西门子普洱PLC模块代理商

1 概述

　　炼铁新厂2500 m3 高炉是继2000 m3 高炉后又一座现代化高炉。采用了很多的工艺和技术, 水处理系统包括软水密闭循环系统、净环水系统、污水处理系统等多个子系统。整个水处理的生产过程由计算机控制完成, 实现了实时数据采集、系统监控、优化控制等多项功能, 大大提高了水处理的自动化水平。

　　2 软水密闭循环系统工艺流程

　　软水密闭循环泵站是向高炉炉体、热风炉提供冷却用软水的重要设施。它是将高炉炉体冷却设备、热风炉各阀使用后的软水, 在站内通过自清洗过滤器除去杂质, 送入表面蒸发空冷器, 把水温降至45 度 以下, 再进入水泵入口母管经热水循环泵加压, 通过供水母管, 重新供往高炉炉体冷却设备和热风炉各阀, 如此形成循环。

　　3 系统控制要求

　　软水密闭循环系统由循环系统、补水系统、加药系统、工业水系统组成, 其特点是节能、不结垢、污染小、水循环效率高, 冷却效果好, 从而延长了高炉的寿命。工艺要求自动控制系统对全部水处理生产过程和设备进行实时数据采集、系统监控和操作。主要控制系统功能设计要求:

　　1)控制原则: 对工艺流程中的控制设备按照顺序起动、停止和联锁保护, 防止误操作, 以保证设备正常安全运行。

　　2)电气逻辑控制: 整个水处理系统的控制方式分为: 集中手动、集中自动和现场手动三种方式。

　　现场手动: 在相关设备附近设有现场操作箱, 可直接操作单套设备的起停, 无联锁控制, 主要适用于机械设备的调试和检修。

　　集中手动: 设备在上位机手动操作, 设备间有联锁要求。

　　集中自动: 设备按照工艺要求自动运行, 并有联锁要求。

　　每台设备在现场操作箱上设有: 现场/集中!选择的选择开关。只有当选择集中时, 上位机集中手动/集中自动才能有效操作。

　　3)实时性强, 可连续监控: 快速准确的故障诊断和处理: 稳定性高。确保24小时不间断工作。对整个水处理系统工况和设备运行状态进行实时数据采集、系统监控。

　　4 系统硬件配置与特点

　　水处理自动化系统采用电/仪一体化设计。

　　1)下位机( PLC )根据系统控制要求及输入/输出点数选用了性能良好的施奈德 可编程控制器。

　　2)上位机(操作站)从控制系统的可靠性考虑,上位机由二台工控机担任。

　　3)从生产的稳定性考虑, 采用了双机热备系统。其中一台CUP 为主用机, 另一台CPU 为热备机, 确保软水系统的安全运行。

　　4)系统构成

　　操作层, 有上位机(操作站)组成, 完成对下位机( PLC)的组态、初始化、人机交互, 以良好的界面监控整个水处理的生产过程。控制层, 由下位机( PLC)组成, 实现设备的控制和实时数据的采集。设备层, 由现场电器设备和仪表组成, 通过这些设备实现生产过程。操作层和控制层通过TCP / IP 的以太网相连, 控制层和设备层通过M odbus plus(MB+ )网相连。

　　系统主要特点: 1)全性能极高, 双机热备系统的加入, 切实达到了稳定生产的目的。2)PLC系统的自动控制能力强, 并且防止了误操作的发生。

　　5 系统软件设计

　　软件设计是整个系统中的核心, 它的好坏决定了控制系统性能的高低。控制系统软件包括了网络的组态、上位机(操作站)监控软件和下位机( PLC )编程软件。

　　5. 1 网络的组态

　　MB+ 网是M odbus plus 网络的简称, 它是由M odicon公司开发的为工业控制应用的令牌总线型以太网(见图1)。同时, MB+ 网又是一个本地网络,它允许主计算机、可编程控制器和其他数据源以对等方式进行通信, 网络总线采用单/双电缆布局, 可连接至多64个可寻址节点, 传输速率达1Mbps。MB+ 网具有的优点是: 1)网络系统规划设计简单明了,易于安装, 费用低廉。2)各监控计算机可以对MB+网络中的任意 PLC 系统所控制的生产过程实现监控。3)因其对等性, 网络系统中各监控系统对各PLC系统实现监控的任意性, 使各监控系统计算机实际可互为备用, 且网络设备易于扩展、更换。4)网络系统通信速率高, 控制实时性能强, 不易导致控制滞后。

　　5. 2 上位机监控软件

　　上位机监控软件主要是图形组态软件设计: 一是工艺流程画面的编辑生成; 二是输入输出点的组态; 三是动画连接的实现。

本系统采用爱默生公司的IFIX自动化监控软件。IF IX是一种易用的, 可集成和扩展的系统。基于W indows NT /2000/XP平台设计, 开放式设计可与W indows产品共享信息。本系统共完成了软水密闭循环系统、净环水系统、污水系统等上百幅动态工艺流程图、控制操作画面, 以及历史趋势、报警画面。

