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来源:Siemens 产品部门:AS 所属行业:煤气生产和供应业[/b

矿井监控系统是为了煤矿安全和正常生产而进行的各种有关参数或状态的集中监测,并对有关环节加以控制,是保护采掘、运输、通风、排水等主要生产环节安全运行的重要设施。该系统包括矿井环境安全监测和矿井生产(及设备工况等)监控,矿井环境安全监测用于监测影响生产安全和矿工人身安全的井下环境因素,矿井生产监控系统用来监控煤炭生产主要设备的工况。监控系统一般由传感器、数据采集站、控制站、信号传输系统和地面中心站组成。近年来煤矿监测监控系统的发展有以下几个主要特点:

· 煤矿监测监控系统结构向集散化结构发展 新推出的监测监控系统基本上都采用集散系统结构,一般在结构上由现场测控分站和控制中心主站组成。分站(如S7315-2DP)可以脱离主站自动实现就地监测和控制功能,分站一般由中小型可编程控制器(PLC300)组成。主站一般采用PC机,主要负责监测数据的收集、存储、显示、报警、处理、分析、报表打印等。传输系统以现场 总线和FSK为主,拓扑结构多采用总线型和环型结构。

· 煤矿监测监控系统开放化国外新推出的集散监测监控系统均采用开放系统互连的 标准模型,通信协议或规程,支持多种互连标准,如 OPC、COM/DCOM等。这样,任何集散测控系统,只要遵循这些规程,就能够与其它系统或计算机系统相连, 方便地组成多节点的计算机局域网络,实现系统间的通 信和数据共享。

· 煤矿监测监控系统通用化新推出的监控监测系统不仅能满足煤矿的安全和生产的需要,而且能够完成各种不同的监控监测任务。

· 煤矿监测监控系统智能化
首先是传感器的智能化,如不断推出的具有自动校正,灵 敏度自动补偿,非线性自动补偿等功能的智能传感器。

· 煤矿监测监控系统应用软件发展趋势
包括操作系统的实时多任务化,控制软件的组态化、智能化和图形化,软件系统的开放化、标准化,监测监控软件的管理软件化,数据库化。

· 煤矿监测监控系统向综合化方向发展
90年代以来,一些矿务局已开展监测监控系统的全局(集 团)连网工作,进一步提高了矿井监测的自动化水平。

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摘自《监控组态软件及其应用》

以往,PC与智能设备通讯多借助RS232、RS485、以太网等方式,主要取决于设备的接口规范。但RS232、RS485只能代表通讯的物理介质层和链路层,如果要实现数据的双向访问,就必须自己编写通讯应用程序,但这种程序多数都不能符合ISO/OSI的规范,只能实现较单一的功能,适用于单一设备类型,程序不具备通用性。在RS232或RS485设备联成的设备网中,如果设备数量超过2台,就必须使用RS485做通讯介质,RS485网的设备间要想互通信息只有通过“主(Master)”设备中转才能实现,这个主设备通常是PC,而这种设备网中只允许存在一个主设备,其余全部是从(Slave)设备。而现场总线技术是以ISO/OSI模型为基础的,具有完整的软件支持系统,能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等问题。现场总线设备自动成网,无主/从设备之分或允许多主存在。在同一个层次上不同厂家的产品可以互换,设备之间具有互操作性。

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一、引言:
在高炉炼铁生产中,进料系统是设备的重要组成部分,其可靠性直接影响到生产效率及经济效益。本文对西门子MM440变频器在该系统改造部分的应用,以及该系统的传控部分进行讨论。
二,原系统概述:
1、原系统机械部分构成
由一台卷扬机拖动两台料车,料车位于轨道斜面上,互为上行、下行,即其中一台料车载料上行,另一台为空车下行,运行过程中电机始终处于负载状态。
2、原系统电气部分构成
原系统由一台6极55kW绕线式电机拖动,转子回路靠切换电阻实现速度调整,通过主令控制器(与电机同轴连接)采集料车的位置,控制电阻的投入切除,同时控制机械抱闸的开闭。
3、原系统存在的问题:
由于该调速方式为转子串电阻调速,电阻容易烧毁,加上卷扬机钢丝绳松紧程度不一致,有时出现料车“挂顶”事故,严重影响了生产
三、新系统构成;
1、新系统构成框图:
2、电气部分改造过程:
在不改变原来工人操作习惯的前提下,增加一台S7-224的PLC,保留原来电机,将其转子滑环短接,拆除调速电阻,保留原来主令控制器,在轨道斜面安装两个行程开关,作为料车位置的极限保护。
3、新系统工作原理:
操作工发出料车1上行指令,选通变频器的固定频率50Hz,变频器由0Hz开始提速,开启抱闸,直到全速运行;随着电机的转动,主令控制器的K1闭合至PLC,由PLC发出中速指令,选通变频器的固定频率20Hz,电机以中速运行;当主令控制器的K2闭合时,选通变频器的固定频率6Hz,电机以低速运行;当主令控制器的K3闭合时.说明料车已经达到终点,变器封锁输出,同时关闭机械抱闸,料车l送料完毕。料车2重复如上过程。
4、速度曲线;(以料车1上行为例)

5、变频器相关参数设置表
参数号 设定值 说明
P0003 3 用户访问所有参数
P1300 20 无测速机的矢量控制方式
P0701 1 DIN1选择正转
P0702 2 DIN2选择反转
P0703 15 DIN3选择高速
P0704 16 DIN4选择中速
P0705 17 DIN5选择低速
P0706 3 DIN6选择OFF2封锁输出(低电平)
P0732 52.C 继电器2功能(驱动抱闸)
P1215 1 抱闸使能
P1216 0.5秒 抱闸打开延时时间
P1001 50HZ 固定频率
P1002 20HZ 固定频率
P1003 6HZ 固定频率
P1120 10秒 加速时间
P1121 10秒 减速时间
P1130 1秒 加速起始段圆弧时间
P1910 1 自动检测电机参数

