西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8支持验货

 1.燃料电池的工作原理
　　燃料电池（FC）是一种等温进行、直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效（50-70%），环境友好地转化为电能的发电装置[1]。它的发电原理与化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料如氢的氧化过程，阴极催化氧化剂如氧等的还原过程；导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成电的回路。但是FC的工作方式又与常规的化学电源不同，而更类似于汽油、柴油发电机。它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。当电池发电时，要连续不断的向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时也要排除一定的废热，以维持电池工作温度的恒定。FC本身只决定输出功率的大小其储存能量则由储存在储罐内的燃料与氧化剂的量决定。
　　

图1为石棉膜型氢氧燃料电池单池（single cell）的结构和工作原理图

　　氢气在阳极与碱中的OH 在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子：
　　H2 + 2 OH H2O + 2e- 0= -0.828V
　　电子通过外电路到达阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应：
　　O2 + H2O +2e- 2OH 0= 0.401V
　　生成的OH 通过饱浸碱液的多孔石棉膜迁移到氢电极。
　　

　　2．用BL系列板卡控制器控制燃料电池连续工作的方案
　　为保持电池连续工作，除需与电池消耗氢、氧气等速地供应氢、氧气外，还需连续、等速地从阳极（氢极）排出电池反应生成的水，以维持电解液碱浓度的恒定；排除电池反应的废热以维持电池工作温度的恒定。
　　一个单池，工作电压仅0.6～1.0伏，为满足用户的需要，需将多节单池组合起来，构成一个电池组（stack）。首先依据用户对电池工作电压的需求，确定电池组单池的节数，再依据用户对电池组功率的要求，和对电池组效率及电池组重量与体积比功率的综合考虑，确定电池的工作面积。
　　以燃料电池组为核心，构建燃料（如氢）供给的分系统，氧化剂（如氧）供应的分系统，水热管理分系统和输出直流电升压、稳压分系统。如果用户需要交流电，还需加入直流交流逆变部分构成总的燃料电池系统。因此一台燃料电池系统相当于一个小型自动运行的发电厂，它高效、环境友好地将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。
　　阐明各分系统间关系的电池系统的方块图如图3所示。
　　

图3

　　BL系列板卡控制器多有11路模拟量输入，4路模拟量的输出，24路的数字量的输入，16路的数字量的输出。可用模拟量的输入输出及数字量的输入输出来控制和电池组关联的各系统。
　　3．如何用BL系列板卡控制器循环采集多个电池组的电压
　　一个电池组（stack）是由多节单池（工作电压仅0.6～1.0伏）组合起来，用一个BL系列的板卡控制器可轮巡采集几十个电池组（多可采集的电池组个数由BL系列板卡控制器的数字量的输出的个数决定），用BL系列的板卡控制器的数字量输出来选择所要采集的电池组的各单池的电压。由于各单池的电压不是共地的，而BL系列的板卡控制器的11路的模拟量输入是共地的，所以各单池通过信号调理板进行差动运放隔离后再接到BL系列的板卡控制器上，进行各单池的电压的采集。信号调理板中的12V供电是分别给各单池的电压的差动放大供电的。如下图所示：
　　

一、控制系统简介

　　该水处理由水和砂过滤等部分组成，主要实现对二期连铸系统循环冷却水的供给和处理，所采集的信号为**、压力、温度和液位等。整个控制系统采用ROCKWELL公司典型三层网络结构，即工业控制100Mb/s以太网，5Mb/s传输速度的CONTRLINET网以及设备层传输速率为125Kb/S的DEVICENET现场总线。主要实现与一期水处理、二期空压站以及二期连铸控制系统之间通讯。整个控制系统有二台DELL计算机、三只PLC控制柜、二只进线柜、一只母联柜和二只电容柜以及28面智能MCC柜等硬件组成。

