近年來，國際市場上石化產(chǎn)品的競爭日趨激烈。與國外同類產(chǎn)品相比，我國的石化產(chǎn)品無論在生產(chǎn)工藝上，還是產(chǎn)品質(zhì)量上，都存在著相當(dāng)大的差距。為改變我國石化產(chǎn)品發(fā)展嚴(yán)重滯后的局面，國內(nèi)石化行業(yè)的許多廠家已開始向產(chǎn)品的多樣化、添加劑材料和配方的高科技化邁進(jìn)。我們應(yīng)有關(guān)廠家提出的技術(shù)要求，針對石化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝復(fù)雜、添加劑配比要求嚴(yán)格、品種多樣、互換性差的特點(diǎn)，開發(fā)研制了計(jì)算機(jī)與PLC集成控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制可靠、操作簡便、開放性強(qiáng)、性能價(jià)格比高，在國內(nèi)石化系統(tǒng)的數(shù)家企業(yè)推廣應(yīng)用后，受到好評。

1系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)與PLC集成控制系統(tǒng)由生產(chǎn)系統(tǒng)和非生產(chǎn)系統(tǒng)二部分組成。生產(chǎn)系統(tǒng)主要由微型機(jī)、適配器、PLC、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場儀表等部分組成。非生產(chǎn)系統(tǒng)主要由工藝流程模擬顯示屏、電視監(jiān)視設(shè)備、現(xiàn)場通話設(shè)備、質(zhì)量檢查系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等部分組成。中央控制室負(fù)責(zé)處理來自生產(chǎn)系統(tǒng)和非生產(chǎn)系統(tǒng)的大量信息。通過計(jì)算機(jī)與PLC集成控制系統(tǒng)，將潤滑油廠的各生產(chǎn)車間、附屬部門以及總廠廠部聯(lián)成了密不可分的整體，從而最大限度地利用了信息資源。

2系統(tǒng)功能

為滿足用戶提出的技術(shù)要求和現(xiàn)場的工況，此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有以下功能：

1.根據(jù)用戶提出的技術(shù)要求，按照添加劑配方的比例精確地配制生產(chǎn)各種型號的石化產(chǎn)品，并且通過微型機(jī)和現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。

2.通過自行開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。良好的人機(jī)界面、清晰的組態(tài)圖形，使得操作人員通過計(jì)算機(jī)屏幕，對于現(xiàn)場的各種工況變化一目了然。

3.在現(xiàn)場生產(chǎn)中，為提高整個(gè)控制系統(tǒng)的精確性，在攪拌器、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥、電磁閥等設(shè)備上均設(shè)計(jì)了局部反饋功能，這些相互獨(dú)立系統(tǒng)的局部反饋功能構(gòu)成了對總系統(tǒng)反饋控制的有力支持。

4.當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)壓力報(bào)警或油面報(bào)警時(shí)，一方面通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)停車，另一方面借助于語音卡，在控制間的操作人員可以立即聽到報(bào)警信號，及時(shí)采取相應(yīng)措施。

5.考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場某些部位屬于高溫、有害氣體殘留處，技術(shù)人員不宜靠近，在現(xiàn)場設(shè)置了電視監(jiān)視設(shè)備，讓技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。為便于管理，還安裝了現(xiàn)場通話設(shè)備。

6.在中央控制室設(shè)置了1個(gè)大屏幕模擬顯示屏，在屏幕上不僅可以顯示總廠所有管道線路，而且能夠動(dòng)態(tài)顯示油的液位、流向，讓高層管理人員從宏觀上掌握全廠的生產(chǎn)狀況。

7.通過微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，質(zhì)量檢查部門可以直接得到工業(yè)現(xiàn)場的信息，各管理部門之間也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)共享。