　　简便直观的操作, 可靠稳定的运行, 是本系统组态软件设计的目的。

　　5. 3 下位机控制软件

　　下位机主机( PLC) 采用施奈德公司的CON-CEPT。控制软件的实现也就是对PLC 的编程。这ONCEPT 编程软件, CONCEPT 支持梯形图、功能块图、指令表、顺序功能图、结构式文体编程语言, 并且支持W indows平台。下面以软水为例介绍编程特点。

　　1)为使控制软件设计方便, 清晰明了, 将整个控制软件根据工艺依照集中控制为主进行设计, 也就是说, 将整个控制软件分为不同功能的软件进行设计, 然后组合成一个完整的控制软件系统。

　　2)采用功能块方式编程。所谓的自定义功能块就是使用CONCEPT 所提供的编程语言编制自己程序中重复使用或有共同点的部分, 以自定义功能块的样式出现在程序中, 从而起到简化程序的目的。应用了这一编程语言, 在编程中节省了大量的时间,并且为日后的维护和故障的排除提供了好的条件。

　　6 总结

　　本控制系统调试过程简单快捷, 运行可靠, 操作方便。完全满足了高炉水处理工艺的控制要求。体现了 技术先进, 以我为主!的原则。 技术先进:自动控制系统硬件设备的先进, 以确保控制设备安全可靠运行; 控制软件的技术水平, 以人机界面清晰、控制准确、操作方便、安全可靠为目标, 充分体现了自动控制系统的优越性。 以我为主: 借鉴2000 m3高炉软水密闭循环系统的成功经验, 消化吸收先进技术, 根据高炉水系统的实际生产技术和设备状况, 对控制方式进行了修改并且调试, 既保证了控制系统的先进性, 又符合高炉水处理生产工艺要求, 为高炉水处理自动控制系统积累了成功经验。

 在未来的几年，PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求，PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的补充，增加了传统PLC所不能提供的高性能I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多，所以工程师们将能够很容易地改进其基于PLC的自动化系统。

　　引言

　　在过去的几十年里，可编程逻辑控制器(PLC)一直被广泛用于自动化领域，而在可预知的未来，PLC仍将长盛不衰。面向离散控制而设计PLC的实际上已经成为工业领域一个具有伟大意义的统治性工具。

　　然而，随着工业用机器和工厂系统的复杂性的增加，PLC已经很难而且也不可能成为完成所有自动化任务。现在的自动化系统已经超越了PLC的功能范围，使得工业机器领域的工程师必须在自动化系统中集成更多更先进的I/O、处理和控制策略。

　　新的可编程自动化控制器(PAC)硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很容易整合到PLC系统中，给工业机器增加更多的先进功能，并提高机器的效率。

　　1、需求：如何提高机器的效率

　　如何提高机器的效率?让我们来看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在现有的PLC系统上实现极大的改进。这是一个来自美国的私有原始设备制造商，数十年以来一直致力于制造的轧制设备和控制系统，用于全世界的铁和非铁金属行业。在这一领域的雄厚技术底蕴使之成为行业的。

　　I2S也曾经长期使用PLC来自动化和

　　控制生产的轧制设备。近几年他们一直在试图更新轧制设备控制系统，以提高效率和质量。为了提高炼钢设备的效率和质量，他们主要对其伽马测量系统进行了改进，以便能更准确地控制金属厚度。

　　数年以来，伽马测量系统一直是I2S产品家族中的标志性产品，现在依然广受欢迎，但是系统的很多硬件和软件特征都已经过时了。为了更新该系统并改进其机器，I2S公司需要一个具有更jingque的模拟输入分辨率的方案，以连接伽马测量传感器和信号处理，从而从传感器中获取模拟信号，实现高度jingque的厚度测量，再由PLC使用在轧制机器的控制系统中。

　　2、伽马测量仪技术

　　伽马测量仪使用“镅”作为恒发射源，这一发射源位于“C”框架组装的较低部。结构的顶部是一个接收器和前置放大器。当通过发射源和接收器之间的间隔时，金属带会吸收一部分辐射，吸收量视其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器进行测量，并转化成带厚度测量。

　　实施改造步：现有设备试验

　　为了节省时间和费用，I2S先试着在已有的PLC系统中进行模拟测量和处理。但是，PLC的模拟I/O和信号处理无法达到所需的jingque度。I2S公司要确保运行于PLC中的控制系统不会因为额外I/O和处理的增加而减少。

　　因此，他们需要这么一个系统，这个系统能够从伽马传感器中获取模拟信号并进行处理以计算jingque的厚度测量值，并能将这个厚度测量插入到PLC控制系统中。但是，所用的PLC不适合高性能处理和高速模拟I/O。

