西门子自动化与驱动集团在国际化工交流会上取得丰硕成果
近日，国际化工交流会在巴塞罗那举行，中国西门子自动化与驱动集团在会上取得丰硕成果，加深了与其他公司的合作。
此次会议吸引了石化与化工业务中心来自美国、新加坡、马来西亚、韩国、中国台湾和中国的160名代表，就化学协会趋势、策略和目标等最前沿的信息进行了交流。
西门子自动化与驱动集团石化与化工中国业务中心总监 AndreasGeiss先生在大会发表了讲话，阐述了中国石化与化工中国业务中心的策略和目标：要在2010年推动西门子成为中国自动化行业第二，并在 2010年底前每年赢得两个百万以上的大项目。此外，AndreasGeiss先生还向听众介绍了中国业务中心的团队构架和一财年的主要业绩。
中国业务中心邀请的贵宾，中国石化工程公司的高级专家黄步余博士也在会上围绕中石化在石化项目中的需求做了一个成功的讲话，开阔了许多与会者的眼界，让大家对中国化工产业的快速发展有了一个新的认识。
通过此次化学交流会，石化与化工中国业务中心和他们的全球合作伙伴和顾客相聚一堂，进行了富有成效的讨论。为了加强联系并就多个问题进行更深入的讨论，3M公司的客户代表团将在4月访问中国。此外，AirProducts也在会上同意今后与西门子在中国气体分离设备的项目上进行合作。
西门子的客户经理们在石化与化工中国业务中心的帮助下，必将成功地拓展业务，为自动化与驱动集团谱写新的辉煌篇章。与会代表对石化与化工中国业务中心的表现给与了高度的评价，并且给他们的演讲内容和演讲质量都打了最高分。
西门子为中国神华煤炭公司提供500MW煤炭气化器
西门子能源公司为中国神华宁夏煤炭工业集团有限责任公司（SNCG）交付了定购5台煤炭气化器中的2台。该类型煤炭气化器第台具有热发电容量为500MW，它们将被运往在中国西北地区宁夏自治区的宁夏煤炭向聚丙烯转换的生产工厂。预计在2010年早期完成后，该拥有5台煤炭气化器的工厂将具有每小时生产540000立方米的合成气，它们随后将转向下线生产线进行处理后生产聚丙烯塑料产品。
西门子公司煤碳气化器长18米，具有内半径3米，重达220吨，它们是世界上最大和功能最强大的产品。这种设备每天能将2000吨的煤气化。在气化器中能处理硬煤、褐煤和其它如生物、石油焦和冶炼残渣等特制，这些将被转换成合成气体，而随后一些诸如硫、二氧化碳等有害环境的气体将被去除。这些合成气体随后也可用于环保型电力发电中，或者作为化学工业的原材料使用，比如在合成燃料的生产使用。
西门子这种500MW煤炭气化器具有直接设计风格、高可靠性水平，它降低了服务需求，能实现快速启动和关闭。
西门子工厂自动化传感器推广会议成功召开
近日，由西门子自动化与驱动集团传感器与通讯部主办的工厂自动化传感器东北区推广会议在沈阳商贸大厦成功召开。参加此次会议的客户来自不同行业，包括：汽车、机械、钢铁等，其中涵盖了最终用户、设计院、集成商。值得一提的是，部分大专院校的师生也慕名前来参加此次活动。虽然前来参加会议的客户不同，但他们都对西门子自动化传感器技术表现出了浓厚的兴趣。
工厂传感器部门经理陈江宁先生为大会作了精彩的开场讲话，他为到场客户介绍了工厂传感器的产品种类和在不同行业的应用案例。西门子工厂自动化传感器包括接近开关、安全产品、射频识别、机器视觉四类产品，目前在国内的汽车、烟草、钢铁、机械以及物流等行业都有成功应用。西门子工厂自动化传感器系列产品品质优良，其在业内也拥有相当强大的竞争实力。西门子可以为客户提供最优化的解决方案并最大限度的满足客户的需求。
会上，来自新加坡的机器视觉专家 Sim Wee Lee先生为到场客户介绍了二维码技术在实际中的应用，二维码技术是传感器技术的一项重要的创新应用，使传感器家族中的一支生力军。它的问世，为传感器技术注入了一股新鲜血液。由于二维码技术是一项先进且创新的技术，因此，还有很多客户对其缺乏详尽和透彻的了解。通过此次会议的相关介绍，客户们对西门子二维码技术有了更多的了解及认识，这对他们在今后应用此项技术是至关重要的。
此外，西门子技术支持工程师贾财潮博士在会上介绍了西门子通用机器视觉产品并向客户进行了Demo演示，产品Demo的演示为客户们提供了一个很好的平台，使他们可以近距离的接触产品，并通过工程师的现场显示，直观了感受到了西门子通用机器视觉产品的工作模式，更加切身的了解了西门子的先进技术。工程师还在问答环节与客户们进行了热烈的技术交流，回答了与会人员的提问，客户们也都积极参与，大家踊跃发言，气氛热烈。
东北区销售经理杨同录先生为此次会议作了总结性发言。 通过此次活动，西门子工厂自动化传感器概念进一步深入人心，同时，我们也与东北区客户加强了联系，为进一步在东北区推广业务打下了良好的基础。
与会客户纷纷表示，此类活动为他们了解西门子技术提供了很好的平台，他们很多在实际应用中的问题都通过在会上的交流和沟通得到了很全面很透彻的分析，客户们希望西门子公司可以在今后多多举办此类活动。
西门子自动化系统部得污水处理厂项目
六月份，西门子自动化系统部成功赢得了烟台套子湾污水处理厂项目。这次项目的总包方是德国帕萨旺-洛蒂格环境集团公司，采用了西门子PCS7控制系统，共17套AS417-4H冗余控制站。
在该项目中，用户采用PCS7作为控制系统。它的先进性和可靠性在满足用户节约能源、提高生产效率、保护投资需求的同时，也为用户提供了更为便捷的操作与维护途径。在此次项目中，西门子各部门的通力合作不仅使西门子PCS7再创佳绩，而且突显了西门子产品的竞争力和吸引力。
