西门子6ES518-4AP00-0AB0型号介绍
随着市场全球化的发展， 市场对于适合中小批量加工、 具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求已超过对大型单一功能的制造系统的需求，从而要求制造具有较强的市场应变能力。这种趋势促成了一个新概念的产生， 即模块化、 可重构、 可扩充的软件与硬件系统，也就是开放式数控系统。该系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造商提供了将其技术或产品第三方的技术或产品进行集成的可能性。目前， 都致力于研究开放式 CNC系统。如欧洲的 OSACA、 美国的 OMAC和日本的 OSEC。
数控系统的开放性概念出现在 20 世纪 80 年代末 90 年代初， 是欧美各国为了适应机床制造业在技术、 市场和生产组织结构等多方面的新的变化而提出的。 在关于开放式体系结构的定义， 按 IEEE 的定义，一个开放式控制系统应提供这样的能力： 对于不同的卖主的各种平台上运行的应用都能在系统上完全实现，并且能和其他系统应用进行交互操作， 同时具有一致性的用户界面。因此，开放式系统是指能够在多种不同的平台上运行，可以和其他系统的应用相互操作， 并能给用户提供一种一致风格的交互方式的数控系统， 也就是在加工机械专用的 CNC中引入 PC所具有的开放化。
根据这个定义， 开放式数控系统是一个模块化的体系结构， 既有接口的开放性， 又有自身功能的开放性，其应具有以下特征开放性提供标准化环境的基础平台， 允许不同功能和不同开发商的软件硬件模块介入。
可互操作性通过提供标准化接口、 通信和交互机制，使不同功能模块与标准应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力， 协调工作。可移植性系统的功能软件与设备无关， 即应用统一的数据格式、 交互模型、 控制机理，使构成系统的各个功能模块可来源于不同的开发商提供的硬件平台之上。
可扩展性系统的功能、 模块可以灵活设置，方便修改， 既可以增加硬件或软件构成功能更强的系统，也可以裁减其功能以适应低端应用。可互换性不同功能、 不同可靠性的功能模块可以相互替代，而不影响系统的协调运行。
如何使传统的专用型封闭式系统走向开放， 不同的系统开发商及研究机构对此提出了一些解决方案。 按开放的层次不同可分为 3 种途径，它们的开放层次不同， 难度不等，获得的开放效果也相差很大。这种方式允许用户构造或集成自己的模块到人机控制接口中。 这一手段为用户提供灵活制定适用于各自特殊要求的操作界面和操作步骤的途径， 一般使用于基于 PC作为图形化人机控制界面的系统中。
此方式在上述方式的开放性能外， 还允许用户添加自己特殊的模块到控制核心模块。通过开放系统的核心接口， 用户可按照一定的规范将自己特有的控制软件模块加到系统预先留出的内核接口上。
开放体系结构的解决方案是一种更彻底的开放方案。它试图提供从软件到硬件， 从机操作界面到底层内核的全方位开放。人们可以在开放体系结构的标准及一系列规范的指导下， 按需要配置成功能可繁简、 性能可高低、 价格可控制、 不依赖单一卖方的总成系统。
在具体的结构实现上，基于 PC的开放式数控系统可分为连接 NC型； PC嵌入 NC型； NC嵌入 PC 型； 全软件型四种类型。下面以 NC嵌入 PC型开放式数控系统展开介绍。
嵌入 PC型系统的性能主要决定与运动控制卡。构成运动控制卡的方案主要包括基于单片机、 基于专用控制芯片和基于数字信号处理器 （ DSP） 3 种。基于 DSP 的运动控制卡，可以实现复杂的控制算法和功能，与前两种运动控制器产品相比较， 它具有 DSP处理速度快和 PC平台便于实现开放式结构的优点， 是一种高精度、 高速度、 多轴联动、 体积小、 集成度高的新型运动控制卡， 可以满足多轴联动的数控机床等高性能控制系统的要求。
