[电子 ] 采油机自动加药系统毕业设计

1、中文摘要 辽河油田曙光采油厂第五联合站是整个采油过程中的一个终点站，是采油过程中的关键环节之一。刚开采的原油中均含有大量的水分，油田在原油外输前，原油先送到联合站处理，处理后在统一外输。原油进站时对其进行加药处理，使油水能够分离，是联合站原油处理的工艺之一。以前的加药控制均是由手动控制。但是由于下属井站较多，输油量难以控制以及其它等因素的影响。手动控制不仅使油水分离不彻底，而且浪费了大量的药物及人力，造成经济上的损失。 辽河油田曙光采油厂第五联合站管输自动加药控制系统针对以上问题建立数学模型，通过相应的传感器把这些信号采集到plc，在plc内进行数据的规范化处理，根据流量、压力等计算出加药量，

2、把计算好的加药量转化为电信号通过输出模板控制变频器，变频器改变频率调节加药电机的转数，这样就调节了加药量。同时将这些参数采集到计算机保存在数据库中，以报表、趋势图等多种方式显示出来。操作者可以查看实时的或历史的数据，对重要参数（如压力）提供报警功能，并可实现停机功能。 曙五联自动加药控制系统是一种新型的高科技的产品，它的研究和应用是无数人耗用自己的心血和智慧运用新知识和新技术开发的结果。该系统的开发和使用，不仅节省了大量的资源和人力，而且还为开发新技术做出了很大的贡献。该系统使得辽河油田的各井站采油时间和原油质量得到了很大提高，也使得油田的经济发展得到了很大飞跃。它的开发，大大提高了加药工序的

3、管理水平，保证生产的顺利进行和产品质量的提高，为管理向更高水平迈进打下坚实的基础。关键词：自动加药，plcabstractdaybreak unite subordinate wells stand crude oil that gather gather at five, after the special technology is dealt with, send the crude oil out in unison . with a large amount of moistures in the crude oil that exploit just, so not in crud

4、e oil go on and add medicine control to their when entering the station, make the profit can be separated , make the quality of the crude oil improve. former adding the medicine is controlled but controlled manually. but because subordinate wells stand and relatively more, fail oil quantity difficul

5、t the influences of factor of controlling and not other etcs. control and make oil moisture from completely, but also waste a large amount of medicine and manpower while being manual, cause the loss economically. daybreak unite and in charge of and fail automatic to add medicine set up mathematics m

6、odel to the above issue by control system at five, it gathers plc of getting these signal through corresponding sensor carry on the standardizations of datum deal with in plc, at flow, pressure,etc. calculate and publish and add medicine quantity, add medicine turn into symbol through exporting tele

7、communications mould pulls and controls the converter by quantity calculate, converter change frequency adjust with electrical machinery of medicine revolutions, regulate and add medicine quantity so. gather and get computer keep among data base, at report form, many kinds of ways show out picture,e

8、tc. trend these parameter at the same time. the operator look over the data of the real-time one or history, offers and reports to the police the function to the important parameter( if the pressure), and can realize and shut down the function . daybreak unite and add automatic control systems one a

9、 kind of new-type the products of hi-teches medicine at five, the research and use it is countless peoples that consume and intelligence use the result of new knowledge and new technological development ones own energieses of it. development and use of this system, have not merely saved a large amou

10、nt of resource and manpower , and has also made very great contribution in order to develop new technologies. this system made every well in liaohe oil field stood and recovered the oil time and crude oil quality have been improved greatly, make the economic development of the oil field get very gre

11、at leap too. its development, has improved the management level with medicine process greatly , the harmony guaranteeing to produce and improvement of product quality, strides forward and lays a solid foundation to higher level for management. the developments of it drive whole liaohe oil fields rec

12、over the oil the the leaps of qualities of cause, have made certain contribution in development of the more whole national economy .the keyword: add the medicine automatically,plc第一章 概 述辽河油田曙光采油厂第五联合站是整个采油过程中的一个终点站，是采油过程中的关键环节之一。它下属的各个井站将采集的原油汇集到联合站内，经过特殊工艺处理后，再统一把原油输送出去。刚开采的原油中均含有大量的水分，因此在原油进站时对其进行

