PLC在阀门远程监控系统中的应用
为提高油气远程传输的安全可靠性，本文提出并设计了基于PLC远程阀门监控系统。该系统由一个监控主站和若干阀门从站构成，主站与从站之间采用无线数传电台互连。该系统的突出特点是现场数据采集和设备控制由PLC实现。详细介绍了各阀门站的硬件结构及系统软件设计。实践证明，该系统图形界面友好，可靠性高，操作方便，安全稳定，应用效果好。
关键词：可编程控制器远程监控系统无线数据传输
1.引言
可编程控制器[1] （ProgrammableLogicController，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最主要的控制装置。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提高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。
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Limitorque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
图2为阀门电机主回路及PLC外部端子回路示意图
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、压力和流量传感器，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。
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，提高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，网络的最大节点数可达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，最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。
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Windows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。
图2为阀门电机主回路及PLC外部端子回路示意图
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
PLC在车床数控化改造中的应用
1 引言
PLC在机械制造的设备控制中应用非常广泛，但在普通车床数控化改造中，用PLC作数控系统的核心部件还是一个新的课题。随着PLC技术、功能不断完善，这将是一种发展趋势。
2 车床的PLC数控系统控制原理设计
2.1 车床的操作要求
车床一般加工回转表面、螺纹等。 要求其动作一般是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能进行自动、手动、车外圆与车螺纹等转换；并且能进行单步操作。
2.2 PLC数控系统需解决的问题
车床的操作过程比较复杂，而PLC一般只适用于动作的顺序控制。要将PLC用于控制车床动作，必须解决三个问题：
图1 数控系统原理图
1）如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调；
2）如何改变进给系统速度；
3）车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程的变化。
将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合，这些问题是可以解决的。
2.3 数控系统的控制原理
普通车床数控化改造工作就是将刀架、X、Z向进给改为数控控制。根据改造特点，伺服元件采用步进电机，实行开环控制系统就能满足要求。Z向脉冲当量取 0.01mm，X向脉冲当量取0.005mm。选用晶体管输出型的PLC。驱动步进电机脉冲信号由编程产生，通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生，通过与门电路接入PLC输入端，经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。图1为数控系统原理图。[1]
3 PLC输入、输出（I/O）点数确定
所设计的车床操作为：起点总停、Z、X向快进、工进、快退；刀架正、反转；手动、自动、单步、车螺纹转换。因此，输入需14点。根据图1得输出需9点。I/O连接图如图2所示（以三菱F1S-30MT）为例。
图2 I/O连接图
4 驱动程序（梯形图）设计
4.1 总程序结构设计
手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若合上X12（X13、X14、X15断开），其常闭断开，执行手动程序；若X12断开，X13全上，程序跳过手动程序，指针到P0处，执行自动程序。
图3 总程序框图
4.2 手动程序梯形图设计
手动程序、自动程序需根据具体零件设计，这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。
图4 Z向手动程序梯形图
