西门子6GK7243-1EX01-0XE0现货速发
1、引言
我国造纸行业自动化技术起步较晚，传统的计算机加板卡的控制方式在较长的时间内占主导地位。今年来，随着国家加大造纸行业的自动化力度，越来越多的工厂采用了DCS控制系统。
随着PLC的浮点处理能力的加强，PLC的组态灵活性，高可靠性，可以和计算机、操作员面板、其它PLC任意配合，适应各种不同的场合等特点逐渐被人们所认识，同时，PLC的现场网络化功能的加强，以及与Internet网络接口模块的相继开发，使它在工业DCS（集散控制系统）中的应用越来越广泛。
由于网络化PLC研究发展时间不长，各国的PLC产品没有统一的协议模式，通讯协议各不相同，使用户在使用某一公司的PLC产品作为下位机时，上位机一计算机必须使用同一公司的主态软件，其软件功能有一定的限制，造成用户自行开发的功能无法实现。探究其原因，主要是计算机与PLC之间的通讯协议不公开所至。对于一些协议公开的PLC产品，又因其繁复的“传输权”，造成多帧传输的复杂性。
本文针对OMRON C200系列的PLC产品，利用其开放的通讯协议，开发出主从通讯方式，自行开发出主态软件，组成DCS系统中的过程控制单元，并在工程上得以应用。
2、纸厂DCS控制系统结构
3、上位机与PLC在DCS系统中的具体分工
3.1PLC在DCS系统中的作用：
①所有现场模拟量的输入、输出信号的处理。
②所有现场数字量的输入、输出信号的处理。
③控制算法的执行。
④与上位机的通讯过程中，始终处于被动状态，不主动上传数据。
⑤OMRON CPT编程软件。
3.2上位机（计算机）在DCS系统中的作用：
①控制参数的设定，传输至PLC。
②现场工艺参数的设定，传输至PLC。
③现场所有信号的显示画面。
④历史查询，报表的制作和打印。
⑤通过以太网卡，将现场数据传输到工厂的局域网上，实现数据共享。
⑥与PLC的通讯过程中，始终处于主动状态，主动下载数据，主动向PLC要数据。
⑦WIN98操作平台，VB6.0编程软件。
4、OMRON C200系列的PLC产品的通讯方式
4.1传统的上位机和PLC主主通讯
发送帧的权利简称“传输权”，具有传输权的单元每次发送3帧后，传输权在上位机和PLC之间来回交换，见下图：
这种通讯方式的通讯时间较长，对于一台上位机联结多台PLC的组态方法，特别命令帧多131个字符，工程应用中，传输的正文字符通常大于132个字符，这就需要多帧传输方式。主主通讯对多帧传输时，由于传输权的频繁在计算机和PLC之间来回交换，通讯时间会更长，同时上位机主动下载和PLC主动上传，占用PLC的CPU处理时间，其次，对于计算机多帧下载数据，PLC的接受程序编制较为复杂。在实时精度要求较高的工业控制中，一般采用下面的主从通讯方式。
4.2主从通讯方式
由于主主通讯方式在工程实际应用中存在以上的几点问题，结合PLC的命令帧的格式，计算机作为上位机主要作用是显示、下载和通讯，加上计算机的CPU处理速度较快，系统可用资源较多，由计算机承担所有的通讯功能，将PLC的CPU从繁琐的通讯过程中解放出来，降低PLC的程序扫描周期，可以将更多的回路模拟量控制和复杂的控制算法加入程序中。
在主程序编制中，利用VB6.0计时器控件Timer的功能，创建一个计时器，定时以命令帧的方式将读取数据储存器（DM）区的命令Redd-DM Data （），以及读取内部继电器（IR）区的命令Read-IR Data （）发送至串口SendPLC（），检查串口缓冲区，接收到的字符串如果节点号，识别码均与发送指令相同时，如果检查到结束码为“00”时，认为此次接受的数据有效，通过处理接收到的字符串，将结果送到界面显示RevBuffer（）。
