西门子模块6ES7211-0BA23-0XB0一级代理

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1. 引言

　　可编程控制器[1]（Programmable Logic Controller，简称PLC）作为工业控制专用的计算机，由于其结构简单、性能优良，抗干扰性能好，可靠性高，编程简单，调试方便，在机械、化工、橡胶、电力、石油天然气等行业工业控制现场已日趋广泛地得到应用，成为工控现场进行实时控制的主要的控制装置。同时利用PLC所具有的串行通信和计算机的远程通信功能，可实现计算机对多台PLC控制装置的远程集中监控。

　　在石油、天然气远程输送管线上，大口径油气管道阀门是重要的基础设备之一，具有截止、开启、配送和调压等多种功能，一旦出现故障轻则影响管线的输送功能，重则导致管线的严重破坏甚至造成人生安全，因此对油气管道及阀门的全程状态监控显得尤为重要。远程油气管道监控系统就是为提高油气远程输送的安全可靠性而提出来的，该系统允许系统操作员通过位于监控中心的计算机终端，进行对一定区域的阀门站进行远程，具有较高的可靠性和运行效率。

2. 监控系统的组成结构

　　远程油气管线监控系统硬件组成示意图如图1所示。该系统是以PLC作为远程控制终端，以工控PC机作为上位机的主从式一点对多点的远程无线监控网络，采用串行异步通讯协议。下位机PLC安装在各阀门站，根据上位机的指令或自身的控制程序控制阀门的开启或关闭，并配置各种传感器等辅助设备，组成数据采集和控制系统。上位机安装于油气调度控制中心，以半双工轮询方式同各阀门站PLC通讯，以此形成SCADA（数据采集与监控）系统。无线数传电台采用透明方式工作，只起数据传输作用，整个网络数据收发采用同一频率，通讯时，站点的识别是通过PLC的不同地址编号来实现的。

　　各阀门站采用PLC作为系统的基本RTU单元，完成各种测量和控制任务，主要由PLC本体、AD转换模块、传感器组与智能驱动装置四部分组成。

　　2.1 阀门电机主回路

　　图2为阀门电机主回路及PLC外部端子回路示意图。三相交流电动机M分别由交流接触器KMO和KMC的通断来驱动阀芯顺、逆时针转动实现阀门的开启或关闭。

　　2.2 PLC外部端子回路

　　系统选用三菱电机公司生产的FX2N-32MR作为RTU单元。智能驱动装置是引进美国Limitorque技术的SMC多回转型阀门电动装置，它可以单台控制，也可集中控制，可现场操作，也可远程控制，除能驱动阀门动作外同时还能将自身的状态以标准信号的方式送出供PLC进行状态检测[2]。考虑阀门站兼有就地和远程两种控制方式，PLC共管理12路输入信号和8路输出信号。其输入输出信号及端子分配如表1所示。

　　表1 PLC输入/输出信号及端子分配表

　　2.3 A/D转换模块

　　A/D转换模块选用与PLC本体配套的FX2N-4AD，其有四路独立的差分输入通道。每个通道可选择为电流型（±20mA）或电压型（±10VDC）信号输入。在每个阀门站管线或阀门的适当位置装上温度、压力和流量传感器，以采集油气管线的工作状态。参数信号经传感器变送后分别与FX2N-4AD各独立通道相连，经AD转换后放到相应的数据寄存器中，供PLC程序定时读取。

　　2.4 数传电台选型与设置

　　计算机与PLC之间采用无线数传电台方式进行通讯，采用交错编码、收后重发技术，提高无线通讯的抗干扰能力，确保阀门站无线远程控制的安全可靠运行。数据传输模块选用美国的MDS2710数字传输电台，它可为两点之间的数据传输提供全透明的半双工通讯连接[3]。它一端与嵌入在PLC内的通讯FX2n-485-BD通过RS485接口方式相连，另一端则通过标准的RS232接口与监控中心服务器的串口连接，组成准双向的数据发送与接收无线通讯网络，网络的大节点数可达32个。