在执行手动程序状态下，按X0，Y1接通，作好起动准备。按X2，辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合，产生频率为103/2i 的脉冲信号（i为计时时间，根据需要设定，单位为ms），驱动Z向快进。当按下X3时（M0断开），M1接通，M1与定时器T32组合使Y2产生频率为 103/2j的脉冲（j>i），由Y2输出，实现工进。按下X4时，M0、Y3同时接通，电机快速反转，实现快退。限于篇幅，其它程序梯形图略。[2]
5 结束语
数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展，但高精度数控机床价格昂贵，而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件，这就需要精度一般的数控车床加工。
同时，我国现有大量可用的普通车床，对这些车床进行数控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是Z80、8031 芯片作数控系统的核心部件，它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统，有成本低、系统简单、调整方便等优点，必将会得到广泛应用
PLC在压缩机联琐保护系统中的应用
计算机和网络技术的飞速发展，引起了可编程控制器结构和性能的变革，可编程控制器已经深深介入机械制造、电气控制以及生产过程控制等各个领域中。本文叙述可编程控制器在压缩机联锁保护系统中的应用，着重阐述了可编程控制器控制系统硬件和软件的应用。
关键词:PLC联锁压缩机
引言：
可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应性强等一系列优点。近年来，它在工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面的应用越来越广，成为现代工业控制的三大支柱之一。其紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、强大的指令以及较高的可靠性和简便的维护,近乎完美的满足了小规模的控制要求。压缩机组是动力的核心，从避免事故和对机组保护的角度考虑，对机组的温度、压力、和防喘震等都设计了严密的联锁程序，在机组正常运转过程中，一旦有控制参数超标或有危害机组安全的因素，控制系统都要按照联锁保护程序做出相应的处理。PLC处理功能强大、扫描速度快，抗干扰能力强，在机组的联锁保护系统中得到了广泛的应用。本文以聚丙烯生产中制冷降温的冰机为例介绍PLC连锁保护设计和应用。
一、联锁保护的的必要性和压缩机的控制要求
联琐保护的主要作用是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证机组的正常启停和安全运行。是通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，发生异常情况时，及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。当发生重大故障而危及机组设备时，停止机组（或某一部分）运行，避免事故进一步扩大。在上述的压缩机控制中，当温度高于70℃、入口压力低于1Mpa、机组润滑油压力低于 0.5Mpa、出口压力高于9Mpa或者操作员按下紧急停车按扭时，PLC启动压缩机联锁保护程序，机组停止运行。
二、硬件配置
１、ＰＬＣ硬件
PLC选用西门子S7-300，S7-300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。在冰机控制系统的PLC硬件配置中，电源选用PS3075A电源模块，CPU选用标准型315-2DP。数字量输入模板选用 SM321DI16×24VDC，数字量输出模板选用SM322DO8×24VDC/0.5A，模拟量输入模板选用SM331AI8×12位，模拟量输出模板选用SM332AO4×16位。
2、人机界面
操作界面上配置触摸屏。选用5.7″的LCD显示屏，具有操作简单，显示直观的特点，可直接触动屏幕进行操作。触摸屏内置通用端口，可通过串行通讯电缆直接与计算机及其它含有RS-232C端口的设备相连。
在本套生产线的实际应用中，为人机界面设置了生产线运行状态显示、I/O监控、手动操作、设备自动运行指示及故障报警和报警帮助等多个画面，并应用了操作人员等级密码设定等功能。
三、软件设计
1、软件运行
用户写好程序并下载到PLC后，一旦开机运行，PLC 就循环执行用户程序。OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用 OB1，在OB1中可以调用其它逻辑块（FB,SFB,FC或SFC）。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问 I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的输入/输出过程映像区，批量输入、批量输出。
２、测量参数运算
PLC从传统的继电器回路发展而来，最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。随着科技的发展，控制技术的突飞猛进，PLC发展到今天，已经全面移植到计算机系统控制上了，已经具备了强大的模拟量处理能力。对于机组控制，前期由于PLC模拟量处理能力的局限，大部分模拟量参数的控制都采用开关，如压力开关、液位开关等。这些开关大部分是机械式的，或者是通过设定器设定报警点，从而转换成数字量。这样往往控制精度相对较低，难免有误动作。随着PLC模拟量处理能力的强大，模拟量处理模块的产生，可以把测量变送器的信号直接引入PLC处理模块，在程序中写入联锁动作点。大大的提高的控制精度，减少了误动作。