13、加药处理，使油水能够分离，使原油的质量提高。以前的加药控制均是由手动控制。但是由于下属井站较多，输油量难以控制以及其它等因素的影响。手动控制不仅使油水分离不彻底，而且浪费了大量的药物及人力，造成经济上的损失。而本次论文所采用的加药自动控制系统就是为了解决以上问题而开始研究并投入使用的。研制曙五联加药自动控制系统的目的，不仅是为了解决油水分离不彻底的问题，而且还为油田节省了大量的资金。在本系统中，具体分为上位机和下位机两部分。下位机部分采用西门子公司生产的s7-200系列可编程控制器，由cpu224、226作为主机，em235作为模拟量扩展模块组成控制系统，来采集压力、频率、流量等参数并进行数据

14、规格化及报警，并用采集来得频率来控制加药电机的转数以控制加药量。上位机为计算机，运行windows2000或windows nt系统，编程语言为borland c+builder5+oracle，用来作出实时监控，并有数据显示、查询以及修改功能。上位机和下位机之间通过自由端口模式进行串口通讯。在当今这样一个生产已经趋向自动控制的社会，曙五联加药自动控制系统的开发和使用，不仅节省了大量的资源和人力，提高并保证了外输原油的质量，而且还为开发新技术做出了很大的贡献。该系统的开发和使用，会为油田带来非常可观的经济效益。第二章 可编程控制器概述2.1可编程控制器的概况可编程控制器（programable

15、 controller）简称pc，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺利控制定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出对生产过程进行控制。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器问世以来，经过几十年的发展，目前在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织等各个行业。按应用类型来分，plc的应用大致分如下几个领域：1. 用于逻辑控制。逻辑控制是plc最

16、基本的应用，它可以取代传统继电器控制装置，如机床电气控制、各种电机控制等；还可用来取代顺序控制和程序控制，如电梯控制、矿山机械提升设备控制和皮带运输机控制等。它即可用于单机控制，又可用于多机群控制以及生产自动线控制。2. 用于闭环过程控制。plc具有d/a、a/d转换、算术运算及pid运算等功能，可以实现对模拟量的处理，可以实现闭环的位置控制、速度控制和过程控制。如锅炉、冷冻、水处理器、酿酒等的过程控制，比例阀阀芯的位置控制，矿山提升机中主电机的速度控制等。3. 用于数字控制。plc能和机械加工中的数字控制（nc）及计算机数字控制（cnc）组成一体，实现数值控制。随着plc技术的迅速发展，今后

17、计算机数控系统将变成以plc为主的控制系统。4. 用于机器人控制。随着工厂自动化网络的形成，使用机器人的领域将越来越广。对于机器人，许多使用单位也选用plc来控制，自动地来处理它的各种机械动作。5. 用于组成多级控制系统。近年来，随着自动化控制技术的发展，不但能实现生产过程自动化，还可使生产过程长期在最佳状态下运行，这就需要把生产过程自动化和信息管理自动化结合起来。高功能的plc具有较强的通讯联网功能，plc之间、plc与上位机之间可以通讯，从而形成多级控制系统。 可编程控制与传统的继电器控制有着不同之处，主要表现如下：1. 组成器件不同。继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而可编程控制

18、器编程语言中的梯形图则是由许多所谓“软继电器”组成，这些“软继电器”实质上是存储器中的每一位触发器，可以置“0”或“1”。硬件继电器易磨损，而“软继电器”则无磨损现象。2. 触点数量不同。硬继电器的触点数量有限，而梯形图中每只“软继电器”供编程使用的触点数有无限对。3. 实施控制的方法不同。在继电器控制中，要实现某种控制是通过各种继电器之间的硬接线解决的。而可编程控制是通过软件编程来解决的，所以灵活多变。4. 工作方式不同。在继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受约束状态，这种工作方式称并行工作方式，而在梯形图的控制线路中，图中各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，受同一条

19、件制约的各个：继电器“的动作次序决定于程序扫描次序。这种工作方式有时称为串行工作方式。2.2可编程控制器的结构和工作原理 可编程控制器采用典型的计算机结构，由中央处理单元，存储器，输入输出接口电路，总线单元和电源单元组成。图1-1为plc组成结构简图。电源中央处理单元存储器输入模块输出模块用户输出设备编程器用户输入设备外部设备 图1.1 plc组成基本控制系统简图（一） 中央处理单元（cpu）cpu是可编程控制器的核心部件。cpu一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。cpu通过地址总线，数据总线和控制总线与存储单元，输入输出接口电路连接。cpu主要完成