6、系统的保护:
在轨道斜面上位于料车终点稍后一点安装两个行程开关,作为极限保护点,以防止主令控制器失灵时的最后保护,再次防止料车,“挂顶”事故的发生。对于变频器自身故障由PLC采集,当故障发生时,立即关闭机械抱闸,以防止料车下滑。
四、过程中遇到的问题
1、变频器选型:
考虑到冶金系统的设计特点,电机已经加大了余量,而且原系统电机的实际运行电流在85安培左右,故变频器同级选配55kW。由于该卷扬机拖动两台料车,变频器工作于第一象限.没有能量回馈,故不必选配制动单元和制动电阻。
2、在空载调试阶段:
每次在料车1下行时,变频器过压保护经测量输入端电压为390V,从理论上分析,此种故障不应该出现,但是过压保护就是由于电机的再生能量造成,而且故障始终出现在料车1下行时,经过仔细检查两台料车发现,料车2的配重已经丢失,经重新调整两台料车的配重之后,变频器正常。
3、加速曲线的调整:
变频器从0Hz开始加速,通过斜坡时间至全速,已经实现了对电机的软启动,考虑到卷扬机钢丝绳的伸缩以及减速机的齿隙影响,在加速开始加入圆弧曲线.从而进一步减小对机械部分的冲击。
4、制动器的配合
当变频器收到正转(或反转)指令后,经过0.5秒延时后,打开抱闸,料车上行,随着低段速的选通,电机处于爬行状态,当PLC检测到终点信号时,发出停车命令,变频器封锁输出执行OFF2停止,同时关闭抱闸。如此控制抱闸既防止变频器过流保护.又防止料车下滑.
五、技术性能及特点:
以上述方案改造的首钢迁安钢铁厂1号、2号高炉送料系统,自2001年7月投入运行以来,至今电气部分未出一次故障,料车“挂顶”事故也从未发生过,提高了生产效率,降低了设备维护、运行费用。西门子MM440变频器可靠性高,控制方便,尤其是低频特性好值得在起重行业推广应用。
由于时间仓促对于该变频器的功能了解的不一定很透彻,敬请各位同仁指正。

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排水泵站(下简称泵站)作为市政建设和管理工程的主要设施,担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况,与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上,自动化监控程度低,大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上,大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展,对市政建设和管理提出了更高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展,以达到减员增效和提高管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
2.泵站工况概述
塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边,该泵站主要用于附近地区的污水排放处理和防汛抗涝。服务面积240公顷,总排水量为13.8米3/秒。
2.1设备分布
同大部分的泵站一样,其设备分布平面图如下(图1)所示。
①进出水闸门:用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。
②集水池:地下管道的污水汇集在此集水池,集水池被不锈钢格栅分成内外区,污水由内区流经格栅除污后,到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有超声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。
③除污机:泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台,除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。
④变压器房:为保证泵站的可靠工作,泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度,当温度超限能自动启动风机降温和报警。
⑤水泵房:塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵;在存水房装有水位检测器。
⑥控制柜房:房内装有进线柜2台(柜1,13);功率因素补偿柜4台(柜2,3,11,12);泵开关柜(柜4-6,8-10)和联接柜1台(柜7)。

2.2控制要求
以塘桥泵站为设施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
①改造泵站的水泵控制开关柜,使之具有就地和远程控制的功能。
②改造泵站的功率因素补偿柜,能实现就地自动补偿和远程电网监控。
③改造泵站的变压器房对于变压器A,B,C三相温度进行远程显示,高温报警等功能;
④建立泵站的控制室,对泵站实施三级控制,在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC,对整个泵站实现自动化监控 ,水泵将根据泵的状态 ,水位,雨量,电网状况,闸门位置等工况自动投切。
⑥通过对水位差的检测,提示或自动投切除污机。
⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏,对整个泵站进行动态监控管理,故障报警,工况记录和报表打印。
⑧预留通信接口,可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。
3.硬件系统构成
根据以上要求,我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。
3.1 PLC配置
泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ,PLC总体配置如下:
① 中央处理模块(CPU):选用CPU314,内存RAM扩展到64K。
② 数字量输入模块(DI):选用SM321,共8块(16点/块)。处理128点输入信号。
③ 数字量输出模块(DO):选用SM322,4块为16点/块,4块为8点/块。处理96点输出信号。
④ 模拟量输入模块(AI):选用SM331,共3块(8点/块)。处理24点输入信号。
⑤ 通信模块:选用CP340,共2块,1块为RS232接口,1块为RS485接口。
PLC采用了四个框架,在RTU信号柜内有三个,其中一个为备用扩展框架;另一个在操作台内,通过IM361扩展连接,这样简化了接线,大大地提高可靠性。
3.2触摸屏配置
触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI(当时SIEMENS还没有此类HMI)来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接,采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。
3.3电网监控配置
电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器,可检测三相四线制 的相电压,线电压,相电流,零线电流,有功无功功率,功率因素,频率及相应的最大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接,传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线,故应用了两套电量监控器,分别安装两侧进线柜上。
其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

4.软件监控实现
塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分:PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。
4.1系统检测和故障处理模块
系统检测处理所有的输入信号,根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有:六台泵电机的温度和振动;进出水闸门状态;存水房液位;防火防盗安全;两台电源变压器温度;雨量;四台功率因素补偿柜工况;电网工况(电压欠压和过压监控;三相电流过载监控;缺相监控;三相不平衡监控;功率过载监控;功率因素监控;电量累计);污水池水位等。
系统故障分类为三级:一级故障定义为最高级。当发生此类故障,将禁止所有控制输出。声光报警,记录打印,在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障,按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出,系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位最低级。当发生此类故障时,仅声光预警,不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面,显示故障内容,性质,地点,时刻和解决方案,并打印。
4.2除污机和排水泵的运行处理
泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位,置二级故障报警,由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。机同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控,操作台在泵自动运行前,先进行排污操作。采用水位差检测,则根据水位差标志实施自动排污。在自动排污时,先在现场声光预警,再运行装置。
泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。
①当故障信号置位,置二级故障报警,由<系统故障处理>模块处理。
②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
③当泵开关柜上的选择开关选择远控,在操作台上可实施四种泵运行方式:手动方式;自动方式;预抽空方式;检修方式。
④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯;手动操作按纽和选择开关。
⑤单台泵的选择开关有四档:停止;检修;手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
⑥在系统操作上设置有三档的选择开关:停止;自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行;<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。
⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
⑧泵的基本联锁条件:A.一级故障,电源故障禁止所有泵运行;B.泵电机故障,泵启动柜故障禁止对应泵运行;C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜,操作台之间的正确设置;D.水位联锁。
⑨当满足上述不同联锁条件,泵可进入手动,检修,预抽空或自动运行。
⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数;判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求,如不满足,则故障报警;如可组态的泵多于所需投入运行的泵,则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低,逐步退出当前运行时间最长的泵。
4.3数据处理和人机界面处理
①数据统计:泵启动柜交流接触器动作计数;泵运行时间累计;泵站排水量累计;降雨量累计;用电量累计。
②数据设置:水位值,水位差值和流量值设置;变压器的温度和瓦斯值设置;雨量值设置;泵电机的温度和震动值设置;电力参数设置;防盗有效与否设置。
③与触摸式显示屏的数据通信:触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务:泵站运行监控;故障报警,记录和排除提示;参数设置;模拟键盘操作;数据记录处理;工艺曲线显示;工况模拟显示;泵站概貌显示。
④打印机打印处理:故障随机打印;运行状态打印;参数设置打印;工作报表打印;动态曲线打印;设备状态打印;数据统计打印;显示屏幕打印。
5.结语
塘桥泵站自动化监控系统自1998年改造至今已近两年,正常运行证明:整个系统设计合理 先进;操作简便;可靠性高;完全符合用户预期的要求,将推广应用至其他地区。