3硬件與軟件設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，工業(yè)現(xiàn)場控制是核心，而工業(yè)現(xiàn)場控制主要由PLC系統(tǒng)完成，所以如何合理有效地使用PLC技術(shù)就成了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。PLC的特點(diǎn)是控制可靠，編程簡單，但程序內(nèi)存不大，不能進(jìn)行復(fù)雜的編程;而石化產(chǎn)品的特點(diǎn)是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品型號繁多，往往1條生產(chǎn)線就能夠生產(chǎn)幾十種型號的產(chǎn)品。這就形成了一對矛盾。如果設(shè)計(jì)時(shí)采用常規(guī)的PLC控制系統(tǒng)，那么1條生產(chǎn)線就需要20幾臺PLC基本模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊。投資巨大，而且按照現(xiàn)代控制理論，在1個(gè)控制系統(tǒng)中配置的控制模塊越多，控制越不可靠。為了減少投資和增強(qiáng)控制的可靠性，在PLC控制系統(tǒng)的硬件配置上進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新。

以潤滑油生產(chǎn)線為例，在潤滑油生產(chǎn)車間，有攪拌溫度、添加劑溫度、輸油泵壓力、油罐的液面等共計(jì)32路模擬信號需要檢測。如果按常規(guī)設(shè)計(jì)，需要8塊FX-4AD模塊。為減少投資，設(shè)計(jì)了多路開關(guān)切換電路，只用2塊FX-4AD模塊就完成了全部功能。FX-4AD模塊的多路開關(guān)切換電路的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是通過1個(gè)多路開關(guān)控制FX-4AD模塊分別去完成攪拌溫度檢測、添加劑溫度檢測、輸油泵壓力檢測及油罐液面檢測4項(xiàng)功能，其中多路開關(guān)的4個(gè)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)接PLC的輸出觸點(diǎn)，由PLC編程控制。這個(gè)多路開關(guān)切換電路簡單實(shí)用，而且節(jié)省了大量投資，實(shí)踐證明，該電路在控制精度上完全滿足用戶的需要。

3.2軟件設(shè)計(jì)

在計(jì)算機(jī)與PLC集成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，也采用了許多新的設(shè)計(jì)思想。

仍以潤滑油生產(chǎn)車間為例，按照用戶提出的72種潤滑油的生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求，如果用常規(guī)方法編程，需要12臺PLC基本模塊。為節(jié)約投資，我們充分利用PLC的文件寄存器（2000點(diǎn)），用逐項(xiàng)查表的方法編寫了1個(gè)72種潤滑油的通用程序，用1臺PLC基本模塊帶2臺PLC擴(kuò)展模塊的方式完成了過去需要12臺PLC才能實(shí)現(xiàn)的功能。

我們選用了三菱公司生產(chǎn)的FX系列的可編程序控制器，文件寄存器共計(jì)2000點(diǎn)（D1000～D2999）。為節(jié)約程序內(nèi)存，充分利用PLC本身提供的指令資源，我們選用了字傳送方式，用1個(gè)16bit的字來控制PLC觸點(diǎn)的16個(gè)輸出觸點(diǎn)，而不必像過去那樣，1條指令只能控制1個(gè)輸出觸點(diǎn)。例如在圖3中，首先X0導(dǎo)通，十進(jìn)制數(shù)K6送入數(shù)據(jù)寄存器D0，接著X1導(dǎo)通，數(shù)據(jù)寄存器D0的數(shù)值K6轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)“0000000000000110”送入K4Y0，控制輸出Y0～Y17共計(jì)16個(gè)觸點(diǎn)的動(dòng)作，其開關(guān)動(dòng)作和數(shù)據(jù)寄存器D0的數(shù)值K6一一對應(yīng)。

通過字傳送方式，我們用1條指令就可控制16個(gè)電動(dòng)閥及輸油泵的動(dòng)作，大大節(jié)省了程序空間。在這種設(shè)計(jì)思想下，我們把72種潤滑油的工藝流程全部用字方式編寫，然后輸入文件寄存器，并在此基礎(chǔ)上，編制了72種潤滑油的通用程序。在通用程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)某一潤滑油的型號，通過查表的方式，在文件寄存器中調(diào)出對應(yīng)的數(shù)據(jù)段（這些數(shù)據(jù)段也就是該種潤滑油的工藝流程），然后該數(shù)據(jù)自動(dòng)輸入PLC的控制程序，使得PLC按照規(guī)定的工藝流程控制整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。如圖5所示之例，潤滑油品種LSO-1的工藝狀態(tài)字存于文件寄存器D1050～D106010個(gè)字節(jié)中。程序運(yùn)行時(shí)，首先根據(jù)潤滑油型號在文件寄存器中尋址，查到正確的地址后，調(diào)出D1050～D106010個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后輸入到通用程序的相應(yīng)寄存器，參與工業(yè)控制。