对于上述机组控制，压缩机出口压力控制，通过压力变送器传输4-20mA信号直接引入模拟量输入模板SM331AI8×12。CPU只能以二进制形式处理模拟量，模拟量输入模块用于将模拟过程信号转化为数字形式，模拟量输出模块用于将数字输出之转化为模拟信号。在模块的硬件配置和软件的设置中写入相应的参数，就可以写入处理程序。根据本压缩机的控制要求，压缩机出口压力变送器量程是0～10Mpa，如果出口压力超过8Mpa，PLC输出报警，蜂鸣器响，当出口压力达到9Mpa时，为了压缩机的安全，就要打开泄压阀门，模拟量输入地址为PIW256，PLC报警输出点地址为Q2.0，泄压阀门控制输出地址为Q2.1，程序如下：
压缩机温度也是压缩机联锁保护中很重要的参数，对于温度的测量，直接采用热电阻，把测量的欧姆信号引入模拟量输入模板SM331AI8×12，设置好相应的硬件参数后，写入联锁动作程序，对于上述压缩机控制，如果温度达到70℃，为了防止事故的发生，则停止压缩机，温度输入点地址为PIW260,压缩机停机控制地址为Q2.2。
３、连锁保护程序
在机组具备开机的状态下，操作员按下开车按扭，压缩机自检没有报警信号后，启动运行。在压缩机运行过程中，PLC程序循环扫描控制参数，严密监控压缩机状态，当温度高于70℃、入口压力低于1Mpa、机组润滑油压力低于0.5Mpa、出口压力高于9Mpa、操作员按下停止或紧急停车按扭时，压缩机自动进入联琐程序，调用联琐处理子程序或根据事故级别直接停止压缩机的运行，实现设备自保和防止事故的进一步扩大。下面是压缩机启停联琐运行的一段程序。
四、总结
PLC内部资源极其丰富，内部存储器（软继电器）数量往往数以千数。
PLC采用“软器件”、“软触点”进行联锁，它并不改变PLC外部电路的结构，因而不存使电路复杂化的问题。而这种联锁本质上是增加PLC运算的条件，使得PLC在进行输出之前需要进行更多的安全可靠性判断，从而使系统的安全可靠性得到提高。通过系统保护程序的开发与运行，使PLC能及时感知系统的故障或存在的事故隐患，并通过保护程序做出相应的反应，以防止事故发生或扩大，更好的保护人身和设备的安全。
PLC技术发展现状和趋势
小型PLC和单片机
目前在很多行业中，尤其在低端OEM行业中，继电器或单片机的应用还非常普遍。单片机一般用于工控产品或民用产品大批量的开发，但是单片机必须从底层硬件做开发，对普通用户难度大，周期长，无法在使用过程中修改功能，难以达到工业环境应用，所以在一些应用环境相对较好的场合有大量应用。PLC相对单片机自行开发的系统而言，首先在软件上多了一套可编程逻辑语言，方便将梯形图转换为控制指令，其次在硬件上集成了电源电路，加强了抗干扰措施，更适合工业环境使用。
PLC和单片机相比的优点：
使用简单，运用开发周期短；
经过长期的系统验证具有高可靠性；
功能更改方便。
相对为通用机械设备控制需求几近定制的PLC产品，单片机系统则更为某一个类产品定制开发，所以功能裁剪，成本更低。但随着用户开发新机型的周期越来越短，以及价格在电控系统选择中的重要度的降低，PLC的应用将越来越普遍。而单片机将继续固守控制要求简单，价格敏感和批量大的应用。
2.小型PLC技术发展趋势
小型PLC从产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；如今的小型PLC在编程，IO扩展，通讯借口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。但随着应用需求及关联产品技术性能的提升（如步进驱动的脉冲响应频率及精度，HMI及关联系统的通讯功能），PLC将继续得已完善和发展。未来几年，各厂商会应客户要求，对小型PLC的以下功能进行强化：
（1）运动控制功能
用户对PLC提出更高的运动控制功能要求，主要是控制性能和功能方面。这种需求在机床工具，电子制造和包行业更加突出。
未来的发展方向将是：
1）脉冲频率的提高，从10KHZ，20KHZ发展到目前的100KHZ甚至更高；
2）功能更强，如FP-X，FX-3U，CP1H，EH+SV等产品都具备插补功能，同时脉冲路数有所增加。
（2）通讯功能
有很多厂家认为网络通讯是未来PLC的发展方向，这样可以从系统结构上得到简化，从而降低成本。很多之前只支持一种现场总线的产品供应商，都在考虑推出支持更多总线和工业以太网的PLC产品
PLC或DCS自动控制使工艺控制更加可靠
高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的气体，一氧化碳含量很高，是一种毒性很强的低热值气体，也是钢铁企业内部生产使用的重要二次能源。吨铁煤气热量相当于170Kg～180Kg标准煤，充分利用高炉煤气是钢厂节能降耗的重要工作之一。
高炉煤气中夹带着很多粉尘，称之为荒煤气，不进行除尘净化将无法使用。因此，荒煤气的净化是高炉煤气利用不可缺少的环节。这首先要经过粗除尘，除掉大颗粒粉尘，然后进行精除尘，精除尘后的煤气称之为净煤气。一般情况下，煤气用户要求净煤气含尘量小于10mg/m3，经过净化的高炉煤气不仅可以用于余压发电，还可以提供给热风炉等用户进行再利用。
干法布袋除尘技术的发展