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首先必须在画面中插入报警控件,可以用以下两种方式来确认信息:

可以用如下的函数来确认单条信息:
4版本和低于此版本的WinCC:BOOL OnBtnSinglAckn(char*lpszPictureName,char*lpszObjectName)
5版本和高于此版本的WinCC:BOOL AXC_OnBtnSinglAckn(char*lpszPictureName,char*lpszObjectName)

可以用如下的函数确认报警窗口所有可见的报警:
4版本和低于此版本的WinCC:BOOL OnBtnVisibleAckn(char*lpszPictureName,char*lpszObjectName)
5版本和高于此版本的WinCC:BOOL AXC_OnBtnVisibleAckn(char*lpszPictureName,char*lpszObje

如何实现从WinCC运行画面跳转至WinCC控制中心?

最好的方式是在WinCC运行画面上做一个按钮,该按钮应该置为密码保护,在该按钮上设置C-action。
低于WinCC V5.0:
#pragma code("user32.dll")
Bool SetForegroundWindow(HWND);
#pragma code()
HWND handle;
Handle=FindWindow("MCPFrameWndClass",NULL);
If(!SetForegroundWindow(handle))printf("\r\n SetForeground fails");
5.0版本和高于此版本的WinCC:
#pragma code("user32.dll")
Bool SetForegroundWindow(HWND);
#pragma code()
HWND handle;
Handle=FindWindow("WinCCExplorerFrameWndClass",NULL);
If(!SetForegroundWindow(handle)) printf("\r\n SetForeground fails");

如何在WinCC中读取计算机系统时间?

可以编写如下的C-action:
#pragma code("kernel32.dll");
Void GetLocalTimes(SYSTEMTIME* lpst);
#pragma code();
SYSTEMTIME time;
GetLocalTime(&time);
SetTagWord("Varname",time.wYear );
SetTagWord("Varname",time.wMonth );
SetTagWord("Varname",time.wDayOfWeek );
SetTagWord("Varname",time.wDay );
SetTagWord("Varname",time.wHour );
SetTagWord("Varname",time.wMinute );
SetTagWord("Varname",time.wSecond );
SetTagWord("Varname",time.wMilliseconds );

如何经由Windows对话框设置日期和时间?

可以将修改日期、时间的Windows对话框调出来,调用程序如下:
#include "apdefap.h"
void onClick(char*lpszPictureName,char*lpszObjectName,
char* lpszPropertyName)
{ ProgramExecute("C:\\WIN95\\control.exe timedate.cpl"); }
注意:您在使用此程序时,需根据您的Control Panel安装的具体路径来填写。

如何在WinCC里用C语言调用SQL语言?

1、创建一个SQL文件。
此文件在ISQL中创建,文件内容是所希望执行的SQL语句。

2、在WinCC的C Script中编写程序调用此SQL文件,如以下程序所示:

#include "apdefap.h"
void OnLButtonDown(char* lpszPictureName,
char* lpszObjectName,
char* lpszPropertyName,
UINT nFlags, int x, int y)
{
char*a="C:\\SIEMENS\\Common\\SQLANY\\ISQL-q-b-c
UID=DBA;PWD=SQL;DBF=E:\\testsql\\testsqlRT.DB;
DBN=CC_testsql_99-12-03_12:48:26R;READ
E:\\testsql\\test.sql";
printf("%s\r\n",a);
ProgramExecute(a);
}
下面是一个简单的SQL文件内容:
select * from pde#hd#t#test;
output to E:\\test2.txt FORMAT ascii

注意:文件名及路径中不要带空格。

如何整点启动归档?

在"Global Script"下的Project functions编写函数:cyclicarchive
BOOL cyclicarchive()
{
#pragma code ("kernel32.dll");
void GetLocalTime (SYSTEMTIME* lpst);
#pragma code();
SYSTEMTIME time;
Int t1;
GetLocalTime(&time);
t1=time.wMinute;
if(t1==00)
{
SetTagBit("startarchive",1);
return(BOOL)(GetTagBit("startarchive"));
}
}
在Tagloging中的"Properties of process tag"中的"Archive Tag"tab下的Archiving type选择Cycle-selective,在"Event"标签下的"Start Event"内选择cyclicarchive函数。

如何在按键组合被禁用的情况下,从WinCC运行环境进入WinCC Control Center?

最好是做一个按钮,该按钮需要用用户权限保护,在该钮中编写如下C-action:
低于WinCC 5.0版本:
#pragma code ("user32.dll");
BOOL SetForegroundWindow(HWND);
#pragma code();
HWND handle;
handle=FindWindow("MCPFrameWndClass",NULL);
If (!SetForegroundWindow(handle))
Printf ("\r\n SetForeground fails");

WinCC 5.0版本以及更高的版本:
#pragma code("user32.dll");
BOOL SetForegroundWindow(HWND);
#pragma code();
HWND handle;
handle=FindWindow("WinCCExplorerFrameWndClass",NULL);
If (!SetForegroundWindow(handle))
Printf ("\r\n SetForeground fails");

怎样对一个WinCC的项目进行转换?

