6ES7222-1HD22-0XA0库存充足

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1　引　言　　
　　在工业过程控制中，PID控制适合于可建立数学模型的确定性控制系统。但在实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变不确定的系统，使PID控制器的参数整定烦琐且控制效果也不理想。近年来，随着智能控制技术的发展，出现了许多新型的控制方法，模糊控制就是其中之一。模糊控制不需要掌握控制对象的jingque数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰的系统具有良好的控制效果。PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力强，并可将模糊控制器方便地用软件实现。因此，用PLC构成模糊控制器用于油田的污水处理是一种新的尝试，不仅使控制系统更加可靠，而且取得了较好的控制效果。

2　污水处理工艺简介　　
　　目前我国许多油田处于二次采油期，即注水开采期，所采的油中含有大量的污水。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以补充、平衡地层压力，防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管，避免注入水使注水管、油管和地层结垢。其处理方法是使用A、B、C三种药剂，其中A剂为pH值调整剂，B剂为沉降剂，C剂为阻垢剂。其工艺流程方案如图2—1所示。根据工艺要求，关键是在混合罐中对污水添加A剂提高污水的pH值（即控制pH2）以减少腐蚀。添加B剂可加速污水中絮状物的沉淀。添加C剂可减缓污水在注水管和油管中的结垢。该系统属非线性、大滞后系统，其对象的jingque数学模型难以获得，采用PID反馈控制效果不是很理想，且采油联合站都位于偏僻的地方，环境恶劣。因此，该污水处理系统采用了基于PLC的模糊控制来提高系统的控制精度和可靠性，从而满足工艺要求。

3　模糊控制原理
　　控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。

　　模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊3个部分。E和Ec分别为e和ec模糊化后的模糊量，U为模糊控制量，u为U解模糊化后的jingque量。

3．1　输入模糊化
　　在模糊控制器设计中，设E的词集为［NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB］［3］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］；Ec和U的词集为［NB，NS，NM，0，PS，PM，PB］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］。令－1），pH0表示期望值。然后，将e、ec和u模糊化，根据pH值控制的经验可得出变量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1为变量E的赋值表。

3．2　模糊决策和模糊控制规则
　　总结污水处理过程中pH值的控制经验，得出控制规则，如表3—2所示。选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以消除误差为主。而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，
以系统的稳定性为主。例如，当pH值低很多，且pH值有进一步快速降低的趋势时，应加大药剂的投放量。可用模糊语句实现这条规则（IFE＝NB　ANDEc＝NB　THEN　U＝PB）。当误差为负大且误差变化为正大或正中时，控制量不宜再增加，应取控制量的变化为0，以免出现超调。一共有56条规则。每条规则的关系Rk可表示为：
　　
7）根据每条模糊语句决定的模糊关系Rk（k＝1，2，…，56），可得整个系统控制规则总的模糊关系R。

3．3　输出反模糊化
　　根据模糊规则表取定的每一条模糊条件语句都计算出相应的模糊控制量U，由模糊推理合成规则，可得如下关系：　
　
　　以此得出模糊控制量，如表3—3所示。然后依据大隶属度法，可得出实际控制量u。再经D／A转换为模拟电压，去改变变频器的输出频率n，通过　　加药泵控制加药量调节pH值，从而完成控制任务。

一、前言

四连杆装箱包装机是一种一次可以装四箱（可以是纸箱）既4×4瓶或者三箱 3×4瓶的连续装箱的包装机械设备。在啤酒等瓶装饮料行业中，四连杆装箱包装机主要完成瓶装产品的装箱、卸箱等工作。由于具有性能优良等特点，在包装行业中使用非常普及。

对于四连杆装箱包装机中电气部分的控制，是包装机使用安全、可靠性的重要保证。目前，老型号的四连杆包装机的电气装置大多采用继电器的控制方式。这种控制方式连线复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。同时，设备缺少操作的安全保障措施，容易发生事故。