烟台套子湾污水处理厂是山东省环境治理工程的重要组成部分，包括兴建一个日处理量为16万吨的新厂及老厂的升级改造。用户需要一套先进、高效的自动化系统提高工厂运行质量，降低运行费用，西门子成为该用户的最佳之选。
首钢搬迁支持绿色奥运—西门子提供技术支持
按照国家发改委的要求，首钢要从北京石景山区搬迁到河北唐山曹妃甸地区，这并不是简单地把污染迁出北京，而是要建设一个科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新一代钢铁厂，成为具有21世纪国际先进水平的精品板材生产基地、循环经济和自主创新的示范基地。
在首钢曹妃甸项目炼钢、连铸、焦化、热轧及加热炉系统合公辅部分的自动化系统的竞争中，西门子依靠控制系统完整性和先进性以及TIA的控制理念，使整个系统配置的性价比大幅提高。经过多次的技术、商务交流与比较，西门子赢得了客户的信任。自动化系统部所提供的PCS 7+PLC+NET产品总量超过4000万人民币，其中，过程控制系统采用了最新版本的SIMATIC PCS 7 V7.0，大大增强了硬件的性能和系统的整体功能。
首钢京唐公司钢铁厂项目焦化工程A焦炉
数字调速器在乙烯装置中的应用
摘要首先介绍了WOODWARD505E数字调速器的硬件结构和软件功能，然后讲述了抽汽式蒸汽透平的结构和工作原理。最后结合实际应用，详细描述了天津乙烯装置裂解气压缩机透平和丙烯气压缩机透平转速控制中505E的程序组态及应用情况。
关键词 透平转速 控制比例/限制器 蒸汽图 抽汽控制 斜面控制
1 引言
天津石化公司烯烃部乙烯装置是由日本东洋公司总承包建设的14万吨/年乙烯装置，于1995年投料开车并于2001年进行了扩能改造，目前的设计生产能力为20万吨/年。它的关键生产设备三大压缩机组即裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机均是由蒸汽透平驱动的。透平转速控制系统采用的是美国伍德沃德(WOODWARD）公司的505（E）电子调速器。
2 WOODWARD电子调速器简介
WOODWARD505/505E电子调速器是以微处理器为基础的控制器，可以控制各种型号的蒸汽透平。其中，505E调速器可控制单抽蒸汽透平及补汽透平，比505调速器多出抽汽控制功能。二者都可以在现场通过内嵌的菜单式软件组态，既可以作为独立控制器使用也可以与DCS等控制系统相结合使用。
2.1伍德沃德505E电子调速器硬件介绍
天津乙烯的505E调速器系列号为：8238— 009，机箱内有电源卡、CPU卡、带输入/输出端子的I/O卡、继电器输出卡。在505E的盘面上有一个带26个双功能键的操作键盘和一个用来显示操作状态和信息的液晶显示屏。505E电子调速器上主要的输入/输出信号如下：
（1）两个转速输入信号。接收转速测量探头输入的频率信号，信号范围：500Hz～12．050kHz。
（2）4个4～20mA输入信号：抽汽压力信号(用于输入透平抽汽/进汽压力测量信号）、千瓦输入信号、串级输入信号和远程输入信号(用于控制转速参考值）。
（3）6个电流输出信号。有两个输出信号用于控制透平的高压缸阀门（HP阀）和低压缸阀门（LP阀）；其余4个电流输出信号可由用户根据需要在505E编程时选择其它输出功能：如转速测量值、转速参考值、抽汽压力输入值/参考值、高/低压阀斜面位置等。
（4）16个状态输入信号。其中有6个是保留的干触点输入信号，分别为：外部紧急停车信号；报警清除信号；发电机断路器/主断路器辅助触点信号；增加/降低转速参考值等。其它10个是由用户编程定义的干触点输入信号，可由用户根据需要从以下15个信号中选择：外部停车信号、外部启动信号、打开/关闭HP阀信号、打开/关闭LP阀信号、增加/降低抽汽压力参考值、转速测量装置故障超驰、超速实验信号、空载/额定切换信号、投用串级控制、投用远程控制、增加/降低串级信号参考值等。
（5）8个继电器输出信号。第1～3个分别用于调速器报警信号输出、电气超速跳闸信号、调速器停车信号输出；其余5个继电器输出信号可由用户根据具体需要在编程时选择其功能输出：如透平转速已达到最大控制转速、转速开关、远程过程控制、抽汽压力信号故障、HP/LP阀斜面开关及用户设定的与系统操作有关的手动设定值等。
2.2伍德沃德505E电子调速器控制软件介绍
以微处理器为基础的505E电子调速器在控制系统软件组态上具有很大的灵活性。用户可以根据现场的实际情况灵活地选择合适的控制功能模块组成各种控制系统来满足不同的控制要求。505E电子调速器提供的控制功能程序模块共有17个，在这17个程序模块中，前6个程序模块必须进行组态编程；其余的11个程序模块根据具体的应用确定必须选用或不能选用。这17个程序模块和它们的基本功能介绍如下。
必须选择的模块：透平启动模块(选择透平启动方式）；转速控制模块(选择与转速控制有关的信息）；转速参考模块(选择与转速参考设定点和超速跳闸点有关的数据）；抽汽控制模块(设置抽汽蒸汽图数据及转速控制优先还是抽汽控制优先等）；触点输入模块和停车逻辑模块。
根据需要可选或不能选的程序模块：阀斜面控制模块、Droop模块(设置不等率）、临界转速模块、空载/额定转速控制模块、单位模块、远程控制模块、串级控制模块、继电器输出模块、手阀继电器输出模块 (用执行机构输出值来控制继电器输出）、模拟读出模块、RS-232通讯模块。
505E调速器的控制系统一旦选定后，除非透平的控制方案需要改变，否则用户不需要再使用编程方式，而选择运行方式去操作透平，启动和停止机组。
3伍德沃德505E电子调速器在天津乙烯装置中的应用
天津乙烯的裂解气压缩机GB201和丙烯制冷压缩机GB501的驱动透平是抽汽凝汽式透平.
