西门子模块6ES7314-1AG14-0AB0
| 1 引言 注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件[1]。老式中小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器控制，线路复杂，故障率高，维修麻烦。而可编程序控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机，由于它具有可靠性高、编程方便、抗干扰能力强、维修方便等特点，广泛用于各种类型的机械或生产过程的控制[2]。 2 注塑机的工作原理 注塑机是借助螺杆(或柱塞)的推力，将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等。注塑机生产一个产品的工作循环包括(1)快速合模；(2)慢速合模；(3)模板锁合；(4)射台前移到位；(5)注塑；(6)冷却和保压；(7)预塑；(8)射台后退；(9)开模；(10)顶出制品。工艺流程如图1所示。
3 plc控制系统开发 3.1 输入输出点数的确定 m230注塑机生产工艺要求有多种操作方式转换，并以行程控制和时间控制来实现动作的转换等特点，其控制是典型的顺序控制，适合选择采用可编程序控制器实现注塑机的各个工步的控制。在选择可编程序控制器时，需要知道系统开关信号的输入点数和输出点数。本控制系统的输入设备有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要检测安全门限位开关sa4。工作方式的选择对应**转换开关sa1～sa3输入，加上控制面板上的12个控制按钮，需要输入点数30个。输出需要控制21个开关电磁阀，实现快速合模、慢速合模、锁模等注塑机的15个状态控制，需输出点数21个。 3.2 plc选型 本系统选用三菱公司的fx-2系列的fx2-64mr。该型号的plc具有丰富的指令系统，快速的输入响应功能以及完善的脉冲输出功能，为64点i/o型，其中输入点数为32点，输出点数为32点，继电器型，可直接驱动开关电磁阀，满足系统要求[3]。 3.3 plc输入输出接线图设计 本系统设计有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要控制安全门开关sa4，工作方式选择的**转换开关sa1～sa3，以及控制面板上的12个控制按钮。输出需要21个电磁阀来控制15个状态。输入信号分别接到fx2的x接线端，控制输出分别接到输出接线端，系统输入输出接线如图2所示。
注塑机的控制是典型的顺序控制，它的工作循环是从慢速合模工步开始，一步一步有条不紊进行，每一个工步执行都使相应电磁阀动作，用行程开关或定时器定时来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用步进梯形指令可以方便地完成相应的控制过程。本系统的设计有手动、半自动和全自动多种工作方式，因而采用条件控制指令来实现工作方式的选择。半自动与全自动的控制程序基本相同，手动控制是将控制面板上的闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出的12个控制按钮接入plc，将**转换开关打到手动档，x15接通，中间继电器m300得电，启动后进入手动控制子程序。全自动时，安全们不用打开，注塑机自动完成闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出等过程。半自动时主要是防止顶出动作完成后，产品不能自动从模具中脱离，应此在开模时需要打开安全门，人工取下产品，然后关闭安全门，开始下一个产品生产周期，比全自动多了打开安全门和关闭安全门的动作。全自动控制部分梯形图如图3所示。 图3所示的全自动控制程序采用步进梯形指令，注塑机每一个工步与一条set指令对应，设计方便，易于实现。
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PAC8000控制系统以其在石油化工行业中的独特特点，在西南油气田内输管线输气站承担了站控和天然气流量计量任务，实现了用户在同一平台上完成站控和流量计量功能的初衷。
关键词：天然气，流量计量，PAC8000，GE