20、以下功能：1. 从存储器中读取指令cpu从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出的指令，并放到cpu内的指令寄存器中去。2. 执行指令对存入在指令寄存器中的指令操作码进行译码，执行指令规定的操作。3. 取下一条指令cpu在执行完一条指令后，能根据条件产生下一条指令的地址，取出和执行下一条指令。在cpu的控制下，程序的指令可以顺利执行，也可以进行分支或转移。4. 处理中断cpu除了能按顺序执行程序外，还能接收输入输出接口发来的中断请示，并进行处理，中断处理完后，在返回原址，继续顺序执行。cpu再加上存储器和一些接口就组成了微处理机。（二） 存储器存储器是具有记忆功能

21、的半导体电路，用来存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其他一些信息。存储器一般由存储体，地址译码电路，读写控制电路和数据寄存器组成。（三） 输入输出接口电路可编程控制器的输入输出接口电路是联系外部现场和cpu的桥梁。输入接口电路接收从按钮开关、选择开关、行程开关等来的开关量输入信号和由电位器热电偶、测速发电机等连续变化的模拟量输入信号，然后送入plc。输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑的输入接口电路组成。plc通过输出接口电路控制现场的执行部件。如接触器、继电器、电磁阀及指示灯等数字显示装置，报警装置等。（四） 电源单元 plc的电源单元包括系统的电源和备用电源。电源单元的作用就是把外部电源

22、换成内部工作电源。可编程控制器是以微处理机为核心的数字式电子自动控制，也具有相应的操作系统 ，也是由硬件和软件两大部分组成。plc的软件部分分为系统软件和应用软件类。系统软件一般用来管理，协调plc各部分工作，翻译用户程序，进而故障诊断等等。应用软件是为了解决某个具体任务而编写的用户程序，它是针对具体任务而编制的。同一台plc配上不同的应用软件，可以完成各种不同的控制任务。顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解释控制逻辑，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。plc的基本工作方式是在系统软件的控制下，采用周期式工作方式，也即扫描工作方式，plc在每次扫描期间，除了读入各输入点的状态，用户逻辑输出

23、控制信号外，还进行故障自诊断和处理与编程器，计算机等的通讯请求。整个扫描周期如图1-2所示： 1. 自诊断在自动控制系统中，大多数生产过程可分为一系列不断重复的顺序执行的操作。如果发生故障必然会影响整个系统的正常运行。为了防患于未然及有故障时尽快修复，plc在每次扫描用户程序以前，都必须先执行故障自诊断程序。一般包括输入输出部分、存储器、cpu等部分的故障诊断，有的还包括对通讯区域，外部设备检查等。plc在执行自诊断程序时，一旦发现有异常，即启动关机程序并保留现行工作状态，把所有输出置成“off”状态后停机，并发出报警信号和显示出错信息；如果自诊断正常，则继续往下扫描。2. 与编程器，计算机通

24、讯plc执行自诊断程序结束后，如果没有发现故障，plc立即检查是否有编程器，计算机等的通讯请求。如有故障则进行相应的处理，比如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、信息送给编程器进行显示，并在这段时间完成数据的接收和发送任务。3. 读入plc在完成与编程器，计算机通讯后，即开始扫描各输入点，读入各点的状态和数据。如按键、开关各点的通断状态、a/d转换值，bcd码数据等，并把这些数据按预先排好的顺序和地址写入至存储器的输入状态表中，供解释用户程序时使用。4. 执行plc执行用户程序一般是从存储器的最低地址所存放的第一条指令开始。在没有中断或跳转指令控制的情况下，按存储器

25、地址递增的方向依次扫描用户程序。按照输入状态表中的数据和程序要求解算出相应的结果，并按照该结果更新输出缓冲区的内容，直到执行用户程序结束为止。在这种方式下，每扫描一次，所有用户程序都被执行一次。5. 输出plc执行用户程序完毕，cpu即发出信号把输出缓冲区的内容按规定的次序，通过输出模块把内部逻辑信号输出，驱动生产现场的执行机构，完成控制任务。以上五步操作过程称为plc的一个扫描周期，plc结束一个扫描周期后，又从自诊断开始执行下一次扫描。直到接收到停止操作指令，停电，出错等才停止工作。 2.3 可编程控制器的发展方向可编程控制器从诞生到今天，经历了近30年，随着新技术、新器件的不断涌现，为研