随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于四连杆包装机的控制中，取代原有的控制线路。是四连杆装箱包装机控制系统发展的必然趋势。

二、系统结构

四连杆装箱包装机控制系统由电气部分和气动执行部分组成。工作过程见流程图（图1）。

电气系统输出控制在电气控制部分的改造中，分析了包装机的工作过程和控制特点；对包装机的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输出设备。控制过程以连续的逻辑量控制为主的操作方式。PLC的开关逻辑和顺序控制是PLC应用广泛、基本的功能，基于PLC的这一使用功能和特点，决定将原有继电器控制系统全部拆除，采用PLC控制。因为该用户厂家其他自动化设备使用的基本都是日本Omron公司的PLC，再根据采集和控制点数，我们选用Omron公司的SYSMAC CPM2A-60CDR-A的 PLC作为系统控制器。

三、系统设计

1．四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转，以带动夹瓶装置做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制“夹头”，“定位器”，“出箱臂”及“进箱臂”“箱导向”。设“手动”和“自动”操作两个切换开关。

2．在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停车，保证安全。

3．在传送带上安装Omron的E6A2旋转编码器，测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。

4．系统输入回路中有光电开光和接近等开关，PLC上的DC24V电源容量就不足了，各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。PLC控制系统原理图见图（2）。

5．为了使PLC系统安全可靠运行，采取了多种防护措施，如和系统中的强电设备分开接地，接地线的截面积大于2平方毫米。PLC输入和输出的感性负载都并联续流二极管等，以消除输入触点在断开时，感性负载因储能作用而产生电弧高于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。见图（3）

6．系统的输入部分36点，输出19点，一共占用PLC 54点，系统冗余6点，符合自动化系统设计要求。

四、程序设计

PLC程序采用梯形图编写，其自动控制操作流程图见图（4）。

其中，PLC主程序参照原有继电器控制系统的电气控制原理图进行设计，这种程序设计方法简单，有现成的电气控制线路为依据，设计周期短，在旧设备电气系统改造中经常采用。

按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PLC的I/O点，原来由继电器硬件完成的逻辑控制功能由PLC软件——梯形图替代完成。图（5）为四连杆装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图。图（6）为转换后的四连杆装箱包装机进箱臂部分PLC程序梯形图。进箱臂部分主要I/O对照表如下：

五、系统调试

1．调整光电开关SQ1和反射板的安装距离，使光电开关处于工作状态时，调整到“挡光”，PLC输入通道HR0003的指示灯亮。以同样方法调整好光电开关SQ2、SQ3、SQ4……..SQ10。

2．调整接近开关JQ0，使“夹头”在运动轨迹的低点时接近“档块”，并使PLC输入通道HR0012指示灯亮，以同样方法调整好接近开关JQ2、JQ3、JQ4、JQ5。

3．调试旋转编码器时，A、B、Z相按说明书接线，在PLC编程软件中对编码器的高速计数进行设置，使用Z相加软件复位方法。见图（7）。按下按钮5SA，使传送带电机停车时，四连杆装箱包装机应停止工作。

4．按动相应的按钮，分别控制进箱电机、出箱电机、瓶电机的开、停。关机以后将开关位置置于“关”。1SA和2SA分别控制“出箱臂”和“瓶定位”，10SA，15SA控制“导向”和“变距”。

5．在上述“动作”都已正确时，将“手动”转为“自动”，按下“整机启动”按钮，调试PLC逻辑程序。进行自动装箱包装操作。

六、结束语

经PLC改造后的四连杆装箱包装机电气控制系统，外观上；物理接线量大大减少，控制柜体积缩小，柜内的原器件排列有序。运行效果上；经设备运行证明，自动化程度大大优于原系统控制效果。控制可靠性大大提高，减轻了现场操作人员的劳动强度。由于系统在整个包装流水线和包装机设备的危险位置安装了光电位置检测开关，提高了操作的安全性。总体上提高了企业的经济效益。