中国石油西南油气田新建纳溪-安边输气管道工程包含纳溪西、怡乐、王家桥和福溪输气站，承担了接收就近气矿来气和为当地市政和工厂生产供气的任务。输气站站控系统要求采集各个输气管线的温度、压力、差压信号进行流量计算，同时可远程控制阀门和根据压力调整阀门开度。各输气站站控系统由站控计算机和PLC控制站组成，实现对站场工艺参数与设备运行状况进行数据采集、监视、控制和流量计算等功能，同时实现过程显示、参数设定和生产报表功能。
PAC8000系统的硬件设计可以达到防爆2区直接安装，工作温度在-40~70摄氏度之间，G3防腐认证。同时，PAC8000系统可以严格按照GB/T21446-2008标准要求，根据管道和孔板参数、气体组分、静压、差压和温度参数计算天然气瞬时流量和累积量等计量数据，同时提供仪表检定、孔板清洗、时间校准、数据记录、操作记录等功能，流量计量精度可达到万分之五。
1. 系统构成
由于整个系统采用了统一的硬件平台，所以所有的控制单元均可以接入同一个网络，简化了系统结构。系统结构如图1所示。
整个系统中PLC部分主要负责输气站参数采集、流量计算和设备控制功能，其中控制器、电源和网络采用冗余配置。所有现场信号经浪涌保护器隔离后接入IO模块，控制器将采集到的信号进行数据处理并通过以太网通讯传递至站控计算机，控制器内提供标准的IEC61131-3编程语言实现具体的控制要求如阀门控制、PID调节等，控制器同时提供2对冗余的RS485接口，可实现与第三方设备之间的冗余串行通讯。流量计量模块按照GB2008标准实现4路天然气管路流量计量功能，同时提供冗余的以太网接口将计量结果上传至站控计算机进行显示、记录和报表功能。
1.1控制站
根据装置生产的特点和控制要求，站控PLC部分控制器选择了冗余的PAC8000 逻辑控制器，该控制器具有高度灵活的数据采集输入输出和控制功能，可实现常规控制、逻辑控制和顺序控制。控制器均采用IBM PowerPC 266MHz 32位微处理器 ，25M 内存，双以太网和双串行通讯接口，支持API、现场总线、ModBus、HART、点对点通讯以及OPC，可以实现冗余配置，可直接安装在危险2 区，满足G3防腐认证要求。一个控制器*多可安装64 个I/O 模块，支持热插拔。双路电源供电。
冗余控制器配置中，冗余控制器互为备用，同步接收输入信号数据，同步执行控制计算，同时互相传送计算结果。当一个控制器监测到错误时，无故障的控制器可以立刻接着进行控制，实现无扰动切换。
1.2 IO模块
PAC8000系统的电源、控制器和I/O 模块可以直接安装危险2 区，部分I/O 模块内置本质安全型安全栅，无需额外安装安全栅，通道隔离、监测以及LED 指示，支持多种信号类型，支持在线热插拔。模拟量输入A/D 转换分辨率达到16 位，模拟量输出A/D转换分辨率达到12 位，能够对现场回路进行检测，内置输入变量线性化、工程单位转换、开平方滤波、报警及冷端温度补偿运算功能。IO 卡件具备*快20ms 模拟量调节功能，10ms 数字量控制功能和1msSOE 控制功能。
1.3 流量计量单元
流量计量单元属于PAC8000系统中的特殊模块，可同时实现*多8路的天然气流量计量功能。流量计量单元的所有参数和计算结果均可以通过以太网直接上传至操作站HMI软件显示，同时也可以从操作站修改天然气计量参数和组分参数。PC8流量计量模块建立在GE公司的工业计算机基础之上，采用Inbbb Celeron M处理器，主频可达1.5GHz，1M内存和320G存储空间。PC8模块同时提供2个冗余的百兆以太网接口，4个串行通讯接口，可提供4个IO模块接口。供电方式为工业24V直流供电，工作温度在0~50摄氏度之间，平均无故障时间76000小时，为满足ROHS、CE、UL等****要求。PC8通讯模块支持导轨与平板安装两种方式。
PC8流量计量模块可支持4到8个天然气管线的流量计量要求，与PLC、RTU等控制系统配套使用时，可实现流量计量的冗余功能。即正常情况下采用PC8流量计量模块实现**的流量计量，如果计量模块出现硬件故障或通讯故障，计量功能则切换至其他流量计量模块、PLC或RTU实现，这种方式可*大限度的减少计量误差，提高流量计量的可用性。
2. 系统画面和报表
站控计算机通过以太网采集控制站和硫量计算模块的数据，可实现对现场设备的控制以及计量参数的设置，同时提供报警、数据记录、历史趋势以及报表功能，具体画面如下图所示。
3. 结论
西南油气田新建怡乐、王家桥、福溪、纳溪西输气站采用GE公司PAC8000控制平台实现了站控和天然气流量计量，PAC8000系统的高易用性大大缩减了项目实施和调试周期，同时提供了功能丰富和完善的流量计量系统，系统维护和操作更为简便，为站控系统的长周期可靠运行提供良好的基础。(end)