宿迁西门子S7-1200代理商

1 引言
随着国民经济的发展，对电力系统、电厂的要求越来越高。对于水电厂来说，装备一套结构合理、功能完善、可靠性高的现地控制单元，是水电厂提高安全生产水平，实现“无人值班”的重要环节。

2 原有设备问题分析
2.1 原有现地单元
原有现地控制单元包含一面盘柜，柜内安装了Modicon984-145型PLC，参见图1。该PLC属于凑型的PLC，基本的控制和数据采集功能都可以实现;与一体化工控机以及上位机采用了MB+网方式通信，该PLC仅具有一个RS-233口，协议固定为MODBUS，规约只能是MODBUS从站。

图1 原有盘柜布置图

2.2 原系统存在问题
(1) 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的安全运行形成隐患;
(2) 对外通信扩展不方便，许多外部设备的信息无法采集到PLC中去;
(3) 随着外部控制设备的更新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
(4) 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
(5) 备品备件订货越来越困难。
为此需对现地控制单元进行更新改造。

3 技改方案分析
结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
(1) 全部更新
把原有设备全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
(2) 扩展DI/DO新屏
扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及可靠性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
(3) 扩展PLC新屏
原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有无与伦比的网络连接能力，特别是应用于MODBUS　PLUS网络的站间通讯(Peer Cop)技术，其快速、准确、可靠的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和可靠性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。

4 系统设计
系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就弥补配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。

图2 原配盘柜与扩展盘柜

4.1 数据采集和处理功能
原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。

4.2 控制和调节功能
Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
4.3 人机界面
在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
4.4 对外通信
在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集，同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
4.5 系统结构主要特点
(1) 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
(2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信快速、准确、可靠。

5 软件的功能和实现
5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
(1) 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点，程序示例如图3所示:

图3 梯形图

(2) 把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
(3) 简单的辅机流程和自启动流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
5.2 Quantum PLC程序功能设计
(1) 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
(2) 对所有采集到数据进行处理分析;
(3) 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)等多PLC编程语言，能保证系统的各类控制功能的需求。

6 结束语
本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、实现方法上都有所创新，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法完全可行;改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量，改造工程实施完成几个月来，运行非常稳定，达到了预期的目标，该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例，对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。

2.4 加十八胺系统
加十八胺系统包括2台十八胺计量泵(一用一备)、2个十八胺溶液箱、2台十八胺溶液箱搅拌器。加药是通过计量泵手动调节的方式进行，在停炉前3小时，按1.5～2%浓度比加入给水母管,保持给水中十八胺含量为2～3mg/L。泵与泵联锁，当溶液箱液位高、低时报警，低低时自动停泵，参见图4所示:

图4 胺系统

2.5 问题分析
此控制系统中的联锁和报警功能很容易在Control Logix中实现，现场碰到的问题主要是如何实现自动加药的问题。
磷酸盐自动加药系统根据炉水磷酸盐浓度来调节计量泵频率，计量泵转速改变从而改变磷酸盐的加药量，使炉水磷酸盐浓度维持在设定值附近。
自动加氨系统是根据凝结水精处理混床出口的凝结水PH信号来调节计量泵频率，计量泵转速改变从而改变氨的加药量，使出口PH维持在设定值。

3 系统设计[1]
3.1 控制结构
运用ControlLogix中的PID指令，来控制过程变量:PID指令接受来自模拟量输入模块的过程变量PV(出口PH值)，并且通过模拟量输出模块调节控制变量CV(计量泵频率)输出，以保持过程变量在希望的设定点SP(PH期望值)。具体控制系统工艺参见图5所示:

