【正文】 工藝要求的仔細(xì)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。控制系統(tǒng)對各崗位生產(chǎn)參數(shù)實(shí)時(shí)采集，完成 計(jì)量泵、泥漿泵和柱塞泵等設(shè)備的啟 /停以及聯(lián)動控制，保持控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中， 各崗位生產(chǎn)參數(shù)都處于正常范圍。 緊急狀態(tài) 當(dāng)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(xiàng) 崗位參數(shù)超過預(yù)先設(shè)定的危險(xiǎn)值 ，關(guān)斷所有傳動 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) ，停止 機(jī)械防砂模擬 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 的自動循環(huán)，轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)。 壓力、溫度傳感器及保護(hù)單元中的針閥、柱塞泵、水池和熱交換器共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力溫度的安全保護(hù)。 防砂模擬控制系統(tǒng)要求 [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。然后由計(jì)量泵 2 抽取進(jìn)入加砂攪拌罐；砂箱中放有砂粒，由絞龍輸送進(jìn)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。 機(jī)械防砂模擬 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 流程 機(jī)械防砂模擬 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 的功能是模擬對加入水和砂的石油進(jìn)行處理，脫出石油中的污水和砂粒。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(yīng)閥門的開關(guān)、各種電機(jī)的起停和速度變化，保持各崗位生產(chǎn)參數(shù)在正常范圍。各崗位監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器等設(shè)備組成，完成包括溫度、壓力、流量、液位的檢測、監(jiān)視 [7]。 各系統(tǒng)的參數(shù)必須嚴(yán)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(yùn)行。 ******************本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 第三章 防砂模擬控制系統(tǒng)控制要求 防砂模擬控制系統(tǒng)簡介 [7] 機(jī)械防砂模擬 實(shí)驗(yàn)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(jī)驅(qū)動的各種泵等傳送機(jī)構(gòu)完成各系統(tǒng)之間的產(chǎn)品傳輸。 本章小結(jié) 本章主要講述了 PLC 控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。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(shí)際問題，然后逐一排除這些問題，直至調(diào)試成功。 離線模擬調(diào)試和控制柜等硬件施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試。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。 硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工的一般步驟如下 : (1)設(shè)計(jì)控制柜布置圖、操作面板布置圖和接線端子圖等； (2)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)各部分的電氣圖； (3)根據(jù)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線。 PLC 程序設(shè)計(jì)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 。 圖 21 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 此步驟是進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)和 PLC 控制柜等 硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。 PLC PLC 類型的選擇主要從下面幾個方面考慮 : (1) PLC 機(jī)型和容量的選擇； (2) 開關(guān)輸入量的點(diǎn)數(shù)以及輸入電壓； (3) 開關(guān)輸出量的點(diǎn)數(shù)以及輸出功率； (4) 模擬量輸入 /輸出的點(diǎn)數(shù)； (5) 系統(tǒng)的特殊要求，如遠(yuǎn)程 I/O、通信網(wǎng)絡(luò)等； 4. I/O 點(diǎn)分配 ******************本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 分配 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)，畫出 PLC 的 I/O 端子與輸入 /輸出設(shè)備的連接圖或分配表。 /輸出設(shè)備 根據(jù)控制要求，確定 PLC 控制系統(tǒng)所需要的用戶輸入設(shè)備 (包括按扭、轉(zhuǎn)換開 關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)和傳感器等 )和輸出設(shè)備 (接觸器、繼電器、電磁閥、報(bào)警 指示燈等 )。 (2)確定被控對象后，根據(jù)被控對象機(jī)、電之間的配合，確定 PLC控制系統(tǒng)的 控制要求。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 [16]如圖 所示。 本論文基于 油井 機(jī)械防砂系統(tǒng) 的自動化項(xiàng)目，主要研究了以下幾方面內(nèi)容 : (1) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和 油井 機(jī)械防砂系統(tǒng) 的工藝和控制流程； (2) 分別采用了線性分析和偏差控制的方法設(shè)計(jì)了 油井 機(jī)械防砂 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng)的控制方案； (3) 設(shè)計(jì)了 油井 機(jī)械防砂系統(tǒng) 的 PLC 控制系統(tǒng)，并從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。近年來 PLC 機(jī)在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢，是單靠人力難以比擬的。防砂除砂的主要對象是原油里面的水和砂， 膠結(jié)疏松的砂巖顆粒隨油、水進(jìn)入井筒或攜帶至地面，會 嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)程。 ******************本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 直接建立的項(xiàng)目只包含一個 MPI子網(wǎng)對象，用戶需要通過【插入】 菜單來手動添家對象 .用戶可以插入一個 PLC 站，先進(jìn)行硬件組態(tài)，完成硬件組態(tài)后，再在相應(yīng) CPU 的 S7程序目錄下編輯用戶程序；也可以先插入一個獨(dú)立的 S7程序，編寫用戶程序，再進(jìn)行硬件組態(tài)，等組態(tài)完成后將程序復(fù)制到相應(yīng)的 CPU 中。在彈出的對話框中輸入項(xiàng)目名稱及路徑，單擊確定完成（如圖 79）。在安裝完成之后，可以通過以下幾種方法打開 PG/PC 設(shè)置對話框： （ 1） Windows 的【開始】 |【 SIMATIC】 |【 STEP7】 |【設(shè)置 PGPC 接口】 （ 2） Windows 的【控制面板】 |【設(shè)置 PGPC接口】 （ 3）在【 SIMATIC Manager】中，通過菜單【選項(xiàng)】 |【設(shè)置 PG/PC 接口】 ******************本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 設(shè)置步驟如下： （ 1）將【應(yīng)用程序訪問點(diǎn)】設(shè)置為【 S7ONLINE（ SETP7）】 （ 2）在【以使用的接口參數(shù)分配】中，選擇需要的接口類型。因此，要實(shí)現(xiàn) PG/PC 和 PLC 之間的通訊連接，必須正確地設(shè)置 PG/PC 接口。 ******************本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 圖 15常規(guī)選項(xiàng)設(shè)置 PG/PC 接口設(shè)置 PG/PC 接口（ PG/PC Interface）是 PG/PC 和 PLC 之間進(jìn)行通訊連接的接口。打開【 SIMATIC Manager】，通過【選項(xiàng)】 |【自定義】打開自定義選項(xiàng)菜單，選擇【語言】 圖 14 語言環(huán)境設(shè)置 常規(guī)選項(xiàng)設(shè)置 通過【選項(xiàng)】 |【自定義】打開自定義選項(xiàng)菜單，選擇【常規(guī)】選項(xiàng)卡。對象從上到下有三個層次： 第一層：項(xiàng)目； 第二層：通訊子網(wǎng)、 PLC 站或 S7 程序； 第三層：第二層下面的具體對象，視第二層定。一個項(xiàng)目包含了以下的三類數(shù)據(jù)。 STEP7 的授權(quán) 授權(quán)是使用 STEP7 軟件的 “ 鑰匙 ” ，只有在硬盤上找到相應(yīng)的授權(quán)， STEP7 才 可以正常使用，否則會提示用戶安裝授權(quán)。 為了在 PC 機(jī)上使用 STEP7，必須配置 MPI通信卡或 PC/MPI 通信適配器，將計(jì)算機(jī)接入 MPI 或 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)，以便下載和上載用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)。影響 I/O滯后的主要原因有 :輸入濾波器的慣性；輸出繼電器接點(diǎn)的慣性；程序執(zhí)行的時(shí)間；程序設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙?。但是對某?I/O快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。PLC 的掃描時(shí)間取決于掃描速度和用戶程序長短。 ******************本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個掃描周期。 由于 PLC 是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。 循環(huán)掃描的工作方式是 PLC的一大特點(diǎn)，也可以說 PLC 是“串行”工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。 PLC 的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可按用廣程序所指定的可變順序進(jìn)行。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址 .從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對每個器件而言，器件映 像寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。在程序執(zhí)行時(shí) ，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。在此輸入映像寄存器被刷新。 輸入處理 :輸入處理也叫輸入采樣。在通信操作服務(wù)階段， PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停 (STOP)狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)操作等內(nèi)容。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過程如圖 所示?？梢院芊奖愕貙⒖删幊炭刂破髋c各種小同的現(xiàn)場控制設(shè)備順利連接，組成應(yīng)用系統(tǒng)。負(fù)載能力可在 ()的范圍內(nèi)變化 。 (3) 功能完善，接口功能強(qiáng) :目前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示等功能，使設(shè)備控制水平大大提高。 (2) 編程直觀、簡單 :可編程控制器是而向用戶、而向現(xiàn)場，考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn)，它沒有采用微機(jī)控制中常用的匯編語言，而是采用了一種而向控制過程的梯形圖 語言，梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn) [1]。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存 儲器內(nèi)。 S7PLCSIM Emulator 目 錄 第一章 緒論 ................................................... 1 ..................................................... 1 STEP7 概述 ................................................... 3 ........................................... 7 第二章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 .................................... 9 ................................................... 9 ................................................... 9 ...................................................