【正文】 和 管 道 的使用壽命 很 不利。 從 而使用變頻節(jié) 能裝置， 這樣可以 利用變頻器的軟啟動功能將使 得電機(jī)的 啟動電流從零開始， 其 最大值也 不 超過 它的 額定電流， 還 減輕了對電網(wǎng)的沖擊 以及減小了 對供電容量的要求， 并且還 延長了設(shè)備和閥門的使用壽命 ，主要是 節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費用。 。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ Fieldbus Control System， FCS）是由各種現(xiàn)場儀表通過互連與控制室內(nèi)人機(jī)界面所組成的系統(tǒng)；一個全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。也正是由于這些特點，以現(xiàn)場總線作為技術(shù)支撐的 FCS 在工業(yè)自動化領(lǐng)域有 明顯的優(yōu)勢，諸如很高的精確性、組志簡單、設(shè)計安裝方便、易于維護(hù)和擴(kuò)展、可以節(jié)約軟硬件投資等，被稱為第五代控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)自動化發(fā)展的必然趨勢。它使過程控制領(lǐng)域的自動化裝置由 DCS向 FCS 過渡， DDC（直接數(shù)字控制）功能將徹底分散到現(xiàn)場，使先進(jìn)的現(xiàn)場設(shè)備管理功能得以實現(xiàn)?，F(xiàn)場總線已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如電力監(jiān)控、能源管理、自動測試系統(tǒng)等等。 在 以前的高爐生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)采用美國 GE 公司的Series 90－ 70／ 30 的 PLC 設(shè)備，此設(shè)備運行穩(wěn)定，可靠性高。現(xiàn)場設(shè)備的各種開關(guān)及模擬信號通過信號電纜匯到 PLC 模板處，供 PLC 采集，進(jìn)行處理，然后輸出，控制現(xiàn)場設(shè)備運轉(zhuǎn)，來滿足高爐生產(chǎn)的需要。整個系統(tǒng)的關(guān)鍵在于主機(jī)入口處的瓶頸現(xiàn)象。由于現(xiàn)場及設(shè)備多，且比較分散，信號進(jìn)入 PLC 后，必須經(jīng)過 A／ D、 D 從轉(zhuǎn)換過程，且精確度有所降低，這樣就迫使 PLC 的掃描周期加長，不基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 17 利于主機(jī)騰出手來從事優(yōu)化工作，使整個主機(jī)性能下降，直接威脅到高爐各種信號的實時性。另外，現(xiàn)場及設(shè)備所處的環(huán)境特殊，與之相連接的電纜比較多，維護(hù)量大，故障率高，影響到整個高爐自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 Profibus 現(xiàn)場總線的一個性能優(yōu)化版本， 專門用于自動化系統(tǒng)與分布式外圍設(shè)備之間的臨界通信任務(wù)。這種總線適合于替代價格昂貴的 24V DC 和 4～20mA測量信號平行傳輸線路。 德國 TURCK公司開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表、設(shè)備與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)，為我廠已建成的千兆位以大網(wǎng)系統(tǒng)提供了現(xiàn)場級的控制功能。這次我煉鐵廠 5＃高爐大修選用 TURCK 公司的工業(yè)現(xiàn)場總線，可避免幾千個檢 測點和控制點的檢測信號匯集到 DCS 的入日處所造成的信號堵塞，從而把 60％以上的控制功能下放到現(xiàn)場儀表，增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性。 采用現(xiàn)場總線主要有以下優(yōu)點： （ 1）可以減少 1／ 22／ 3 的隔離器、端子柜、 I／ O 柜、 l／ O 終端，這樣大大節(jié)省了 10 裝置及裝置室的空間； （ 2）由于免去了 D／ A 及 A／ D 轉(zhuǎn)換的過程，使信號精確度可以從 177。