　　电台数据帧格式设置为7位数据位、1位停止位、偶校验的方式，传输速率为9600bit/s。电台发射功率为25W，采用收、发同频方式（235MHz），主站架设全向天线，阀门站架设定向八木式天线后，数据传输距离可达15Km以上，在地势平坦地区，通讯距离可达20Km。与之相适应PLC通讯格式特殊数据寄存器D8120设置为-8058，D8121寄存器用来设置各阀门站ID号。为了安全，除在天线安装了避雷针外，天线到电台之间的馈线也加装了避雷器。

3. 监控系统软件实现

　　系统对阀门的监控能实现就地控制和远程控制两种控制方式。系统控制过程流程为：传感器将测得信号通过屏蔽信号电缆传送到A/D转换模块的输入端，经过A/D转换模块转换后存入指定的数据寄存器供PLC读取。PLC将数据通过无线数传电台送出，后到监控中心供系统处理，完成一次数据采集过程。系统控制信号当为就地控制方式时由操作者通过阀门站控制箱内的按钮直接控制;当为远程控制时则由监控中心发出，PLC接收到信号后通过输出端口控制智能驱动装置使阀门动作。

　　系统软件由两部分组成：一是PLC端实时测控软件;二是监控中心计算机测控数据实时处理软件。

　　3.1 阀门站PLC软件设计

　　PLC端阀门站实时测控软件控制过程流程图如图3所示。它采用梯形图逻辑编制，编程方便且直观。因篇幅原因，下面给出PLC本体从FX2N-4AD给取AD转换结果及部分控制程序梯形图[1，4]，如图4所示。

　　3.2 系统监控中心软件

　　本监控系统软件是利用KingView6.5[5]编写。能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，以动画图形方式显示控制设备的状态，具有数据库ODBC接口、DDE功能、可便利地生成各种曲线和用户报表，也可将数据以Excel格式输出。系统软件主要由实时监控、曲线动态生成、数据报表管理、数据库管理、报警及用户管理六大功能模块组成。

　　用户通过系统可随时清楚了解网内各阀门站的状态参数与阀门状态，对阀门实施远程控制，对所监测的各种参数均设有上、下限值，具有越限报警、紧急处理功能。系统将历史数据以多种方式保存，便于管理者进行阀门站运行数据的分析统计和故障分析[6]。图5为监控系统主画面。

图5 监控系统主画面

4. 结语

　　系统监控中心通过数据传输电台对油气管线中多阀门站参数同时实时采集、对异常情况及时报警，消除了安全隐患，极大改善了我国目前油气管线监管不力的现状，系统有较强的数据处理功能，实现了数据报表的自动生成、数据库的访问、排序、查询等多种功能。系统经半年多实际运行，其性能稳定，运行可靠，人机界面友好，易操作，使用维护方便，具有很好的可扩展性和较高的实用价值

1 引言
深圳某泵站位于深圳水库库尾，供水规模为50万m3/d，投资金额近2百万，是为解决宝安区中西部片区供水水源不足而新建的应急工程。该泵站有3套机组，均为异步电动机，其中2套作为工作机组，1套作为备用机组。总装机2000kW，设计流量5.79m3/s，设计扬程16.4m。电气主接线为10kv供电系统专线。电气及自动化控制系统按3套工作机组设计，全微机控制，实现无人值班，少人值守。
泵站的控制系统采用施耐德Modicon TSX Premium系列PLC为控制核心。Modicon TSX Premium系列PLC适用于大、中型控制系统，具有强大的浮点运算能力。配套的编程软件PL7Pro可以用指令表、梯形图，结构化文本等语言编程，允许用户创建自己的功能块(DFB)和图形的运行画面。控制柜上采用专门面向PLC的MT500系列触摸屏人机界面，配套编程软件为Eas Builder500。上位机操作系统采用微软的bbbbbbs 2000 Professional，应用软件为国产的组态王6.5。控制系统主要分两部分:机组部分和公用部分。本文主要介绍机组部分。
2 系统方案
系统方案如图1所示。机组高压柜和电容馈线柜中装有ALSTOM智能保护装置，可将I/O参数通过MODBUS总线传输到PLC中。机组和辅助设备的各状态接点和控制接点接到PLC上。数据经过PLC处理后，通过串口通信送到触摸屏显示，通过以太网传输给上位机。现阶段，工作人员通过触摸屏实现开停机组、开停辅助设备和开关蝶阀的操作。