由于纸厂DCS控制系统中由上位机所承担的控制参数、工艺参数的设定和下载并不是实时发送的，只有当控制参数、工艺参数改变时，才将新值下载到PLC的相应数据储存器（DM）区，通过按压界面上的软按钮触发事件Send-DM Data，将数据通过SendPLC（），发送到PLC相应的DM区。
对于下载数据中出现的多帧数据时，按照命令帧的容量（132个字符）分配帧结构，当l帧参数-F载时，检查串口缓冲区，接收到的字符串如果节点号，识别码均与发送指令相同时，如果检查到结束码为"00"时，自行发送2帧命令。出现一台计算机与多台PLC连结的方式，在组成命令帧的格式时，节点号按照网络系统中，各个PLC的网络节点号而定。
5、结束语
在以OMRON C200系列的PLC为基础，以其开放的通讯协议为依据，自行开发主态软件，组成DCS系统中的重要组成部分-过程控制单元，将DCS系统产品化过程中，我们觉得OMRON C200系列的PLC具有较强的组态能力，不仅适用于小型DCS系统（100个控制回路以下），通过过程控制单元的形式，将其使用范围扩大到中型控制系统（500多点控制回路），而且与其他公司的PLC和操作员面板有较强的兼容性。因此，具有较高的性价比。
随着电厂单元机组规模的日趋大型化，对自动化水平的要求也越来越高。火力发电厂凝汽器胶球清洗控制系统的投运，可使热力系统安全、经济运行。
以F1－60MR可编程序控制器为核心组成的电厂胶球清洗PLC控制系统，改善了以往分离元件控制系统安全、可靠性差的弱点，在现场实施中体现了以下优点：首先是运算器、控制器、存储器三大部件被简化，输入、输出组件功能强。采用了多种专用接口，以适应各种工业用途的控制对象。本控制系统使用了功能表图、继电器逻辑、符号语言、专用语句等进行程序控制，编程直观、易于掌握。可编程控制器以编程软连接的方式，代替了大量的硬连接电器，从而简化了电路结构，更具有在线修改功能。F1－60MR有36个输入点、24个输出点，可进一步扩充，多可扩至120点。
其次，可编程序控制器的一个优点是可靠性高。工业生产一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力，能在恶劣环境下可靠地工作。F1－60MR在硬件上采用了模块式结构，有利于查找故障并及时修复。此外还采用了隔离、屏蔽等防干扰措施，有较强的自诊断功能，可检测出计算机的CPU、存储器异常及程序错误等。
1 胶球清洗工作原理及现场要求
电厂凝汽器水侧换热面上污垢的积聚，不仅恶化了真空，降低了汽轮机的热效率，而且会引起铜管腐蚀、泄漏，严重时会威胁汽轮机的安全运行。寻求有效的方法防止凝汽器管侧换热面积聚污垢和在已结垢的情况下寻求理想的清洗方法，就成了各国动力工作者的一个课题。
电厂凝汽器胶球清洗的PLC控制系统可在机组运行过程中不需改变负荷的情况下进行工作，而且有能耗小、效果好、设备简单、操作方便等优点。
电厂凝汽器胶球清洗系统如图1所示。密度与水相近的海绵胶球（用天然橡胶或合成树脂制成）装入球室后，启动胶球泵可以将胶球用比循环水压力高的水流送入凝汽器水室。胶球直径虽比铜管内径大1～2mm，但因是多孔柔软的弹性体，很容易被水流带入铜管，并被压缩成卵形。胶球在行进过程中抹去管壁上的污垢，流出管壁时，依靠自身的弹力弹掉表面的污垢，并随循环水流入收球室，然后被胶球泵重新送入凝汽器。
图1 电厂凝汽器胶球清洗系统图
现场既要求保证除垢效果，又要保证收球率，使其不低于90％。
2 控制系统软、硬件设计及调试
电厂凝汽器胶球清洗的PLC控制，其工作状态可分为反洗态、清洗态、收球态及故障。控制系统出现故障（主要是执行机构）应立即采取必要的保护措施同时故障指示灯亮，待运行人员进行必要的维护后，消除设备故障，重新投入运行。
