【文章內(nèi)容簡介】 的點數(shù)以及輸入電壓；(3) 開關(guān)輸出量的點數(shù)以及輸出功率；(4) 模擬量輸入/輸出的點數(shù)；(5) 系統(tǒng)的特殊要求，如遠程I/O、通信網(wǎng)絡等；4. I/O點分配分配PLC的輸入/輸出點，畫出PLC的I/O端子與輸入/輸出設備的連接圖或分配表。在連接圖或分配表中，必須指定每個I/O對應的模塊編號、端子編號、I/O地址、對應的輸入/輸出設備等。圖21 PLC系統(tǒng)設計的基本步驟此步驟是進行PLC程序設計和PLC控制柜等硬件的設計及現(xiàn)場施工。程序與硬件設計施工可同時進行。PLC程序設計的一般步驟包括以下部分[4]:(1)根據(jù)工藝流程和控制要求，畫出系統(tǒng)的功能圖或流程圖。(2)根據(jù)I/0分配表或I/O端子接線圖，將功能圖和流程圖轉(zhuǎn)化成梯形圖，即PLC編程。硬件設計及現(xiàn)場施工的一般步驟如下:(1)設計控制柜布置圖、操作面板布置圖和接線端子圖等；(2)設計控制系統(tǒng)各部分的電氣圖；(3)根據(jù)圖紙進行現(xiàn)場接線。(1)程序編寫完成后，將程序輸入PLC。如果用編程器輸入，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換為助記符，然后輸入。(2)程序輸入PLC后，用按扭和開關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源電流源代替模擬量，進行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。離線模擬調(diào)試和控制柜等硬件施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試?，F(xiàn)場調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序結(jié)合現(xiàn)場設備進行聯(lián)機調(diào)試。通過現(xiàn)場調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)模擬調(diào)試中無法發(fā)現(xiàn)的實際問題，然后逐一排除這些問題，直至調(diào)試成功。技術(shù)文件主要包括技術(shù)說明書，使用說明書，電氣原理圖、接線端子圖、PLC梯形圖和電器布置圖。 本章主要講述了PLC控制系統(tǒng)設計的要求和基本步驟，對下一章研究防砂模擬的PLC控制系統(tǒng)做了很好的鋪墊。其中，最基礎也是最必不可少的是分析工藝流程和控制要求并且確定I/O分配，而最重要的是根據(jù)控制要求進行硬件和軟件的設計。第三章 防砂模擬控制系統(tǒng)控制要求[7]機械防砂模擬實驗系統(tǒng)包括注水系統(tǒng)、加砂系統(tǒng)、直井除砂模型以及原油回收系統(tǒng)，由電機驅(qū)動的各種泵等傳送機構(gòu)完成各系統(tǒng)之間的產(chǎn)品傳輸。該實驗系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)主要由三部分組成，一部分是對各崗位生產(chǎn)參數(shù)進行監(jiān)測；一部分是分析各崗位生產(chǎn)參數(shù)，對各崗位需要進行自動控制的執(zhí)行器進行控制；一部分接受控制系統(tǒng)控制輸出，調(diào)節(jié)各崗位執(zhí)行器[7]。 各系統(tǒng)的參數(shù)必須嚴格控制，才能生產(chǎn)出合格原油，保證整個系統(tǒng)平穩(wěn)安全運行。所有系統(tǒng)通過PLC實現(xiàn)各設備工作狀況及參數(shù)數(shù)據(jù)采集、檢測、控制的實時監(jiān)測，并具備報警、控制功能。各崗位監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器等設備組成，完成包括溫度、壓力、流量、液位的檢測、監(jiān)視[7]?？刂葡到y(tǒng)采用德國西門子公司S7300系列PLC控制系統(tǒng)，S7300系統(tǒng)控制器選用CPU314C2 DP。執(zhí)行系統(tǒng)由變頻器組成，變頻器[17]接受PLC控制系統(tǒng)輸出的控制模擬量，動態(tài)調(diào)節(jié)對應閥門的開關(guān)、各種電機的起停和速度變化，保持各崗位生產(chǎn)參數(shù)在正常范圍。此配置方案保證控制系統(tǒng)連續(xù)、安全、穩(wěn)定運行。 機械防砂模擬實驗系統(tǒng)的功能是模擬對加入水和砂的石油進行處理，脫出石油中的污水和砂粒。儲油罐中放有純凈的石油，由計量泵3抽取進入配液罐；水池中放有水，由計量泵4抽取進入配液罐與石油混合，形成混有水的模擬原油。然后由計量泵2抽取進入加砂攪拌罐；砂箱中放有砂粒，由絞龍輸送進入加砂攪拌罐與混有水的石油混合，形成混有水和砂的模擬原油。再由泥漿泵抽取進入直井模型，再進入旋流除砂系統(tǒng)，計量泵1從水池中向旋流除砂系統(tǒng)泵入需要的水， 進行去砂除水后，由計量泵5回收到儲油罐[7]。[7]監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測配液罐、加砂攪拌罐、管道內(nèi)的液位、壓力、流量、溫度、調(diào)節(jié)閥開度等，產(chǎn)生模擬量值信號送入控制系統(tǒng)；配液罐和加砂攪拌罐配液罐和加砂攪拌罐內(nèi)要求常存有一定量的模擬原油。