西门子6ES7223-1BH22-0XA8库存现货

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本文介绍了PLC在石灰石粉磨控制系统中的应用。该控制系统采用了Modicon公司生产的Quantum系列可编程序控制器，上位机采用ifix3.5组态软件,具有良好的系统兼容性和人机界面。实践证明，提高了自动化控制水平，降低了工作人员的劳动强度，保证了石灰石粉磨的运行，取得了良好的经济和社会效益。 
关键词：可编程序控制器（PLC）；石灰石粉磨；过程监控；ifix3.5组态软件 
0前言 
由于国家对环保的日益重视，对企业达标排放监管力度的加强，从而促进了工业烟气采用湿式脱硫技术的广泛应用。而湿式脱硫的原料是石灰石粉，因此对石灰石粉的品质和产量要求越来越高，这样就需要具有先进水平、可靠性高的控制系统。 
当前的可编程序控制器（PLC），是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为控制系统中应用*广泛的核心位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，扩容方便。 
1石灰石粉磨工艺简介 
石灰石粉磨是制备石灰石粉保证石灰石粉品质*为关键的工艺设备。它由磨辊、磨盘、减速机、选粉机、主电机、辅传电机、密封风机、张紧结构、液压润滑站、冷却水组成。 
整个生产过程中包括各关键点的数据和记录、工艺流程的切换、冷却水泵的切换控制、选粉机的转速控制、液压润滑站的压力控制、石灰石粉磨内的温度、差压及料位控制、生产设备运行状态的监控等，如此多的设备和复杂的工艺运行操作，需要复杂的自动化控制。
2石灰石粉磨生产监控系统的运行环境 
（1） 在该生产过程中，有大量的物理量，如温度、压力、料位、流量等模拟量参数，需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。 
（2） 整个生产过程的模拟量自动控制和故障诊断。 
（3） 整个流程的顺序控制和实时报警、联锁保护停机。 
3控制系统结构 
石灰石粉磨的控制系统采用Modicon公司生产的Quantum系列可编程序控制器。该系统由4台工业PC机与PLC通过网络交换机（冗余配置）构成物理结构为10BASE-T的局域网，工业PC机与PLC之间通过以太网进行数据通讯，率为10Mbp/s。整个控制系统由主系统和扩展系统组成，负责与现场测量和控制部分之间的，肩负着全部生产运行工艺、流程的逻辑控制、报警、联锁等。4台工业PC机均运行bbbbbbs2000 Professional操作平台，分为两台上位机操作员站，运行ifix3.5组态软件,实现监视、操作、报表打印、事故分析等功能；另外一台为工程师站，运行Quantum系列的Concept2.6组态软件，实现逻辑控制、逻辑与参数的修改、在线监视等功能；还有一台为通讯接口站，通过485电缆完成与6Kv高压综合保护的。配置结构采用双以太网的形式，保证了自动化控制系统运行的连续性，提高了设备运行的可靠性，保了安全生产。　　4硬件配置 
（1）为了满足工艺过程的控制要求，控制中心采用了研华的工业控制计算机，其配置为： 
CPU Inbbb PⅣ2.4GB,内存256MB,硬盘80GB,软驱3.5in，光驱52X，彩显PHILIPS 21纯平，101键盘+光电鼠标。 
（2）Modicon Quantum系列CPU-434-12 
（3）Modicon Quantum系列8通道模拟量输入模块11块（包括热偶、热电阻） 
（4）Modicon Quantum系列8通道模拟量输出模块2块 
（5）Modicon Quantum系列32通道数字量输入模块7块 
（6）Modicon Quantum系列32通道数字量输出模块3块 
（7）Modicon Quantum系列以太网通讯模块2块 
（8）Modicon Quantum系列远程I/0通讯模块3块（主1，从2） 
（9）Modicon Quantum系列电源模块6块 
组态的主要工作是完成硬件型号参数设置、I/O地址的分配、传输方式等。使用Modicon Quantum系列PLC的专用编程软件Concept2.6进行组态。具体过程是：打开Concept2.6→File→New project，双击PLC Selection选CPU型号→OK，双击Config Extensions→双击Select Extensisns→双击Select Extensisns，在出现的对话框TCP/IP处选择以太网网络数目→OK。双击I/O Map，点击Head setup按钮→选择RIO数，这个数为主I/O通讯模块在主站背板所占用的槽号（从I/O通讯模块在扩展柜中根据自己的意愿随意放置）→OK。 
一般情况下，1和16槽放置电源模块 
2槽放置CPU模块 
3槽防止主I/O通讯模块 
4和5槽放置冗余的以太网通讯模块 
6至15槽放置I/O模块。 
5软件组态 
在该系统中，上位机采用ifix3.5组态软件，下位机采用Modicon Quantum系列的Concept2.6编程软件。 
1、 人机界面组态 
（1） 工艺流程图：该画面通过编程实现动态模拟显示整个石灰石粉制备的过程——从上料、进磨到出粉再到仓储。实现整个生产过程中各个运行设备的程控启停以及各个运行设备的单体操作，并对故障进行实时诊断。 
（2） 系统操作功能：它有自动和手动两种工作方式，正常运行时采用自动方式，故障和调试时采用手动方式。它由PID控制回路实现对一些重要的模拟量数据的精确控制，以达到期望值。 
（3） 报警记录：实时地发出所有发生故障的参数的声光报警，提醒值班人员采取相应的措施。 
（4） 实时曲线：在线监视所有重要参数的实时变化，以便提前采取维持正常参数的措施和手段。 
（5） 历史曲线：检查过去的数据记录，以便发生故障时，分析出故障原因。 
（6） 报表打印：按不同的时间段实现统计与计量。 
2、 PLC控制程序设计 
PLC采用Modicon Quantum系列 
Concept2.6编程软件。Concept适用与所有的bbbbbbs操作系统，强大的梯形图面向用户，其电路图符号和表达式与继电器电路原理图非常接近，控制过程形象、直观、易于掌握、易于修改。有实用的功能块和在线功能，并且不需要停止CPU运行，就可以下载修改的配置与逻辑。丰富的功能可以满足系统的各种要求。下图是冷却水泵的启动/停止逻辑： 
冷却水系统由两台冷却水泵及冷却水泵出口电动门组成。两台冷却水泵一用一备，当启动其中的一台冷却水泵后，必须投入另一台冷却水泵备用，以保证这台冷却水泵故障停泵时另一台冷却水泵自启，也就保证了冷却水系统的正常运行，进而保证了石灰石粉磨系统的安全、可靠、稳定的运行。冷却水泵与冷却水泵出口电动门之间联锁，冷却水泵出口电动门在关闭位置才允许启动冷却水泵。在联锁解除时，可以单体操作冷却水泵，实现冷却水泵的检修调试。 
6系统通讯功能 
Modicon Quantum系列PLC可编程序控制器利用其先进灵活的通信方式，方便地组成了PLC处理器与就地控制柜、远程控制柜、计算机工作站及其电子设备之间的通讯，其通讯方式是多渠道、多方式的。 
7结束语 
本控制系统功能全面，可靠性高，操作简单实用，提高了劳动生产率，避免了由于操作人员操作失误而造成的事故，改善了现场操作人员的劳动条件，对提高石灰石粉磨管理水平，保证设备安全稳定运行起到了很好的促进作用。并已在生产上得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益

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。

5 结束语
    改造后的可控硅系统经过两个钻井井组的实验运行，各项性能指标均达到了预期设计要求，改造取得了成功。这次可控硅系统改造实现了钻井平台模拟控制到数字智能化控制的飞跃，为国内钻井平台可控硅系统数字化控制探索出了一条新途径