根据电厂运行需要，本设计具有手动、手控和程控三种方式。手控是对热力系统进行由反洗（或清洗）状态开始“反洗→清洗→一次收球→暂停→二次收球→反洗”的程序控制过程，启动手控只进行一次循环，后回到反洗状态。而根据现场情况可选择程控运行方式，启动按钮后控制系统进行周而复始的循环。手动方式主要用于调试维修阶段。各种运行方式的相互切换都可以在反洗或清洗状态下进行。反洗、清洗及收球时间可根据运行人员要求通过编程器设定。
系统在程控或手控运行方式且处于清洗过程时，若出现收球网前后差压越限，系统自动转入收球状态，进行反洗，这样可以清除附在收球网上的污物，保护收球网。
控制框图如图2所示。图中位置反馈信号到达时间是根据设备动作时间确定的，具体根据执行机构结合现场情况进行设定，如开关网计时器设定为90s。
图2 电厂凝汽器胶球清洗控制框图
收球率作为衡量电厂凝汽器胶球清洗PLC控制的一项重要指标，是设计时必须考虑的问题。导致收球率低的原因主要有：①循环水中杂物多，这可以通过改善一、二次滤网来解决；②设备缺陷，如胶球经过的地方有死角、盲孔、串缝和回流区、铜管伸出管板过多或管壁有局部压痕，收球网设计不当等，这些在选购安装时应充分考虑；③清洗阀、出口阀、胶球泵的关停次序对收球率也有影响，顺序、时间应结合实际情况进行选定。这样才能达到良好的效果。
胶球清洗和反洗时间根据现场要求通常为几十min甚至几h，F1－60MR的定时器T大计时时间为999s，大约是16.5min。这样满足不了现场要求。本控制系统采用了计数器C与定时器T联合计时的方法，计时范围为999×999s，解决了计时时间问题（见图3）。另外，F1－60MR的定时器可以重复使用，只要正确送入K值即可。
图3 清洗及一次收球计时梯形图
硬件上，可编程控制器的9路输入用作执行机构的位置反馈信号，16路输入作为手动控制信号及试灯、系统复位、差压报警、手程控选择等。输出4路作为运行状态指示，另外10路是位置指示，剩下10路是指令输出。
收球网位置反馈比较特殊，反馈信号间断送出，使状态容易混乱，所以在此加了一个定时器T554。
3 结论
可编程序控制器F1－60MR在电厂胶球清洗系统中的运行，效果好，充分显示出其功能较强、构造简单、可靠性高等特点。系统运行情况良好，状态正常，达到了预期目的。
在运行过程中发现，现场对电厂凝汽器胶球清洗的PLC控制的投运是定时定次的，也就是根据热力系统结垢程度定时定次数启动。这样在今后设计中就可以把手控、程控合二为一。设定一个循环次数就可满足要求
宝钢三期原料场控制系统是一个集一、二、三期控制系统为一体的大型、综合的原料控制与处理系统。控制系统采用高速、可靠、先进、大容量的GE FANUC 90-70系列PLC和Alpha过程机、MMI等设备，应用IEEE 802.3 CSMA/CD以太网和GENIUS现场总线，实现对原料场工艺设备的管控一体化和三电一体化控制。
1 功能
1.1 主PLC控制功能
主PLC无I/O接口要求，应用GE公司新生产的CPX 935 CPU和CMM742以太网通信模块，采用双机热备冗余结构。其作为过程机、MMI和设备PLC之间的通信接口，主要完成流程选择、流程联锁、流程起动、顺序停止、一齐停止、故障停止、紧急停止、流程报警、流程切换、流程合流等流程功能和对整个料场的自动广播系统的控制。主PLC通过以太网和设备PLC将现场各工艺设备的运行、停止、故障、位置、操作方式、给料、料位、流量、切换、选择等数据存储在其相应的数据区。流程开始时，MMI/过程机首先把流程信息送给主PLC，主PLC接受到这些流程数据后，根据流程所含设备的状态判断该流程是否合法。主PLC给每个合法流程建立25字的流程状态控制区，该区包含流程编号、流程切换、流程合流等信息。它还开辟出3x100字存储流程设备的ID表，3x59字存储流程设备ID在所有设备ID表中的指针表以及100字的内部流程状态控制区域。原料场共有600余台设备，组合的生产操作流程556个，单程所包括的单体设备多达37个，这些流程功能都定义在一套主PLC上完成。
1.2 设备PLC控制功能