26、制功能更加齐全，适用范围更加广泛，使用更方便灵巧的plc产品提供了基础，使plc的可靠性和性能/价格比迅速提高。目前，plc控制技术已在世界范围内广泛流行，为适应当今和将来的工业各个领域中的要求，plc应该主要在以下几个方面有所发展：1. 向高速度，大存储容量发展为了提高plc自身的处理能力，要求其具有更好的响应速度和更大的存储容量。2. 向多品种方向发展目前中小型plc比较普遍，为适应市场的多种需要，今后plc要向多品种方向发展，特别是超大型和超小型两个方向发展。3. 编程语言多样化在plc系统结构不断发展的同时，编程软件也在不断发展。编程语言是朝着多种编程语言方向发展。每种语言都是适合一定

27、的应用范围。人们不是要取消哪一种语言，而是要增加更多的面向过程的编程语言。4. 发展智能模块智能模块是以微处理器为基础的功能部件。它可以与plc的主cpu并行工作，占用主cpu的时间很少，有利于提高plc的扫描速度。发展智能模块可以提高plc的处理信息能力和控制功能。5. 加强联网和通讯的能力随着生产技术的发展，可编程控制器已经从单机自动化向全厂生产自动化过渡。这就要求各plc之间以及plc与计算机和其他控制设备之间能迅速、准确、及时地互通信息，以便能步调一致地进行控制、管理。加强plc联网与通信的能力，是现代plc进步的潮流。第三章 论 证 方 案3.1 引言曙光采油厂第五联合站是整个采油过

28、程中的一个终点站，是采油过程中的关键环节之一。它下属的各个井站将采集的原油汇集到联合站内，经过特殊工艺处理后，再统一把原油输送出去。刚采集的原油中，含有一定程度的水分。所以在原油进站的时候需要对其进行加药处理，使得油水分离。加药与流量的比例一般为30300ppm。合理的加药是能否正常生产的关键。在没有实施自动加药系统以前，总是用人工加药的方法，即每过一定的时间就向加药电机中加一定量的药物。但是由于下属井站较多，输油量难以控制，在某些段的流量变化较大，以及加药与流量的比例受含水量、压力等因素影响。所以人工很难掌握好加药量，总能造成油水分离的不彻底，油中有夹层，出来的油还是不能达到要求的标准。曙五

29、联管输自动加药控制系统针对以上问题建立数学模型，根据流量的大小以及对加药有影响的含水量、压力等因素自动计算控制加药量，并把这些参数采集到计算机保存在数据库中，以报表、趋势图等多种方式显示出来。操作者可以查看实时的或历史的数据，对重要参数（如压力）提供报警功能，并可实现停机功能。 3.2 系统目标本系统作为对关键工序的控制应达到以下目标：l 数据采集功能：通过传感器把各监控量数据采集到下位机。l 自动控制、手动控制功能：通过采集来的数据实现加药的自动控制或人工手动控制。l 报警功能：对于压力等参数有报警功能以及停机功能。l 通讯功能：把采集来的数据通过串口传输给上位机。l 实时监控功能：把采集来

30、的实时数据动态显示在模拟画面上。l 数据显示功能：把数据库中的数据以报表、趋势图等多种方式显示 给操作者。 l 查询功能：查找特定时间段内的数据。l 修改功能：控制参数的设定和报警参数的修改。l 加密功能：参数修改的加密功能。3.3 现场情况原油由各个站输送到联合站中，经流量计计量后对其进行加热，然后进行加药送入缓冲罐进行其他工序。原油的计量采用上海一诺仪表有限公司生产的双转子流量计，配套变送器为ljp-f光电式脉冲转换器，每立方米1000个脉冲。加药电机是台州大力防爆电极有限公司生产的产品，功率为1.5千瓦、电压380伏、1400转/分，加药量无计量装置，加药管道口径为10 mm。另外压力由

31、硅电容式压力传感器采集，温度由铂电阻式传感器采集。3.4 总体方案3.4.1总体设计框图根据系统的具体要求及现场的具体情况，系统分为上位机系统与下位机系统两部分。下位机的主控机拟采用西门子公司生产的s7-200系列plc，用它来控制变频器。上位机为计算机，运行windows2000或windows nt系统，编程语言为borland c+builder5+oracle。在整个系统中需要采集的量主要有以下四种量：1）压力：2）温度：3）流量：4）加药量：其中加药量为要控制的量，压力需要有报警功能。首先通过相应的传感器把这些信号采集到plc，在plc内进行数据的规范化处理，根据流量、压力等计算出加

