西门子滁州授权总代理商

随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器(PLC)已逐步替代继电器控制，在各行业的自动化控制领域得到普遍应用。煤炭行业正在依靠现代化高科技手段对现有陈旧电气控制设备进行更新换代。

可控硅直流调速系统控制的发展，经历了分立元件和集成运放两代模拟控制电路，终由PLC数字程控所代替。前两种在实践应用时，普遍存在由于设计问题和动、静态响应影响以及电子元件动态参数变化，还有给定与反馈作用误差产生的稳态误差，使得系统产生振荡、超调和起车惯性大等危害。

东海煤矿二水平钢丝绳胶带提升机于1990年投产使用，历经两代调速控制系统的使用，始终存在运行不稳、振荡、超调、起车惯力大等多方面实际故障。2004年11月将控制系统改换成PLC数字控制，解决了上述困扰。该系统经改制后使用证实具有运行平稳、可靠、节省电能、操作方便、自动化程度高、无故障等优点。

1 系统改前后使用的设备

(1)改制前的设备，有继电器柜一套和后期改造时引进KGSFA2t型调节柜、整流柜、励磁柜各3套(其中2套分别用于2台直流电动机，另一套做备用设备)，每套整流柜内三相全桥整流由18个400A可控硅完成。

(2)改制后只选用整流柜和电源柜、控制柜各一套(西门子公司技术)，将提升机2台ZD2—151B一400kW／440V直流电动机电枢串联，因此用一套整流系统。PLC可编程控制器镶嵌在操纵台内，它是该系统的指挥中枢(相当于微机内中央处理器CPU)，接收和控制机构是控制柜内两台6RA7018整流控制装置，其中一套控制两台直流电动机串联电枢整流管(6个1 200 A可控硅)控制极，另一套控制励磁用。

2 程序控制系统各部件作用

(1)电源柜(低压供电系统)。对系统电机风机、制动闸、制动油泵、润滑油电机等提供电源和进行控制，并为PLC、微机和传动部分等提供各种电源。

(2)PLC可编程控制器。利用计算机接口将各种控制信号(如安全回路、各段保护、高压分合闸、快开控制等各种运行方式等)编程输入PLC输入接口，给PLC程序处理按顺序储存，在程序存储器内编辑的程序进行运算，后做出状态输出，通过外部输出接口控制整流部件6RA7018。

西门子公司的PLC可编程控制器，是控制信号电压由0～10 V模拟信号转换成数码。即将模拟信号变换成数字信号装置(A／D转换)，通过内部S一自锁，R一只读，V一故障设置等继电程序设置以及程序、指令编排，后通过外输控制整流控制装置6RA7018或电源柜内控制部件。

(3)控制柜。主要由2台整流装置6RA7018组成，其主要功能是接收PLC指令后，产生脉冲控制直流电动机主回路中的三相桥式整流电路6个1200 A和励磁用可控硅触发信号的导通角仅(或推B角)，以达到PLC预期设置的直流电动机恒转速转动输出。整流控制装置6RA7018自身也有接口联通计算机进行指令读写、修改、删除；并还有直观的显示，显示其正常工作状态值和相对应故障以及自锁值；在其前面板镶有触摸键，用以微调和转换原设置的参数用。

3 数字与模拟控制静动态参数分析比较

3．1 可控硅直流控制

通常闭环系统的参考输入和拢动量恒定不变时，被控量 也恒定不变。当参考输入或拢动量发生变化时，反馈量将与参考输入之间产生新的作用误差，通过控制作用，使被控量(输出量)按新的参考输入值稳定下来或趋于恢复到原来的数值达到新的平衡，但由于系统总存在着惯性或储能元件，使达到新的平衡状态不能瞬时完成，要经过过渡过程。

在摸拟控制电路设计时，无论是在时域还是频域考虑，都要求系统首先必须是稳定，对超调量、过渡过程的时间、振荡次数提出一定要求，再就是系统稳态误差应满足。可这三种要求之间又相互矛盾和制约，很难建立一个同时达到理想状态系统结构和参数。

3．2数字控制(PLC)

