1. DCS集散式控制系统:
FOXBORO(福克斯波罗):I/ASeries系统:FBM(现场输入/输出模块)顺序控制、梯形逻辑控制、事故追忆处理、数模转换、输入/输出信号处理、数据通信及处理等。
TRICONEX:冗余容错控制系统、基于三重模件冗余(TMR)结构的现代化的容错控制器。
Westinghouse(西屋):OVATION系统、WDPF系统备件。
Siemens(西门子):MOORE(摩尔)系统备件。
Honeywell(霍尼韦尔): TDC系列、QCS系列、S9000系列备件。
ABB:ADVANT OCS、MOD30、MO300、Bailey INFI90、Masterview850、AC460、S100、S800系统备件。
MOTOROLA(摩托罗拉):MVME147/162/166/167/172/177/187系列备件。
XYCOM: VME系列总线板、可编程人机界面。
2. PLC可编程控制器:
Allen-Bradley(罗克韦尔):系列、Reliance瑞恩。
Schneider(施耐德): Modicon 140处理器、输入输出模块、电源模块等。
Siemens(西门子):S5/S7系列200、300、400;6AV/6GK系列备件。
3. 伺服控制系统:
FANUC(发那科):伺服放大器A06B、驱动器A06B、输入输出模块A02B/A03B、PCB板A16B/A20B。
Mitsubishi(三菱):FCUA、MDS、J2S、J3系列备件。
Siemens(西门子):6SN/6FC/6FX系列, 提供数控系统(810、802DSL、810D、840D)及备件的销售。
Yaskawa(安川):伺服控制器、伺服马达、伺服驱动器。
非参数化诊断消息:
这些消息的发出是一个常规事件,即该过程与参数化无关。
如果某个诊断消息处于激活状态(例如“无传感器输入"),则模块会发起一个诊断中断(若已经为该诊断消息设置了参数,则仅在相应的参数化过程之后才会产生中断)。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行,并接下来执行相关的诊断中断块(OB82)。通过硬件中断可以监控过程信号,并且,可以触发针对信号变化的响应。
根据模块类型的不同,可以使用各种不同的诊断消息:
数字量输入/输出模块
诊断报文
可能的故障原因
无传感器输入
传感器输入过载
传感器输入至M之间存在短路
无外部辅助电压
模块无 L+ 电压
无内部辅助电压
模块无 L+ 电压
内部模块丝故障
丝烧断
内部模块丝故障
模块中的参数不正确
传输到模块的参数不正确
时间监控功能已经编址(看门狗)
高电磁干扰
模块故障
EPROM 故障
高电磁干扰
模块故障
RAM 故障
高电磁干扰
模块故障
硬件中断丢失
硬件中断到来的速度超过了CPU的处理能力
硬件中断
通过硬件中断可以监控过程信号,并且,可以触发针对信号变化的响应。
数字量输入模块:
根据参数设置的不同,针对每个通道组,当信号状态发生改变时,模块都可以发起硬件中断,触发沿可以选用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行,并接下来执行相关的诊断中断块(OB40)。信号模块可以缓冲一次中断/通道。
模拟量输入模块:
通过上限值和下限值的参数值,可以设定其工作范围。模块将数字化测量值与这些极限值进行比较。当测量值违反了其中任何一个限定值时,就会触发硬件中断。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行,并接下来执行相关的诊断中断块(OB40)。如果极限高于/低于过量程/欠量程,则无法进行比较。
S7-400H
可用性更高:
发生故障时,凭借其多达4个的冗余连接,可以继续通信。必要的切换工作对于用户来说是透明的。
工作简单;
容错处理对于用户也是透明的。可使用用于标准通讯的用户程序,无需修改。冗余功能的定义仅需在参数化阶段就可以完成。
容错通讯目前由 S7-400H(冗余和非冗余配置)和 PC 所支持。对于 PC 来说,需要使用 Redconnect软件包(参见“SIMATIC NET 通讯系统")。
取决于对可用性的需求,可以使用不同的组态选项:
单一总线或冗余总线。
线型拓扑和环型拓扑总线。
工作模式
CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系统可自主执行 S7-400H的所有必要附加功能:
数据交换
故障响应(控制转换给备用设备)
两个子设备的同步
自检
冗余原理
S7-400H的工作符合“热备份"模式的主动冗余原理(支持故障发生时的无重启自动切换功能)。根据该原理,在*运行期间,两个子单元都处于工作状态。当故障发生时,未出现故障的设备将独立地接管过程控制。
为了确保平稳的控制接管,必须通过中央控制器链路实现高速、SIMATICS7400底板机架6ES7400-1TA11-0AA0,可靠的数据交换。
在控制转移期间,设备自动地使用
相同的用户程序
相同的数据块
相同的过程图像内容
相同的内部数据,例如定时器、计数器、位存储单元等
这意味着,这两个设备的更新操作始终*一样,并可以在出现故障时独立地继续执行控制功能。
PLC采用循环扫描的工作方式,在PLC中用户程序按先后顺序存放,CPU从条指令开始执行程序,直到遇到结束符后又返回条,如此周而复始不断循环。
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
1.输入处理