干法布袋除尘器在我国发展较早，20世纪70年代初期就用于中小型高炉，取得了很好的效果。首座干法布袋除尘器于1974年11月在涉县铁厂13m3高炉上建成；1981年5月在临钢3号高炉上建成第一座 100m3高炉煤气干法布袋除尘器，效果显著。到了20世纪90年代末期，电磁脉冲阀的采用，使得布袋清灰方式由反吹风改为脉冲喷吹清灰，过滤方式由内滤式改为外滤式，并采用玻纤针刺毡等新滤料，使高炉煤气干法布袋除尘工艺由大布袋反吹风方式发展为固定列管式喷吹清灰方式。干法除尘技术获得了新生，进入了新的发展阶段。
近年来，冶金行业无论是新建或者是旧高炉的扩建，中小型高炉相继改为新型高炉煤气干法布袋除尘工艺系统。经过持续的应用和改进，干法布袋除尘技术在中小高炉除尘上已趋近成熟。
大型高炉煤气干法布袋除尘技术
中小高炉上干法布袋除尘器的成功使用，为大型高炉上采用干法布袋除尘器奠定了基础。同时，大型高炉设备完善，炉料条件比较好且稳定，冶炼操作过程平稳，煤气温度、压力、含湿量等波动较小，煤气含灰量也比小型高炉低，理论上比中小高炉更具备采用干法布袋除尘的条件。
但是，由于大型高炉煤气发生量多，势必要成倍增加箱体数量，而每个箱体上均有阀门、补偿器、一次仪表等，这使得整个干法除尘器的故障点大量增多，同时占地面积也大大增加。为解决大高炉干法除尘器箱体数量多、可靠性低的缺点，瑞帆企业在干法除尘工艺、设备、关键配套件、输灰系统等方面做了系统深入的研究。通过大量的论证，瑞帆企业对小型高炉干法除尘进行了大量的技术改进，并通过包钢6座高炉、宝钢 2500m3、唐钢3200m3高炉干法除尘应用实践证明，在大高炉上采用干法除尘完全是可行的。
在大型高炉煤气干法布袋除尘技术中有这样几个关键技术：一是荒煤气高低温对策，采用高炉炉顶喷雾打水和荒煤气放散系统相结合的工艺方式。二是采用大直径箱体，减少占地面积，降低配套阀门、仪表电器等设备的一次投资及维护成本，以便维护。三是双向电磁脉冲喷吹技术。四是采用压力可调式正压气力输送装置，具有投资小、运行费用低、故障少、密封性好、输灰过程无二次污染等优点。五是除尘内部结构优化，在气流分布和安全方面做了大量工作。六是滤料选择合理，选用了耐高温、抗折性、抗拉性较好的P84复合针刺毡滤料。七是在选用的阀门内喷涂了耐磨的涂层，密封圈选用了耐高温、高强度的材料。八是补偿器的不锈钢材质选用耐氯、硫、耐酸腐蚀强的材质。就是系统采用了PLC或DCS自动控制，工艺控制更加可靠。
大型高炉煤气干法除尘推广任重而道远
高炉煤气干法布袋具有除尘基本不用水、无污染、能耗小、运行费低等优点，能产生很大的经济效益，位于国家钢铁行业当前首要推广的“三干一电”（高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和高炉煤气余压发电）之首，是一项有效的重大综合节能环保技术，它在全国高炉上的推广应用，对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力具有重要意义。
但是，在推动大型高炉煤气干式除尘的具体实施过程中，必须以科学态度认真对待。不同钢铁厂原料不同，冶炼强度不同；各地气侯条件不同，产生的高炉煤气含灰含尘性质不同，对干式除尘工艺要求也不尽相同，不能生搬硬套，工艺设计人员必须按不同条件认真区别对待，针对性设计才能使工艺逐步完善。目前高炉煤气干式除尘技术尚存在一些薄弱环节，有待各方面技术人员去研究、逐步完善
PLC通讯在纺纱质量在线检测中的应用
摘要：本文针对在线检测中出现的纱线不匀问题，通过RS-232C串口通讯，设计了上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，采用基于Windows操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——VisualBasic，编写了上位机程序，而无需在PLC中编写任何程序，可以在线获得纱线的检测数据，及时反映纱线的不匀。
关键字：纱线检测;串行通讯;可编程控制器
0．引言
1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器。最初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为 PLC（ProgrammableLogicController），随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，性价比高。
近年来，随着现代化生产技术的提高，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。
1.上位机与PLC之间通讯实现
欧姆龙PLC—CJ1M（CPU21）有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMACWAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。
图1RS-232C端口的1:1连接
图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。
图2上位机与PLC之间通讯实现过程
2.VB与PLC之间通讯协议和程序实现
2.1链接系统的通讯协议
在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLCCPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。
