面广告装置，采用小型PLC控制，以卷辊卷绕广告布的方式，滚动展示喷绘在广告上的多幅广告，适用于构成单面或双面灯箱。
2 工作原理及主要技术参数
该广告展示装置主要由驱动电机3、11及与电机同轴的电磁制动器4、12，减速齿轮2、10，单幅画面定位检测光电开关5，幅面总长限位开关6，可编程控制器等组成。图1 为广告装置工作原理示意图。
其工作原理如下：电动机3通过齿轮减速机构2带动卷辊1顺时针转动，将广告卷绕在卷辊上，此时，广告画面自下而上运动（称正向展示），当广告布移动的距离等于一幅广告画面的高度（如2米）时，贴在广告布上的反光片7将来自定位检测光电开关5的红外光束反射回去，光电开关5检测到该反射光束后产生一脉冲信号，并送至PLC的I1输入端（见图2）。
PLC不断扫描执行图3所对应的程序，检测到上述信号后，切断电动机3的电源，同时电磁制动器4、12失电，电机被迅速制动，欲展示的广告画面停顿下来，装置展示该幅广告。每幅广告被展示时间的长短取决于PLC定时器的时间设定值T，展示时间达到设定值（如T-3分钟）时，PLC控制电动机3再次启动、运转，重复上述各动作过程，进而展示下一幅广告。装置正向展示到后一幅广告时，贴于广告布下端，用于幅面总长限位的反光片8，运动到光电开关6的正前方，同时用于后一幅广告幅面定位的反光片，处于光电开关5的正前方。光电开关6、5各产生一脉冲信号，分别送至PLC的输入端I2与I1（见图2 ），PLC检测到上述两个脉冲信号后，执行异或门BF03和脉冲触发器SF02及SF01、BF01（图3 ）
等功能块对应的程序，封锁输出端Q1，实现Q1、Q2互锁，为反向展示作好准备，当该幅广告的展示时间达到设定值时，PLC的输出端Q2及Q3、Q4接通电源，电机11转动，并经齿轮10带动卷辊9逆时针转动，使广告布自上而下运动，装置依次逆向展示各幅广告。
装置主要技术参数：
(a). 广告幅面尺寸：4米（宽）×2米（高）；
(b). 广告画面大数量：12幅；
(c). 更换画面时布面运动速度：0.2 ~ 0.3m/s；
(d). 广告画面展示时间：0.5 ~ 120分钟；
(e). 驱动电机：220VAC，60W。
3 PLC控制系统设计
3.1 系统主要功能
(a). 手动/自动运行方式转换——正常情况下，系统处于自动运行状态；系统调试、制作广告时，设置为手动状态；
(b). 正/逆向展示转换——主要用于系统调试；
(c). 正向手动、逆向手动调整——在运行方式手动状态时，可操作此功能开关使广告画面正向或逆向运动；
(d). 故障保护及报警——防止幅面总长限位开关出现故障时，广告布从卷辊上撕扯掉。
3.2 PLC的选择及系统组成
依据系统功能要求及控制对象的数量，系统输入信号有：?自动/手动转换信号，?正向/逆向转换信号，?单幅画面定位信号，?幅面总长限位信号，?正向手动调整信号，?逆向手动调整信号；系统输出信号有：?电机控制信号（自动控制2个，手动控制2个），?电磁制动器控制信号2个，?报警信号1个。上述信号均为开关量，其中输入信号及报警输出信号为24VDC，余下的输出信号皆为220VAC，系统I/O设备占用I/O点数为输入6点，输出7点，可选用一般小型PLC。为方便编程及使用，采用SIEMENS公司LOGO！系列24RCL型可编程控制器，其输入12点（24VDC），输出8点（继电器输出），该型PLC大特点是自带操作及显示单元，因此，用户可方便地编辑、修改程序。
PLC控制系统的I/O连接如图2所示。
3.3 程序设计
24RCL型可编程控制器采用功能块式编程语言，以BF表示基本功能块，SF表示特殊功能块。图3为该广告展示装置控制系统的功能块图，分别依靠断开延时功能块SF01，脉冲触发器功能块SF02，加/减计数器功能块SF03，实现展示时间的设定，正/逆向展示转换，广告画面数量设定功能。
4 结束语
该广告展示装置样机制作已经完成，通过测试及连续运转试验，表明各项性能指标达到设计要求，具有结构简单，安装、调试方便，运转可靠，功能齐全，信息量大之优点。
利用两个或多个常闭触点来保证线圈不会同时通电的功能成为“互锁”。三相异步电动机的正反转控制电路即为典型的互锁电路，如图5-4所示。其中KMl和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。
图5-4 三相异步电动机的正反转控制电路
如图5-5所示为采用PLC控制三相异步电动机正反转的外部I/O接线图和梯形图。实现正反转控制功能的梯形图是由两个起保停的梯形图再加上两者之间的互锁触点构成。
图5-5 用PLC控制电动机正反转的I/O接线图和梯形图
应该注意的是虽然在梯形图中已经有了软继电器的互锁触点（X1与X0、Y1与Y0），但在I/O接线图的输出电路中还必须使用KM1、KM2的常闭触点进行硬件互锁。因为PLC软继电器互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件接触器触点的断开时间往往大于一个扫描周期，来不及响应，且触点的断开时间一般较闭合时间长。例如Y0虽然断开，可能KM1的触点还未断开，在没有外部硬件互锁的情况下，KM2的触点可能接通，引起主电路短路，因此必须采用软硬件双重互锁。采用了双重互锁，同时也避免因接触器KM1或KM2的主触点熔焊引起电动机主电路短路。