以 PC 机和运动控制卡为基础构建开放式数控系统硬件平台， 方便、 快捷。由于运动控制卡是标准化模块化产品，用户或生产商只需要根据具体要求， 选配合适的 PC机、 运动控制卡和执行单元模块， 进行硬件系统连接，即可快速完成开放式数控系统的硬件平台构建。其结构如图 2 所示。
在 NC嵌入 PC型开放式数控系统结构中采用还有处理的运动控制卡， 计算机系统 CPU 可以利用计算机丰富的软件资源， 专注于人机界面、 输入输出、 预处理、 发送指令等弱实时和非实时性任务； 补偿处理、 速度控制、 位置控制等实时性任务则可由运动控制卡上的 DSP处理器来实现， 而无需占用机的资源。
根据数控系统的要求， 同时参照 bbbbbbs 2000 操作系统结构， 在编程语言方面采用 Visual C++作为开发工具， 基于的数控系统的软件系统体系结构如图 3 所示。
开放式数控系统是数控技术发展的必然趋势。 PC的开放式数控系统具有较强的灵活性， 以运动控制卡与 PC结合构建的开放式数控系统中， 运动控制卡完成插补运算、 位置控制、 速度控制等实时任务， PC机实现友好的人机界面、灵活的系统配置、 增强的外部软件接口， 同时可以充分利用 PC机丰富的软硬件资源，开发高性能、 智能化、 开放式、 网络化的数控系统，进一步地适应高度、 高效率、 高自动化的要求。
1.前言
在大庆油田三次采油过程中，地质结构相对复杂，油层含油量相对较低，而且石油分子附着力较强。为使石油分子能够很好的从岩隙中游离出来，将一定浓度的聚合物和交联剂进行混合，混合液被注入水稀释，稀释液作为催化剂与地下油层发生化学反应，实现石油分子与地质结构的游离，从而达到油田增产、稳产的目标，**经济效益。在这一过程中必须严格控制聚合物、交联剂、注入水的控制参数，如：混合比例、温度、压力、**等，并按生产状况适时进行**的系统调节及控制。本系统就是针对三次采油严格的工艺流程而专门设计的。
2.调剖工艺流程
将来自高压清水间的高压清水送入调剖站减压装置，经减压阀减压后，自动调节阀按要求控制输入量，送入干粉投加装置；在投加装置上设定符合工艺要求的投加浓度，将高分子聚合物按控制要求调配成一定比例浓度的溶液；在熟化系统内进行聚合物母液浓度调配和熟化，按地质分析结果和工艺要求进行投加和温度调节；在出口处进行比例稀释；由控制计量泵输出满足工艺要求的交联剂量，与稀释液进行均匀混合，从而达到合理配注。
3.系统的控制方式和结构组成
3.1控制方式
控制方案采用的是一泵多井、一泵一井的综合控制。一泵多井的控制方法是根据井口地质要求注入压力的情况，将注入压力接近的油井由一个大功率注入泵进行打压，泵出口压力由变频器进行跟踪控制，每口井配注量通过采集对应注水阀组出口**和调剖注聚出口**，由PLC运算对**调节阀进行PID控制；一泵一井的注入**由PLC采集对应注水阀组出口**和调剖注聚出口**，由PLC进行PID参数调整，并由变频器进行变频控制。
3.2系统组成
本控制系统的结构框图如图1所示。其控制核心采用欧姆龙的SYSMAC CS1系列PLC，基本配置包括CPU板1块、数字量输入和输出板各2块、模拟量输入板6块和模拟量输出板2块。模拟量输入由温度传感器、液位传感器、**变送器、压力变送器等提供；数字量输入由变频器状态信号、**变送器超限节点、压力变送器超限节点和手动自动转换节点等提供；模拟量输出信号用来控制现场的变频器、自动调节阀、电动控制阀等执行机构；数字量输出信号用来控制远端报警电铃、手动/自动转换中间继电器和变频器起/停等。
电机控制器采用TOSHIBA系列变频器，其内部设有防干扰滤波器，从而使得变频器输出的干扰谐波大幅度降低。由新型的无传感器矢量控制得到了高精度控制、高转矩输出，以及灵活多变的可扩展性。它的滑差控制功能确保了佳的负载效果，远程变量的设定功能可实现对生产线速度的微调整。
上位工控机和组态软件通过RS-485总线，实现了它与PLC和智能电磁**计的通讯，实现了在线监测电磁**计的累计**，并完成了数据存储、数据分析和报表打印等功能。
