6ES7212-1AB23-0XB8厂家质保
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本文就江苏油田真武油管修复中心的实际情况给出一个利用OMRON PLC和King View实现的油管清洗监控系统。详细阐述了系统的结构、硬件设计、通讯方式的构成以及软件的设计思想。该系统已经投入运行，应用效果良好。
关键词：PLC;组态王;油管;热洗
1.引言
可编程控制器（PLC）以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，现已广泛应用于生产工艺过程。在目前的很多自控系统中，常选用PLC作为现场的控制设备，用于数据采集、状态控制和输出控制，而在系统上位机（通常为工控机）上利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，以实现监控和管理功能。这种控制系统充分利用了微型机和PLC的各自的特点，实现了优势互补，得到了广泛的应用。
九十年代初，国内绝大多数油田对从井筒内取出的油管采取直接在现场用锅炉车产生高温蒸汽清洗的办法来清洗油管内外壁，这种办法一方面会造成环境污染，另一方面清洗效果也不理想。随着油田生产的规模化、化，大多油田成立了油管修复单位，定点、定员、定设备进行油管的清洗、检测、修复工序。清洗环节国内油田主要采用三种方式：高压旋转水射流、中频加热清洗和高温热洗。
根据江苏油田井下作业处真武油管修复中心的实际情况，设计了以研华Pentium Ⅲ工控机、OMRON CQM1H-CPU21型PLC为硬件核心，以组态王KingView6.01为软件平台的计算机监控系统，对油管进行高温热洗操作。系统总体设计如图1.
下面从硬件和软件两方面对油管高温热洗工艺进行分析。
2.硬件构成
利用现有一台2T锅炉通过旁管对热洗池内清洗液（主要成分为清水，含适量比例的氢氧化钠和金属表面活性剂配剂）进行加热。考虑油管体积、质量较大，人工搬运不便，且热洗间处于高温危险环境，故采用机械滚轮传输、气缸举升和机械式链提升装置，并由磁敏、光电或机械式行程开关对油管进行限位或控制滚轮、气缸的动作。
整个工艺系统设计采用OMRON CQM1H-CPU21型PLC作为控制核心。CPU21本身具有16个数字量I/O点，通过外接输入模块ID212四块和输出模块OC222三块作为I/O口功能扩展，以满足设计需要。PLC通过COM口与工控机相连，与组态王KingView软件结合，实现计算机监控操作功能。硬件构成简图如图2。
3.软件分析
待清洗油管经传输线进入热洗池内管架，与池内清洗液充分接触，进行热交换，油管内外壁原油溶化、剥离，上浮至清洗液表面。油管被链提升装置提出至液面以上，进行次控水。控水完毕后仍经链提升装置提升至通径传输线一。通径传输线一正转，将油管送至内壁冲洗机，进行内壁冲洗。冲洗完毕后通径传输线一反转，油管后退至通径传输线一下料感应器，通径下料翻板动作，将油管翻至通径传输线二。通径下料翻板回位后，控水气缸动作，进行第二次控水。控水完毕后，通径传输线二正转，将油管传输通过外壁冲洗机，进行外壁清洗。完毕后出料，完成一根油管的清洗作业。PLC编程思路如图3。
由于整个系统监控点数多，画面复杂，自行设计监控软件周期较长、难度较大，所以上位机采用国内先进的组态软件—组态王KingView6.01进行编写。组态王是运行于bbbbbbs98/NT/XP的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，充分利用了bbbbbbs的图形编辑功能，能方便地构成监控画面，具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，用其构造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。组态王与PLC之间通信采用的是PPI通讯协议。组态王通过串行口与PLC进行通信，访问PLC相关的寄存器地址，以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。在实际编程过程中不需要编写读写PLC寄存器的程序，组态王提供了一种数据定义方法，在定义了I/O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。
根据监控的实际要求，设计的软件实现了下述功能：工艺流程进行动画显示，可以直观的看出各条传输线、水泵、电机的运转情况，以及热洗池内油管数量和班产量。此外，针对不同的操作人员，设置不同的系统操作权限及密码，并给予系统操作帮助等等。系统控制界面如图4。
4.结束语
本文作者创新点：设计运用组态王和PLC进行通讯，具有时效性好、速度快、可靠性高、运行稳定、调节灵活等优点。系统人机界面友好而直观，具有一定的灵活性，易于扩充。设计于2001年竣工投产，现已正常运转5年，整个系统运行平稳，安全可靠。特别是PLC和组态王软件技术的结合应用，使得生产中自动化程度大大提高，降低了工人的劳动强度，取得了较好的实际使用效果