当对一个V4.X版本的WinCC项目升级到5.X时,V4.X下的项目必须进行版本转换。若使用"交叉索引"编辑器时,必须保证项目已进行了正确无误的转换。
项目转换分下列几步依次完成:
在WinCC资源管理器中,选中图形编辑器,击鼠标右健。
1.全局库的转换
在弹出下拉菜单中选中"转换全局库"条目,系统会自动对全局库进行转换, 转换结束后退出。
2.项目库的转换
在弹出下拉菜单中选中"转换项目库"条目,确认后系统自动对库进行转换。
3.图形画面转换
在弹出下拉菜单中选中"转换画面"条目,在弹出画面按"确认"后,系统自动进行所有画面的转换。
注意:包含有"未定义对象"的画面,如在PC机上未装相应对象服务器的,决不要转换, 否则画面会被损坏。
4.基本数据转换
分屏向导:在WinCC资源管理器中,打开分屏向导(在基本数据项下)的弹出式菜单,并选择"打开"条目。
报警记录向导:在WinCC资源管理器中,打开报警记录向导的弹出式菜单(在基本数据项下),并选择"打开"条目。

我用WinCC Web Navigator时,为什么总是提示错误信息"The maximum permissible number of user is connected to the WinCC-Server"?

您使用WinCCV5/SP1和Web NavigatorV1.0时,您看到以上错误信息,错误原因是:
实际用户数目超过授权数量限制。
措施:升级WebNavigator,使其能支持更多的客户端。
缺少授权,WinCC会提示您所缺少的授权。
措施:添加所缺的授权。
未将"WebNavigatorRT.exe"加在WinCC启动列表中。
措施:将此文件加入WinCC的启动列表中。

#pragma 预处理指令详解
在所有的预处理指令中,#Pragma 指令可能是最复杂的了,它的作用是设定编译器的状态或者是指示编译器完成一些特定的动作。#pragma指令对每个编译器给出了一个方法,在保持与C和C++语言完全兼容的情况下,给出主机或操作系统专有的特征。依据定义,编译指示是机器或操作系统专有的,且对于每个编译器都是不同的。
其格式一般为: #Pragma Para
其中Para 为参数,下面来看一些常用的参数。

(1)message 参数。 Message 参数是我最喜欢的一个参数,它能够在编译信息输出窗
口中输出相应的信息,这对于源代码信息的控制是非常重要的。其使用方法为:
#Pragma message(“消息文本”)
当编译器遇到这条指令时就在编译输出窗口中将消息文本打印出来。
当我们在程序中定义了许多宏来控制源代码版本的时候,我们自己有可能都会忘记有没有正确的设置这些宏,此时我们可以用这条指令在编译的时候就进行检查。假设我们希望判断自己有没有在源代码的什么地方定义了_X86这个宏可以用下面的方法
#ifdef _X86
#Pragma message(“_X86 macro activated!”)
#endif
当我们定义了_X86这个宏以后,应用程序在编译时就会在编译输出窗口里显示“_
X86 macro activated!”。我们就不会因为不记得自己定义的一些特定的宏而抓耳挠腮了

(2)另一个使用得比较多的pragma参数是code_seg。格式如:
#pragma code_seg( ["section-name"[,"section-class"] ] )
它能够设置程序中函数代码存放的代码段,当我们开发驱动程序的时候就会使用到它。

(3)#pragma once (比较常用)
只要在头文件的最开始加入这条指令就能够保证头文件被编译一次,这条指令实际上在VC6中就已经有了,但是考虑到兼容性并没有太多的使用它。

(4)#pragma hdrstop表示预编译头文件到此为止,后面的头文件不进行预编译。BCB可以预编译头文件以加快链接的速度,但如果所有头文件都进行预编译又可能占太多磁盘空间,所以使用这个选项排除一些头文件。
有时单元之间有依赖关系,比如单元A依赖单元B,所以单元B要先于单元A编译。你可以用#pragma startup指定编译优先级,如果使用了#pragma package(smart_init) ,BCB就会根据优先级的大小先后编译。

(5)#pragma resource "*.dfm"表示把*.dfm文件中的资源加入工程。*.dfm中包括窗体
外观的定义。

(6)#pragma warning( disable : 4507 34; once : 4385; error : 164 )
等价于:
#pragma warning(disable:4507 34) // 不显示4507和34号警告信息
#pragma warning(once:4385) // 4385号警告信息仅报告一次
#pragma warning(error:164) // 把164号警告信息作为一个错误。
同时这个pragma warning 也支持如下格式:
#pragma warning( push [ ,n ] )
#pragma warning( pop )
这里n代表一个警告等级(1—4)。
#pragma warning( push )保存所有警告信息的现有的警告状态。
#pragma warning( push, n)保存所有警告信息的现有的警告状态,并且把全局警告
等级设定为n。
#pragma warning( pop )向栈中弹出最后一个警告信息,在入栈和出栈之间所作的
一切改动取消。例如:
#pragma warning( push )
#pragma warning( disable : 4705 )
#pragma warning( disable : 4706 )
#pragma warning( disable : 4707 )
//…….
#pragma warning( pop )
在这段代码的最后,重新保存所有的警告信息(包括4705,4706和4707)。
(7)pragma comment(…)
该指令将一个注释记录放入一个对象文件或可执行文件中。
常用的lib关键字,可以帮我们连入一个库文件。

每个编译程序可以用#pragma指令激活或终止该编译程序支持的一些编译功能。例如,对循环优化功能:
#pragma loop_opt(on) // 激活
#pragma loop_opt(off) // 终止
有时,程序中会有些函数会使编译器发出你熟知而想忽略的警告,如“Parameter xxx is never used in function xxx”,可以这样:
#pragma warn —100 // Turn off the warning message for warning #100
int insert_record(REC *r)
{ /* function body */ }
#pragma warn +100 // Turn the warning message for warning #100 back on
函数会产生一条有唯一特征码100的警告信息,如此可暂时终止该警告。
每个编译器对#pragma的实现不同,在一个编译器中有效在别的编译器中几乎无效。可从编译器的文档中查看。