1  引言

我公司90m2烧结机于1991年建成，plc自动控制系统采用的是美国modicon公司的584系统，其间经过升级改造，原系统已经被更先进quantum系统取代，但系统已经运行了十多年，通讯方面时常出现一些问题。控制程序一直沿用dos6.22操作系统下的modsoft v2.62开发环境，界面复杂、操作繁琐、功能简单；程序本身虽然逻辑严密，但长期以来随着工艺更新，程序也不断修改，致使结构繁琐混乱，加上中间点过多，没有注释，给维护工作造成很大困难，直接影响了烧结生产的顺利运行。

系统原先采用电气操作台控制。调度台与电气操作台分置于内外间，启停时需进入里间才能操作，耗时耗力耗人；另外，由于时间长，电气操作台线路老化、虚接，常常引起误动作，电工查找故障需对图比照，顺线路一点点检查，这些不利因素增加了人、财、物等各项成本，也极大地影响了生产作业率。次改造也只是用简单的ifix2.5画面替代电气操作台上的按钮和开关，整个生产工艺仍然通过模拟屏显示，并没有实现真正意义上的上位机画面监控。

2  解决方案

针对此种情况，2006年5月份正式实施改造,并于6月13日投入运行。本着大限度降低成本的原则，决定仍然采用quantum自动控制系统，控制程序重新编制，采用bbbbbbs2000操作系统下的concept2.6软件编程；监控画面采用ifix2.5软件，重新制作，将各个工艺流程显示在画面上，同时实现故障报警、历史趋势显示；上位机与plc之间的通讯由以前的mb+改为以太网通讯，速率更快，网络也更加稳定。

2.1 硬件配置

硬件配置如下：cpu模板：140 cpu 434 12a；电源模板：140 cps 114 20；底板：140 xbp 006 00；工控机：研华ipc-610h；显示器：philips  190s5；以太网模板：140 noe 771 00；交换机：赫斯曼rs2-tx；ifix并口支持硬件密钥；ups电源：梅兰日兰5kva；双绞线、同轴电缆若干。

(1) cpu：cpu模板140 cpu 434 12，采用80486处理器，时钟速率66mhz，逻辑解算时间大大缩短，提高了整个自动化系统的性能。

(2) 以太网(ethernet)高速通讯网：上位机与plc之间通过以太网通讯。以太网是现在普遍采用的局域通讯网络，采用tcp/ip协议，具有高速、工作方式灵活、高度可扩展、高可用性、调试快速等特点。

(3)  远程io(rio)：远程分站通过rio 网与控制器通讯。rio网是一个高速局域网络，网速达到1.544mb/s，传输介质采用同轴电缆。quantum cpu 可以支持多达31个分站，只要线路上信号衰减小于35db，远可达4572m(15000feet)。系统中每个rio分支模板要求一个分支器，网络末端加终端电阻，便于以后系统扩展。

(4)  并口支持硬件密钥：运行ifix，需要使用硬件密钥来控制和启用安装中可用的软件选项，并启用终端服务器颁发许可证，还可以保护inbbblution以防非法复制ifix软件。现有两种硬件密钥，一种支持并口配置，一种支持usb端口配置，我们采用支持并行口配置的硬件密钥。该自动控制系统的系统配置图如图1所示。

图1  系统配置图

如图1所示，该系统共有三台操作站，冗余备用，事故时不会影响生产正常运行。三台操作站通过交换机，以双绞线为传输介质，跟以太网通讯模板140 noe 771 00连接，实现以以太网方式与plc通讯。以太网通讯方式为erp采集数据提供了可能，并可以据此实现整个自控系统的远程集中控制，这是自动化技术发展的方向。根据现场设备配置，系统共有五个电磁站，中控室、原料电磁站、配料电磁站、烧冷电磁站和冷却电磁站。cpu在中控室，通过远程io(rio)与四个远程电磁站通讯。由于整个系统只采用一个cpu，传输距离太长，信号衰减并致使信号失真不可避免。所以远程通讯分为两路，各沿分开线路至不同远程分站，这样需将通讯模板通讯口和冗余接口全部占用。这样的通讯方式虽然在通讯模板上会显示错误，但并不影响正常通讯。分支器采用ma-0185-100(b)，远程通讯末端连接终端电阻，采用52 0422 000。