素， 因此采用的都是质量较好的产品。其模拟量传输信号均采用 4～2 0 m A标准电流信号形式，以**系统的抗干扰能力；各种压力变送器选用美国西特公司进口产品，其精度可达 1‰；温度和液位变送器采用的是北京埃希尔公司代理的进口产品；**计采用的是浙江求精仪表厂生产的电磁**计，性能稳定，精度高，输出信号光电隔离，便于和PLC连接，而且累计**可通过RS-485上传；**调节控制应该使用油田注聚专用的DJQ系列调节阀。
4.PLC的程序设计
SYSMAC CS1系列可编程控制器采用模块式结构，模块式控制器使用户在组成系统时具有更高灵活性，使其本身具有更强的数据处理能力和更多的I/O容量，从而可以设计和建立专门的控制器系统。模块单元可根据不同I/O点数增加和选择。输出、输入模块和存储器的精细分级，使其具备较强的配置适应力。CS1系列的编程软件为CX-Programmer，它运用梯形图语言来完成程序设计。梯形图语言是一种常用的PLC编程语言，它通过各级逻辑的组合来实现系统工艺要求，并根据生产工艺流程及操作规范来设计各部分联锁程序。编制程序时要注意：程序开始时需检测PLC是否在个扫描周期，之后才可以运行初始化程序，对PLC进行初始化设置，接着按编程顺序启动各设备。另外按现场要求，设备集中信号在联停或故障后，需人为处理后才可重新启动设备，以确保安全。
PLC对采集参数进行判断识别，滤除干扰和异常，并结合自身的PID软指令对输入**信号进行PID运算，结果作为变频器或现场控制调节阀的输入信号，从而实现佳**的控制需求。
该系统中重要的程序段为数据控制指令PID（190）运算执行子程序：当执行条件为ON时，PID（190）按在C中设置的参数在两个自由度上对目标值执行PID控制，从输出字S的内容中得到指定输入范围的二进制数据，并根据设定的参数执行PID动作，计算结果以操作变量的形式存入输出字D。该输出字D作为变频器的调频外部给定模拟信号，控制所属泵电机的运行频率，该程序编写流程图如图2所示：
的有效输出数据位数，8到11位为设置的输入范围，指定16位以内的PV输入（S）的有效输入数据位数。
执行条件控制着PID（190）的执行，在C+9到C+38被初始化后，若下一个周期执行条件仍为ON则执行PID。若使用ON标志（A1）作为PID（190）的执行条件，在操作开始时要有一个单独的C+9到C+38的初始化过程。PID作用对有死区的控制对象也能进行优化控制，比例作用提供无振荡的平滑控制，积分作用校正偏移，微分作用加速干扰响应。
5.系统监视软件的设计
5.1参数监视主界面
监控软件主界面如图3所示。系统软件具有自动巡检、自动报警、多画面多参数屏幕显示、多变量寻优控制、设备运行状态故障诊断等功能。各种压力、温度、**、液位、PLC、变频器、调节阀等设备的运行状态、故障语音报警、工艺流程图等均在显示器上显示，各工艺参数实时存储，任意时间段的各种工作参数可随时提取。自动打印日常生产报表，其内容包括每天的聚合物、水、交联剂用量、各井的药液注入量及注入压力、各井的水注入量及注入压力, 并可自动按日、月清零；在“历史故障”画面中，则自动记录了近3 0天内发生过的300条故障报警记录。报警记录和采集数据即时值均可打印输出。
5.2系统通讯功能
力控组态软件在bbbbbbS 2000平台下运行，它与PLC采用独立式结构连接，运行时只要配置图形界面系统、实时数据库DB和I/O驱动程序I/O Server，就可以通过SCOMServer和CCOMClient实现远程数据访问的解决方案。其通讯距离可达1200米，特别适用于远距离通讯，抗干扰能力很强。
6.结论
该系统与传统调剖站相比，设备故障率大大降低，运行工况明显改善。由于变频器**的转距控制使整个系统运行平稳，即使在频繁起、停的情况下，系统始终保持良好的运行状态。PLC的内置PID调节指令和滤波功能彻底清除了以往由于一泵多井中存在的系统中各PID调节器相互影响而造成的严重系统振荡现象的发生，同时节省了多台现场调节阀控制器，大大降低了设备成本。
该系统真正实现了全自动化的流程控制，大大的**了控制系统的自动化水平。该系统为大庆油田三次采油提供了现代化的管理方法和控制手段，并在推广应用中，取得了良好的社会效益和经济效益。