西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8型号介绍

西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8型号介绍

1 前言
胜利海洋钻井公司是我国唯一一家从事浅海、极浅海钻井作业的专业化公司。现有钻井平台八座，其中胜利九号钻井平台是1995 年底从美国引进的，为三桩自升式悬臂梁结构，作业水深30m ，钻井能力7000m 。其可控硅系统（SCR）是美国ISC 公司于1978 年设计制造的。在过去两年的钻井作业中，暴露出了许多弊端，多次出现故障，影响了钻井生产的顺利进行，不能很好地满足钻井生产的需要。为此，对平台的SCR系统进行了技术改造。经过两个钻井井组的实验运行，各项性能指标达到了预期效果。
此项改造，为海洋钻井平台SCR系统采用数字化智能控制探索出了一条新的思路。

2 原SCR 系统故障分析及改造方案的提出
胜利九号钻井平台的SCR系统是1978 年设计制造，由于设备老化，元件陈旧等原因多次出现故障，主要表现为：控制系统运行不可靠，灵敏度低，引起设备误动作；保护功能不完善，缺乏电流限制和功率限制，曾发生过烧毁可控硅的严重事故；在大负荷时造成憋车现象，给柴油机的正常运行造成极大的压力，给日常设备检修带来很大的不便，容易造成井下复杂情况，不能很好地满足钻井生产的需妥。此外，由于这些原因给顶部驱动钻井系统的安装和调试也会带来麻烦。
鉴于以上原因，作者提出了利用可编程控制器对SCR系统改造的设想，并与电器中心协商论证，拟订了可编程计算机控制器为中枢的SCR系统改造方案。经过一年时间的系统分析，考证及试验，在准确掌握各种工况的基础资料后，于1998 年3 月对平台的SCR系统进行了改造。
采用可编程计算机控制器（Programmahle computer controlle ，简称PCC）控制的智能化控制系统，其*大优点是可靠性强、灵敏度高；具有故障自诊断和数据显示功能，便于排除故障，电流限制合理，准确；保护停机与报警功能完善。大大提高了安全生产效率。

3 改造后的SCR系统介绍
这次SCR 系统主要改造了控制系统，包括PCC 控制、触发电路、电压电流反馈电路等，下面将分别介绍。
3.1 可编程计算机控制器（PCC）
可编程计算机控制器（PCC）选用上海贝加莱工业自动化（上海）公司的2000 系列产品。可编程计算机控制器代表着一个全新的控制概念，它集成了 可编程控制器（Programmable Logical controller ，简称PLC ）的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能。它能方便地处理开关量、模拟量，进行回路调节，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有独特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩容时只需在原有基础上叠加应用软件模块，其应用可从简单的逻辑控制直到复杂的分散化控制。可以说，PCC是这次改造后的SCR 系统的大脑中枢。在SCR系统中起了非常重要的作用。
B&R2003 系统是一种紧凑型的可编程计算机控制器，是这次改造的主要元件。它兼有*智能和远程智能，既能以自己的CPU 作独立的控制器，并进行远程扩展，又能和现场总线连接，作远程I / O 模块。B＆R2003 系统的结构也是模块式的，所有的模块尺寸都相同，扩展和应用非常灵活。还能提供不同的功能，如I / 0 模块电压监控、站电压监控、排障监控、空闲周期监控、输出监控等。

B＆R2003 系统的硬件包括以下几个方面：
（ 1 ）处理器：Motorola+RISC ;
（ 2 ）一个CPU 存储容量：带EPROM 和FLASHPROM 的模块（100K ～16MRAM 和256K ～16MROM ） ;
（ 3 ）数字I / 0 模块：每个模块八点（晶体管或继电器）;
（ 4 ）模拟I / O 模块；每个模块四个通道（电压、电流等）;
（ 5 ）基板，*多可放九个模块；
（ 6 ）网络及现场总线接口：CAN 、RS232 / RS485 / RS422 。
3.2 触发电路
触发电路板是根据SCR ON桥对触发脉冲的要求而设置的。本次系统改造触发电路采用CA6100数字型触发板。CA6100触发桥具有通用特性，用于控制可控硅的门极延迟触发角，从而实现移相控制。
CA6100通用可控硅触发板是以40 芯CMOS 大规模集成电路（专用芯片）为核心，利用锁相关技术（PLL）和多芯片合成技术（ MCM ） ，根据压控振荡器（VCO ）锁定的三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种可控硅触发系统。0～5V 的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相范围从5° 一175°可调。任何可调或手动输出的电压都可以很方便的与其连接，以控制大功率可控硅的工作。它在计算机、模拟或数字调节器与大功率可控硅之间形成了一个很好的缓冲界面，一方面，保可靠而且有效的传输控制信号，实现系统设定的控制功能；另一方面，大大减轻了主电路对控制电路的干扰，在计算机及控制电路失控时能够自动保证主电路安全，提高了系统工作的可靠性。