抽汽式蒸汽透平具有一个高压缸和一个低压缸，各由一阀门控制。驱动主蒸汽通过高压缸阀门（HP阀）进入透平内。在高压缸的下游端可以向外抽取蒸气，并通过减小低压缸阀门（LP阀）的开度加大抽汽量。也可以让蒸汽进入LP级，由LP阀门控制蒸汽进入,即LP阀打开，让大部分蒸汽进入LP级，而少量的蒸汽被抽出。蒸汽从HP阀进入高压缸后，部分蒸汽被抽出，其余蒸汽通过LP阀到低压缸，经过低压缸从尾部排出后进入凝汽器变成凝结水，从而完成一个完整的做功过程。
在这里，我们使用安装在中央控制室的 WOODWARD505E调速器来控制这两台透平的转速,操作人员可以随时从调速器液晶屏幕上查看转速、抽汽及HP、LP阀等关键数据并进行相应操作，还可在DCS上或通过现场盘按钮实现远程操作，控制透平的运转状态。下面我们以裂解气压缩机透平GBT201和丙烯制冷压缩机透平GBT501为例介绍 505E调速器的使用情况。
3.1裂解气压缩机透平的转速控制
裂解气压缩机透平GBT201是由产自裂解炉的11MPa超高压蒸汽驱动的，中间抽出3.4MPa高压蒸汽的抽汽凝汽式蒸汽透平。505E调速器根据测量到的透平转速信号和进汽压力信号，按照转速控制优先的原则调节透平转速满足压缩机对转速的需要。
我们知道裂解气透平的转速控制主要由505E中的转速控制、抽汽控制、转速参考、比例/限制器、远程控制、阀斜面控制等控制模块组成的控制系统来控制。
这些模块将根据我们所作的控制组态来完成透平转速的控制。
（12）REALAYOUTPUT（继电器输出）：
设置LP≥99.9％，转速≥700rpm及转速≥5057rpm时分别对应1＃、2＃和5＃继电器励磁。
（13）HANDVALVES（手阀）：
启用手动蒸汽阀功能，并设定HP≥30％时4＃继电器带电，关回到25％时断电。现场并未使用余外的手动蒸汽阀，这里仅是为配合ESD紧急停车系统而启用的一项辅助功能。
（14）ANLOGREADOUT（模拟量读出）：
设置1＃模拟量读出为转速输出，且4～20MA对应0～10000rpm。转速输出信号送至DCS系统显示。
3.1.1控制组态
在GBT201透平的转速控制程序中，我们选择的控制组态为：
（1）TURBINESTART（透平启动）：
选择自动方式。打开T&T截止阀后，按调速器键盘上的RUN键，LP阀全开，HP阀将按慢慢打开，直到调速器开始控制透平转速。
（2）SPEEDCONTROL（转速控制）：
选择两个MPU，转速齿轮齿数为60，MPU齿比1：1，执行机构(HP和LP阀）接收信号为4～20mA。
（3）SPEEDREFERENCE（转速参考）：
设定最大转速参考6961rpm，超速跳车转速6545rpm，最大控制转速6248rpm,最小转速参考5057rpm，速度慢变率（正常调节时的速率）4rpm/sec，速度快变率（临界区使用的速率）10rpm/sec。
（4）EXTRACTIONCONTROL（抽汽控制）：
设定抽汽输入取反，给出抽汽数据（用相同的量化单位设定蒸汽图范围），选择转速控制优先，设定最小抽汽输入为0(4mA），最大抽汽输入为18000(20mA）。
（5）CONTACTINPUTS（触点输入）：
选择“外部运行”为4＃触点、“额定/空载”为1＃触点、“启用远程控制”为2＃触点等输入信号。
（6）SHUTDOWNLOGIC（停车逻缉）：
选择HP和LP执行器过流、欠流及抽汽信号丢失等停车逻缉，即当出现其中任一种情况时调速器都将发出停车信号。
（7）VALVERAMPCONTROL(阀门斜面控制）：
设置HP和LP阀门斜面变化率分别为0.5%/sec和1%/sec。
（8）CRITICALSPEEDS（临界转速）：
设置两段临界转速，分别为1680～2900rpm和3100～5000rpm。
（9）IDLE/RATED（空载/额定）：
设置空载转速1000rpm，额定转速5057rpm。当外部的IDLE/RATED开关闭合后，转速将按2rpm/s的速率从1000rpm上升到5057rpm。
（10）UNITS（单位）：
改变压力单位为KPA。
（11）REMOTEPROCESS（远程控制）：
设置4MA和20MA输入时的参考转速及参考转速上下限均为5057rpm和6248rpm，控制速率设定为2rpm/sec。
纺织企业开辟高新技术电机节能新路
电机系统节能工程是国家发改委启动的十大重点节能工程之一。近十年来，各个纺机企业在设备电气控制部分的制造中广泛采用变频调速节能技术，并在风机、加热系统、压缩机等通用设备系统上采用变频调速节能措施，使纺织机械设备的交流电动机变频工艺调速技术得到全面推广。据有关专家预测，“十一五”期间，如果我国纺机设备的电控系统运行效率提高两个百分点，将实现年节电能力达2000千瓦时的目标。
业内专家对目前纺织企业运行设备调查后认为，我国纺织企业使用的70～80年代生产的设备占所有设备的30%左右，但总耗电量约占 30%～50%。其中，交流电动机占75%左右。现在我国纺织企业各类电机的运行效率加权平均值比国外低3～5个百分点，加热系统和泵的效率要比发达国家低2～3个百分点，整体所用的电机驱动系统运行效率比国外低近20%。如果按电动机总容量的10%进行改造，按年平均运行4000小时计算，节电率可达 20%～25%。由此可见，电机系统节能是目前我国纺机设备节能市场上最具商业潜力的领域。例如，郑州纺机公司近年开发的日产200吨及200吨以上涤纶短纤维成套设备采用了大量变频调速节能技术和信息传感技术，使这种大容量涤纶短纤维成套设备实现了减少投资成本和运行成本的目的，具有较好的经济效益。在同等产能情况下，一条200吨/日生产线与两条100吨/日生产线相比，用户能减少32%的投资、53%的占地面积和40%的人工费用。另外，宏大研究院开发的高速粘胶长丝连续纺丝机，由于采用了伺服电机、PLC、人机界面等技术，可将纺丝成形、水洗、烘干上油、卷绕成筒等多道加工工序集于一身，使整个工艺过程时间大大缩短；采用管中成形的方式使纺速提高到140米/分钟。目前，高速粘胶长丝连续纺丝机要解决连续纺丝用原液的质量指标、高速纺丝工艺参数、后处理辊筒材质的选择及加工、卷绕机构及筒子成形等技术问题。高新技术的采用为提高纱线品质与生产率、减少用工、提高劳动生产率提供了物质保障。
纺织行业在我国能耗行业中，虽然能耗量不及电力、能源、造纸等行业，但在所使用的电动机总容量中，只有不到20%的电动机是带变频控制的。我国纺机行业的频控制电机市场占有率不足15%，而我国的变频器市场在过去10年内却保持着26.8%的高速增长。今后10年，我国纺机设备的变频器需求仍很旺盛。随着控制技术、节能技术的应用趋于成熟，纺机行业所占有变频器的市场潜力将达到50亿～100亿元。近几年，大量新技术的采用提高了我国纺织行业的装备水平，在这一点上，机电一体化水平较高的剑杆织机和喷气织机成套设备效果最为明显。电子式剑杆织机和喷气织机，在各运动机构机电一体化技术中主要有电子送经、电子卷取、引纬系统、选纬系统的机电一体化。电控系统优化控制各机构运动，提高工艺适应性，使设备具有自动变换织物设计、自动检测分析织疵、自动调整纬密误差等功能，解决了纺机电子多臂、电子提花装置、电子储纬器、电子选纬器等关键配套件的高速适应性，提高了织机的运行速度和效率。