从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。
图3命令帧和响应帧格式
命令帧中：
@——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;
节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;
标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;
正文——设置命令参数
FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;
结束符——表示命令的结束，用“＊”和回车符“CHR$（13）”标明。
应答帧中：
@、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。
异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。
2.2通讯端口初始化
在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。
PrivateSubForm_Load（）
MSComm1.CommPort=1‘设置Com1通讯口
MSComm1.Settings=“9600,e,7,2”‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位
MSComm1.PortOpen=True‘打开通讯端口
MSComm1.InBufferCount=0‘清空接收缓冲区
EndSub
其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。
2.3帧格式代码
采用基于Windows操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——VisualBasic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：
上位机命令帧：
"@"+"00"+"FA"+"1"+"00000000"+"0101"+"82"+开始地址+读取个数+FCS+结束符
PLC应答帧：
"@"+"00"+"FA"+"1"+"00000000"+"0101"+"82"+"0000"+读取数据+FCS+结束符
其中：
FA——表示FINS命令
0101——表示连续读内存区
82——表示读内存DM区
2.4校验算法实现
为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。
OptionExplicit
FunctionFCS（ByValtemp1AsString）AsString
Dimslen1,i,xorresult1AsInteger‘定义变量
Dimtempfcs1AsString
xorresult1=0
slen1=Len（temp1）‘求输入字符串的长度
Fori=1Toslen1
xorresult1=xorresult1XorAsc（Mid（temp1,i,1））‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或
Nexti
Tempfcs1=Hex$（xorresult1）‘转换为16进制
IfLen（tempfcs1）=1Then
FCS="0"&tempfcs1
Else
FCS=tempfcs1
EndIf
EndFunction
3.结束语
本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——VisualBasic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节最大值、细节最小值等等，实时反映纱线的不匀率，对提高棉纺企业纱线质量具有重要的意义。
我国的变频器技术现状分析
与发达国家相比，我国的变频器技术相对落后。20世纪80年代初，大连电机厂引进日本东芝的变频技术。接着日本三垦公司、日本富士电机公司把变频器推进中国，使我国的电机调速打破了直流调速的垄断局面，开始了交流电机变频调速时代。1996年，国家原机械部等四部委推荐国产29个厂家33个规格的变频器，但由于大部分本土企业受技术、资金和体制等方面制约，发展较慢，难以形成和国外品牌抗争的局面。
随着变频器产品在发达国家的广泛应用，上世纪80年代后期，以日本品牌为代表的外资品牌开始涌进中国大陆，成为中国变频器行业的开端。经过20余年的推广和使用，变频器这一产品已经得到广大企业用户的认可，外资品牌从三肯、富士两个品牌发展到目前的40余个，同时涌现了近百个内资品牌，品牌总数达到 140多个。从整体看，虽然国产品牌的数量众多，但绝大多数产销规模很小，综合竞争力较弱。
21世纪以来，我国的变频器行业高度裂变。众多外资品牌在中国建厂，实施本地化经营。主要外资品牌在中国大陆的投资情况请见附录。另一方面，原有内资品牌的人员和资金不断分离，成立了众多企业，主要集中在沿海如广东、浙江、山东、上海等地区。在国家宏观政策的支持和鼓励之下，近几年内资品牌中出现了少数优势企业，其生产规模和产品综合性能已有较大提高。虽然尚未具备和西门子、ABB等国际顶级品牌展开全面竞争的实力，但与日本、台湾、韩国等地品牌相比已在部分细分产品和市场上显示出一定的竞争优势，市场份额逐步扩大，使国内变频器市场的竞争格局有了明显改观。