控制系统有7套共14台设备PLC，应用CPM925 CPU和CMM742通信模块。其中1#-5#设备PLC采用双机热备冗余结构。控制系统根据不同皮带输送系列和不同原料控制的要求，按照控制方便可靠、就近集散控制的原则把各种现场设备送入不同的PLC进行控制。
1#-5#设备PLC通过多模光纤、调制解调器、中继器等总线部件来完成大范围内的工艺设备的控制。设备PLC接受主PLC的控制指令，除控制原料输送、供料、受料、洒水、除尘、采样、金属检测与去除等设备外，还进行皮带秤负荷率、流量、物料累积量、料槽料位的计算和圆盘给料机CFW的PID控制。现场设备若没有紧急停止、单动、跑偏、过负荷等故障，则其处于无故障状态，可以运转。只有无故障、没有运转且工艺允许的流程才是合法的流程。如果是合法的流程，那么设备PLC一旦接收到主PLC的起动指令就立即起动现场设备。PLC检测到现场设备已经运转，就送“确认”信号给主PLC，告诉其可起动上游设备了。设备PLC接收到主PLC停止指令后，中断设备的运转。这样，主PLC在不同的时序发送不同设备的起动、停止、警铃、使用、小车需求位置、料位需求等指令，便可实现所有的流程控制功能。
6#、7#设备PLC无I/O要求，主要完成监视堆取料机的位置、进行防碰撞演算和工艺操作有关参数的设置、收集实时状态数据给主PLC，发送主PLC关于流程控制的指令和数据给堆取料机等功能。利用6#、7#设备PLC，中央控制室还可以根据如混匀堆积等工艺要求完成对现场堆取料机的远程手动和自动堆取作业。
8#设备PLC实现高炉煤粉喷吹控制。接口PLC为三期建设和一、二期改造期间的临时控制通信网关，其让新控制系统接受老控制系统的数据，并将新系统控制指令发送给一、二期PLC控制系统，保证生产的连续和稳定。
2 控制软件的开发
图1 PLC控制软件流程图
控制软件采用全符号化的梯形图编写。设计程序时应充分考虑系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。控制软件流程如图1所示。初始化模块完成PLC投入运行时的一些数据区的设定。利用硬件检测模块，PLC可以检测出其硬件的运行状态是否正常并可报警送MMI显示。热备冗余模块完成双PLC的冗余控制。读设备的信息主要包括皮带的单动、非常停止、准备运转、小车的位置、槽位信息等。选择一个合法流程后，主PLC将把所含流程的设备ID送给自动广播与指令通信系统，由后者把相关的信息通过现场扬声器分区播出，提醒现场人员注意安全。主PLC读取与MMI/过程机有关的流程信息，如果是新的流程，则在程序中根据流程设备的状态决定流程是否合法。它将为合法的流程建立流程控制与状态区。如果旧流程，则判断命令是流程的复位、紧急停止，还是流程切换、流程合流，并根据相应的命令进行处理。为调试方便，设备PLC都编写了模拟程序。在不起动现场设备的前提下，应用它可模拟设备的实际运行状况，判断PLC的控制逻辑是否正确，过程机、MMI、主PLC与设备PLC的通信是否无误。以太网通信完成设备PLC与主PLC的指令与状态数据的传输。互连Genius网用于PLC的热备冗余控制时大量数据的传送。圆盘给料机CFW的给料PID控制应用PLC的专用功能块，完成不同原料的混匀给料控制。
3 结束语
原料是钢铁企业的“咽喉”，是钢铁企业正常生产的首要条件，宝钢三期原料场PLC控制系统完成工厂流程、堆取料机、洒水系统、除尘系统以及各种皮带秤、给料机、料场料槽的监控与管理。该控制系统自1997年底开始陆续投入运行，先后成功完成了对焦炉、烧结、高炉、电厂、转炉每天约10万t各种原料供配任务。运行至今的实践说明，该控制系统具有如下特点：
①实时性强、可靠性高、扩展性好；②支持三电一体化控制；③控制距离远；④抗干扰能力强；⑤支持多种网络通信形式；⑥调试简单、维护方便、成本较低。