在我国电机市场上，世界各国的产品纷繁林立。其中，40%是日本品牌，30%为欧美品牌，另有10%是中国台湾地区品牌，国产品牌的市场份额仅占 20%～25%。我国纺机制造业所使用的绝大部分电控系统的高压变频器、PLC、伺服等主导品牌都是西门子、ABB、东芝、三菱和LG，低压变频器则是西门子、ABB和三菱等市场主导品牌。虽然国内森兰、利德华福、合康亿盛、山东风光、惠丰等产品的品牌效应正在逐渐形成，台湾的台达、康沃、普传等品牌在大陆的发展较好，但与国外的西门子、ABB等知名品牌相比，国产电机在通用性、稳定性上与世界品牌的产品还存在较大差距。因此，提升产品性能，尤其是提高产品的功效成为我国电机生产企业必须认真对待的问题。对此，业内有关专家指出，国产纺织机械行业的发展出路在于针对市场需求重新定位，采取与国外企业相互合作、相互促进的方式，从开发中、高档产品和精密零部件，增加产品附加值，增强稳定性，缩短更新周期，降低生产成本和提高性价比等方面入手，努力研发具有自主知识产权的产品技术。同时，国内企业之间要加强区域协作，实现产品合作开发，尽快填补国内纺织机械高档产品市场的空白。
SIMATIC控制系统在石油钻井中的应用
摘要(Abstract)随着电驱动钻机在油田应用的普及,作为其控制核心的PLC及其通讯应用的越来越广泛.本文结合石油钻井设备控制系统的具体实例，概括了利用西门子SIMATIC300进行系统集成的设计方法。
1 引言
该项目使用SIMATIC控制系统应用在 ZJ30DB、ZJ50DB、ZJ70DB变频电动钻机上。选用西门子SIMATIC300系列CPU作为变频电动钻机的控制核心，PLC与变频器的通讯采用Profibus总线。由于高可靠性及野外操作对维修带来的复杂性要求，系统具有冗余备份和远程监控功能。
2 系统介绍
该钻井设备布置分为五个区域:钻台区、泵房区、动力及电传动区、固控区、油罐区。钻台区布置有绞车、转盘、顶驱、司钻室、司钻偏房等，为危险作业区，整个区域的电气均要求防爆。泵房区布置有泥浆泵组、电动灌注系统及钻井液管汇;动力及电传动区布置有柴油发电机房、气源净化装置房、辅助发电机房和电控房;固控区布置有泥浆循环罐、泥浆净化设备及套装水罐;油罐区包括油罐、泵、管线。由于钻台区为危险防爆区域，按照国际及国家有关标准，其他区域距离井眼的长度至少在50米以上。整套PLC控制系统分别布置在电控房和司钻室，其中电控房内包括两台相互冗余的CPU和一套ET200M，司钻室包含一套ET200M。电控房内布置有:PLC控制柜、发电机柜、整流柜、 VFD柜及MCC柜。司钻室集钻机机电、气、液控制于一体，除了包含一套ET200M的电控柜外还包括主控制台和辅助控制台，具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、声光报警、故障指示等。控制系统可以完成对5台600kW以上电机(其中包括3台泥浆泵电机、1台绞车机和1台转盘电机) 的控制和相互之间的联锁控制;还包括对发电机柜、整流柜及钻台传感器的数据采集、控制和报警、故障显示。在钻井过程中，对绞车和转盘的可靠性要求较高，如果绞车或转盘发生故障，在短时间内不能修复，则有可能造成井壁坍塌的大事故，因而系统具有冗余备份的功能。
3 控制系统构成
控制站具有冗余备份功能，由两个 SIMATICCPU315-2DP模块构成;采用ET200M将现场输入输出点通过Profibus总线连接到控制站，并通过Profibus总线与5 台ABB变频器通讯;经理室采用SIMATICWINCC软件通过S7协议与控制站通讯;并在控制站通过MPI口外接SIMATICTC35T以实现远程维护。
4 系统功能
整套钻机的钻井工艺概况如下:
绞车装置主要用于起升、下放井架、底座、大钩及钻杆;转盘装置用于钻杆的上扣、下扣以及旋转钻杆带动钻头切削岩石;泥浆泵装置将高压泥浆通过管汇注入钻头，不仅起润滑、冷却钻头的作用，还将夹杂着岩石碎屑的泥浆带回泥浆净化系统以便重新使用。
整个钻机系统的功能主要包括:
(1)通过Profibus总线，实现S7-300CPU与ABB变频器之间的通讯，以完成对相应电机的控制。
根据传递参数数量确定PPO类型,编写相应的通讯程序。对关键钻井工艺过程实现安全联锁，若发生故障，在操作台面板上给出声光报警,并在MP370显示面板上给出报警或故障提示。
由于方案是初次使用西门子公司的PLC控制系统，整个系统的通讯采用Profibus电气网络，系统中的司钻室距离电控房较远(60m)，系统初始设置通讯速率为1.5Mbps，但在现场调试过程中发现设置在司钻室的分布式I/O从站时常有通讯中断现象，而按照设计要求位于总线终端的中继器和总线连接器的终端电阻都置于“ON”位置。这让现场调试、故障查找及排除花费了较长时间。但按照手册查找，通讯速率应可达12Mbps，系统中设置通讯速率为1.5Mbps通讯应该可靠，但将波特率降低至 500kbps，系统长时间运行安全可靠，再无通讯故障现象发生。这说明系统的通讯质量存在问题。经分析，从电控房到司钻室的通讯线受到动力线的干扰较大。
如何根据网络的拓补结构、总线的硬件连接情况确定系统可靠安全运行的通讯速率以及如何优化，这些困扰摆在我们面前。目前，西门子公司已推出用于检测Profibus系统通讯质量的专用仪器，根据监测结果来改善拓补结构和硬件接线，便于设备安装、调试、故障定位与维护;另外，从性价比方面考虑，采用光纤通讯也是一种可行方案。从现场设备的调试和运行情况来看，SIMATICPLC控制系统的可靠性和灵活性有目共睹，相信我们会有更多的设备来使用SIMATIC控制系统。
(2)泥浆泵控制:操作员操作司钻室的面板通过ET200M的 Profibus-DP将信号传递到控制站S7-300CPU模块，控制三台泥浆泵的风机、喷淋泵、泥浆泵主电机的启动、停止、速度给定以及相关的联锁保护。由于电机功率较大，要求强制风冷。泥浆泵风机启动后，当其风压开关闭合即建立风压时，方可启动泥浆泵主电机。
(3)绞车控制:使用脉冲编码器通过FM350模块计算大钩高度，对最高位、最低位进行限位，防止“上碰下砸”;具有“自动控制”功能，可根据速度给定手柄的位置确定是否处于自动区域(手柄全行程的 0～20%，80%～100%)，处于自动区域可自动控制大钩的运行速度以及停止位置;可选择高速、低速、超低速三种速度选择范围以适应不同工况;在起升、下放井架、底座时由于负载重量比较大，使用“超低速”速度选择方式(0～60rpm)，而且在起升、下放时，系统具有能耗制动功能，使得操作平稳、可靠。
(4)转盘控制:采用Profibus-DP协议通讯，可控制转盘变频器的速度给定值、扭矩限定值，并给出变频器过流、过压报警。
(5)软件冗余:当由于供电单元、背板总线、主站、硬件或软件引起的CPU发生故障、冗余备份总线电缆、冗余从站接口通讯中断或冗余从站接口发生故障时，通过 SIMATICSoftwareRedundancy软件-简单的软件机制就可使一个发生故障的主CPU由冗余CPU接管过来，这对主备系统切换时间要求不高、而采用冗余备份系统或其他特殊高可靠性系统不是绝对必要(从性价比方面考虑)的系统是比较适合的。采用这种软件冗余备份方法，可有效地提高系统的可靠性;
(6)远程监控:通过GSM无线通讯网络可实现远程监控。由于石油钻井设备应用现场的特殊性(可靠性要求高，生产现场比较偏僻、环境恶劣)，现场服务不可能迅速快捷，维修成本相应较大。在远程终端通过 SIMATICTELESERVICE软件，可在线实时分析故障原因并实现远程软件升级。这样可更有效地使用资源、提供快捷服务、大大较少维修费用和维护时间、增强了设备的经济性;
(7)人机界面:两个人机界面显示面板分别设置在电控房和司钻室。通过PROTOOL软件组态,显示设备运行状态以及各个电机的运行逻辑状态，监控现场设备的运行，设有故障页显示,便于故障定位和维护。