自动化系统的开放性发展趋势
“开放控制”目前对控制工程师及其正在扩大的影响范围意味着什么？开放控制有多种含义，取决于不同的时期和应用。它可能指软硬件之间的标准互联，一直到企业和供应链。它也可能指跨平台编程的维护和易伸缩性，包括联网、编程环境和架构。
本文讲述“开放”怎样帮助你……有希望使生活更像在大草原上自由自在地行走，而不是像在经历牙科手术的煎熬。
开放意味着……
西门子自动化与驱动集团基于PC自动化经理MichelJabbour认为:开放可能意味着使用标准编程语言，如符合IEC61131~3协议的编程语言；意味着与OPC等平台的标准通信。开放还意味着OEM厂商能够把定制C++代码集成到控制平台、和多设备级网络通信、甚至把PLC核作为应用程序接口（API）并把它嵌入选用的操作平台。
另一方面，开放允许在网络、工作站和操作系统等系统领域采用商用信息技术而不是专有技术。ABB公司IndustrialIT系统市场部副总裁BobHausler这样认为。曾经为厂商专有的通信标准现在对所有人开放，“允许用户轻松地集成信息，而且不需要价格昂贵、维护困难的定制软件接口”，他补充道。
开放已经超越了控制器的操作系统、网络协议或软件架构的范畴。AutomationDirect公司PLC与I/O产品经理PaulRuland说：“开放的控制产品还包括网络物理层中的组件、类别5的电缆、RJ-45型以太网接口、DB9和DB25连接器”。
开放还意味着能够从多家厂商购买到多种产品并让这些产品在应用中无缝地工作，这是RockwellAutomation公司SoftLogix业务经理MikeMiclot的观点,这要求各种产品容易被所有用户买到，而且可以从自动化产品供应商获得不只一个技术来源。
有些技术虽然不开放，但是可以和开放技术相连接，SchneiderElectric自动化业务网络主管DiegoAreces这样认为。“尽管PLC现在不开放，但是和PLC一起使用的工具逐渐开放，如ModbusTCP/IP、互联网和以太网等。用户需要开放的解决方案，但是对什么是开放的多种多样的解释造成了许多混乱。开放技术是免费的，人们可以方便地获取关于开放技术的信息而不必向哪个公司付费或参加什么组织”，他说。
自动控制系统一直在随时间发生稳定的变化。PhoenixContact自动化系统市场经理LarryKomarek,说：“其目标是用户能够立即互连任意自动化设备，而且不必重新编程就能让它们受任意厂商的控制软件的控制。工业自动化一直在沿这个方向发展”。IEC61131标准允许同一维护人员维护不同厂商的设备。
和大型应用所需的分立设备相比，采用软逻辑和嵌入式PLC板的工业PC机可以节省空间和安装成本，Komarek说。用户经由装有工业标准软件的PC机，通过OPC接口同控制程序通信，代替PLC厂商专有的协处理器模块。这可以降低硬件成本，增强购买的灵活性，方便于集成精选的高功能度和易用的软件。在基于微软WindowsCE的模板中嵌入PLC功能可以实现较低成本、较小尺寸的工业PC机，代替PLC，这种情况不需要操作显示屏。
用户的期望
要求富有竞争力、更短的产品周期、更快的新品推出速度和更小的批量都导致对开放系统的需要。其他需求还有安全性、可靠性、与其他系统的信息交换、更准确和及时的信息、对生产过程更好的可视性和控制。这些需要包括：
■过程信息同ERP系统的集成；
■整个工厂范围的原料跟踪，跟踪生产过程中的产品，可以从进入工厂的原料直到离开工厂的成品；
■可以从一个地点看到多个信息的信息集成，以便比较不同生产线的经营效率。
MikeMiclot认为：RockwellAutomation的用户未必期望“开放”，而是期望开放带来的灵活性和选择自由。
EatonCorp公司生产线经理ClydeThomas说：“不过，许多用户有通过多种手段以增加竞争优势的需求，包括以技术和开放的控制架构渐进地、破坏性最小地实现企业集成、新兴技术和产品，以及它们所独有的增值——不必对单一厂商或封闭系统投资或冒投资风险”。
PaulRuland说：“用户现在通常期望水平更高的开放控制软硬件产品，以及由此带来的较低的购置和折旧成本”。
开放控制技术和专有控制技术可以配合使用，如AutomationDirect公司展示的这个典型的组合。用于AutomationDirect公司的DL205微模块PLC的I/O设备基于专有网络技术，采用开放的标准电缆布线和接口(通过长达30米的标准RJ-45以太网接线电缆)。这是可以和开放技术——以太网、DeviceNet、Profibus和OPC产品——组合使用的用于控制器到控制器和HMI/数据服务功能的单向专有技术。
技术满足需求
技术可以满足对开放系统的需求并产生效益。
Invensys公司的工厂自动化与信息架构ArchestrA能使用软件延长传统系统的寿命，能提出经营目标，还能保护知识产权，InvensysWonderware总裁MikeBradley道。ArchestrA允许对软件应用快速装配，而不是编程，这意味着通过重新装配现有应用可以创造新的应用。
Invensys公司基于ArchestrA的第一个产品Wonderware工业应用服务器能使客户“减少开车成本和维修费用”，MikeBradley说。同时，Invensys的其他产品也都基于ArchestrA，工具软件包将在7月之前面世，该公司ArchestrA业务总经理KevinJ.Tock如是说。
MichelJabbour说：“西门子自动化与驱动集团把标准工程环境和控制平台分离。基于这个策略，一个应用的自动化部分对所有不同的西门子控制器都是透明的”，因此用户可以选择平台以匹配应用。
