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1、计算机与PLC集成控制系统在石化行业的应用fenghy导语：计算机与PLC集成控制系统的根本组成、功能、系统软硬件设计与通讯技术以及该系统在石化行业的应用摘要：计算机与PLC集成控制系统的根本组成、功能、系统软硬件设计与通讯技术以及该系统在石化行业的应用。近年来，国际市场上石化产品的竞争日趋剧烈。与国外同类产品相比，我国的石化产品无论在消费工艺上，还是产品质量上，都存在着相当大的差距。为改变我国石化产品开展严重滞后的场面，国内石化行业的很多厂家已开场向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。我们应有关厂家提出的技术要求，针对石化产品消费工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特
2、点，开发研制了计算机与PLC集成控制系统。该系统控制可靠、操纵简便、开放性强、性能价格比高，在国内石化系统的数家企业推广应用后，受到好评。1系统组成计算机与PLC集成控制系统由消费系统和非消费系统二局部组成如图1。消费系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等局部组成。非消费系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视监视设备、现场通话设备、质量检查系统、治理信息系统等局部组成。中央控制室负责处理来自消费系统和非消费系统的大量信息。通过计算机与PLC集成控制系统，将光滑油厂的各消费车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体，进而最大限度地利用了信息资源。图1计算机集成控制系统的组成2系统
3、功能为知足用户提出的技术要求和现场的工况，此控制系统的设计具有以下功能：1.根据用户提出的技术要求，按照添加剂配方的比例准确地配制消费各种型号的石化产品，并且通过微型机和现场PLC控制系统实现整个消费经过的自动化。2.通过自行开发的计算机软件，实现消费现场的动态监控。良好的人机界面、明晰的组态图形，使得操纵人员通过计算机屏幕，对于现场的各种工况变化一目了然。3.在现场消费中，为进步整个控制系统的准确性，在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了部分反应功能，这些互相独立系统的部分反应功能构成了对总系统反应控制的有力支持。4.当系统出现压力报警或者油面报警时，一方面通过PLC程序实现自动停
4、车，另一方面借助于语音卡，在控制间的操纵人员可以立即听到报警信号，及时采取相应措施。5.考虑到消费现场某些部位属于高温、有害气体残留处，技术人员不宜靠近，在现场设置了电视监视设备，让技术人员实现远程监控。为便于治理，还安装了现场通话设备。6.在中央控制室设置了1个大屏幕模拟显示屏，在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路，而且可以动态显示油的液位、流向，让高层治理人员从宏观上把握全厂的消费状况。7.通过微机联网，质量检查部门可以直接得到工业现场的信息，各治理部门之间也可以实现数据通讯与数据分享。3硬件与软件设计3.1硬件设计在本系统中，工业现场控制是核心，而工业现场控制主要由PLC系统完成，所以怎
5、样公道有效地使用PLC技术就成了设计的关键。PLC的特点是控制可靠，编程简单，但程序内存不大，不能进展复杂的编程；而石化产品的特点是消费工艺复杂，产品型号繁多，往往1条消费线就可以消费几十种型号的产品。这就形成了一对矛盾。假如设计时采用常规的PLC控制系统，那么1条消费线就需要20几台PLC根本模块和A/D转换模块。投资宏大，而且按照当代控制理论，在1个控制系统中配置的控制模块越多，控制越不可靠。为了减少投资和增强控制的可靠性，在PLC控制系统的硬件配置上进展了多项创新。以光滑油消费线为例，在光滑油消费车间，有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计32路模拟信号需要检测。假如按常规