(8)历史归档及报表打印:由设置在经理室的PC机完成。采用SIMATICWINCC软件编制，使用Microsoft公司的SQLSERVER作为数据库管理的工具，VISUALC实现对历史归档数据的查询、动态画面的组态，可实现报表、趋势、报警打印功能，为管理人员分析数据提供帮助。
5 结束语
整套系统实现了钻井设备的分布式集中控制。设置在电控房内的S7-300CPU，通过现场的分布式I/O模块采集设备状态、控制现场设备的运行，具有复杂程序控制和常规联锁保护功能，并通过两台显示面板实现现场设备的运行状况的可视化，系统还具有历史归档和报表打印功能，使整个系统具有较强的技术优势和竞争力。
我国工业控制自动化技术的现状与发展趋势
工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显提升作用。
我国工业控制自动化发展道路，大多是引进成套设备同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础低成本工业控制自动化将成为主流
众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业到飞速发展。20世纪末世界上最大变化就是全球市场形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（TimetoMarket）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服务体系（Service），这就是企业T.Q.C.S.。计算机集成制造系统（CIMS）结合信息集成和系统集成，追求更完善T.Q.C.S.，使企业实现“正确时间，将正确信息以正确方式传给正确人，作出正确决策”，即“五个正确”。这种自动化需要投入大量资金，是一种高投资、高效益同时是高风险发展模式，很难为大多数中小企业所采用。我国，中小型企业以及准大型企业走低成本工业控制自动化道路。工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。传统自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主由各种进口过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件价格之高令众多企业望而却步。20世纪90年代以来，PC-based工业计算机（简称工业PC）发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成PC-based自动化系统到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化重要途径。我国重庆钢铁公司这样大企业几乎全部大型加热炉，也拆原来DCS或单回路数字式调节器，而改用工业PC来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获了良好效果。基于PC控制器被证明可以像PLC一样可靠，被操作和维护人员接受，，一个接一个制造商至少部分生产中正采用PC控制方案。基于PC控制系统易于安装和使用，有高级诊断功能，为系统集成商提供了更灵活选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。可编程控制器（PLC）受PC控制威胁最大，PLC供应商对PC应用感到很不安。事实上，他们现也加入到了PC控制“浪潮”中。
近年来，工业PC我国到了异常迅速发展。从世界范围来看，工业PC主要包含两种类型：IPC工控机和 CompactPCI工控机以及它们变形机，如AT96总线工控机等。基础自动化和过程自动化对工业PC运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有 IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之将是CompactPCI-based工控机，而IPC将占据管理自动化层。国家于2001年设立了“以工业控制计算机为基础开放式控制系统产业化”工业自动化重大专项，目标就是发展具有自主知识产权PC-based控制系统，3(5年内，占领 30%(50%国内市场，并实现产业化。几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因；另一个是软件操作系统WindowsNT原因。一个成功PC-based控制系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上软件完成；二是向客户提供所需要所有东西。可以预见，工业PC与PLC竞争将主要高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价微型PLC 竞争，这也是PLC市场增长最快一部分。从发展趋势看，控制系统将来很可能存工业PC和PLC之间，这些融合迹象已经出现。和PLC一样，工业PC市场过去两年里保持平稳。与PLC相比，工业PC软件很便宜。据Frost&Sullivan公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场里，大约 8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻一番，工业PC市场变非常可观。
二、PLC向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展
长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域主战场，为各种各样自动化控制设备提供非常可靠控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品冲击，尤其是工业PC所带来冲击。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、 OMRON、三菱、GE产品。多年发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模生产能力和名牌产品，可以说PLC我国尚未形成制造产业化。 PLC应用方面，我国是很活跃，应用行业也很广。专家估计，2000年PLC国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币。
PLC市场也反映了全世界制造业状况，2000后大幅度下滑。，AutomationResearchCorp预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展主要方向。基于PLC自动化早期，PLC体积大价格昂贵。但最近几年，微型PLC（小于32I/O）已经出现，价格几百欧元。软PLC（SoftPLC）控制组态软件进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制市场份额将逐步到增长。当前，过程控制领域最大发展趋势之一就是Ethernet技术扩展，PLC例外。现越来越多PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC控制系统。
三、面向测控管一体化设计DCS系统