由于该控制系统为非线性系统，故将其设置在饱和非线性状态。由于该控制系统采用数码的形式传递，为数控系统，该系统的动态性能可用差分方程过程描述。在非线性系统中，暂态响应曲线的形状与输入信号的幅值有关，这是因为非线性系统不服从迭加原理的缘故；数字控制非线性系统的稳定性不取决于系统的结构和参数；非线性系统振荡在物理上是可存在的，但振幅是确定的，与初始条件无关；再就是非线性系统输出量(或信号)不包含输入信号频率的正弦分量。PLC对模拟量信号的处理，是将模拟信号变换成数字信号(A／D转换)。A／D变换精度取决于A／D变换器的位数，如10 V电压要求以1 mV精度变换时，精度1 m~／10 V=0．01％，即1／3200十进制的3200用二进制表示10位，该系统精度等级足以满足控制系统要求。且该系统中采用6RA7018整流装置均以积分方式变换，可使信号尖峰平均化，从而使系统运行平稳、可靠。

PLC通过通讯接口和通讯协议，与6RA7018进行双工通讯，将工作状态与运行参数相互传递，并能实现动态显示。同时操作6RA7018可将指令传至PLC，从而控制系统的运行状态。PLC、6RA7018不但能显示系统运行状态和参数，还能记录系统运行故障数据，显示故障点，从而缩短故障查找、排除时间。

由于该系统可对励磁电流实行无极控制，根据直流电机机械特性方程式中不难看出当转速n恒定时，通过改变励磁电流来使得磁通改变对转矩 有较宽的调整，避免只调整主回路电压 而产生比较大的电能损耗，从而可降低能耗费用。

4 结束语

随着科技不断发展，PLC数字控制将会在自动控制，通讯程控等领域得到更多、更好的应用和发展

0 引 言
    随着计算机信息网络技术的飞速发展，以PLC为核心的工业控制系统也向着大规模、网络化方向发展。各PLC生产企业都开发有自己的网络产品，并不断增强其网络的联接能力。三菱公司的工业控制网络产品很丰富，可以构成各种档次的网络系统，以适用于各种层次的工业自动化网络的不同需求。其具代表性的三种网络为：信息与管理层的以太网(Ethernet)、管理与控制层的局域令牌网(ELSECNET／H)、CC一bbbb开放式现场总线设备网。本文仅对CC—bbbb开放式现场总线设备网进行研究。

1 CC—bbbb网络的特点及功能
1．1 CC—bbbb网络的特点
    CC—bbbb(Control&Commbbbication bbbb，控制与通信链路系统)，是三菱电机新近推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度多级可选择，而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC—bbbb是一个以设备层为主的网络，一般情况下，CC—bbbb整个一层网络可由1个主站和64个从站组成。网络中的主站由PLC担当，从站可以是远程I／O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC—bbbb到AS—I总线的联接。CC—bbbb具有高速的数据传输速度，高可达10 Mb／s。CC—bbbb的底层通信协议遵循RS 485，一般情况下，CC—bbbb主要采用广播一轮询的方式进行通信，CC—bbbb也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。
1．2 CC—bbbb网络的功能
    CC—bbbb网络具有完善的RAS(Reliability，A—vailability，Serviceability)功能。即自动返回、切断从站、通过链接继电器／寄存器的错误检测功能。

2 CC—bbbb总线通信
2．1 CC—bbbb的通信原理
    CC—bbbb的通信形式可分为2种方式：循环通讯和瞬时传送。循环通讯意味着不停地进行数据交换。各种类型的数据交换即远程输入RX，远程输出RY和远程寄存器RWr，RWw。一个从站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。占据一个从站意味着适合32位RX和／或RY，并以每4个字进行重定向。如果一个装置占据两个虚拟站，那么它的数据容量就扩大了一倍。除了循环通信，CC—bbbb还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。信息从主站传递到从站，信息数据将以150 B为单位分割，并以每批150 B传递。若从从站传递到主站或其他从站，每批信息数据大为34 B。瞬时传送需要由专用指令FROM／TO来完成，瞬时传送不会影响循环通信的时间。限于篇幅，本文只介绍了主站与远程设备站之间的通信关系，其通信关系如图1所示。主站与远程设备站之间的通信原理如下：
    (1)PLC系统电源接通时，PLC CPU中的网络参数传送到主站，CC—bbbb系统自动启动；
    (2)远程设备站的远程输入RX自动储存在主站的“远程输入RX”缓冲存储器中；
    (3)储存在“远程输入RX”缓冲存储器中的输入状态储存到用自动刷新参数设置的CPU软元件中；
    (4)用自动刷新参数设置的CPU软元件开／关数据存储在“远程输出RY”缓冲存储器中；
    (5)根据“远程输出RY”缓冲存储器中存储的输出状态，远程输出RY自动设定为开／关(每次链接扫描的时候)；
    (6)用自动刷新参数设置的CPU软元件的传送数据存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中；
    (7)存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中的数据自动送到每个远程设备站的远程寄存器RWw中；
    (8)远程设备站的远程寄存器RWr的数据自动存储在主站的“远程寄存器RWr”缓冲存储器中；
    (9)存储在“远程寄存器RWr”缓冲存储器中的远程设备站的远程寄存器RWr数据存储在用自动刷新参数设置的CPU软元件中。
2．2 CC—bbbb通信的初始化
    CC—bbbb通信的初始化实际上就是指CC—bbbb的网络参数设置。网络参数指：站的信息和站号。通信的初始化对于启动数据链接非常重要，CC—bbbb通信初始化设置方法只要在三菱GPPW编程软件的网络配置菜单中设置相应的网络参数，远程I／O信号就可自动刷新到CPU内存，还能自动设置CC—bbbb远程元件的初始参数。

