西门子6ES7214-2BD23-0XB8当天发货

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1. 引言
　　可编程控制器[1]（programmable logiccontroller，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tigao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。

plc资料网

　　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。

　　2.2plc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ue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1plc输入/输出信号及端子分配表

　　2.3a/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liuliang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。

plc

　　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，tigao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。 plc
　　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。
 plc
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。

 目前，plc（可编程逻辑控制器）已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点，在liuliang计量方面也有着广泛的用途，在用于liuliang累积时又有其编程的独特之处，下面进行详细的分析和论述，包括在西门子s7-200cpu上编程的例子。

　　liuliang计输出的信号一般是脉冲信号或4-20ma电流信号，这两种信号输出的都是瞬时liuliang（也有用继电器输出累积量信号，原理一样，不再赘述），我们的目的是在plc中计算和显示瞬时liuliang值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号是，在计算瞬时liuliang的时候，必须按照一个严格的时间间隔计算才能保证瞬时liuliang的准确性，因此，计算瞬时liuliang的时候必须用定时中断来进行，而且，在plc系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断（即使是低优先级的中断也不允许运行），以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时liuliang就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计liuliang，再除以时间就是瞬时liuliang，对于4-20ma输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时liuliang，而累积liuliang就是将每个时间段内的累积liuliang累加起来就是累积liuliang，在实际使用plc编程的过程中必须注意以下几个问题：

1. 输入脉冲频率范围是否超出plc接收的范围；

2. plc高速计数器在达到大计数值时如何保证计算正确；

3. 如何保证定时中断不受干扰；

4. 如何避免计算累积量的误差；

5. 累积量的大累积位数；

6. 如何复位累积量；

　　下面就关键的2，4，6问题进行详细的叙述，以西门子s7-200cpu224为例，s7-200的cpu224具有6个单相大30khz的高速计数器，但plc内部没有提供相应的算法来计算频率，因此，需要自己编程计算，这就需要在plc高速计数器在达到大计数值时要保证计算的正确性，实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如下：

注意：此段程序应该放到plc个扫描周期执行的程序中执行。

　　对于高速计数器是否达到大计数值时需要判断，s7-200cpu的高速计数器是可以周而复始的进行累计的，高位为符号位，小值为7fffffff，由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的的计数值小于上次的计数值，因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值，就可以判断计数是否达到大值的拐点（7fffffff），如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误，如下列程序所示，当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上；当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7fffffff之间的差值（用减法），以及当前计数值和7fffffff之间的差值（用加法），然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对对累计计数值达到拐点时的正确计算。

注：此程序应放在定时中断子程序中执行。

　　实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用smb34进行控制的，需要注意的是，系统中必须只保证这个中断是唯一存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会由于其他中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。

　　通过以上计算就得到了250ms内liuliang计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的liuliang值，再除以时间就是瞬时liuliang，另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积liuliang了，在计算累积liuliang过程中需要避免累积过程的的计算误差，我们知道，liuliang累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而plc内部的浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现，解决方法是采用多个liuliang累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用liuliang情况下，在周期中断时间间隔（250ms）内流过的liuliang乘以15作为个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到第2个累积器中，并把个累积器清零，对于第三个累积器也同样处理，第4个累积器用于保存累积量小数部分数值，第5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小树部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现，在实际工程中，需根据liuliang的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,到+2,，因此，可以使累积器的整数位数达到9位，这样，在显示累积量时就可以多显示9位整数的累积量和6位的小数累积量。总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数更简便。

　　对累积器需要在一定条件下复位，累积到大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到超过大位数，当超过大数值时，将各个累积器清零，另外清零的触发信号也可以是手动触发。