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1 前言
    罐区中原油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必不可少的现场仪表,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。
2 监控系统的硬件实现
2.1 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。但主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路,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。其两线屏蔽原理如图2—1所示。

    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。
2.2 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。
3 软件设计
3.1 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。
    通讯模块的初始化工作主要是配置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。
3.2 监控软件设计
    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。
4 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证了系统的高可靠性,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。

1 引 言
    为了保证轴承检测的效率和精度,开发了一套轴承自动检测系统以取代手动检测系统。系统的控制部分使用了日本三菱公司生产的FX0N(带通讯模块)PLC,数据处理部分使用了意大利ACL公司生产的高精度激光传感器。从而在保证精度要求的情况下,大大的提高了生产效率,同时还克服了手动检测所带来的一些人为干扰因素,取得了良好的经济效益和社会效益。
2检测系统工作原理
    系统工作原理,如图1所示。

    该系统有手动和自动,两种工作方式即当把选择开关拔到手动时,系统执行手动工作方式,首先启动上料装置,被检轴承在离心力和自重的作用下到达送料机构1,在送料机构1的作用下把轴承运送到测量部件,通过测量部件对轴承进行检测,同时把检测结果送回到数据处理单元,然后运送机构2把检测完的轴承送至分选机构,在程序控制单元根据检测结果来控制分选机构,分选出合格产品、次品以及废品,当把选择开关拔到自动档位时,系统将自动地完成上述动作。
3电气控制要求
    电气控制系统是整个装置的重要部分,它的设计优劣将直接影响到整个装置的性能,所以,要求控制系统安全可靠、操作方便,能自动地完成对轴承的检测和分选。电控中数据处理部分的外接电路,如图2所示。
4控制系统的逻辑图
    根据控制系统性能要求以及PLC的性能特点,系统的逻辑框图,如图3所示,在该控制系统逻辑框图中,用户程序存储器是用计算机作为暂时缓冲存储用;工作方式选择电路是由控制面板提供;驱动电路是由74LS系列电路组成;显示电路使用MC14559芯片;报警电路是一个输出电路驱动蜂鸣器,数据处理电路,如图2所示。具体实现的电路连接图,如图4所示。



5控制方式
    系统控制方式设为两种,可用开关来进行选择:手动和自动。
    (1) 手动。这种方式主要用于系统的调试、维修或者应急情况,也就是可以通过PLC实现点动,即当选择控制面板上的不同按键,就可以使系统相应的部分动作。
    (2) 自动。这是检测系统的正常工作方式,当键入面板上的启动按钮时,系统就可以按照前述工作原理对轴承进行自动检测和分选。
6软件设计思路
    (1) 由于系统存在两种工作方式,所以软件主程分为两个分支,它的程序流程图,如图5所示。
    (2) 为了提高系统的检测精度,系统检测部件采用非接触式检测(激光反射法),主控单元增加了一个FX\|2AD模块对数据进行处理,以达到高精度的检测结果。

7软件设计中的几个问题
    (1) 掉电保护。系统所使用的状态元件、定时器和数据处理器均采用电池后备元件,当突然掉电时,可启动电池电源以保护现场数据等。
    (2) 动作互锁。为了保证检测结果的准确性,系统在软件设计上采用了前后动作互锁功能,使前后动作不能错位并且没有前面的动作,后面的动作就不能进行。
    (3) 故障处理。当遇到电气或者机械故障时,软件按超时进行处理并报警,然后进入手动方式进行故障处理。
    (4) 急停处理。当发生意外或者紧急情况时,可以按下面板上的急停按钮,终止正在进行的动作,以进行以外处理。
8结束语
    通过对PLC在检测系统中的应用,使控制系统的可靠性和工作效率得到了大大的提高;同时由于采用非接触式检测,检测精度也得到了提高。若需进行二次开发,只需增加通信模块就可以实现与上位机的通讯,实现计算机的实时处理