集散控制系统 DCS（DistributedControlSystem）问世于1975年，生产厂家主要集中美、日、德等国。我国从70年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国外DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，我国主要行业（如电力、石化、建材和冶金等）DCS基本全部进口。80年代初期引进、消化和吸收同时，开始了研制国产化DCS技术攻关。近10年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，如北京和利时公司、上海新华公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天测控公司、电科院以及北京康拓集团等。这批企业研制生产DCS系统，品种数量大幅度增加，产品技术水平已经达到或接近国际先进水平。2001年全国应用4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，占35%。短短几年，国外DCS系统我国一统天下局面从此不再出现。这些专业化公司占据了一定市场份额，积累了发展资本和技术，同时使国外引进DCS系统价格也大幅度下降，为我国自动化推广事业做出了贡献。与此同时，国产DCS系统出口也逐年增长。
国产DCS发展取了长足进步，但国外DCS产品国内市场中占有率还较高，其中主Honeywell和横河公司产品。我国DCS市场年增长率约为20%，年市场额约为30(35亿元。近5年内DCS石化行业大型自控装置中没有可替代产品，其市场增长率不会下降。据统计，到2005年，我国石化行业有1000多套装置需要应用DCS控制；电力系统每年新装 1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控；不少企业已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。，今后5年内DCS作为自动化仪表行业主要产品位不会动摇。中国仪器仪表行业协会公布调查数据显示，2002年我国DCS市场状况如下：
小型化、多样化、PC化和开放性是未来DCS发展主要方向。目前小型DCS所占有市场，已逐步与PLC、工业PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先与这三种系统融合，“软DCS”技术将首先小型DCS中到发展。PC-based控制将更加广泛应用于中小规模过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC小型DCS系统。开放性DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程现场数据整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术无缝连接，向测控管一体化方向发展。
六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展
从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现已走过了51年历程。近10年来，计算机技术飞速发展，各种不同层次开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构方向前进。就结构形式而言，当今世界上数控系统大致可分为4种类型：
1.传统数控系统；
2.“PC嵌入NC”结构开放式数控系统；
3.“NC嵌入PC”结构开放式数控系统；
4.SOFT型开放式数控系统。
我国数控系统开发与生产，“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，取了很大进展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基，培养了一批数控人才，初步形成了自己数控产业，也带动了机电控制与传动控制技术发展。同时，具有中国特色经济型数控系统这些年来发展，产品性能和可靠性有了较大提高，逐渐被用户认可。国外数控系统技术发展总体发展趋势是：
*新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；
*驱动装置向交流、数字化方向发展；
*增强通信功能，向网络化发展；
*数控系统控制性能上向智能化发展。
进入21世纪，人类社会将逐步进入知识经济时代，知识将成为科技和生产发展资本与动力，而机床工业，作为机器制造业、工业整个国民经济发展装备部门，毫无疑问，其战略性重要位、受重视程度，也将更加鲜明突出。
近年来，我国数控机床一直保持两位数增长。2001 年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国53.67亿美元。2002年产值达260亿元，产量居世界第4。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到50%，而发达国家大多70% 左右。国产数控机床不能满足市场需求，高档次数控机床及配套部件只能靠进口，使我国机床进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达 24.06亿美元，比上年增长27.3%。
智能化、开放性、网络化、信息化成为未来数控系统和数控机床发展主要趋势：
*向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展；
*向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展；
*向PC-based化和开放性方向发展；
*出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟制造方向发展。
*信息技术（IT）与机床结合，机电一体化先进机床将到发展。
*纳米技术将形成新发展潮流，并将有新突破。
*节能环保机床将加速发展，占领广大市场。
七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展
自从1977年第一个民用网系统ARCnet投入运行以来，有线局域网以其广泛适用性和技术价格方面优势，获了成功并到了迅速发展。，工业现场，一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，无线局域网技术到了发展和应用。微电子技术不断发展，无线局域网技术将工业控制网络中发挥越来越大作用。
无线局域网（WirelessLAN）技术可以非常便捷以无线方式连接网络设备，人们可随时、随、随意访问网络资源，是现代数据通信系统发展重要方向。无线局域网可以不采用网络电缆线情况下，提供以太网互联功能。推动网络技术发展同时，无线局域网也改变着人们生活方式。无线网通信协议通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于点对点方式，802.11用于一点对多点方式。无线局域网可以普通局域网基础上无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现，以无线网卡使用最为普遍。无线局域网未来研究方向主要集中安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其它移动通信系统之间关系等问题上。工业自动化领域，有成千上万感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供通信接口是RS-232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备 RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE802.11b和以太网络IEEE802.3标准，支持标准 TCP/IP网络通信协议，有效扩展了工业设备联网通信能力。