AutomationDirect公司的Rul
and说：“下一代PLC的本地扩展I/O也许采用高速专有芯片组和网络算法来保证预期的同步I/O扫描，但它们会采用以开放的控制接口和布线元件为特色的经济易用的包的形式”。
基于PLC和触摸屏控制的变频恒压供水系统
1 引言
随着3C技术(计算机、通信、控制)和变频技术的不断发展，在居民小区生活用水、工业用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中，原来均是采用水塔、高位水箱等设备，这些设备不但占地广、投资大，而且越来越不能满足现代化的供水要求。另一方面，采用传统的方法很难保证供水的实时性，并且由于水泵是采用最大供水量设计的，由于用水高峰时间短，很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。本文以永城煤电集团水厂的控制系统为例，介绍一种基于PLC和触摸屏控制的恒压供水系统。
2 系统简介
永城煤电集团水厂变频恒压供水系统由PLC控制器、两台变频调速器、软启动器、触摸屏显示器、交流接触器、热继电器、压力变送器、水位变送器、流量变送器等其他电控设备以及4台75kW水泵和一台45kW的小水泵组成。
恒压供水系统图在供水系统的蓄水池中安装水位变送器，在总出水管安装压力变送器和流量变送器，检测出水位、压力和流量，转换成4~20mA的信号，输入到PLC的模拟量输入模块，将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过PID运算，通过控制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速,以达到保持水压的恒定;同时通过水位检测，根据水位的高低来开启水源井的多少和调节反渗透系统的产水能力。同时，在触摸屏显示器上可以显示各个电机的电流、频率、水位、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。系统信息还可以通过企业的Intranet网发布到网络上，通过网络进行系统的远程诊断和控制。
3 控制对象
根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况，控制水厂现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止，以实现水厂恒压供水的自动控制。
4 系统工作原理
该系统具有手动和自动两种运行方式:
4.1手动运行方式选择手动运行方式时，根据需要，通过按启动和停止按钮，来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。
4.2自动运行方式(1)启动程序在自动运行时，首先检测5台泵是否有泵出现故障，如果1＃泵出现故障，则通过触摸屏在线修改该水泵的状态，把1＃泵设为故障状态，则系统启动时，自动不启动1＃泵。其次检测蓄水池水位，如果符合要求，1＃泵也无故障，开始启动真空泵抽真空，如果满足要求，则1＃泵变频交流接触器吸合，电机和变频器连通，同时打开1＃泵的电磁阀，通过检测压力的大小，PLC经过PID运算，此时变频器的输出频率从0Hz开始上升，如果压力不够，则上升到50Hz，延时后，通过软启动器，将1＃泵切换到工频，再启动2＃泵，依次类推，直到出水压力达到设定压力。(2)水泵切换程序根据流量传感器检测到的流量的大小，如果出水量减少，出水压力过大，则PLC控制变频器的输出频率，减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20Hz，此时PLC开始计时，如果出水压力降低，则放弃计时;如果出水压力一直高于设定压力，到一定时间后，则根据先投先停的原则，PLC将先关闭正在运行的投入时间最长的泵的电磁阀，再关闭该泵，直到出水压力达到设定值(3)启动小功率泵对于永城煤电公司居民生活用水来说，其属于用水时段性很强的系统，因此在5台水泵中，1＃—4＃泵为75kW，5＃泵为45kW。因此，当在用水低谷时，一台45kW的小功率泵就足可以保持供水压力，此时，就可以通过变频运行5＃小功率泵，使其工作在低频状态，就可以维持供水系统的水压稳定。(4)远程控制和故障诊断该控制系统通过PLC的通讯模块CP340向设在局后勤处的上位机发送信息，两者之间通讯采用RS-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时，可以通知多开启水源井和反渗透装置，以提高蓄水池水位，防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布，当出现故障，而现场人员无法解决时，通过远程诊断功能，由厂家帮助处理。
5 控制系统硬件配置及软件编程
5.1硬件配置
(1)PLC的配置可编程控制器采用SIEMENS的S7—300系列CPU-314主机，1个电源模块，2个32位I/O模块，2个16位输出模块，2个12位AD模块，1个12位DA模块和一个CP340模块。CP340和上位机之间通过RS-485进行通信。(2)触摸屏触摸屏选用SIEMENS生产的TP270系列，它自身具有丰富的操作系统，可以方面的通过串行通讯与编程器通信，也可以和PLC通过MPI网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还可以通过触摸屏对PLC进行在线控制。(3)变频器及控制方式选择在本系统中，根据冗余设计原则，采用2个三菱专用供水变频器，以在发生故障时相互备用。由PLC开关量输出控制变频器的启动/停止。