1引言
    可编程序控制器(PLC, Programmable  Logic  Controller)是采用微电脑技术制造的自动控制设备。他以顺序控制为主,回路调节为辅,能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。
    随着PLC技术的发展,其功能越来越多,集成度越来越高,网络功能越来越强,PLC与上位PC机联网形成的PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中,PLC集三电与一体,具有良好的控制精度和高可靠性,使得PLC成为现代工业自动化的支柱。PLC的生产厂家和型号、种类繁多,不同型号自成体系有不同的程序语言和使用方法,本文拟就用日本立石公司生产的OMRON C20p型PLC,设计几个PLC在三相异步电机控制中的应用,与传统的继电器控制相比,具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点,可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考,也可作为工业电机的自动控制电路。
2PLC在电机控制中的应用[1~3]
2.1三相异步电机的正反转控制
  要求当按下正转按钮,电机连续正转,此时反转按钮不起作用(互锁),按下停止按钮电机断开电源,按下反转按钮电机连续反转,正转不起作用。图1所示为三相异步电机的正反转控制原理图。
2.2三相异步电机的Y—△启动
  要求起动时电机接成Y型,经过一段时间自动转化为△形运行,要求Y形断开后△形才能启动,防止Y形未断△形启动造成电源短路。图2所示是三相异步电机Y—△启动控制原理图。
2.3三相异步电机时间控制
  要求第1台电动机M1启动5 s后,第2台电动机M2自动启动,只有当第2台M2停止后,经过5 s延时,M1自动停止。图3所示是三相异步电机时间控制原理图。
3程序的写入与运行
  将PLC联上编程器并接通电源后,PLC电源指示灯亮,将编程器开关打到“PROGRAM”位置,这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD!这时依次按Clr键和Montr键,直至屏幕显示地址号0000,这时即可输入程序。
    在输入程序前,需清除存储器中内容,依次按Clr、Play/Set, Not,Rec/Reset和Montr键,即将全部程序清除。按照以上3种控制的梯形图或程序指令将3种控制程序写入PLC,当上述3部分程序输入到PLC机中后,用上下方向键读出所写程序,如程序有错,可用插入指令和删除指令修改程序。
    程序输入正确后,分别按图1(a)和(c)连接PLC外部接线及主回路线路实现电机正反转控制,按图2(a)和(c)连接线路实现电机Y—△启动,按图3(a)和(c)连接线路实现电机的时间控制。此设计可以一次性把3种控制电路的程序全部输入,同时控制3种电路,运行时,按下SBF,SBR电机正反转启动,按下SB1,SB2控制电机Y—△启动,按下SB3,SB4电机顺序启动,互不干扰,事半功倍,实现了一台PLC同时控制多种电路形式。



0概述
  可编程控制器PLC在燃气轮发电站已经得到了广泛应用,它利用内部存储的控制程序软件以及外部的输入数据和操作指令,经过逻辑和算术运算,向控制装置发送指令,完成对燃气轮发电机组和各辅助设备的控制、调节。
  PLC可以对燃气轮发电机组的发动机转速、排气温度、负载以及发动机各系统的参数、状态进行控制和调节。例如,在滑油系统中,就可完成对压力、温度、液位等参数和滑油加热器、滑油冷动器、交直流滑油泵等状态的控制。本文只介绍对Taurus60燃气轮机滑油系统温度、压力控制的部分应用。
1Taurus60燃气轮机的滑油系统介绍
  Taurus60燃气轮滑油为燃气轮机轴承、发电机轴承和齿轮箱轴承提供润滑油,同时也为压气机可变导流叶片作动器、燃料作动器和放气活门作动器提供增压滑油,控制上述作动器的位置。
  滑油系统中温度传感器RTD和压力传感器TP380的安装位置见图1。

2PLC对滑油温度的控制
  PLC控制原理:Taurus60燃气轮机利用温度传感器RTD来控测滑油系统温度,并将其转换为相应的电信号经输入模块的光耦合、A/D转换,转换成数字信号,存储在内部存储器中,PLC扫描内部应用程序,读取数据,进行算术、逻辑运算,结果经输出模块转换输出控制执行机构动作,来达到上述控制目的。
  PLC控制目标:对Taurus60燃气轮机滑油温度的控制主要目的如下:①在机组停机时,启动或停止滑油箱加热器;②在运行中若滑油系统温度过高,启动报警回路、停车回路,或发出声光报警或使燃气轮机紧急停车;③控制滑油系统的三个滑油散热器冷却风扇的启动、停止和转速,从而控制滑油系统的滑油温度,使其保持在规定的范围内。
  Taurus60燃气轮机组滑油温度传感器RTD共有两个,分别为滑油箱RTD(RT390)和滑油管RTD(RT380)。滑油箱RTD安装在滑油箱内,感受滑油箱滑油温度,当滑油箱滑油温度低于设定值(65℉)(18℃)时,PLC命令滑油箱加热器启动,给滑油加热;当滑油箱滑油温度达到设定值70℉(21℃)时,PLC命令滑油加热器停止运行。滑油管RTD安装在主滑油管上,感受系统滑油温度,当系统温度高于设定值160℉(71℃)时,启动报警回路报警;当系统温度再升高超过设定值165℉(74℃)时,启动燃气轮机紧急停车回路,燃气轮机停止运行。
  PLC还可控制滑油散热器的工作,当系统温度高于设定值100℉(38℃)时,PLC命令1#、2#滑油散热器冷却风扇启动,给系统散热;当系统温度低于设定值90℉(32℃)时,PLC命令1#、2#滑油散热器冷却风扇停止工作。1#、2#滑油散热器风扇的工作是由PLC根据系统温度控制风扇变频器的输出,从而实现滑油冷却风扇的平稳调速,因此滑油温度的调节十分jingque;当滑油温度超过140℉(60℃)启动3#散热器风扇,它是由继电器控制的。
  PLC控制过程:
  限于篇幅,我们仅以滑油温度高引起Taurus60滑油系统报警、停车以及3#滑油冷却器风扇的启动、停止为例来探讨一下PLC是如何实现对滑油温度的控制的。
  PLC是使用梯形语言进行控制的。
  (1)滑油温度高引起报警、停车的控制程序当滑油管温度高于160℉(71℃)将会出现滑油温度高报警,从而引起维护人员的注意;当滑油温度高于160℉(74℃)将会出现滑油温度高停车,以确保设备的安全。
  (2)3#滑油冷却风扇启动/停止控制程序
  当滑油管温度高于100℉(38℃)或低于90(32℃),滑油冷却风扇开启或停止命令使能。具体的说,当高于100℉(38℃)或低于90℉(32℃)时滑油冷动风扇启动(或停止)命令通过输出模块输入(如图3)。
  当滑油温度超过140℉(60℃)后,3#冷却风扇启动定时器控制电路回路动作(如图4)这时继电器K280-3线圈通电(或断电)其常开接点闭合(或断开),接触器K4983线圈通电(或断电),其常开接点闭合(或断开)接通(或断开)3#滑油冷却风扇。(如图5)。