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排水泵站(下简称泵站)作为市政建设和管理工程的主要设施,担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况,与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上,自动化监控程度低,大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上,大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展,对市政建设和管理提出了更高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展,以达到减员增效和提高管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
2.泵站工况概述
塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边,该泵站主要用于附近地区的污水排放处理和防汛抗涝。服务面积240公顷,总排水量为13.8米3/秒。
2.1设备分布
同大部分的泵站一样,其设备分布平面图如下(图1)所示。
①进出水闸门:用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。
②集水池:地下管道的污水汇集在此集水池,集水池被不锈钢格栅分成内外区,污水由内区流经格栅除污后,到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有超声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。
③除污机:泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台,除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。
④变压器房:为保证泵站的可靠工作,泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度,当温度超限能自动启动风机降温和报警。
⑤水泵房:塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵;在存水房装有水位检测器。
⑥控制柜房:房内装有进线柜2台(柜1,13);功率因素补偿柜4台(柜2,3,11,12);泵开关柜(柜4-6,8-10)和联接柜1台(柜7)。

2.2控制要求
以塘桥泵站为设施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
①改造泵站的水泵控制开关柜,使之具有就地和远程控制的功能。
②改造泵站的功率因素补偿柜,能实现就地自动补偿和远程电网监控。
③改造泵站的变压器房对于变压器A,B,C三相温度进行远程显示,高温报警等功能;
④建立泵站的控制室,对泵站实施三级控制,在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC,对整个泵站实现自动化监控 ,水泵将根据泵的状态 ,水位,雨量,电网状况,闸门位置等工况自动投切。
⑥通过对水位差的检测,提示或自动投切除污机。
⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏,对整个泵站进行动态监控管理,故障报警,工况记录和报表打印。
⑧预留通信接口,可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。
3.硬件系统构成
根据以上要求,我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。
3.1 PLC配置
泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ,PLC总体配置如下:
① 中央处理模块(CPU):选用CPU314,内存RAM扩展到64K。
② 数字量输入模块(DI):选用SM321,共8块(16点/块)。处理128点输入信号。
③ 数字量输出模块(DO):选用SM322,4块为16点/块,4块为8点/块。处理96点输出信号。
④ 模拟量输入模块(AI):选用SM331,共3块(8点/块)。处理24点输入信号。
⑤ 通信模块:选用CP340,共2块,1块为RS232接口,1块为RS485接口。
PLC采用了四个框架,在RTU信号柜内有三个,其中一个为备用扩展框架;另一个在操作台内,通过IM361扩展连接,这样简化了接线,大大地提高可靠性。
3.2触摸屏配置
触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI(当时SIEMENS还没有此类HMI)来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接,采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。
3.3电网监控配置
电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器,可检测三相四线制 的相电压,线电压,相电流,零线电流,有功无功功率,功率因素,频率及相应的最大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接,传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线,故应用了两套电量监控器,分别安装两侧进线柜上。
其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

4.软件监控实现
塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分:PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。
4.1系统检测和故障处理模块
系统检测处理所有的输入信号,根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有:六台泵电机的温度和振动;进出水闸门状态;存水房液位;防火防盗安全;两台电源变压器温度;雨量;四台功率因素补偿柜工况;电网工况(电压欠压和过压监控;三相电流过载监控;缺相监控;三相不平衡监控;功率过载监控;功率因素监控;电量累计);污水池水位等。
系统故障分类为三级:一级故障定义为最高级。当发生此类故障,将禁止所有控制输出。声光报警,记录打印,在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障,按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出,系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位最低级。当发生此类故障时,仅声光预警,不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面,显示故障内容,性质,地点,时刻和解决方案,并打印。
4.2除污机和排水泵的运行处理
泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位,置二级故障报警,由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。机同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控,操作台在泵自动运行前,先进行排污操作。采用水位差检测,则根据水位差标志实施自动排污。在自动排污时,先在现场声光预警,再运行装置。
泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。
①当故障信号置位,置二级故障报警,由<系统故障处理>模块处理。
②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
③当泵开关柜上的选择开关选择远控,在操作台上可实施四种泵运行方式:手动方式;自动方式;预抽空方式;检修方式。
④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯;手动操作按纽和选择开关。
⑤单台泵的选择开关有四档:停止;检修;手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
⑥在系统操作上设置有三档的选择开关:停止;自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行;<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。
⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
⑧泵的基本联锁条件:A.一级故障,电源故障禁止所有泵运行;B.泵电机故障,泵启动柜故障禁止对应泵运行;C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜,操作台之间的正确设置;D.水位联锁。
⑨当满足上述不同联锁条件,泵可进入手动,检修,预抽空或自动运行。
⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数;判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求,如不满足,则故障报警;如可组态的泵多于所需投入运行的泵,则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低,逐步退出当前运行时间最长的泵。
4.3数据处理和人机界面处理
①数据统计:泵启动柜交流接触器动作计数;泵运行时间累计;泵站排水量累计;降雨量累计;用电量累计。
②数据设置:水位值,水位差值和流量值设置;变压器的温度和瓦斯值设置;雨量值设置;泵电机的温度和震动值设置;电力参数设置;防盗有效与否设置。
③与触摸式显示屏的数据通信:触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务:泵站运行监控;故障报警,记录和排除提示;参数设置;模拟键盘操作;数据记录处理;工艺曲线显示;工况模拟显示;泵站概貌显示。
④打印机打印处理:故障随机打印;运行状态打印;参数设置打印;工作报表打印;动态曲线打印;设备状态打印;数据统计打印;显示屏幕打印。
5.结语
塘桥泵站自动化监控系统自1998年改造至今已近两年,正常运行证明:整个系统设计合理 先进;操作简便;可靠性高;完全符合用户预期的要求,将推广应用至其他地区。