32、药量，把计算好的加药量转化为电信号通过输出模扳控制变频器，变频器改变频率调节加药电机的转数，这样就调节了加药量。同时判断是否有报警产生、是否停机。如果有报警或停机就输出相应的信号，下位机完成这些功能后通过串口与上位机通讯把这些数据传递给上位机，上位机接收到这些数据后，验证数据传输无误后存入数据库，并判断是否有报警产生。如果有则存入报警库中，同时这些数据可定时进行归档。这些作为上位机的后台进程运行，对操作者来讲是不可忽视的。操作者看到的实时监控程序最为前台过程，它完成动态检测数据库，把最新的数据显示在主监控页面。同时实时报警、曲线都同步更新，如果检测到报警库中有新数据录入就弹出报警对话框，并更新

33、报警画面的数据。程序通过sql语言完成对历史数据的查询，将查询的结果以报表、趋势图等多种方式显示出来。操作者以正确身份登陆程序控制页面就能够对加药量控制方式、报警参数进行设定，确认后这些数据就被保存到数据库中，这些更新的数据通过串口通讯传输给下位机，下位机把这些数据作为新的控制参数。而本次毕业设计只作下位机的内容。整个系统的结构和控制框图如下： 图3.1 曙五联加药自动控制系统结构图 图3.2 曙五联自动加药控制系统控制框图3.4.2下位机系统方案下位机主控元件拟采用可变成控制器即plc。目前，plc已经成为工业控制的标准设备，是自动化的三大技术支柱（plc技术，机器人，cad/cam）之一。

34、plc有以下几个特点：l 可靠性高 由于采取了一系列的保证plc高可靠性的措施，故障率很小。采取的主要措施有：良好的综合设计；选用优质元器件；采用隔离、屏蔽、滤波等抗干扰技术；采用先进的电源技术；采用实时监控技术等。 l 编程简单plc最常用的语言是梯形图语言。梯形图与继电器原理图相类似，这种语言形象直观，容易掌握，便于广大现场工程技术人员掌握，使用方便。l 实用性强 用户可根据控制对象的规模和要求，选择合适的plc产品组成所需要的控制系统。l 体积小，结构紧凑，安装，维护方便西门子公司生产的plc是模块化结构设计，各种单独的之间可进行广泛组合以用于扩展，具有易于实现分布，易于用户掌握等特点。

35、用户可以完全根据实际应用选择的模块，当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对plc进行扩展高的工业环境适应性，并且西门子plc已经得到好几项国内和权威认证。由s7200组成本系统具有经济、简单的特点，有很强的实用性，价格相对s7300来讲要便宜一些。对于需要检测的4种量，流量采用现场原有的流量传感器，它的输出为脉冲信号，可选用模拟量输入模扳或高速技术器完成信号的采集，其他2种量选用通用的传感器，输出为420ma或15v信号用模拟量输入模扳完成信号采集。现场通过传感器把信号采集到plc，对于原油流量plc使用记述装置计算原油流量，420ma或15v的标准信号送到模拟量输入模板后，经过内

36、部的a/d转换变为数字量，通过程序内部各种量与加药的关系计算出最佳的加药量，这个量经过模拟量输出模板的d/a转换变为电信号控制变频器的频率，变频器的频率的改变就改变了电机的转数，这样就可精确控制加药量。采集来的模拟量变为数字量后，需要与上位机传送来的报警参数进行比较，根据结果输出相应的信号，同时这些量还要通过串口传送给上位机。下位机系统结构拓扑如图： 图3.3 下位机系统结构拓扑3.5 系统意义 该系统解决了人工操作所带来的巨大不便，避免了油水分离的不彻底性，节省了不少人力，物力和财力。曙五联加药自动控制系统是一种新型的高科技的产品，它的研究和应用是无数人耗用自己的心血和智慧运用新知识和新技术