0 ． 5％提高到 177。0 ． 1％； （ 3）由于可以將 PID 功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從 DCS的每秒調(diào)節(jié) 2－ 3次增加到每秒 10－ 20次，從而改善了調(diào)節(jié)性能； （ 4）組態(tài)簡單，安裝、運行、維護(hù)簡便； （ 5）采用 IP67 的防護(hù)等級，使之完全適合高爐現(xiàn)場的惡劣環(huán)境 。 PLC 通過各自的總線 系統(tǒng)采集現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及控制。這樣，就可以使復(fù)雜的高爐生產(chǎn)系統(tǒng)分成五部分總線來設(shè)計，避免總線的連接過于復(fù)雜，有利于工業(yè)現(xiàn)場總線優(yōu)勢的發(fā)揮。 與 PLC 的總線接口 GE 公司的主 PLC 設(shè)備，支持工業(yè)總線 Profibus． DP 協(xié)議，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，機(jī)架上掛接一塊總線接口 PBM 模板，利用 ProfibusDP 協(xié)議來完成從工業(yè)總線上采集數(shù)據(jù)、傳遞信息的任務(wù)，控制現(xiàn)場設(shè)備的運行。 為使 PBM 模板能夠正常工作，要求 CPU 的軟件版本在 以上，因而 PLC 主處理模塊采用 GE 公司新推出的 IC693 CPU364。為保持其兼容性，使用 GE 公司自己開發(fā)的 Vesapro組態(tài)軟件，通過 Turck公司提供的 GSD文件來完成對總線的配置。 (6)總線的連接方式 數(shù)字量輸入／輸出模板的每個模板都有電源接口、總線接口，以及連至現(xiàn)場設(shè)備的控制接口。我們采用 點保護(hù) 方式，這樣由于各模板上的點相互獨立，不會因為其它點的故障而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的停止運行，符合了高爐生產(chǎn)的特殊需要。而模擬量輸人／輸出模板采用的是 組保護(hù) 方式，通過隔離器，經(jīng)總線電纜連至PLC。 總線模板支持最高 12Mbd 的通訊速率，它可以自動調(diào)節(jié)到主站的通訊速率，模板 地址由保護(hù)蓋下的兩個旋鈕開關(guān)來設(shè)定，它可設(shè)定為 099。 Profibus基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 18 － DP 總線由 M12 eurofast 接插件連接 ， minifast 接插件連接。 (7)應(yīng)用效果及未來展望 采用現(xiàn)場總線避免了大量的點到點的電纜敷設(shè)，降低了線路敷設(shè)設(shè)計的難度和施工的復(fù)雜性，節(jié)省了投資、安裝、調(diào)試及維護(hù)的費用，為生產(chǎn)帶來了直接的經(jīng)濟(jì)效益，收到了良好效果。 面對對世界技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，我們應(yīng)該把握機(jī)遇，縮短與西方國家的距離?，F(xiàn)場總線技術(shù)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，必將擁有越來越廣泛的領(lǐng)域和空間，對我們的發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用。 網(wǎng)卡所完成的工作就是從計算機(jī)獲得數(shù)據(jù) ,然后把數(shù)據(jù)編碼成為特定格式通過網(wǎng)絡(luò)連接線 (網(wǎng)線 )發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中其他的網(wǎng)卡 。 