1 引言
虹吸式离心机是一种特殊结构的离心机，它是在刮刀离心机的转鼓上增加了转动虹吸装置，从而具有普通刮刀离心机没有的优势，即提高了过滤推动力及过滤效率，增加了生产能力，延长了有效周期[1]。然而，虹吸式离心机优势的正常发挥是以准确操作控制离心机为前提条件。虹吸式离心机是连续运转、循环工作的，各工序间严格以时间或条件为控制依据，每个阀门的开、关控制及虹吸管的协调工作不能在一般的人工操作条件下达到要求。
可编程控制器（PLC）是常用于工业现场的计算机控制装备[2]，随着其扩展功能和通信能力的增强，越来越多的应用于复杂的分布式计算机控制系统。本文利用可编程控制器的通信功能，来控制多台虹吸式离心机的运行，不仅能够准确分散地控制每一台离心机正常、高效工作，而且能够通过上位机集中采集、显示、修改每一台离心机的运行参数，起到控制及风险分散，显示和操作集中的目的。
2 系统的组成
系统的组成如图（1）所示。
图（1）多台离心机控制系统的组成框图
（一）PLC的功能模块
PLC作为控制系统的基本控制器。PLC向下采集信号以及控制工业现场的离心机。一台PLC控制一台虹吸式离心机。包括控制离心机的主电机的启停、各个电磁阀的动作、虹吸管的进退、显示和报警的控制等。PLC在每一个采样周期采集模拟信号，包括主电机的电流信号、主机前后轴承的温度、振动信号。PLC向上通过数据通道传输现场信号，并接收上位机来的信号。PLC作为整个控制系统的主体，它的性能及可靠性起着关键的作用。我们选择光洋电子公司的S系列可编程控制器。它的模块组成如表（1）所示。
表（1） 可编程控制器模块的组成
CPU选用SZ-4，可安装128个输入输出点数，指令的平均处理速度为1-2.5µs，有2个通用的通讯端口。Z-4AD2是4通道电压型模拟量输入模块，输入DC0-5v分辨率为12位，主要采集电流、温度及振动4个模拟信号。Z-16ND2是16点DC24v输入模块，输入启停按钮及限位开关等的开关量信号。2个输出模块选用Z-16TD2，为16点集电极开路输出，输出控制电机启停的接触器、离心机运行所需各电磁阀、指示灯及报警的开关信号。Z-01DM是通讯模块，便于与上位机进行信号传送。Z-05B是可装5个输入输出模块的电源框架，额定供给电源为AC100-200v 50/60HZ，输出电流为2.6A。通过计算框架上所有模块功耗的合计值，没有超过电源框架提供的电源容量，可安全使用[3]。
（二）离心机的工艺流程
离心机主要由螺旋组件、门盖组件、转鼓组件、机座壳体组件、虹吸管组件、传动装置、液压系统和电气控制系统等组成。离心机的工艺流程图如图（2）所示。
图（2）离心机的工艺流程图
离心机的每个循环的各个操作都是在电气-液压系统控制下自动完成的，在机器的调试阶段可以使用手动操作。
（三）通讯系统
上位通讯是通过数据通讯模块Z-01DM在CCM网络上进行。CCM协议使通讯主机保持通讯的主动权，从机只能响应对其的呼叫。而通讯的局号、传送方式、奇偶校验方式的设定由系统参数来定。连接时用变换器D-01CV转换连接上位机的RS-232C电缆和连接PLC通讯模块的RS-422电缆。
（四）上位计算机
由上位机对基本控制器PLC传达或收集离心机运行信息，由上位机对PLC进行维护和管理。上位计算机用工控机实现，用组态软件实现图形监控和人机界面。
3 控制流程图
PLC的控制流程框图如图（3）所示。
PLC上电后首先进行系统自检，包括对CPU模块的检查、运行状态的检查、电池系统的检查、I/O模块的检查、通讯功能的检查等。系统正常进行模拟信号的周期采样，超过上限值输出报警。系统可以进行手动或自动操作，自动运行按照离心机工艺流程，按工序顺序执行，以时间或条件作为每一个工序的开始或结束。
图（3）系统控制流程图
4 结束语
由于可编程控制器在模拟信号处理、操作指令、控制规律、通讯功能等方面的发展，拓宽了它在工业强电现场控制中的应用领域。虹吸式离心机作为一种具有独特结构的分离设备，考虑它的工艺的特点及操作控制要求，可编程控制器非常适用于作为它的控制装备，以充分发挥虹吸离心机的高效优势。
引言:
PLC控制系统由于具有功能强、程序设计简单、扩展性好、维护方便、可靠性高、能适应比较恶劣的工业环境的特点,因此在工业企业广泛应用.但是由于工业环境条件恶劣,以及各种工业电磁,辐射干扰等,影响PLC控制系统的正常工作,因此必须重视PLC控制系统的抗干扰设计.为防止干扰,可以采用硬件和软件相结合的抗干扰方法. 防止硬件干扰的方法有:1采用性能优良的电源来抑制电网引入的干扰2电缆的选择与铺设来降低电磁干扰3完善接地系统4采用光电隔离来抑制输入输出电路引入的干扰等.而利用PLC软件来减少干扰是PLC控制系统正常、稳定工作的重要环节.下面主要分析在生产实践中应用的利用PLC组态软件来减少干扰的方法:
一、减少数字量输入扰动的方法
1、 计数器法
CON—计数器
NOT—非门
RS—复位优先触发器
IN—输入
OUT—输出
N—脉冲采样个数