CA6100触发电路板具有以下的优点：
（ l ）输出的三相触发脉冲通过高频同步脉冲分频计数输出，因而具有高度的对称性、均衡性和良好的控制线性度；
（ 2 ）触发板无需同步变压器，同步信号直接用高值电阻取自与可控硅相连的主回路，自动实现与电网同步；
（ 3 ）触发板集缺相保护、软启停等功能于一体，功能密集程度较高；
（ 4 ）具备相序自动测控核对能力，从而使其在主电路与调节器的联线上变得简单、可靠，无需作任何调测便能投入运行；
（ 5 ）主触发板与辅助触发板相结合，可以很方便的实现输出12 个门极脉冲信号，而不再需要另外一个独立的门极延迟发生器。
3.3 其他元件
该系统的电流取样信号采用1500A / 0.1A 三相全桥整流，并带有微分反馈。电压取样信号是把主回路直流电压分压后取得。

4 功能介绍
这次SCR 系统改造，较过去增加了电流限制、闪光报警、数据显示、保护等功能、使SCR系统更为完善、安全、可靠。
4.1 电流限制
电流限制功能可由外部电位器设定，也可以由计算机内部设定。对于不同的设备，根据负载情况不同，而电流限制不同。带动泥浆泵时，双电机电流限定为1400 A ，由PCC 内部设定。带动绞车时，单电机限定电流900A ，带双电机电流限定为1800 A，脚踏时减半，由PCC 内部设定。转盘或顶驱为活动限制，由钻台通过手轮电位器给定，通过PCC处理以后输出响应。
4.2 报警和保护功能
（1）当主可控硅柜内冷却风机故障时，钻台和可控硅室内SCR ON 指示灯同时频闪（l 秒／次）。此时仍可强制使用，但只能维持10 分钟（以手轮或脚踏启动时计）, 10 分钟以后触发板并闪光报警（0.5 秒／次）。
（2）具有可靠的手轮封锁功能，当手轮和脚踏均不启动时，或启动时手轮没有回到零位，触发板均锁，绝不产生失控间题。
（3）泥浆泵运行时，当电流超过1200 A时，钻台和可控硅室内SCR ON指示灯频闪（1 秒／次）警示。
（4）具有合理的脚踏功能。当脚踏启动时，*大电流限制为电机电流的50 % ，不会产生憋车现象。手轮和脚踏可以并用，当绞车手轮启动以一定的速度运行时，踩下脚踏开关，绞车在原速度的基础上加速运行，并且脚的“感觉”很好，即当手轮的速度为V 时，记手轮的百分比速度为VH % ，则余下的（1 一VH % ）可由脚踏按行程均匀分担。
（5）当各路开关选择正确，但回路开路时，SCR 系统报警（l 秒／次）或停机并报警（0.5 秒／次）:
电流反馈回路开路时，报警；
电压反馈回路开路时，报警；
手轮给定回路开路时，停机并报警；
脚踏给定回路开路时，报警，并使该回路无效；
转盘或顶驱电流限制回路开路时，停机并报警。
（6）PCC 面板可显示可控硅所带负载，可控硅的电压、电流，风机运行情况及报警原因，且报警有记忆功能。