2.2 软件体系

(1) 编程软件：编程软件concept 2.5是一种基于bbbbbbs环境的编程工具，提供包括多种编程语言的单一开发环境，功能强大，从程序的开发和维护上都大大优于原有的modsoft软件。其优点为：采用bbbbbbs操作系统，界面简单，操作方便； concept具有联机的程序编辑功能，编辑完后可立即执行，不必重新下载；concept提供了多窗口编辑功能，可同时显示不同区段的程序，方便对照、复制与编辑；具有程序单元输入功能，可将整个开发工作分解为多个程序单元，独立输入；具有程序语法检查功能及程序测试功能。

90m2烧结机包括含铁料上料系统(81)、溶剂系统(83)、灰石转运系统(84)、白煤粗碎系统(85)、白煤细碎系统(87)、上煤系统(88)、配混系统(1、2两个系列)、烧冷系统(3、4两个系列)、成品系统(5、6两个系列)、铺底料系统和除尘系统。担负着向几座高炉输送烧结矿的任务。工艺流程如图2所示。

图2  工艺流程图

根据工艺流程以及concept特点，程序分为不同程序段，对应相应的工艺系统，如88系统、配混系统、烧冷系统等，每个程序段采用相同编程思路：

● 判断运行条件满足否。

● 满足则由操作人员启动该系统。

● 自动延时逆向启动各设备。

● 停止方式分为急停和顺停，无料时采取急停方式，有料时采取顺序停车方式，各设备间有延时。

● 启动电铃启动过程超时，则此次启动失败；故障报警输出。

程序流程图如图3所示。

图3  程序流程图

整个程序实现了工艺要求的设备连锁控制条件及系统间连锁控制条件，其中配料系统实现圆盘全部或部分参与配料，成品系统实现缓仓储料和高炉直送的无扰动切换。针对系统投运以来经常出现的“打机枪”现象，即设备的输出信号与输入反馈信号由于瞬间不稳定，信号交替闪烁，致使接触器频繁动作，影响生产及损耗设备问题，程序也加以考虑，采取措施避免了这种现象。

(2) 画面软件：ifix是inbbblution dynamics自动化软件中的hmi/scada组件，基于bbbbbbs nt，实现对生产过程监视和控制的功能。ifix2.5增加了许多重要功能，结构也加以完善，明显地减小了自动化工程设计时间，使系统升级和维护更快更简化，并且大大地增加了生产率。

上位机采用bbbbbbs 2000操作系统，i/o驱动器采用mbe，通过以太网通讯方式实现与plc之间的通讯。上位机画面包括总貌画面、81/88系统、83/84系统、85/87系统、配混系统、烧冷系统、成品系统、铺底料系统、以及除尘系统，实现了整个工艺流程的实时数据采集、过程监视(图形显示)、监视控制功能，并且增加了故障报警、历史趋势画面。画面尽量贴近现场设备，配置及颜色符合操作工习惯，大画面及操作子画面的结合使操作简单易学。

3  结束语

改造完成后，实现了整个烧结工艺流程的实时监控，通过上位机轻点鼠标即可完成设备启停，ifix画面考虑了人性化设计，画面上的开关和按钮增强了直观操作，操作简便，加快了识别速度，减少了操作错误。

综观投入运行后的生产情况，尤其是打机枪现象的解决，大大减少了烧结机停车时间，一台时烧结矿140吨，每吨烧结矿加工成本60元，按一个月少停车十二小时计，两台烧结机一年增加效益：140×2×12×12×60=242万元，加上减少的设备损耗费3万元，总计一年创效245万元。