注释：当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”，只有当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。而当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器将采集不到连续的N个脉冲，CON计数器无法输出，这就起到了减少干扰的作用。（N一般情况下取2）
优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰起到了一定的抑制作用。
缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。
2、延迟输入法
IN—输入
OUT—输出
TIME（ET）—延时时间
TON—延时输出（其曲线如下图）
注释：当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当计数器计时时间〈延时时间，OUT=0。延时时间好取1S以内。
优点：消除了短时的周期干扰。
缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。
二、减少模拟量输入扰动的方法
1、限幅法
MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
HL—上限设定值
LL—下限设定值
注释：当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”去封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值。也就起到了限幅的作用。
优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点：平滑度差。
2、延迟滤波限幅法
MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
HL—上限设定值
LL—下限设定值
LG—延迟滤波指令（其曲线如下图）
TIME—延迟滤波时间
注释：功能基本和限幅法相同，只是在输入端增加了一个延迟滤波器，对输入信号起到了延迟缓冲的滤波。
优点：有效地抑制了周期性的脉冲干扰。平滑度比限幅法有所改善。
缺点：信号响应速度减缓。
3、延迟滤波比较法
LG—延迟滤波器
SUB—减法指令
ABS—值指令
GE—大于等于指令
HL—大偏差值
TIME—延迟滤波时间
注释：正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG—延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。
优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。
缺点：灵敏度取决于TIME—延迟滤波时间的大小。
4、积分消抖滤波法
LG—延迟滤波器
SUB—减法指令
GE—大于等于指令
LE—小于等于指令
OR—或门（自做的DFB功能块）
NOT—非门
TON—延时输出
EOR—异或门
MOV—移动保持指令
PI—比例积分调节器
HL—大正向偏差值
LL—大负向偏差值
TIME—延迟滤波时间
TIME1—延迟输出时间
TIME2—延迟滤波时间
注释：参数设置：LG（TIME=1S），TON（TIME1=10S），LG1（TIME=30S），HL=0.2，LL=-0.2 ，PI（TI=10S，将P放开封锁成为纯积分调节器）
三、 小信号在变化幅度中变化时
1、终状态：此时为稳态，输入与输出相近。OR输出为“0”，NOT=1，TON时间已超出10S，EOR=0，MOV不保持，PI不积分，SUB=0，信号走PI的跟踪回路，LG1滤波后输出。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1（滤波30S）→输出
2、 小信号的暂态变化：（在TON=10S之前）OR=0，NOT=1，TON未到10S，EOR=1，MOV保持，PI积分作用，LG1未起作用，输出跨越LG1（TIME=30S），直接到输出端，此时为线性跟踪滤波状态。
四、 信号大幅度变化时（≥HL，≤LL）
OR=1，NOT=0，TON不起作用，EOR=0，所以LG1（TIME=30S）不起作用，PI不起作用走跟踪。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1的跟踪→输出
五、 总结：
1、 小信号在10秒之内，经过LG（TIME=1S），PI的积分作用，跳过LG1（TIME=30S），直接输出，实现输入信号的滤波和跟踪状态。
2、 小信号在10秒之后，经过LG（TIME=1S），PI的跟踪和LG1（TIME=30S）跟踪输入。
3、 大信号变化时，LG（TIME=1S）作用，LG1（TIME=30S）不起作用，此时为输出快速跟踪。
优点： 对于被测参数有较好的滤波效果， 对周期性干扰具有良好的抑制作用，平滑度高。
缺点： 对于变化缓慢的输入信号响应慢。