37、开发的结果。该系统的开发和使用，不仅节省了大量的资源和人力，而且还为开发新技术做出了很大的贡献。该系统使得辽河油田原油外输的质量得到了保证，也使得油田的经济发展得到了很大飞跃。它的开发，大大提高了加药工序的管理水平，保证生产的顺利进行和产品质量的提高，为管理向更高水平迈进打下坚实的基础。它的开发也必将带动整个辽河油田采油事业的质的飞跃，更为整个国民经济的发展做出了一定的贡献第四章 硬件电路的设计4.1 可编程控制器主机及扩展模块的选取 本系统有16个模拟量输出，3个数字量输入，6个数字量输出，故选用西门子公司生产的s7-200系列的可编程控制器。中央处理单元、电源以及数字量i/o点都被集成在一

38、个紧凑、独立的设备中。l cpu 负责执行程序和存储数据，以便对检测和控制系统进行控制。l 输入和输出 是系统的控制点；输入部分从传感器中采集信号；输出部分则控制电机、泵等设备，以及报警。l 电源 向cpu及其所连接的任何模块提供电力。l 通讯端口 允许将s7200同上位机或扩展模块及其它设备连接起来。l 状态信号灯 显示cpu的工作模式。l eeprom 存储卡可以存储cpu程序，也可以将程序传送另一个cpu。l 西门子s7200系列可编程控制器每种cpu最大配置如下：l cpu221 不能带扩展模块l cpu222 最多2个扩展模块l cpu224 最多可带7个扩展模块l cpu226 最

39、多可带7个扩展模块选取那种cpu作为系统的控制主体不仅与数字量和模拟量的多少有关系，而且和工程的实际情况有关系。工程为3、7两个区自动加药。3区离值班室较近，所以在配电室中安装主体为cpu-226的控制柜，可以采集3区的全部数据和7区的部分数据。而7区离值班室较远，cpu-226采集7区数据能力已经很弱了，所以必须再安装一个控制柜cpu-224来采集7区的另一些数据。因此本系统选择cpu-226带3个em-235扩展模块为主体，cpu-224带2个em-235扩展模块为副体组成控制系统。cpu226技术规范如下：cpu226技术规范 型 号定货号 cpu 226 dc/dc/dc6es7 21

40、6-1ad21-0xb0 cpu 226 ac/dc/继电器6es7 216-1bd21-0xb0 总体特性 外形尺寸 (长 x宽h x 高)重量功耗 196 mm x 80 mm x 62 mm550 g11 w 196 mm x 80 mm x 62 mm660 g17 w cpu 特性 本机数字输入本机数字输出 24 路数字量输入16 路数字量输出 24 路数字量输入16 路数字量输出 高速计数器 (32-位值)总数单相计数器个数两相计数器个数脉冲输出模拟电位器时间中断边沿中断可选择的输入滤波器时间脉冲捕捉时钟 (时钟精度) 6 个高速计数器6 个都是30 khz 时钟速率4 个都是20

41、 khz 时钟速率2 个，20 khz 脉冲速率2 个，8 位分辨率2 个，1 ms 分辨率4 个上升沿和/或 4 下降沿7 个，范围 0.2 ms 12.8 ms14 个脉冲捕捉输入25oc 时，2 分种/月 0oc 55oc 时，7 分种/月 6 个高速计数器6 个都是 30 khz 时钟速率4 个都是 20 khz 时钟速率2 个，20 khz 脉冲速率2 个，8 位分辨率2 个，1 ms 分辨率 4 个上升沿和/或 4 下降沿7 个，范围 0.2 ms 12.8 ms14 个脉冲捕捉输入25oc 时，2 分种/月0oc 55oc 时，7 分种/月 程序空间 (永久保存)数据块空间: (

42、永久保存)永久保存由超级电容或电池保存扩展模块的数量最大的数字量 i/o最大的模拟量 i/o 4096 字2560 字2560 字2560 字7 个模块25632 ai和32 ao 4096 字2560 字2560 字2560 字7 个模块25632 ai和32 ao 内部存储器位掉电永久保存 由超级电容或电池保存 256 位112 位256 位 256 位112 位256 位 定时器总数由超级电容或电池保存 1 ms10 ms100 ms 256 定时器64 定时器4 定时器 16 定时器236 定时器 256 定时器64 定时器4 定时器 16 定时器236 定时器 计数器总数由超级电容或