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5 21

PID参数的整定:
1、可以在软件中进行自动整定;
2、自动整定的PID参数可能对于系统来说不是最好的,就需要手动凭经验来进行整定。P参数过小,达到动态平衡的时间就会太长;P参数过大,就容易产生超调。
PID功能块在梯形图(程序)中应当注意的问题:
1、最好采用PID向导生成PID功能块;
2、我要说一个最简单的也是最容易被人忽视的问题,那就是:PID功能块的使能控制只能采用SM0.0或任何1个存储器的常开触点并联该存储器的常闭触点这样的永不断开的触点!
笔者在以前的一个工程调试中就遇到这样的问题:PID功能块有时间动作正常,有时间动作不正常,而且不正常时发现PID功能块都没问题(PID参数正确、使能正确),就是没有输出。最后查了好久,突然意识到可能是使能的问题——我在使能端串联了启动/停止控制的保持继电器,我把它改为SM0.0以后,一切正常!
同时也明白了PID功能块有时间动作正常,有时间动作不正常的原因:有时在灌入程序后保持继电器处于动作的状态才不会出现问题,一旦停止了设备就会出现问题——PID功能块使能一旦断开,工作就不会正常!
把这个给大家说说,以免出现同样失误。
下面是PID控制器参数整定的一般方法:
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
PID参数的设定:是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P\I\D的大小。
比例I/微分D=2,具体值可根据仪表定,再调整比例带P,P过头,到达稳定的时间长,P太短,会震荡,永远也打不到设定要求。
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照:
温度T:P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s;
压力P: P=30~70%,T=24~180s;
液位L: P=20~80%,T=60~300s;
流量L: P=40~100%,T=6~60s。
书上的常用口诀:
参数整定找最佳,从小到大顺序查;
先是比例后积分,最后再把微分加;
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳;
曲线偏离回复慢,积分时间往下降;
曲线波动周期长,积分时间再加长;
曲线振荡频率快,先把微分降下来;
动差大来波动慢。微分时间应加长;
理想曲线两个波,前高后低4比1;
一看二调多分析,调节质量不会低。
经过多年的工作经验,我个人认为PID参数的设置的大小,一方面是要根据控制对象的具体情况而定;另一方面是经验。P是解决幅值震荡,P大了会出现幅值震荡的幅度大,但震荡频率小,系统达到稳定时间长;I是解决动作响应的速度快慢的,I大了响应速度慢,反之则快;D是消除静态误差的,一般D设置都比较小,而且对系统影响比较小。对于温度控制系统P在5-10%之间;I在180-240s之间;D在30以下。对于压力控制系统P在30-60%之间;I在30-90s之间;D在30以下。
这里介绍一种经验法。这种方法实质上是一种试凑法,它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法,并在现场中得到了广泛的应用。
这种方法的基本程序是先根据运行经验,确定一组调节器参数,并将系统投入闭环运行,然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值),观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。若认为控制质量不满意,则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验,直到满意为止。
经验法简单可靠,但需要有一定现场运行经验,整定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时,有多个整定参数,反复试凑的次数增多,不易得到最佳整定参数。
下面以PID调节器为例,具体说明经验法的整定步骤:
A. 让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行,由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化,观察控制过程,直到获得满意的控制过程为止。
B. 取比例系数S1为当前的值乘以0.83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动信号作阶跃变化,直至求得满意的控制过程。
C. 积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善,如有改善则继续调整,直到满意为止。否则,将原比例系数S1增大一些,再调整积分系数S0,力求改善控制过程。如此反复试凑,直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。
D. 引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD,此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0。和前述步骤相同,微分时间的整定也需反复调整,直到控制过程满意为止。
PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如:大烘房的温度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小惯量如:一个小电机带一台水泵进行压力闭环控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。
PID控制说明:
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制 :比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
积分(I)控制 :在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制 :在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

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前言

安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。由于现场总线技术的出现,推动了现场智能设备和智能仪表的发展,促进了传统DCS系统和PLC系统的融合,并推动了FCS(以现场设备为基础形成的网络集成式全分布控制系统)的出现、发展和广泛应用。
自现场总线概念提出以来,全球各大知名自控和仪表公司开发了数十种现场总线,目前在全球范围内被广泛认可的现场总线系统包括:PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、P-NET等十大总线系统。
随着电力改革的深入,实行厂网分开、竞价上网的政策,各电厂为降低运行成本、减少设备检修维护成本、缩短维护周期,实行状态检修,就需要对设备状态进行监视,并将各工艺段自动化系统整和在一起。现场总线系统的出现,彻底解决了自动化孤岛问题,使电厂基于设备状态的检修成为可能。

PROFIBUS现场总线系统介绍
PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一,以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规,已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。
PROFIBUS现场总线通讯协议包括三个主要部分:
· PROFIBUS DP:主站和从站之间采用轮循的通讯方式,主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。
· PROFIBUS PA:电源和通信数据通过总线并行传输,主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。
· PROFIBUS FMS:定义了主站和主站之间的通讯模型,主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

1.采用PROFIBUS现场总线的自动化系统结构

从图中可以看出,采用PROFIBUS现场总线的控制系统可以分成现场控制层、监控层和企业管理层三层。

2.现场控制层
现场控制层由现场智能设备、现场智能仪表、远程I/O和网络设备构成。现场控制涉及PROFIBUS协议PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA两个部分。
PROFIBUS-DP是高速网络,通讯速率达到12M。PROFIBUS-DP可以连接远程I/O、执行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门定位器、变频器等智能设备,一条PROFIBUS-DP总线可以最多连接123个从站设备。PROFIBUS-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型,通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤,也支持红外传输,采用双绞线时,不加中继器最远通讯距离可达1.2公里,最多可以采用9个中继器,最远通讯距离可达9公里。采用光纤时,最远通讯距离可达100公里以上,其中采用多膜光纤,两点间最远距离可达3公里,采用单膜光纤时,两点间最远距离可达3公里。
PROFIBUS-PA是低速现场级网络,通讯速率为31.25kb/s,支持点对点连接、总线型、混合型、树型拓扑结构。PROFIBUS-PA主要用于连接现场智能仪表,如压力、温度、液位、流量等变送器及其执行机构等。可以采用屏蔽双绞线电缆,也可采用非屏蔽双绞线电缆,可通过总线供电。

3.监控层
监控层由高速工业以太网以及连接在总线上的担任监控作务的工作站或显示操作站、工程师站、PLC/DCS控制器组成。随着网络技术的不断发展,工业以太网的通讯速率也在不断提高,目前工业级的千兆以太网已经在工业自动化领域大量应用。