图5 工艺控制系统图

3.2 PID配置[2]
ControlLogix PLC的PID 组态设计参见图6所示:

图 6 PID配置指令

4 PID参数整定
4.1 PID对系统性能的影响[3]
(1) 比例系数P对系统性能的影响
比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小;P偏大，振荡次数加多，调节时间加长;P太大时，系统会趋于不稳定;P太小，又会使系统的动作缓慢。
(2) 积分控制I对系统性能的影响
积分作用使系统的稳定性下降，I小(积分作用强)会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。
(3) 微分控制D对系统性能的影响
微分作用可以改善动态特性，D偏大时，超调量较大，调节时间较短;D偏小时，超调量也较大，调节时间也较长;只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间。
4.2 PID参数整定[4]
一般工程项目的PID参数整定方法都采用经验公式或经验数据来设置。
(1) 首先将I、D设置为0，只用纯比例，调P值在控制范围内成临界振荡状态，记下临界振荡的周期Ts;
(2) 设定Kc值=纯比例时的P值
(3) 在一定的控制度下通过公式计算得到参数Ti、Td值。其中一种经验公式为:控制精度=1.05%，则Ti=0.49Ts、Td=0.14Ts
(4) 也可参照PID经验数据
温度T: P=20～60%,T=180～600s,D=3～180s;
压力P: P=30～70%,T=24～180s;
液位L: P=20～80%,T=60～300s;
流量L: P=40～,T=6～60s。

5 结束语
可编程控制器(PLC)系统运用于电厂辅控控制系统，具有集成度高，组网灵活，管理能力强的特点。PLC中的PID调节配置内容丰富、控制调节精度高，充分体现了系统的高灵活性和稳定性。本文提出的PID调节方法具有设置迅速、控制质量好的特点。其控制可靠性和准确性得到电厂业主好评。

1 引言
自动打包机是现代高速线材生产线特有的设备，它集机械、电气、液压控制为一体，动作准确，为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。
我厂2004年9月从瑞典SUND-BIRSTA公司引进的PCH-4KNB/5000P型打包机，于2004年底投入使用。该设备位于高线的精整区，对由P-F线的C型勾输送过来的水平盘卷(卷重800~2800kg，外径/内径为φ1250/850mm)进行自动水平压实，并用打包线沿线卷方向成90°等分打四个平行接头。
打包后的线卷小长度大约为600mm，大大方便了盘卷的储藏、运输。
本文首先结合瑞典方面提供的外文技术资料及自己的理解，对自动打包机的自动化构成及动作过程进行介绍。
然后根据近两年的现场维护经验，对该打包机日常维护中出现的故障进行总结分析。

2 控制系统配置
2.1 控制系统的硬件配置
打包机的PLC系统是由一套S7 315-2DP和七套ET200S及一套E900组成，具体配置如图1所示。

图1 打包机PLC系统

PLC主站采用西门子公司S7-300系列的CPU 315-2DP，通过DP网与其它从站进行数据通讯，并进行数据处理。
高速计数器模板型号为6ES7 138-4DA03-0AB0，共7块，拥有脉冲编码器7个。其中，G1、G2分别为1#、2#压实车位置和速度反馈;G3为升降台位置反馈;1S18、2S18、3S18、4S18为送线装置的位置反馈。
2.2 控制系统的硬件配置
(1) PLC软件采用西门子的STEP7 V5.2;
(2) HMI软件采用Beijer Electronics公司的E_DESIGNER_V6.13。图2为打包机的主画面。

图2 打包机主画面

●通过画面可以看到打包机各部分的基本状态。使用时只需通过画面边上的功能键即可进行相应操作和画面的切换，简单实用;
●具备调整功能，可对许多参数进行调整，例如压实力、升降高度等;
●可提供打包机的诊断信息，当打包机出现故障时，该系统将显示有关的HMI画面。