输入处理也叫输入采样。在此阶段,顺序读入所有输入端子的通端状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时,输入映象寄存器与外界隔离,即使输入信号发生变化,其映象寄存器的内容也不会发生变化,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
2.程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。遇到程序跳转指令,根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时,PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映象寄存器读出对应映象寄存器,根据用户程序进行逻辑运算,存入有关器件寄存器中。对每个器件来说,器件映象寄存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化。
3.输出处理
程序执行完毕后,将输出映象寄存器,即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。
随着国家节能减排政策的提出和工业自动化水平的提高,以及越来越多的厂家要求尽量降低设备的损耗,进而适当减少设备维护费用,如何合理的使用、维护设备已成为关键,而单纯的采用人工方式记录设备故障、设备使用时间,以及人工切换设备已经不能满足上述要求。本文以某煤矿空气压缩机远程监控系统项目为例,采用西门子s7-300系列plc作为数据采集和控制单元,上位机用西门子wincc进行画面及参数显示,从plc到中控室工控机采用ethernet协议进行通讯,现场使用触摸屏显示控制画面及参数,操作人员可在中控室或者现场触摸屏上发出控制命令。
2原理分析
该项目利用空气压缩机给煤矿井下提供气体压力,推动气动设备的运行,要求管道内的压力维持在一定的范围内,好不好过压或者欠压,以免造成能源的浪费或者现场设备无法使用。由plc采集空气压缩机的参数,比如温度、压力、运行时间、故障等,上传到中控室上位机和现场触摸屏,并接受操作员发出的控制命令,再将相应的命令传给空压机,以实现控制功能,并做出相应的报警指示。
3系统设计及实现
该系统主要由空气压缩机、plc、i/o模块、现场触摸屏、上位机人机界面、网络通讯等部分组成,系统整体架构如图1所示。
3.1空气压缩机
采用上海申行健有限公司的螺杆式空压机,它具有结构简单、体积小、没有易损件、工作可靠、寿命长、维修简单等优点。由于其针对维护专门的设计,使得停机时间和维修费用大大减少。并且此空压机上装有智能控制系统,控制菜单简便易用,并配有支持网络通信的485接口,供外部控制系统与其通信,采集空压机的温度、管道压力、故障信息等,还可以接受外部控制系统的控制命令,设置相应参数以及启停空压机。
3.2i/o模块
本系统中需要控制空压机电源的接通与关断等,故需用到数字量输入模块,数字量输出模块,由于本系统采用西门子s7 300系列plc,所以也需订购相应的300系列的di,do模块,型号分别有di模块sm321(订货号为6es7 321-1bh02-0aa0,di16ⅹdc24v),do模块sm322(订货号为6es7 322-1bh01-0aa0,do16ⅹdc24v/0.5a)。另外控制柜上安装有转换开关,可以选择在本地或者远程控制该电源的接通与否,该转换开关作为输入信号,接入plc的di模块。
3.3plc单元与网络通讯单元
本文利用中小型的西门子s7-300系列plc即可完成空压机参数的实时扫描和运算,并传送信息到中控室上位机以及现场触摸屏,另外结合操作人员在上位机和触摸屏发出的控制命令,对空压机的启停等进行控制。s7-300系列plc采用模块化设计,具有模块扩展和功能配置简单等特点,可以根据不同的需要灵活组合和扩展。此处选用315-2dp型号的cpu,此cpu集成有mpi和dp通信接口,有很强的通讯功能。
从现场plc到中控室工控机距离很远,此处采用ethernet协议进行网络通信,所以还订购了以太网通讯模块(cp 343-1),其具有rj-45接口,通过光纤链路模块经过光纤连接到中控室所在的以太网,将plc采集到的信息上传到上位机,并将上位机发出的控制命令传送到plc。
通过plc cpu上的profibus dp接口,连接到profibus转modbus协议转换模块(pb-b-mm),再连接到两台空气压缩机以及控制柜上多功能电力监测仪表的modbus接口,来读取空气压缩机的运行参数和多功能电表的电流电压功率等电力状态数据,以及向空压机发送启停命令等。
触摸屏采用纵横科技的tpc070td触摸屏,它两个com口,其中一个是rs232口,另一个即可当做rs232,又可以用作 rs485来通讯。同时还带有两个usb口,一个10m/100m自适应rj 45以太网接口。此纵横科技的触摸屏是一套以嵌入式低功耗cpu为核心的高性能嵌入式人机界面,采用7英寸高亮度tft液晶显示屏,四线电阻式触摸屏,同时还预装微软嵌入式实时多任务操作系统wince和免费捆绑hmibuilder嵌入版组态软件无线点。
从plc到触摸屏的通讯采用mpi网络,使用西门子专用的pc adapter连接电缆,连接cpu的mpi端口和触摸屏的rs232口(笔者认为此处也可以选用以太网通讯方式,通过300系列的以太网模块连接触摸屏的rj 45接口,但实际使用情况未采用,可行性有待试验确定)。
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