控制系统设计4条生产线，图2只给出炉窖网络控制’系统中的1条生产线，其余3条从站的配置是相同的。为了提高整个控制系统的安全性以及可靠性，系统采用了双机冗余措施。在双主机系统中，二者处于对等地位，并且同时可以监测对方的运行情况以及网络的冲突侦听，并相互间传递心跳信息，一旦发现对方系统出现故障或者连接的网络故障，监测方立即接管测控任务，从而保证了系统在任何时候系统主机的完整性和完好性，只要主机和网络安全，控制系统便会安全，实时性便可得到保证。两台冗余主机的配置均采用Q系列CPU，CC—bbbb总线模块，—100以太网模块，主机配置相同以保证二者的相近似，满足系统相似性原理，对控制系统的安全性设计提供了保证。
    从站采用Q02H CPU智能控制单元，主要作用是管理模拟量采集(A／D)模块、模拟量输出(D／A)模块、数字量输入(DI)／数字量输出(DO)的端口I／0操作以及计数定时模块的设定，并且将所采集的数据负责上传到主站，并从主站获得的控制参数下传到模拟量输出、数字量输出模块，控制相应的执行结构。A／D，D／A，DI／DO以及计数定时模块分别用于采集煅烧炉中的温度、给控制三相异步电机旋转的变频器提供O～10V控制信号源、控制电机的起停以及监测控制开关的状态、控制三相异步电机旋转的时间等。模块的选用为：模拟量采集：AJ65BT一64AD；模拟量输出：AJ65BT一64DAV；数字量输入／输出：AJ65BTB2—16DR；热电偶输入：AJ65TB一68TD；高速计数器：AJ65BT—D62。
    为了将系统集成为具有测量、控制、管理功能于一体的测控系统，在车间级的Intranet中集成了生产在线数据库以及控制参数与工艺数据库服务器，生产在线数据库服务器主要用于管理当日当班的人员、计划调度以及生产完成情况，工艺数据库服务器主要用于记录生产工艺参数、重要工段以及重要设备的定时抽检数据、故障几率等，便于了生产管理。

3．2 网络控制系统的功能
    (1)整个网络监控系统采用CC—bbbb现场总线，可高速地将现场数据传至主站进行管理。

    (2)上位机(PC)将操作指令通过从站1CPU传送给受令执行单元执行操作，远程执行单元将工作状态通过从站CPU传送给上位机(PC)。上位机(PC)将车间中所有控制的工作状态(开、关、报警)信息显示出来供操作人员监控。上位机(PC)接到报警和停线信息立即打印故障信息并计时、统计停线时间，并通过声卡驱动音箱进行语音提示。
    (3)主站和从站采用三菱Q系列CPU负责CC—bbbb网络的管理，以及将数据送到上位机(PC)进行分析和将中控室发出的指令送至现场从站。
    (4)为保证系统内大量的数据传输，每一条生产线的参数采集和控制由一台CC—bbbb从站完成。所有测控参数测量值通过CC—bbbb与从站通信。

4 结 语
    实践证明，利用CC—bbbb开发的网络控制系统具有实时性、开放性、保护功能齐全、通信速率快、网络先进、布线方便等优点，有利于分散系统实现集中监控，提高系统自动化水平，减轻工人劳动强度，减少事故率，提高设备的使用寿命，节能降耗，提高效率，降低了成本。