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 19 ． S7300 軟件系統(tǒng)介紹 PLC 編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 61131 是 PLC 的國際標(biāo)準(zhǔn)， 1992～ 1995 年發(fā)布了 IEC 61131標(biāo)準(zhǔn)中的1 ～ 4 部分， 我國在 1995 年 11 月發(fā)布了 GB/T159691/2/3/4(等同于 IEC 611311/2/3/4)。 IEC 611313 廣泛地 應(yīng)用 PLC、 DCS 和工控機(jī)、 “軟件 PLC”、數(shù)控系統(tǒng)、 RTU 等產(chǎn)品。 定義了 5 種編程語言： 指令表 IL(Instruction list)：西門子稱為語句表 STL。 結(jié)構(gòu)文本 ST(Structured text)：西門子稱為結(jié)構(gòu)化控制語言（ SCL）。 梯形圖 LD(Ladder diagram)：西門子簡稱為 LAD。 功能塊圖 FBD (Function block diagram)：標(biāo)準(zhǔn)中稱為功能方框圖語言。 順序功能圖 SFC(Sequential function chart)：對應(yīng)于西門子 S7Graph。 STEP 7 中的編程語言 梯形圖、語句表和功能塊圖是 3 種基本編程語言，可以相互轉(zhuǎn)換。 順序功能圖 (SFC) ： STEP 7 中的 S7 Graph 梯形圖 (LAD)：直觀易懂，適合于數(shù)字量邏輯控制?！澳芰鳌?(Power flow)與程序執(zhí)行的方向。 語句表 (STL)：功能比梯形圖或功能塊圖強(qiáng)。 功能塊圖 (FBD)：“ LOGO！”系列微型 PLC 使用功能塊圖編程。 結(jié)構(gòu)文本 (ST)： STEP 7 的 S7 SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）符合 EN611313 標(biāo)準(zhǔn)。SCL 適合于復(fù)雜的公式計算 、復(fù)雜的計算任務(wù)和最優(yōu)化算法，或管理大量的數(shù)據(jù)等。 S7 HiGraph 編程語言：圖形編程語言 S7 HiGraph 屬于可選軟件包，它用狀態(tài)圖（ state graphs）來描述異步、非順序過程的編程語言。 S7 CFC 編程語言：可選軟件包 CFC（ Continuous Function Chart，連續(xù)功能圖）用圖形方式連接程序庫中以塊的形式提供的各種功能。 編程語言的選用 在 STEP 7 編程軟件中，如果程序塊沒有錯誤，并且被正確地劃分為網(wǎng)絡(luò)，在梯形圖、功能塊圖和語句表之間可以轉(zhuǎn)換。如果部分 網(wǎng)絡(luò)不能轉(zhuǎn)換，則用語句表表示。語句表可供喜歡用匯編語言編程的用戶使用。語句表的輸入快，可以在每條語句后面加上注釋。設(shè)計高級應(yīng)用程序時建議使用語句表。梯形圖適合于熟悉繼電器電路的人員使用。設(shè)計復(fù)雜的觸點電路時最好用梯形圖。功能塊圖適合于熟悉數(shù)字電路的人使用。 S7 SCL 編程語言適合于熟悉高級編程語言（例如PASCAL 或 C 語言）的人使用。 S7 Graph， HiGraph 和 CFC 可供有技術(shù)背景，但是沒有 PLC 編程經(jīng)驗的用戶使用。 S7 Graph 對順序控制過程的編程非常方便，HiGraph 適合于異步非順 序過程的編程， CFC 適合于連續(xù)過程控制的編程。 本系統(tǒng)在變成過程中選擇梯形圖（ LAD）進(jìn)行編程。 程序設(shè)計 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 20 主程序和子程序的實現(xiàn) 主程序的任務(wù)是組織程序的運行，在本設(shè)計中，其內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面： 在臺倉兩側(cè)、側(cè)臺兩側(cè)、總監(jiān)室、設(shè)備層兩側(cè)各裝一個緊急停止按鈕，信號分別進(jìn)入 PLC，做緊急停止控制；臺倉兩側(cè)緊急停止按鈕停止臺面設(shè)備運行；設(shè)備層兩側(cè)緊急停止按鈕停止臺上設(shè)備運行；側(cè)臺兩側(cè)、總監(jiān)室緊急停止按鈕停止所有設(shè)備運行。 主程序流程如圖 。 PLC采集現(xiàn)場信號手動變頻器給定信號手動控制上升/ 下降/ 回零命令聯(lián)動急停?到上下限位？