4計(jì)算機(jī)與PLC的通信技術(shù)

在計(jì)算機(jī)與PLC集成控制系統(tǒng)中，一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問題是計(jì)算機(jī)與PLC的通信。若在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中全部采用進(jìn)口器件，軟件也選用相應(yīng)的進(jìn)口產(chǎn)品，那么，整個(gè)工程造價(jià)驚人。針對這種情況，我們自行開發(fā)了計(jì)算機(jī)與PLC的串行通信技術(shù)。該技術(shù)設(shè)計(jì)思想先進(jìn)，軟硬件簡單實(shí)用，可靠性高，性能價(jià)格比好，兼容性強(qiáng)，可適用于市場上多種型號的計(jì)算機(jī)與PLC。

從硬件上講，現(xiàn)在中國市場上使用的PLC，在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口;而微型機(jī)多采用RS232接口。這樣在計(jì)算機(jī)與PLC通信時(shí)就不可避免地要選用RS422-RS232轉(zhuǎn)換模塊，同時(shí)考慮到惡劣工況下的抗干擾要求，這個(gè)轉(zhuǎn)換模塊必須具有良好的隔離功能和放大功能，而選用高性能進(jìn)口模塊，必定提高工程造價(jià)。

針對這種情況，為降低工程造價(jià)，我們在硬件上用1根普通的通信電纜代替進(jìn)口的通信模塊，在電纜的接口處采用先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，以完成信號的隔離和放大功能。實(shí)踐證明，通信的可靠性完全可以和國外的進(jìn)口模塊媲美，而且造價(jià)極低。

從軟件上講，計(jì)算機(jī)和PLC的通信技術(shù)屬于保密技術(shù)，長期為國外公司壟斷。這就使得我們只要選用了該廠家生產(chǎn)的PLC，就必須選用它開發(fā)的工控軟件，提高工程造價(jià)。針對這種情況，我們開發(fā)了自己的工控軟件。下面以三菱公司生產(chǎn)的FX系列可編程序控制器為例，介紹我們的軟件設(shè)計(jì)。

命令命令號日標(biāo)設(shè)備功能

設(shè)備讀命令‘0’X/Y/M/S/T/C/D讀位設(shè)備或字設(shè)備狀態(tài)

設(shè)備寫命令‘1’X/Y/M/S/T/C/D寫位設(shè)備或字設(shè)備

強(qiáng)制開命令‘7’X/Y/M/S/T/C打開位設(shè)備

強(qiáng)制關(guān)命令‘8’X/Y/M/S/T/C關(guān)閉位設(shè)備

STX為文本的開始，其ASCII碼定為02H;ETX為文本的結(jié)束，其ASCII碼定為03H;CMD為命令字符，取‘0’、‘1’、‘7’、‘8’。

在STX之后，被傳送數(shù)據(jù)的ASCII之和，也被作為2個(gè)字符碼發(fā)送。

例如，實(shí)現(xiàn)從地址10F6（10F6為寄存器D123的地址）處讀取4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，執(zhí)行傳輸格式如圖9。

求和：

30H+31H+30H+46H+36H+30H+34H+03H

=74H

通過改變命令號和地址號，就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC之間的讀、寫、強(qiáng)制開關(guān)等基本功能，用戶可以使用我們研制的通信軟件，也可以在該軟件基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況靈活地用C語言開發(fā)自己的通信程序，這正體現(xiàn)了該軟件的開放性特點(diǎn)。

5結(jié)束語

計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)思想，投入運(yùn)行后，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場控制方面，尤其在PLC控制方面，獨(dú)樹一幟，以其卓越的控制功能和良好的性能價(jià)格比，贏得了用戶的廣泛贊譽(yù)。