43、电池保存 布尔量执行速度传送字的执行速度定时器/计数器执行速度单精度数学运算执行速度实数运算执行速度 超级电容的数据保存时间 256 计数器256 计数器0.37 s 每条指令34 s 每条指令50 s 64 s 每条指令46 s 每条指令100 s 400 s 每条指令 190 小时/典型，40oc时最小120 小时 256 计数器256 计数器0.37 s 每条指令34 s 每条指令50 s 64 s 每条指令46 s 每条指令100 s 400 s 每条指令 190 小时/典型，40oc时最小 120 小时 本机通讯通讯口数电气接口隔离 (外部信号到逻辑电路)ppi/mpi 波特率自由口

44、波特率 2 口rs-485 不隔离9.6, 19.2, 和 187.5 k 波特0.3, 0.6, 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 和 38.4 k 波特 2 口rs-485不隔离9.6, 19.2, 和187.5 k 波特0.3, 0.6, 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 和 38.4 k 波特 每网络段最大电缆长度直到 38.4 k 波特187.5 k 波特最大站数每个网络段 / 每个网络最大主站数ppi 主站模式 (netr/netw)mpi 连接 1200 m1000 m32 站 / 126 站32 主站是共 4 个; 2 保留：一个 给 pg

45、，另一个给 op 1200 m1000 m32 站 / 126 站32 主站 是共 4 个; 2 保留：一个给 pg ，另一个给 op 可选的卡存储器卡 (永久保存)电池卡 (数据保存时间) 程序、数据和组态200 天/典型 程序、数据和组态200 天/典型 cpu224的技术规范如下：cpu224技术规范型 号定货号cpu 224 dc/dc/dc6es7 214-1ad21-0xb0 cpu 224 ac/dc/继电器6es7 214-1bd21-0xb0 总体特性 外形尺寸 (长x宽 x 高) 重量 功耗 120.5 mm x 80 mm x 62 mm 360 g 8 w 120.5

46、mm x 80 mm x 62 mm 410 g 9 w cpu 特性 本机数字输入 本机数字输出 14 路数字量输入 10 路数字量输出 14 路数字量输入 10 路数字量输出 高速计数器 (32-位值) 总数 单相计数器个数 两相计数器个数 脉冲输出 模拟电位器 时间中断 边沿中断 可选择的输入滤波器时间 脉冲捕捉 时钟 (时钟精度) 6 个高速计数器 6 个都是20 khz 时钟速率 4 个都是20 khz 时钟速率 2 个，20 khz 脉冲速率 1 个，8 位分辨率 2 个，1 ms 分辨率 4 个上升沿和/或 4 下降沿 7 个，范围 0.2 ms 12.8 ms 14 个脉冲捕捉

47、输入 25c 时，2 分种/月0c 55c 时，7分种/月 6 个高速计数器 6 个都是 20 khz 时钟速率 4 个都是 20 khz 时钟速率 2 个，20 khz 脉冲速率 1 个，8 位分辨率 2 个，1 ms 分辨率 4 个上升沿和/或 4 下降沿 7 个，范围 0.2 ms 12.8 ms 14 个脉冲捕捉输入 25c 时，2 分种/月 0c 55c时，7分种/月 程序空间 (永久保存) 数据块空间: (永久保存) 永久保存 由超级电容或电池保存 扩展模块的数量 最大的数字量 i/o 最大的模拟量 i/o 4096 字 2560 字 2560 字 2560 字 7 个模块 256

48、 16 ai/16 ao 4096 字 2560 字 2560 字 2560 字 7 个模块 256 16 ai/16 ao 内部存储器位 掉电永久保存 由超级电容或电池保存 256 位 112 位 256 位 256 位 112 位 256 位 定时器总数 由超级电容或电池保存 1 ms 10 ms 100 ms 256 定时器 64 定时器 4 定时器 16 定时器 236 定时器 256 定时器 64 定时器 4 定时器 16 定时器 236 定时器 235模拟量扩展模块主要为加药的温度、压力、频率、电压、电流检测而提供的；同时模拟量输出控制部分可以控制变频器来控制加药电机。模拟量模块提

49、供了模拟量输入输出的功能。优点如下：1. 最佳适应性 可适用于复杂的控制场合 2. 直接与传感器和执行器相连，12位的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如em235模块可直接与pt100热电阻相连 3. 灵活性 当实际应用变化时，plc可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。通用技术规范 尺寸(w x h x d) 重量 功率损失(耗散) 71.2mm x 80 x 62 mm 186 g 2 w 物理i/o数量 4模拟量输入点，1模拟量输出点 功耗 从+5v dc(从i/o总线) 30 ma 从l+ 60 ma(输出均为20 ma) l+电压范