有故障信號?吊桿電機(jī)停止YYNN急停?到上下限位？有故障信號?吊桿電機(jī)停止NYNY上升/ 下降/ 回零命令YN 啟動 如圖 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 21 上升子程序 如圖 所示 啟 動 到上限？NY 減速開？NY 到上限？NY變頻減速 上升 停止 定位開？NY定位上升上升子程序 保護(hù)？NY 如圖 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 22 下降子程序如圖 所示 啟動 到下限？NY變頻減速 下降 定位開？NY定位下降下降子程序 到下限？NY 減速開？NY 保護(hù)？NY 停止 如圖 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 23 左移子程序如圖 所示 左移子程序 啟動 左 移 停 止 到左限？NYN Y 到左限？ 保護(hù)？NYNY停止按鈕？ 啟動 如圖 右移子程序如圖 所示 右移子程序 啟動 右 移 停 止 到右限？NYNY 到右限？ 保護(hù)？NYNY停止按鈕？ 啟動 如圖 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 24 系統(tǒng)的特點與展望 舞臺吊桿控制系統(tǒng)中，采用可編程控制器大大提高了舞臺吊桿的控制精度，提高了舞臺控制設(shè)備的可靠性。系統(tǒng)現(xiàn)場安裝調(diào)試后，完全達(dá)到各項技術(shù)指標(biāo)，效果良好，取得較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。另外，經(jīng) PLC 在舞臺吊桿系統(tǒng)中的應(yīng)用，獲得以下幾個方面的體會： (1)在舞臺設(shè)備控制系統(tǒng)中，涉及大量輸入輸出變量的邏輯管理和控制時，利用可編程控制器 具有獨特的優(yōu)勢和卓越的性能。能比較完美的發(fā)揮設(shè)備的功能，提高產(chǎn)品檔次，降低內(nèi)耗，也使舞臺控制系統(tǒng)工作的安全性和可靠性大大提高。 (2)控制系統(tǒng)經(jīng)過長時間的運行后，根據(jù)用戶要求通過修改 PLC 軟件，改變聯(lián)鎖、互鎖和組合功能，調(diào)整控制系統(tǒng)控制功能和流程，無需改動任何硬件和接線。維修改造簡便，安全可靠。節(jié)約成本，可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 (3)利用 PLC 的可擴(kuò)展性在舞臺設(shè)備控制中增添新的功能，進(jìn)一步完善舞臺設(shè)備的控制。利用 PLC 所具有的通訊功能，可以為劇場整體舞臺機(jī)械產(chǎn)品實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制打下基礎(chǔ)。 (4)利用 HMI 對 整個控制系統(tǒng)進(jìn)行控制， 進(jìn)入主界面后，可以看到描述定義、運行抑制、運行畫面等按鈕，用戶點擊這些按鈕，就可以進(jìn)入各個分畫面進(jìn)行相應(yīng)的操作。 系統(tǒng)的缺陷與改進(jìn) 雖然本系統(tǒng)實現(xiàn)了控制要求的基本功能，但是，在實現(xiàn)方法、系統(tǒng)優(yōu)化方面還存在著一些問題，下面對存在的問題和解決方法作一簡要的說明。 在 PLC 控制變頻器時采用的是 I/O 端口進(jìn)行控制，這樣，控制的功能只能很簡單，而且接線比較復(fù)雜，增加出現(xiàn)故障的機(jī)率。為解決這一問題，可以將通信方式改稱串行通信，這樣， PLC 可以直接將控制數(shù)據(jù)通過 RS232 總線傳輸給變頻器，同 時也可以簡化電路，降低設(shè)計成本。 為了方便監(jiān)控人員在現(xiàn)場 的控制，需要在控制現(xiàn)場設(shè)計操作界面，或者控制面板，同時需要在程序中加入手動控制部分 。 基于 PLC 的舞臺機(jī)械控制 25 總 結(jié) 通過這樣一個設(shè)計訓(xùn)練的機(jī)會，我學(xué)到了很多的知識，了解了三菱 FX 系列PLC 的編程與接口技術(shù)。選擇控制系統(tǒng)方案。掌握常用工廠電氣設(shè)備的使用和國家通用的電氣規(guī)則。制作出可模擬控制的使用三菱 FX 系列 PLC 控制的皮帶傳輸機(jī)