3滑油压力控制
  PLC控制原理:滑油压力是通过滑油压力传感器TP380(以下简称TP380)、输入输出模块、PLC的运算等来实现的。TP380感受0~690kPa范围内变化的滑油压力,将其转换为4~20mA的电流信号,输入输出模块将电流信号转换为供PLC识别的数字信号,PLC经过运算,将结果存储在标示为LUBEPRESS的地单元中,供程序调用。


  PLC控制目标Taurus60燃气机共有三套滑油泵,即主滑油泵、交流滑油泵、直流滑油泵。主滑油泵由燃气轮机驱动,提供燃气轮机、发电机的润滑滑油和控制作动器动作的增压滑油;交流滑油泵用于给燃气轮机、发电机提供运转前和动转后润滑,而且当主滑油压力低于设定值时紧急启动,以确保燃气轮机的正常运转;直流滑油泵作为交流滑油泵的备用泵,当交流滑油泵故障或燃气轮机发电站全站失电时,确保燃气轮机的润滑。
  当燃气轮机启动循环开始后,PLC首先对直流滑油泵进行试验,当直流泵P903压力达到4PSI,PLC使得P903断电停转并启动交流滑油泵BP321工作,如果压力达到6PSI,PLC允许燃气轮机运转,PLC启动前润滑定时器开始计时,燃气轮机必须以大于6PIS的压力进行运转前润滑30秒,滑油压力低于41PIS则PLC给出低滑油压力报警,若滑油压力低于25PSI,则启动不锁定快速停车。在燃气轮机稳定运转条件下,滑油压力的调节是由滑油压力温度控制组件完成的,但PLC始终监控着系统滑油压力的变化,并在不同状态下完成低滑油压力报警、启动交流滑油泵、启动不锁定快速停车等工作。当燃气机停止运行时,PLC检查直流泵工作,30秒计时器开始时允许滑油压力降至3PSI,定时器工作结束,重新接通交流滑油泵,运转后润滑开始。这些都是由PLC预先设定的控制程序完成。
  PLC根据燃气轮机不同的运行停车情况,编制了五种不同的运转后润滑方案供启用。
  PLC控制过程:
  这里我们只介绍滑油系统的压力计算和直流泵启动的命令程序。
  (1)滑油压力输入数据计算,滑油压力输入数据计算如图6。

  (2)直流滑油泵
    启动命令使能直流滑油泵是作为交流滑油泵的备用泵,当交流泵或者TP380故障时,直流滑油启动。其命令使能如图7。

4结束语
  PLC对滑油系统控制是十分完备的,它的控制内容、项目也是十分复杂的。它不但能控制、显示滑油系统中的压力、温度,它还能设置压力、温度的极限值,一旦系统超越了这个极限值,可以给出报警信号或停止系统运行,确保设备安全;它还可以控制滑油箱加热器的工作,控制油箱液位的高低,并给出报警信号等。限于篇幅,我们只能摘取其一小部分,做一简单介绍,希望能对大型复杂设备的滑油系统的控制有一定的借鉴价值。


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