计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术结合，产生了“基于无线技术网络化智能传感器” 全新概念。这种基于无线技术网络化智能传感器使工业现场数据能够无线链路直接网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间通信提供高带宽无线数据链路和灵活网络拓扑结构，一些特殊环境下有效弥补了有线网络不足，进一步完善了工业控制网络通信性能。
八、工业控制软件正向先进控制方向发展
自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有20年发展历史。工业控制软件作为一种应用软件，是PC机兴起而不断发展。工业控制软件主要包括人机界面软件（HMI），基于PC控制软件以及生产管理软件等。目前，我国已开发出一批具有自主知识产权实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，打破了国外同类应用软件垄断格局。化工、石化、造纸等行业数百个企业（装置）中应用，促进了企业技术改造，提高了生产过程控制水平和产品质量，为企业创造了明显经济效益。2000年，“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨干石化生产系统控制及计算机应用技术”了验收。作为工控软件一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年取了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整解决方案。此基础上，工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。先进过程控制APC（AdvancedProcessControl）目前还没有严格而统一定义。一般将基于数学模型而又必须用计算机来实现控制算法，统称为先进过程控制策略。如：
*自适应控制；
*预测控制；
*鲁棒控制；
*智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络）等。
先进控制和优化软件可以创造巨大经济效益，这些软件也身价倍增。国际上已经有几十家公司，推出了上百种先进控制和优化软件产品，世界范围内形成了一个强大流程工业应用软件产业。，开发我国具有自主知识产权先进控制和优化软件，打破外国产品垄断，替代进口，具有十分重要意义。未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。
结束语
工业信息化是指工业生产、管理、经营过程中，信息基础设施，集成平台上，实现信息采集、信息传输、信息处理以及信息综合利用等。“十五”期间，国家用信息化带动工业化工作重点有三个方面：一是以电子信息技术应用为重点，提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先进制造技术应用为重点，推进制造业领域优质高效生产，振兴装备制造业；三是改造提升重点产业关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家实施高技术产业化主要目标有两个：一是发展高技术，形成新兴产业，培育新增长点；二是利用先进技术改造和优化传统产业，提高经济增长质量。大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素质、提高国家整体国力、调整工业结构、迅速搞活大中型企业有效途径和手段，国家将继续实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术进一步发展，加强技术创新，实现产业化，解决国民经济发展面临深层问题，进一步提高国民经济整体素质和综合国力，实现跨越式发展。
PLC在同步电动机励磁装置中应用
1 引言
励磁系统是同步电动机中最核心、最主要的且成部分之一。长期以来同步电动机励磁装置技长性能不完善，导致同步机损坏，成为影响生产的安全、连续及稳定运行的制约环节。
随着可编程控制器（PLC）技术的发展，以微型PLC 为核心、功能更加完善的励磁控制系统的出现成为可能。该系统接线简单、控制功能丰富、可配置汉显的人机界面、价格适中、适合于恶劣的工业环境。采用PLC 技术，首先克服同步机所配老式晶闸管励磁装置（俗称可控硅励磁装置）技术性能不完善；充分发挥PLC的作用，使控制系统更为人性化。
2 同步机励磁装置的功能
同步电动机的励磁装置主要有三个方面的作用，一是完成同步机的异步启动并牵入同步运行；二是在牵入同步以后励磁电流的调节控制；三是监控系统故障，确保同步机安全运行。
2．1励磁装置在启动过程中的作用
在异步启动的过程中，励磁装置保证启动回路具有良好的异步驱动特性，避免异步启动过程中所存在的脉振现象，满足带载起动及再整步要求。达到亚同步速时，准角度投励，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。
2．2励磁装置在运行过程中的作用
同步运行过程中的励磁电流控制模式分为：
（1）恒励磁电流模式：适合于负载恒定工况，如通风机、水泵。实际选取功率因数为超前0.95-1之间任意值。
（2）恒无功功率模式：适用于电网负载不断变化，同步机向电网提供恒定的无功功率以补偿电网的功率因数，但同步机的功率因数是随着负载的变化而变化。
2．3励磁装置的监控作用
同步电机在正常运行过程中，不可避免地会受到各种各样的扰动，就会引起电机失步，造成生产中断和设备损坏的严重事故。励磁装置能检测，同步机的失步，识别后判断是报警还是再整步运行，既保障设备的安全性，又保持运行连续性。
同样，励磁装置在正常运行过程中，自身也会受到各种干扰，造成可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流超限等故障。当出现上述故障，励磁装置识别后报警或跳闸，以保证励磁装置的安全运行。
3 系统硬件设计
为了满足同步机起动、运行和故障监控的要求，同时便于将机械设备的控制柜与励磁装置融为一体，减小体积、增强控制功能、提升原来系统的自动化水平。本励磁装置主控制器采用西门子微型可编程序控制器S7-200，并使用成熟的晶闸管的触发电路TC787。
显示电路采用西门子的TD200来完成，一是参数设置，如投励时刻、后备投励、强励时间；运行模式选择。二是工作状态显示，如实验投励、正常投励、后备投励；运行模式。三是故障显示，如失步、整步失败、晶闸管故障、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁超限。
全部采用汉字显示。
因此选用了模拟量模块与S7-200配合使用，构成单闭环控制系统。励磁给定值由外接电位器提供，无功电流由无功电流转换器提供，励磁电流由霍尔元件LEM块检测励磁电流得到。三个模拟信号送入PLC的模拟输入端。