图1 泵站机组控制系统图

3 系统的主要功能和具体实现
为便于介绍，下文以1#泵机组为例。根据泵站控制的工艺要求和系统特点，本控制系统主要实现报警、机组启停、机组辅助设备及蝶阀控制、数据处理和通讯等功能。
3.1 报警功能
高压柜和电容馈线柜出现事故和故障、辅助设备出现故障的时候，PLC有专门的输出接点指示。同时，触摸屏上弹出事故和故障报警界面，等待工作人员处理。高压柜、风机等设备的事故作用于停机。
3.2 机组启停
工作人员在触摸屏上按了开机或停机键以后，PLC将自动完成开停机过程。当有事故发生时，PLC完成事故停机过程。机组启停流程如图2和图3。

图2 泵开机流程

图3 泵正常停机和事故停机流程
3.3 机组辅助设备及蝶阀控制
机组辅助设备主要包括电机风机和稀油泵，蝶阀包括进口蝶阀和出口蝶阀。在机组启停流程图中可以看出，机组启停的流程包含了对机组辅助设备及蝶阀的控制。此处另设的控制程序，为针对单个设备的手动控制，便于机组控制系统的安装与调试。
3.4 数据处理功能
根据系统需要，PLC处理的模拟量包括泵组进口压力和出口压力、电机定子温度和油水温度。前者的采样周期较短，为20ms;后者采样周期较长，为0.5s。本文为数据处理自己定义了一个功能块(DFB)，输入信号包括功能块复位(EBOOL型)、模拟量通道地址(WORD型)、采样次数(WORD型，本文定为10次)、采样周期脉冲(EBOOL型，由定时器实现)，输出信号为模拟量信号在通讯输出缓冲区中的地址。数据处理程序不是简单的求平均值，而是先将数据依次赋值给功能块的公用变量，然后将10次的采集结果求和，减去大值和小值后再平均。功能块的输出值即为处理后的模拟量值，其对应的地址即为该值在输出缓冲区中的地址，便于触摸屏采集和显示。

3.5 通讯功能
现阶段，本系统的通讯主要包括两部分:与触摸屏的串口通讯;与智能保护装置的MODBUS总线通讯。
触摸屏MT500是专门针对PLC的人机界面，其集成了包括施耐德、西门子、三菱等几十种PLC的串口通讯程序，与PLC的通讯只需要进行简单的组态操作即可实现。本文在EasyBuilder500中将触摸屏系统参数中的PLC类型设置为bbbEMECANIQUE UnibbbWay，即施耐德PLC。通讯参数包括:RS－485、波特率9600、数据位8、无校验位、停止位1。PLC上也进行同样的设置。然后触摸屏在编制界面时，将控制信号和显示信息的地址填写为PLC输出缓冲区中对应的地址，即实现了通讯。
MODBUS通讯协议是施耐德公司设计的一种用于工业控制的主从结构式串口通讯协议，可用于实现简单的主从结构式网络监控。该协议具有两种传输模式:RTU模式和ASC模式。本文采用的是RTU模式，其报文格式如表1所示。

表1 MODBUS协议RTU模式报文格式

它没有起始位和停止位，而是以至少3.5个字符间隔时间(T1－T2－T3－T4)标志开始和结束。信息帧由地址域、功能域和CRC校验域构成，所有字符位由16进制数组成。本系统中PLC为主站，高压柜为从站1，电容馈线柜为从站2。PLC以轮巡的方式访问从站，读取数据。PLC通过MODBUS访问从站的指令为READ_VAR，参数包括网络号、从站地址号、数据类型、数据首地址、数据个数、接收缓冲区地址和大小等。由于CRC校验是以Byte型数据为基础，而PL7 Pro编程软件绝大多数指令不支持Byte型数据，因此本文在执行CRC校验前设有专门的子程序将Byte型消息段转化为高8位为16进制数00的WORD型数据段。本文的CRC检验子程序流程如图4所示