1．FC系列可编程序控制器的特点

(1)系统构成灵活。

(2)可靠性高,抗干扰性能强,环境适应性好。

(3)功能强。

(4)指令丰富,速度,快,编程简捷。

(5)故障诊断能力强,具有自诊断功能。

(6)多样化的通信功能。

2在硫化机上使用可编程序控制器的优点

(1)简化输入设备及其本身的接线,如万能转换开关、按钮等可从复杂的多组组合简化为单组组合。限位开关、按钮等的接线可只接一组接点(常开或常闭),另一种状态可通过PLC内部识别,这样大大地降低了外围设备的接线姓。

(2)用软件代替继电器的倾接线.改变控制要求方便。PLC采用有微型计算机为核心的电子线路,是多种电子式继电器、定时器和计数器的组合体,它们之间的连线(即内部接线)通过指令用编程器进行.如果按照现场要求改变控制方式,修改控制线路,只需用编程器对指令进行修改即可,十分方便。

(3)用半导体元件将继电器有触点控制改为PLC无触点控制,大大提高了。J靠性相稳定性,将原继电器盘控制装町的故障,如继电器线圈烧坏、线圈粘连、线阁吸合不紧、接点脱落等继电器本身的故障。

(4)扩展I/0饥架有两种电源型号选择:①使用100～120VAC或200～240VAC电源;②使用24VDC电源。输入设备如按钮、选择开关、行程开关、压力调节器等可用24VDC电源作为信号源,这样可避免由于生产环境温度过高而造成行程开关、压力调节器等短路现象,提高了维修工人的安全性,降低了维修工作埠。输出端可通过200～240VDC电源直接驱动电磁阀、接触器等输出负载。

(5)除了有CPU错误、电池错误、扫描时间错误、存贮器错误、Hostink错误、远程I/O错误等自诊断功能和能判断PC机自身故障外,对应于I/O每一个点都有信号指示灯,指示I/0的0N/OFF状态,根据I/O指示灯的显示可准确、快捷地判断PLC外围设备的故障。

(6)根据控制要求,可方便地构成*合适的系统,且便于扩展。如果硫化机需增加和改进外围控制系统,在主CPU上再加扩展元件,以后设备需联网,可很方便地构成系统。

3如何给硫化机编程

(1)确认硫化机正常运行的整个过程必须做那些动作,以及它们之间的相互关系。

(2)确定行程开关、按钮等作为发送输入信号到PLC的输入设备所需的输入点数;电磁阀、接触器等作为接收来自PLC输出信号的输出设备所需的输出点数。然后给每一个输入和输出点*一个I/0位,同时分配“内部继电器”(M)或工作位和计时器/计数器。

(3)根据输出设备之间的相互关系和控制对象必须动作的顺序(或时间),画出梯形图。

(4)如果使用PC(个人电脑),HMI(人机界面)或FCP30(PLC编程软件)就可以直接用梯形图逻辑编PLC程序。

(5)利用PC检查程序,并纠正错误,然后试运行程序,并观察硫化机的运行,是否与我们的要求相一致,然后修改程序,直到程序*完善。

4硫化机自控系统的常见故障

采用PLC控制的硫化机故障率相当低,故障一般主要发生在下面几个方面。

(1)输入设备

象行程开关、按钮、转换开关经过多次反复动作后,会产生松动、不复位等现象,有的甚至会损坏。

(2)输出设备

由于环境潮湿和管路泄漏现象,使电磁阀进水,发生短路,烧坏电磁阀。信号灯也经常有烧坏的现象。

(3)PLC

由于输出设备多次短路,产生高电流,冲击PLC内部的输出继电器,而使输出继电器触点熔化而粘连在一起,损坏继电器。

5维护和保养

(1)在安装PLC时,必须远离下列环境:腐蚀性气体;温度剧烈变化;阳光直射;灰尘、盐和金属粉末。

(2)每组输出单元经220VAC输出,至少必须加一个2A250VAC的保险丝,当该保险烧断,一定要检查该组输出设备是否有异。若不检查就马上换上新保险,则易损坏输出单元的继电器。

(3)平时要注意观察电池报警指示灯,如果报闪,必须在一周内更换电池，电池平均寿命为8年(在室温25℃以下)。

(4)当CPU和扩展电源拆下检修后,安装接线时一定要接对,否则很容易烧坏CPU和扩展电源。