計量泵2從配液罐往加砂攪拌罐中泵入石油，速度需要配合加砂攪拌罐和配液罐的液位進行調(diào)節(jié)，加砂攪拌罐低液位需要加速，加砂攪拌罐高液位需要減速，配液罐低液位需要減速，在緊急狀態(tài)下需要停止；加砂攪拌罐和配液罐的液位由液位檢測傳感器檢測；絞龍絞龍從砂箱往加砂攪拌罐中送入砂子，速度需要配合加砂攪拌罐的液位進行調(diào)節(jié)，加砂攪拌罐低液位需要加速，加砂攪拌罐高液位需要減速，在緊急狀態(tài)下需要停止；泥漿泵泵出管道壓力不能超過安全值，泵出管道壓力高于預警值需要減速；泥漿泵從加砂攪拌罐往除砂系統(tǒng)中泵入加砂后的石油，速度需要配合加砂攪拌罐的液位進行調(diào)節(jié)，加砂攪拌罐低液位需減速，加砂攪拌罐高液位需要加速；傳輸管道傳輸管道溫度、壓力值要求保持在一定范圍。壓力、溫度傳感器及保護單元中的針閥、柱塞泵、水池和熱交換器共同實現(xiàn)系統(tǒng)的壓力溫度的安全保護。壓力傳感器的檢測值超過安全值，通過PLC控制中心調(diào)節(jié)針閥閥門變大，管道流速加快使得壓力變低，溫度傳感器的檢測值超過安全值，通過PLC控制中心調(diào)節(jié)柱塞泵加速抽水速度，熱交換器中的熱交換過程變快使得溫度降低。 緊急狀態(tài)當系統(tǒng)檢測到配液罐、加砂攪拌罐、管道內(nèi)的液位、壓力、溫度某項崗位參數(shù)超過預先設定的危險值，關(guān)斷所有傳動實驗系統(tǒng)，停止機械防砂模擬實驗系統(tǒng)的自動循環(huán)，轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)。下圖是防砂模擬試驗實驗系統(tǒng)流程圖圖31防砂模擬試驗實驗系統(tǒng)流程圖 本章介紹了機械防砂模擬實驗系統(tǒng)的基本功能工藝流程，并根據(jù)它的工藝流程分析了防砂模擬控制系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)此控制要求設計出各崗位監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)對各崗位生產(chǎn)參數(shù)實時采集，完成計量泵、泥漿泵和柱塞泵等設備的啟/停以及聯(lián)動控制，保持控制系統(tǒng)運行過程中，各崗位生產(chǎn)參數(shù)都處于正常范圍。這為下一步詳細設計做了準備。第四章 主要算法設計經(jīng)過對防砂模擬PLC控制系統(tǒng)工藝要求的仔細分析，控制系統(tǒng)主要有兩種控制方式，分別以泥漿泵和柱塞泵為典型。下面對這兩個崗位進行詳細分析。1．泥漿泵電機的調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)泵出管道壓力和加砂攪拌罐的液位，泵出管道壓力和加砂攪拌罐的液位要求保持在一定范圍。對應控制要求是：泵出管道壓力不能超過預警值，泵出管道壓力高于預警值泥漿泵電機需要減速；加砂攪拌罐的液位需要保持在一定范圍，加砂攪拌罐液位低于設定范圍泥漿泵電機需減速，加砂攪拌罐液位高于設定范圍泥漿泵電機需加速[7]。2．柱塞泵電機的調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)傳輸管道溫度。傳輸管道溫度要求保持在一定范圍，溫度傳感器及保護單元中的柱塞泵、水池和熱交換器共同實現(xiàn)系統(tǒng)的壓力溫度的安全保護。對應控制要求是：溫度傳感器的檢測值超過安全值，通過PLC控制中心調(diào)節(jié)柱塞泵加速抽水速度，熱交換器中的熱交換過程變快使得溫度降低[7]。[16]根據(jù)泥漿泵調(diào)節(jié)邏輯關(guān)系，假定adjust 為狀態(tài)標志，adjust 值為1，標志加沙攪拌罐液位異?；蛘弑贸龉艿缐毫χ诞惓?；adjust 值為0，標志崗位生產(chǎn)參數(shù)正常，不需要調(diào)節(jié)。PLC輸出泥漿泵電機速度（以下簡稱nj），加沙攪拌罐液位（以下簡稱jas），泵出管道壓力值（以下簡稱pre），假定三者關(guān)系如下：= ……………………………………………(1)(1) nj允許范圍； 是其正常范圍；(2) jas允許范圍； 是其正常范圍；(3) pre 允許范圍； 是其正常范圍；假設系統(tǒng)已經(jīng)偏離正常狀態(tài)，adjust值為1，此時a式為： ……………………………………………(2)jas為允許范圍最高值jas_h，pre為允許范圍最低值pre_l的時候，需要nj調(diào)節(jié)速度至最大nj_h，對應關(guān)系為： ……………………………………………(3)jas為允許范圍最低值jas_l，pre為允許范圍最高值pre_h的時候，對應關(guān)系為： ……………………………………………(4)由(1)，(2)，(3)，(4)式得出泥漿泵電機速度傳遞系數(shù)1: k1_nj，泥漿泵電機速度傳遞系數(shù)2: k2_nj, 由于三者呈線形關(guān)系，結(jié)果滿足： …………………(5)(5)式說明了jas、pre的允許范圍的中間值，就是系統(tǒng)正常運行狀態(tài)值與nj的允許中間值對應。這樣，根據(jù)jas和pre 的實時返回值，獲得nj最佳實時調(diào)節(jié)速度，最大限度地改變jas和pre的值。經(jīng)過若干時間，系統(tǒng)返回正常狀態(tài)，adjust復位為0,系統(tǒng)不再需要調(diào)節(jié)，保持自動運行，一旦jas和pre某個崗位參數(shù)