4.企业管理层
企业管理层由各种服务器和客户机组成,主要由SIS、MIS和ERP系统构成。其主要目的是在分布式网络环境下,将电厂各工艺段(例如DCS系统、辅机程控系统等)的数据和信息(如过程数据、报警信息和设备状态等)进行汇总,从而集成企业的各种信息,实现与Internet的连接,完成管理、决策和商务应用的各种功能。通过管理层,公司和集团领导可以实时监控现场设备,并通过授权还可以对各系统进行组态。

PROFIBUS现场总线系统的优点

1.开放性
PROFIBUS是一个完全开放的、与制造商无关的、无知识产权保护的现场总线标准,全球有超过250家公司可以生产超过2000种支持PROFIBUS的系统和设备。PROFIBUS的开放性保证了不同制造厂商的产品的互连,例如西门子公司的DCS或PLC可以通过PROFIBUS连接第三方的远程I/O、智能设备和仪表,这些连接只需要产品制造商提供相应的GSD文件或EDD文件,然后进行简单组态即可实现。目前国际知名的自动化系统制造商如:SIEMENS、ABB、EMERSON等和知名的仪表制造商如:SIEMENS、EMERSON等都可以提供丰富的支持PROFIBUS的产品。在电力行业知名的DCS制造商如:SIEMENS、ABB、EMERSON、FOXBORO等都支持PROFIBUS现场总线,知名的PLC品牌如:SIEMENS、MODICON、AB也都可以支持PROFIBUS总线。

2.可靠性
PROFIBUS现场总线大安装运行节点数超过500万个,大大高于其他现场总线系统。PROFIBUS是IEC61158的重要组成部分,并于2001年成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001。PROFIBUS的可靠性表现在以下几个方面:
· PROFIBUS总线上的数据传输是完全基于数字信号实现的,这样可以大幅提高信号传输过程中的抗干扰能力。
· 采用PROFIBUS总线直接连接现场智能设备,可以减少大量接线点,减少了由于接线不牢或接线不规范引起的故障。
· PROFIBUS连接智能设备,减少了A/D转换的环节,提高了自动化系统的采集精度,为精确控制提供保障。
· PROFIBUS上各设备的连接非常简单,并可以通过专用剥线工具和PROFIBUS接头,减少接线风险;同时PROFIBUS接头可以保证总线上任何一个节点故障不影响系统通讯。
· 支持冗余总线系统,提高系统可靠性。

3.灵活扩展
采用PROFIBUS总线结构的控制系统,扩展非常方便灵活,主要表现在以下几个方面:
(1)拓扑结构灵活,可以支持总线型、星型、树型、冗余环型等多种拓扑结构。
(2)支持光纤和双绞线作为通讯介质,采用多模光纤时,两个光电模块间的距离可达3KM,采用单模光纤时,两个光电模块间的距离可达26KM;采用双绞线不加中继的最远通讯距离可打1KM,采用中继时最远可达9KM。
(3)一条PROFIBUS-DP总线最多可以连接123个DP从站,所有满足PROFIBUS-DP通讯规约的设备都可以连接到系统中。目前全球有超过1200家公司可以生产超过2000种支持PROFIBUS的产品,因此具有很强的开放性和可扩展性。
(4)提供多种接口设备,用于将冗余DP总线转换成单DP总线和将冗余DP总线转换成PA总线,可以将DP总线转换成Asi总线等,非常便于扩展。
(5)PROFIBUS同时可以支持PROFISAFE协议,一条总线上既可以传输标准数字信号,也可以同时传输故障安全的信号。
(6)提供可用于危险领域的接口模块,可以支持在危险区域的应用。

4.实时性
采用PROFIBUS总线的系统具有很高的实时性,这是由PROFIBUS总线系统的数据传输速率高所决定的。PROFIBUS-DP总线的传输速率可达12M,是目前通讯速率最高的现场总线。
计算PROFIBUS-DP总线的响应时间可以按下面的计算公式进行计算:

t Cycle_DP = (317 x (nSlaves) + 11 x (nBytes) ) x Tbit

317是一个常数,表示一个DP从站建立通讯连接所需的数据位;
第一个N表示整个PROFIBUS-DP总线上的从站数量;
第二个N表示整个PROFIBUS-DP总线上传输的数据总数,单位为字节。

如果总线系统中还有PA总线,则PA总线的响应时间为:
t Cycle_PA-channel = (317 x (nSlaves) + 8 x (nBytes) ) x Tbit

整个PROFIBUS-DP系统的响应时间为:
t Cycle = t Cycle_PA-channel + t Cycle_DP + t Acylic

从上面的公式可以看到,一个典型的通过PA总线连接的智能仪表的响应时间为10ms,一个典型的通过PA总线连接的执行机构的响应时间为15ms。

一个PROFIBUS-DP从站的响应时间<0.3ms。
因此可以确定PROFIBUS总线系统是一个实时的系统。

PROFIBUS现场总线系统应用设计

在进行PROFIBUS网络设计需考虑如下问题:
· 需要什么样的网络功能
是否用于过程自动化
是否需要安全协议
是否通过总线连接驱动设备
等…
· 是采用4-20 mA, 4-20mA/HART&reg; 还是采用数字设备
通过PA还是通过DP连接
用于安全领域还是危险区域
现场需要多长的电缆,长度限制是多少
· 需要哪些过程数据(是否需要设备状态信息)
需要什么样的DP主站接口,接口有什么样的限制
DP从站有什么样的限制
要求的网络响应时间是多少
DP响应时间
PA响应时间

当用户的要求清楚之后,我们就可以根据用户的需求设计一套适用的解决方案。以一个新建电厂的补给水程控系统为例来简单说明。

我们知道补给水系统由预处理系统、化学除盐系统和酸碱系统构成,主要工艺设备包括阴床、阳床、混床、酸碱箱、风机、水泵等,主要测量仪表包括压力变送器、差压变送器、液位计、流量计、温度、酸度计、碱度计、硅表、钠表、浊度计等;另外还有大量的气动隔膜阀、电机等。对于这样的系统,我们可以采用PROFIBUS总线来完成监控任务。
对于这样的系统,我们可以采用远程I/O加智能DP/PA仪表的方式来实现,我们采用IP65/67防护等级的ET200X远程I/O来采集阴床、阳床、混床、酸碱箱等设备的参数,IP65/67防护等级的ET200X直接安装在现场,同时ET200X提供模块化的阀岛模块和马达模块,可以集中监控气动革膜阀和小型电机(<5.5KW)。其他的电机可以通过SIMOCODE连接到PROFIBUS-DP。所有的仪表(温度传感器除外)都通过DP或PA总线连接到系统中。如下图所示:

我们可以看到采用PROFIBUS-DP的补给水系统结构非常简洁,但可以带来很多好处:
· 设备状态信息监视;
· 基于设备状态的检修;
· 仪表控制室集中校验;
· 采用智能马达控制器,简化电控柜接线,并可监控电机启停次数;
· 节省大量电缆;
· 真正分布式控制;
· 采用阀岛模块可以实现气动革膜阀的集中控制,节约压缩空气;
· 缩短安装周期,提前投入运行;
· 等。
应用现状及发展前景
PROFIBUS-DP是由国际知名的自动化公司,如:SIEMENS、ABB等公司研发的,完全是为了满足工业自动化领域的应用的现场总线系统,并且在各行业特别是冶金、石化、市政、等行业都有很多应用。
电力行业是一个自动化程度非常高的行业,如主机DCS系统、脱硫DCS系统以及主要辅机程控系统,这些系统都存在可靠性要求高、监控设备和对象多而复杂、实时性要求高等特点。特别是主机DCS系统,涉及数百台压力和差压变送器,数百台电动或启动执行机构,数百个温度测点,系统要进行复杂的闭环控制、串级控制、三冲量控制、比率控制,要进行设备连锁控制,要进行复杂的锅炉燃烧管理、机炉协调控制。所有这些都需要有高可靠性的控制系统来保证整个生产过程的安全、稳定、可靠运行。
随着现场总线技术的出现和日臻成熟和电厂信息化要求的提高,基于现场总线的控制系统将为电力行业自动化系统提供更好的选择。
目前制约基于现场总线的控制系统在电厂应用主要问题,我认为主要包括以下几个方面:
· 支持现场总线的智能设备造成初期投资的提高;
· 有些设备和仪表不带总线接口;
· 哪些设备、仪表信息可以传送;
· 系统结构如何变化,如何构筑一个基于现场总线的控制系统;
· 通讯是否可靠;
· 设备选型的局限性;
· 等。

对于用户的这些疑问,我们实际上在前面已经多有论述,下面针对上海某化工厂CO回收装置自控系统投资情况进行一下比较分析。

从上表可以看出,造成硬件成本升高的主要因素是自动化系统设备成本提高约10%,PA仪表成本升高约10%。但是可以大幅减少电缆桥架、控制电缆等附件的费用,同时可以大幅降低安装施工和自控系统的安装调试费用,缩短工期。

对于新建电厂,我认为选用带总线接口的仪表、执行机构、变频器、智能马达控制器、阀门定位器等的条件已经成熟,因为很多知名的仪表、设备制造商如:SIEMENS、ABB、EMERSON等都可以提供多种可供选择的成熟的带总线接口的系统和设备,而且价格也越来越与常规智能设备接近。而且基于HART协议连接变送器的结构已经在很多电厂获得应用,在集中校验、提高采集精度等方面取得用户的好评。而现场总线是比HART协议更全面的总线,因此具有更好的应用前景。在新建电厂的DCS、FGD DCS和辅机程控系统都可以采用现场总线系统,并且已经有很多非常成功的应用。

对于老电厂的改造系统,由于大量采用非智能仪表和执行机构,全面更换、更新可能性很小,对于这样的系统,PROFIBUS也可以提供很好的解决方案。可以采用远程I/O的方式,通过常规I/O模块采集非智能仪表的信号,然后通过PROFIBUS-DP总线连接到中央控制器。仪表和执行机构可以按设备生命周期逐批更换。

部分应用实例

PROFIBUS在电力行业最典型的应用是德国尼德豪森电厂2X950MW机组的DCS系统。德国尼德豪森电厂隶属于德国RWE电力公司,该电厂K机组采用了热电联产方式,总出力达到1012MW,由于采用了过程优化技术,整个机组的效率达到了45%。K机组为超超临界机组,主汽温度为580℃,主汽压力达到27MPA。整个机组的DCS系统中由于采用了PROFIBUS现场总线技术,实现了现场设备智能化,设备状态和状态信息都能通过总线传输到DCS系统中,是目前全球范围智能化程度最高,采用总线技术最全面,装机容量最大的机组。
除了DCS系统之外,西门子公司还提供了汽机的DEH系统、智能仪表、执行机构、SIS、MIS、马达保护装置等系统和设备,并承担了控制室的设计任务。
DCS系统包括2700个模拟量输入、模拟量计算点845个、模拟量输出点3个、流量计输入点63个、开关量输入3798个、开关量输出67个,这些信号中采用常规信号的,通过ET200远程I/O进行采集并通过PROFIBUS-DP与DPU相连;采用HART协议的仪表通过HART协议与远程I/O ET200通讯。整个系统包括721台马达、670个电磁阀、957个阀门定位器、698台电动执行机构和350个现场控制器,这些智能设备均通过PROFIBUS-DP与DPU相连。
整个系统于2002年12月投入商业运行,整个系统只需配备一个操作员,大大提高了电厂的自动化水平。
除了尼德豪森电厂外,还有德国曼海姆电厂DCS系统采用PROFIBUS总线,柏林北部电厂DCS系统采用PROFIBUS总线,慕尼黑电厂DCS系统采用PROFIBUS总线,礼克林豪森电厂DCS系统采用PROFIBUS总线等很多国外电厂的DCS系统都采用了PROFIBUS总线结构。
在国内电力系统中也有很多应用,如江苏夏港电厂DCS系统采用PROFIBUS总线,韩峰电厂DCS系统采用PROFIBUS总线,山东莱程电厂DCS系统以及华能玉环电厂主厂房外补给水系统均采用了PROFIBUS-DP总线结构。
因此,可以毫不夸张地说,采用PROFIBUS现场总线的新一代过程控制系统必将成为保证电厂安全可靠运行的生力军。

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