3 控制原理及功能
3.1 液压系统
液压系统为打包机的核心部分，其工作的可靠性直接决定了打包机动作是否正常可靠，这其中油温控制就成为打包机液压控制部分的关键。本系统采用PT100作为测量元件，测量值直接送入8#站的模拟量输入模板的个通道PIW248。在PLC程序中，该温度值每5s检测一次，经过程序工程量化后传入数据块DB80中的DBW0。
油温的控制要求:油温T>65℃:报警并停泵;油温T≥60℃:报警但不停泵;油温T＜20℃:报警但不停泵;油温T＜15℃:报警并停泵;油温T＜30℃:加热器启动;油温T≥35℃:加热器停止。
3.2 打包机主体
(1) 升降台在两个液压缸的推动下，可沿垂直方向上下移动。实现压实、打包操作期间，支撑盘卷并使其对正中心的功能，动作共分两步。接近开关S10(升降台初始位检测)、编码器G3(检测升降台高度)。升降台的两次升降高度均可由画面更改;
(2) 打包机的4套弯曲线道系统安装在2#压实车上，并由一根中心轴导向。打包机动作时，线道系统在液压马达的驱动下，向1#压实车水平移动。接近开关S13(线道前位)、S14(线道初始位)、S15(线道向前减速位)、S16(线道向后减速位);
(3) 2#压实车依靠车轮在轨道中移动，支撑可移动线道系统。压实动作是由固定在轨道上的两个液压缸驱动。接近开关S6(2#压实车初始位)、编码器G2(2#压实车前进速度和位置)、光电开关S8(检测2#压实车进入待打包线卷区);
(4) 1#压实车与2#压实车结构相似，但其上面装有4个送线机构，4个打包头。接近开关S3(1#压实车初始位)、编码器G1(1#压实车前进速度和位置)、接近开关S12(检测线道闭合)。送线机构主要由送线轮和导轮组成，通过液压马达驱动。接近开关S4(检测送线机构中是否有线)，编码器S18(送线长度，控制送线/拉直捆线)。打包头主要由扭结、剪切和夹紧机构组成。整个打包头可整体由送线位置S20(打包头初始位)移至打包位置。S1(扭结装置在扭结位)，S2(扭结装置在送线位)，S3(扭结是否结束)，S5(夹紧机构中是否有线夹紧)。
(5) 打程。当带有盘卷的钩子停在打包机中心线位置，定位夹紧器闭合锁定，并发出信号启动打包机的工作循环:
●线架电磁阀得电，气动抱闸打开;
●1#、2#压实车在液压缸的驱动下同时向盘卷移动。同时，升降台提升;
●1#、2#压实车压实盘卷的同时线道系统闭合;
●送线机构送出捆线;
●当捆线经过S4时,编码器S18开始记8700个脉冲,当线经过S2后,再记395个脉冲,并且开始减速,一直到捆线夹紧位,线被夹住不动;
●捆线拉紧并将剩余的捆线送回线库;
●完成扭结，剪切装置切断打包线;
●线道系统后退;
●线道系统和压实车返回初始位。同时升降台下降至初始位，打包好的盘卷挂在C型钩上。
对于大盘卷整个过程大约32S。
(6) 安全防护装置。4KNB型打包机在安全方面借鉴了以往的经验，采取了一系列手段，保证了设备的安全运行。操作台设置了检修用钥匙开关，当此开关被按下并拔下钥匙后，则主操作台不能进行操作。四个送线机构上的机旁箱均设置急停按钮。一个便携式操作箱，维修时可用来操作打包头，此时，主操作台上的一切操作都被禁止。只有当操作箱插入主操作台插座时，主操作台才能进行操作，否则，主操作台上除紧急停车指令外，其它指令都被锁定。

4 日常故障分析表
如附表所示。

附表 日常故障现象分析及处理

5 结束语
打包机自瑞典SUND BIRETA引进以来，虽然在使用中也曾出现过许多问题，但基本上满足了当初的合同要求，平均扭结失败率小于0.4％，扭结抗拉强度大于原线材抗拉力的92％。系统采用S7-300与E900相结合的DP网通讯方式，控制精度高，可靠性强，同时增强的系统自诊断功能，方便了维护，提高了设备作业率。