　　第二步：如果现有设备无法奏效，就试试其它方法

　　在认识到PLC无法提供连接伽马测量传感器所需的I/O和处理后，I2S转向了PAC技术。它选择了国家仪器的CompactRIOPAC，以提供改进轧制机器质量所必须的附加功能。CompactRI/O是一个可重置嵌入式系统，既结合了传统PLC的优点和可靠性，又能提供更多I/O和处理。国家仪器的所有PAC都可以通过其LabVIEW图形编程工具来编程，因此可以很容易进行编程和配置。

　　第三步：添加I/O

　　CompactRIO有一个嵌入式现场可编程门阵列(FPGA)芯片和实时处理器，可通过内置的LabVIEW功能块来编程。另外，它还拥有超过30个模拟和数字I/O模块，具有内置信号调节(反锯齿、隔离、ADC、DAC等)、高速计时(模拟I/O速度达到800kHz，数字I/O速度达到30MHz)和高分辨率(24bADC)，可与任何工业传感器或者触发器连接。

　　图1CompactRI/O架构

　　I2S使用CompactRIO模拟输入模块来连接伽马级厚度传感器，以提供jingque测量所需的高速计时和分辨率。由于每个I/O模块都是直接和FPGA相连的，工程师们于是能使用LabVIEWFPGA来轻松自定义CompactRIO的模拟I/O速率。

　　第四步：添加处理

　　从伽马传感器获得模拟数据之后，CompactRIO使用内置的NILabVIEW实时浮点功能块来在实时处理器中对数据进行处理，并将之转化成jingque的厚度测量。

　　LabVIEW的实时功能块对数据进行确定的对数处理(如下面的等式1和等式2所示)，以进行计算厚度测量值。由于LabVIEWReal-Time具有内置计算和分析功能，PAC能够很容易进行这一操作。

　　等式1：logI=(logI0)y/μ=(y/μ)logI0

　　等式2:y/μ=logI0/logI=log(I0-I)

　　CompactRIO系统在FPGA和实时处理器中进行所有的I/O和信号处理，并将高jingque度厚度测量传输到相连的PLC上，又不会降低现有PLC控制系统的速率。借助于CompactRIO的性能，I2S的工程师可以为伽马级传感器添加这一自定义测量和分析功能，而不需要牺牲轧制机器的控制速度。

　　第五步：整合PAC

　　每个轧制机器都带有三个形成网络的CompactRIO系统。这三个系统都是智能节点，能利用一个工业标准Modbus/TCP、TCP/IP或UDP协议进行通信。其中有两个系统与伽马级传感器连接，并进行模拟输入测量和处理，来计算jingque厚度测量值。

　　图2典型系统拓扑

　　第三个CompactRIO系统则从另外两个系统中取得厚度值，并转换成模拟输出测量值，输入到正在控制轧制机器的PLC上。所有三个系统都通过以太网连接实现了互连，并使用一个UDP以太网信息协议来传输厚度测量值计算。将PAC连接到现有PLC架构上有三个基本方法：

　　1.基本模拟和数字I/O。模拟/数字信号能够从PAC输出到PLC中。这是将PAC整合到PLC的一个基本的方法。I2S公

　　司就是运用这种方法来将处理过的数据从CompactRIOPAC传输到运行轧制机器控制系统的PLC上的。

　　2.工业网络。大多数PAC产品都支持工业协议，如DeviceNet、Profibus、CANopen以及基于以太网的协议如TCP/IP、UDP和ModbusTCP/IP。这使得工程师在连接PAC到PLC上时有很多网络选择。I2S公司运用的是以太网协议来在CompactRIOPAC之间传输数据，并将PAC和PLC连接到形成网络的HMI。

　　3.OPCConnectivityPAC还可以作为OPC客户端或者服务器，并通过OPC标签来收发网络数据到PLC或其它PAC上。OPC标准提供了一套标准的流程，让不同厂商的自动化系统之间可以很容易实现连接。

　　处理过的数据会以不到20毫秒的间隔在通过以太网互连的CompactRIO系统之间传输。CompactRIO测量值的获得、处理和传输速度都很快，因此，将jingque厚度测量值键入到PLC控制系统的过程丝毫不会降低整个系统的速度。

　　I2S公司可以很容易通过基于LAN的CompactRIO系统和10/100Mbps以太网接口将系统连接到形成网络的AllenBradleyPLC，并利用一个标准的TCP/IP协议将之连接到人机接口(HMI)系统。轧制机器中的所有仪器都通过以太网实现了连接，因此不需要在一个电器噪音嘈杂的环境下长距离地传输模拟信号了。

　　3、总结

　　在未来的几年，PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求，PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的补充，增加了传统PLC所不能提供的高性能I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多，所以工程师们将能够很容易地改进其基于PLC的自动化系统。