6、设计，需要8块FX-4AD模块。为减少投资，设计了多路开关切换电路，只用2块FX-4AD模块就完成了全部功能。图2为FX-4AD模块的多路开关切换示意图。图2FX-4AD模块的多路开关切换示意图图2中，FX-4AD模块为12位4通道模拟量输入模块，Y0、Y1、Y2、Y3为PLC的任意输出触点。FX-4AD模块的多路开关切换电路的设计本质上是通过1个多路开关控制FX-4AD模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测4项功能，其中多路开关的4个转换触点接PLC的输出触点，由PLC编程控制。这个多路开关切换电路简单实用，而且节省了大量投资，理论证实，该电路在控制精度上完
7、全知足用户的需要。3.2软件设计在计算机与PLC集成控制系统的软件设计中，也采用了很多新的设计思想。仍以光滑油消费车间为例，按照用户提出的72种光滑油的消费工艺和技术要求，假如用常规方法编程，需要12台PLC根本模块。为节约投资，我们充分利用PLC的文件存放器2000点，用逐项查表的方法编写了1个72种光滑油的通用程序，用1台PLC根本模块带2台PLC扩展模块的方式完成了过去需要12台PLC才能实现的功能。我们选用了三菱公司消费的FX系列的可编程序控制器，文件存放器共计2000点D1000D2999。为节约程序内存，充分利用PLC本身提供的指令资源，我们选用了字传送方式，用1个16bit的字来
8、控制PLC触点的16个输出触点，而不必像过去那样，1条指令只能控制1个输出触点。例如在图3中，首先X0导通，十进制数K6送入数据存放器D0，接着X1导通，数据存放器D0的数值K6转化为二进制数“0000000000000110送入K4Y0，控制输出Y0Y17共计16个触点的动作，其开关动作和数据存放器D0的数值K6逐一对应。如图4所示，“1控制输出触点导通，“0控制输出触点关断。在此例中，Y1、Y2触点导通，其余输出触点关断。图3字传送方式控制输出触点示意图图4数据存放器DO的值与16个触点的对应关系通过字传送方式，我们用1条指令就可控制16个电动阀及输油泵的动作，大大节省了程序空间。在这种设
9、计思想下，我们把72种光滑油的工艺流程全部用字方式编写，然后输入文件存放器，并在此根底上，编制了72种光滑油的通用程序。在通用程序运行时，根据某一光滑油的型号，通过查表的方式，在文件存放器中调出对应的数据段这些数据段也就是该种光滑油的工艺流程，然后该数据自动输入PLC的控制程序，使得PLC按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。如图5所示之例，光滑油品种LSO-1的工艺状态字存于文件存放器D1050D106010个字节中。程序运行时，首先根据光滑油型号在文件存放器中寻址，查到正确的地址后，调出D1050D106010个字节的数据，然后输入到通用程序的相应存放器，介入工业控制。图5文件存放器示意
10、图4计算机与PLC的通讯技术在计算机与PLC集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通讯。假设在整个系统设计中全部采用进口器件，软件也选用相应的进口产品，那么，整个工程造价惊人。针对这种情况，我们自行开发了计算机与PLC的串行通讯技术。该技术设计思想先进，软硬件简单实用，可靠性高，性能价格比好，兼容性强，可适用于市场上多种型号的计算机与PLC。从硬件上讲，如今中国市场上使用的PLC，在通讯接口上多采用RS422接口或者RS485接口；而微型机多采用RS232接口。这样在计算机与PLC通讯时就不可防止地要选用RS422-RS232转换模块，同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求，这个转换模
11、块必须具有良好的隔离功能和放大功能，而选用高性能进口模块，必定进步工程造价。针对这种情况，为降低工程造价，我们在硬件上用1根普通的通讯电缆代替进口的通讯模块，在电缆的接口处采用先进的电路设计技术和单片机技术，以完成信号的隔离和放大功能。理论证实，通讯的可靠性完全可以和国外的进口模块媲美，而且造价极低。从软件上讲，计算机和PLC的通讯技术属于保密技术，长期为国外公司垄断。这就使得我们只要选用了该厂家消费的PLC，就必须选用它开发的工控软件，进步工程造价。针对这种情况，我们开发了自己的工控软件。下面以三菱公司消费的FX系列可编程序控制器为例，介绍我们的软件设计。FX系列可编程序控制器命令格式如表1所示。表1FX系列可编程序控制器的命令格式命令命令号日标设备功能设备读命令0X/Y/M/S/T/C/D读位设备或者字设备状态设备写命令1X/Y/M/S/T/C/D写位设备或者字设备强迫开命令7X/Y/M/S/T/C翻开位设备强迫关命令8X/Y/M/S/T/C关闭位设备每一个字符都以ASCII码形式串行传输，传输格式如图6。