5.2软件编程
(1)PLC编程PLC从软件配置上有系统程序和用户程序。系统程序装配在CPU模块上随硬件的产品而来。用户程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块，程序是采用块式结构形式，共有5种形式:组织块(0B)、程序块(PB)、功能块(FB)、数据块(DB)、顺序块(SB)(本系统未用)。因此，在PLC软件中使各种功能的程序模块通过主程序有机的结合起来。故PLC程序主要解决现场各泵的启动程序、切换程序、启动小功率泵;模拟量的处理;与上位机和触摸屏通信数据的处理功能等。
(2)上位机程序上位机使用VB编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要完全符合SIEMENS公司PLC的RS-485通信协议;对PLC发回的响应帧，上位机必须进行拆装、识别，才能正确的分离出交换数据和有用的状态信息。
(3)触摸屏程序触摸屏程序
主要有主画面、参数设置、供电回路、反渗透、实时曲线、报表统计、故障维护等画面组成，其结构如图2所示。图2触摸屏程序结构5结束语在供水系统中采用基于PLC与触摸屏控制的变频恒压供水系统，可以根据实际需要水压的变化自动调节水泵的转速或加减速，实现恒压供水，降低能耗;还可以延长主泵电机的使用寿命。由于采用了双变频器，在一台变频器出现故障时，系统可以自动的切换到另一台变频器，基本可以保持不间断的恒压供水,具有一定的先进性。目前，该系统在永城煤电集团水厂经过一年多的运行后，运行状况良好，达到了预期的设计要求，节能效果显著，受到了用户的好评，具有很好的应用前景
如何用PLC实现远程电量采集
摘要：介绍一种新型远程抄表系统，该系统通过PLC采集电量数据，由PLC及公用电话网实现远距离传输，具有结构简单、计量准确、易于操作等特点，有广阔的应用前景。
目前，电能表远程抄表及远控系统越来越受到电力部门的重视。使用Modem与计算机结合，利用公用电话网进行远程控制，不仅可以很方便地实现控制信息的传递问题，而且控制信息可以非常复杂和丰富。但系统造价较高，且结构复杂。本设计采用PLC实现供电系统的电量采集及控制，通过公用电话网与上位计算机相连。整个系统控制灵活、工作可靠，且成本较低，有广阔的应用前景。
本设计采用电量定时采集方式，根据用户要求分时段进行数据采集和记录。通过脉冲电表将电量信号变成脉冲信号，并使其成正比关系，便于电量计量。假设每天分为7个时段采集数据，则每路每天要记录16个字，即：标志及年1个字，月、日1个字，时、分共7组14个字。这些数据存于DM中，若每个周期按一个月记，需使用内存16×31大概500字。
存在DM中的数据，由上位计算机定时读取。
本系统的关键是要存储大量数据，并要有通讯能力。对PLC来讲，只需少量输入点，不用输出点，但应有系统时钟。CQM1系列PLC带有通讯口，且DM区较大，可配置带有系统时钟的内存单元。本设计中的具体配置如下：
通过MODEM及公用电话网即可实现电量的任意远程计量。
本系统采用定时采集方式，分别按时间分时段记录实际电量值，并存入DM数据区。具体过程为：
设置A17为实时时钟，代表时、分，与1000相比较，判断是否到了10点00分，若到，则相等标志ON，同时把要采集的通道的内容存于DM区中，存后指针加1，然后再判断指针是否超出数据区范围。若不超，则什么都不做；若超，则把0000再赋给指针，即令其再从存贮区开始处存数，开始下一循环。
本设计中，为确保电量采集精度，不丢脉冲，采取定时不断的办法执行采集子程序，每10ms采集一次。由于采用定时采集方式，存数的格式固定，且存贮区的长度与存数的长度协调，在存数的同时，可不存时间。因为从指针值可知当前的数存到什么位置，而数据的不同位置，又代表不同时刻的数，规律性较明显，很易弄清楚该数据存放的时间。
为节省投资，提高控制效率，可采取远程控制方法。CQM1机以通过适当配置，可方便地实现远程控制，但不增加可控制的I/O总点数。
通过接口单元与输入或输出终端相连，最大距离可达500m，此方案称为“接终端”。
该控制方式最大传输距离为500m，但实际距离与传输时延及电源配线方式有关。在CQM1主体部分接B7A接口单元，而在远程接相应终端。终端与接口间靠双绞线连接。
接口单元的结构与CQM1的I/O模块类似，可用与I/O模块相同的方法，接在CQM1主系统中。接口单元分为接输入终端和接输出终端两种；终端分输入、输出两大类.
用此种方法，一台PLC可连接64-96户电表。
除采用上位机监视与记录以外，采用七段译码方式可以很方便的监视用电情况。本设计中，将电量数据直接由输出单元输出给七段译码器，译码后显示所采集的电量值。
一个数字占4个点，采用OMRON动态输出单元（一个单元可输出128点），外部硬件译码作成带锁存方式的，则一个单元可稳定地显示32位数字。
本设计中，PLC系统采用脉冲记数，不使用模拟量单元，使系统的抗干扰能力大大提高。此外，也可在数据采集过程中，把A17的内容存于修改后的指针指向的DM字，然后再修改，再判断控制指针。不仅A17，有时还可把年、月、日以及一些标志也预存贮，其方法与存数方式相同。
本系统经仿真研究和实际应用证明：系统运行可靠，电费计量精确
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