4.3实时处理程序
4.3.1投励模块
一是正常投励：智能监测转子滑差，在主机起动后，通过计算转子滑差的变化来开放相应的功能（如投全压、投励），即转子频率为5Hz时，发出投全压指令；当转子频率为2.5Hz时，选择在"感应电压顺极性尾端过零点"的时刻投励，此时，转子感应电压及电流接近于零，转子感应电流方向与励磁装置输出电流方向一致，投励最为容易，有利于将电机迅速牵人同步，完成正常投励。
二是后备投励：若正常投励不成功，在主机起车后，开始记时，若记时到后备投励点"的时刻投励，完成后备投励。
4.3.2励磁调节模块
一是恒定励磁调节模式，将励磁给定信号和励磁电流反馈信号经模拟量输人模块送人PLC进行数字PID运算，通过模拟量输出端控制晶闸管移相触发电路；
二是恒定无功功率调节模式，将励磁给定信号和无功电流反馈信号经模拟量输入模块送人PLC进行数字PID运算，通过模拟量输出端控制晶闸管移相触发电路
4.3.3晶闸管故障检测模块
如果励磁整流波头相互比较，宽度误差大于10％，报警；如果波头相互比较误差大于20％，或周期内缺一个波头，而且时间超过1min，停机并报警。总之，正常情况下，三相全控桥的整流波形在一个周期，有六个波头，而且，每个波头几乎相同。不符合此标准者，被认为故障，会引起带励失步，若不及时处理必将事故扩大。
4.3.4失步检测模块
将失步信号整形后送人PLC，测量矩形的宽度和频率，与设定值比较，达到者被认为失步。当电机失步后，PLC立即封锁投励控制信号，同时灭磁继电器复位，使电机进入异步驱动阶段，然后电机转速自动上升，待进入临界滑差后，励磁装置自动投励，按准确强励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态。如整步失败，PLC发出跳闸信号动作于跳闸回路。液晶显示屏显示"失步"或"整步失败"，按复位键复位。
4.3.5故障连锁模块
同步机的负载以压风机为例来说，把压风机的保护检测信号，如轴温、一排温度、二排温度、一排压力、二排压力、冷却水压等等报警信号送人PLC，依据压风机的具体要求实现连锁。
5结束语
上述系统已通过实验验证，各项指标达到预期目标，样机进入工业实验阶段。
（1）同步机励磁装置PLC控制器，与单片机控制器相比较，研制周期短，整个系统成本小、功能强大，配置汉显的人机界面、适合于恶劣的工业环境。
（2）便于将机械设备的控制柜与励磁装置融为一体，减小体积、增强控制功能、提升原来系统的自动化水平。
3.4系统故障监控
系统故障主要包括：同步机失步、可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流超限等。
3.4.1失步监测
失步保护采样信号，来自串接在转子励磁回路的分流器两端的不失真毫伏信号。此信号经放大、变换，光耦隔离后输入PLC，对其波形特征进行分析，判断电机是否失步。当发生带励失步时，首先应切断励磁，识别后判断是报警还是再整步运行。
3.4.2晶闸管故障监控
晶闸管励磁整流波形整型后经光耦送入PLC，如果波头相互比较，宽度误差较大，说明全控整流桥出现故障，如：脉冲丢失、三相丢波缺相、失控、管压降波形崎变等各种现象，造成励磁电流不稳定。
3.4.3灭磁晶闸管误导通
在实际运行当中，偶尔会出现灭磁晶闸管误导通，引起附加电阻加热，经过一段时间后，造成控制柜内的控制线烤焦、进而发生电气短路事故。
检测附加电阻RFl、RF2两端的电压信号，经过比较判断，将结果送入PLC，进行联锁和报警。
3.4.4励磁电流超限
在整流变压器的一次侧，A相和C相装有电流互感器，二次引线经变换识别电路后，将信号送入PLC，过流信号达到设定时间后，报警或跳闸。以防止励磁电流过大引起励磁绕组过热，损坏电机。
3.5辅助控制环节
3.5.1停车后逆变控制
当同步机停车或故障跳闸时，PLC发出指令使三相全控整流桥晶闸管1KGZ-6KGZ的控制角变为140°，可控整流桥工作在逆变状态，不致因同步机停车时转子电感放电造成续流或颠覆而烧坏元件。
当电网电压下降到整定值，一般为80％时，PLC发出强励信号，可达到正常励磁电流的1.4倍，进行强励，以防止同步机失步，10s钟后，若电网电压不回升，PLC撤消强励信号，以防转子绕组过热。
强励时间为10-14s，具体时间人机界面设定。
4系统软件设计
同步机励磁，PLC它的软件主要由三大部分组成：主控程序、显示及设置程序、实时处理程序。
4.1主程序
主要完成PLC的各种参数的初始化，子程序的调用、及系统的主要监控环节。
4.2显示及设置程序
依据系统程序调用汉显内容的使能位，显示有关内容；将设置的内容存放在指定的存储器，以便调用。
3．1启动回路
（1）起动时灭磁继电器接点CJll、CJ22闭合，见同步电灭磁晶闸管7KGZ、8KGZ在较低的电压下便可开通，保证感应电流在正负半周是对称的。有效地消除了传统励磁屏在同步电机异步启动过程中转子回路感应电流正负半周不对称现象，避免了异步启动过程中所存在的脉振现象，具有良好的异步驱动特性。
（2）在启动结束后，灭磁继电器接点CJll、 CJ22断开，灭磁晶闸管7KGZ、8KGZ在较高的电压下便可开通。当电机在同步状态时，灭磁晶闸管在过电压情况下才开通，既起到保护器件的作用，又当电机正常同步运行时，保证附加电阻RFl、RF2被可靠切除，并防止灭磁晶闸管误导通，可使电机在遇到故障，被迫跳闸停机时，减少电机受损伤程度。
（3）起动前，人为按下ANl、AN2可以实验灭磁回路。
3．2投励控制
同步电动机的投励过程控制是一个非常重要的问题，主要表现为对投励时间和投励角度的选择上。理想的投励时间是指当电机异步启动到亚同步速时，即转速达到同步速的95％-98％之间；准角度投励是指在转子感应电流的过零点，即从负半周到正半周的零点准确投励。满足两者条件时，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。
转子两端的电压经电阻R12、R11、二极管D7后，在稳压管Z7两端得到了近似的矩形波，经过光耦TPl送人PLC。经过计算和判断后，PLC输出点PLCDO控制光耦TP3，控制TC787的5脚，当其为低电位时，输出6路触发信号，完成投励，
有两种投励方式：
（1）按照"准角强励整步"的原则设计，并具有强励磁整步的功能。所谓准角度投励，系指电机转速进入临界滑差，按准角度投励方式，这样电机进入同步时轻松、快速平滑无冲击。投励时刻的滑差大小，通过面板按键菜单操作任意设定
2）后备投励
若滑差投励不成，即达不到设定的滑差值，可按预定的后备投励时间和准角度方式投励。后备投励时间的大小，通过面板按键菜单操作任意设定。
3.3励磁电流控制
三相晶闸管移相触发电路选用TC787，经三极管后，驱动6路脉冲变压器，输出为调制脉冲列，触发1KGZ～6KGZ晶闸管。TC787有移相控制端和投励控制端。
18、1、2脚是三相同步信号，来自同步变压器的三相电源电压Va、Vb、Vc；16、15、14、13脚外接电容用于调节脉冲列的频率；12、11、10、9、8、7输出六相脉冲，分别与T1、T2、 T3、T4、T5、T6六个三极管的基极连接。三极管驱动脉冲变压器，其二次经整流二极管输出到晶闸管的门极和阴极，以满足电气隔离和触发功率的要求。4 脚是有移相控制端；5脚是投励控制端；17、3脚是工作电源输入端；6脚为全桥控制端。
为了满足同步机各种工况的要求，运行过程中的励磁电流控制模式分为：恒励磁电流模式和恒无功功率模式。
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