50、围，级2或dc传感器供电 20.4至28.8 led指示器 24 vdc电源良好 on=没有故障，off=无24vdc电源 模拟量输入技术规范 数据字格式 双极性，全量程范围 单极性，全量程范围 (见图a-21) -32000至+32000 0至32000 输入阻抗 10 m 输入滤波器衰减 -3 db 3.1 khz 最大输入电压 30 vdc 最大输入电流 32 ma 分辨率 12位a/d转换器 模拟量输入点数 4 隔离(现场侧到逻辑线路) 无 输入类型 差分 em 235的校准和配置位置 4.2主控单元的硬件设计本系统的主控单元由一个cpu226带3个模拟量扩展模块em235和一个cpu

51、224带2个模拟量扩展模块em235组成。组成原理框图如图3-3所示。 图4.1系统硬件组成原理框图数字量输入/输出点配置：由主机输入输出点和扩展模块输入输出点组成，用于开关量的输入输出。本系统中数字量输入为3区瞬时流量检测，7区1号泵瞬时流量检测，7取2号泵瞬时流量检测，在cpu226上各接i0.0、i0.6和i1.2,采集脉冲信号。数字量输出为3区压力和温度报警，7区2个泵压力和温度报警，共接6个报警指示灯。模拟量输入/输出点配置：模拟量输入全部为420ma电流信号，使用5个模拟量扩展模块em235完成a/d、d/a转换。共采集19个模拟量，数据字数值范围为032000。通信口配置；plc

52、通讯端口0以由口通讯模式与上位机实现串口通信。4.3 检测部件的选取信号的采集一般可以以电流、电压、脉冲的形式采集，而传感器器模拟信号的采集则要求以电压电流信号为准。在本系统中送入plc主机中的信号是直流420ma电信号。采用直流电信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题。采用电流制的优点是不受传输线中负载电阻变化的影响，适于信号的远距离传送。在本系统中，对于温度的检测选取的是铂电阻温度传感器和信号转换模块，该传感器的核心是铂电阻。铂在氧化性介质中、以及在高温下，其物理、化学性质稳定，测量精度高，性能好。在0630.7以内，铂电阻与温度的关系为rt=ro(1+at+bt

53、2+ct3+.)式中 rt 温度为t时的电阻值ro 温度为0时的电阻值abc 分度系数，随着铂电阻等级而不同 t任意温度值铂电阻在恒定电流作用下，可输出与温度成正比的电压信号转换模块是将传感器的电压信号经过处理转换成420ma标准信号。需要检测的温度为0500与传感器检测范围相近，可以减少误差，提高精确度。对于压力的检测当前有两种主要形式：扩散硅压阻式和硅电容式。在这里我们选择一体化陶瓷压力变送器，由电容式压力传感器和信号转换模块组成。硅电容式许多性能指标优于扩散硅压阻式，在膜片尺寸和测量范围类同条件下，电容式灵敏度高于压阻式10倍以上。而功耗却低两个级数。因为应变敏感电阻的压阻系数随温度变化

54、明显，而硅电容式的传感机理则避开了压阻温度效应，具有良好的重复性和稳定性。硅电容式压力传感器的核心部件是一个对压力敏感的电容器，该电容器有两个极板，一个置在玻璃上为固定极板；另一个在硅膜片的表面上为活动极板。电容式的大小由电容电极的面积和两个极板间的距离决定。当硅膜片受压力作用变形时，距离极板，距离变化导致电容变化；此时信号转换模块将传感器的电压信号经过处理转换成420ma的标准电流信号。对于流量传感器，由于我们采集的是脉冲信号数字量输入。在本系统中选取lpjfb型光电式电脉冲/电流转换器，主要是把各种输出轴的角位移转换成电脉冲信号，测出转轴量的角位移总量和角速度量。与各种容积式流量计配套使用，可输出与流量相对应的电脉冲信号。信号可远距离传送供显示仪表或计算机，对流体计量和检测，规格如下：输出波形：脉冲方波环境温度：-20+60供电电源：24vdc 对于变频器，由于我们是用采集的频率来控制加药电机，在本系统中我们选取富士的1.5kw变频器，选用富士的变频器主要优点是应用进口材料，耐用性能强，节省能源。而选用1.5kw的变频器主要与加药电机与关系，因为它要控制电机转数，所以它的功率要与电机的功率相对应。4.4 电路设计