　　监控级由二台监控管理机组成，主要实现对现场的泵、阀、智能MCC等设备状态的显示和控制。对管道的**、压力及温度的显示。

　　主控室

　　主控室由监控计算机、操作台、打印机、控制站PLC组成，通过监控计算机实现自动、半自动控制。

　　就地操作

　　就地操作就是通过机旁操作箱控制，控制本身不受控制级的影响。即使控制系统出现故障，就地操作任可独立完成。

　　整个水处理控制系统，要解决以下通讯接口：

　　1、通过硬接线的方式，解决与一期水处理控制系统之间的通讯。通讯信号主要有安全水塔的**、液位；沙过滤器反洗风机的控制。

　　2、通过OPC和以太网方式与二期连铸空压站通讯。

　　3、通过PROLINX网关与二期连铸控制系统之间的通讯。

　　对于净循环、浊循环、软水循环水池的控制，水泵按照设计军设置二台，正常工作一台，二台之间互为备用。

　　对于同一管道的泵和阀，他们的控制分为手动、自动之分，而且控制是连锁的。

　　该系统采用，双母线分段供电方式，具有二台进线柜和一台母联柜，为了保证安全供电，仅实现手动翻转。

　　该系统采用DEVICENET现场总线，其主要智能设备为DSA和E3PLUS。DSA主要解决，开关量的采集和控制，如采用二只DSA，实现电动阀的正反转控制。E3PLUS主要对大电流信号的采集和监控。如大功率水泵的控制。

　　二、连铸水处理控制系统功能说明

　　二个CRT能综合显示系统所有的字符和图像信息，机组运行人员通过CRT实现对机组运行过程的操作和监视。

　　每幅画面能显示过程变量的实时数据和运行设备的状态，这些数据和状态小于每秒更新一次。显示的颜色或图形随过程状态的变化而变化。棒状图和趋势图显示采集信号的变化。

　　可显示控制系统内所有的过程点，包括模拟量输入、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。

方案概述

一、客户需求
　　
　　 某集团经过多年的发展，业务已扩展在国内各主要城市，并建立了多家分公司和办事处机构，同时产品销往海外市场，以具备了相当的规模。为实现企业进一步的扩张，现有的管理机制和网络系统必须进行改造。根据自身的特点和发展需要，将企业网络方面的建设交由某公司操作，并提出满足以下几点要求：
1 网络的安全保障；
2 不同的企业内人员得到不同级别的权限；
3 保证国内及海外各分公司数据的正常传输；
4 能同时满足传输语音、图像等质量要求较高的传输，和日后网络的可扩充性；
5 可管理性强；

二、方案构架
　　
　　 根据客户的需求，某公司提出了以VPN（虚拟专用网）架构的解决方案，采用InternetVPN方式，使用华北工控的硬件平台，从而满足了客户在网络方面的需求。 
技术特点

　　针对该网络现状中存在的弊端和企业对业务的更高要求，所提出的VPN解决方案，具备以下技术特点：
1 VPN（Virtual PrivateNetwork，虚拟专用网络），是指依靠ISP（Internet，服务提供商）和NSP（网络服务商），在公用网络中建立专用的数据通信网络的技术。在VPN中，任意两个节点之间的连接并没有传统专用网所需的端到端的物理链路，而是利用某种公众网的资源动态组成的。

2 在安全方面，所有的VPN方式均可保证通过公用网络平台传输数据的专用性和安全性。在非面向连接的公用IP网络上建立一个逻辑的、点对点的连接、称之为建立一个隧道，可以利用加密技术对经过隧道传输的数据进行加密，以保证数据仅被制定的发送者和接受者了解。

3 可为企业数据提供不同等级的服务（QoS），不同的用户和业务对服务的要求有较大的差异。 并可通过**预测与**控制策略，按照有限级分配带宽资源，实现带宽管理，使得各类数据能够被合理地先后传输，预防组塞的发生。

4 可扩充性和灵活性。VPN能够支持通过在Intranet和Extranet的数据流，可方便的增加新节点，并支持多种传输媒介。

5 在VPN管理方面，可便捷的建立VPN管理系统。

网络拓扑图
下图是改造后的公司网络拓扑图：

系统硬件配置

VPN网关
机箱： RPC-1100E（1U机架式专用机箱）
CPU卡：NORCO MB-5L （五网口工业级CPU卡）
CPU： PIII 1.26G
内存： 128M
硬盘： 20G 
服务器（MAIL、数据库、FTP）
机箱： RPC-900（4U多驱动器位置架装机箱） 
CPU卡： NORCO —740VE （P4级工业CPU卡）
CPU： P4 2.1G
内存： 256M
硬盘： 120G

防火墙
机箱： RPC-1100E（1U机架式专用机箱）
CPU卡：NORCO MB-3L （三网口工业级CPU卡）
CPU： PIII 1.26G
内存： 128M
硬盘： 20G

VPN的优点

客户在选择此方案后，得到了以下几方面得到了收益：
1 高度的网络安全
VPN以多种方式增强了网络的职能和安全性。首先，它在隧道的起点，在现有的企业认证服务器上，提供对分布用户的认证。其次，VPN支持安全和加密协议，如SecureIP（IPsec）和Microsoft点对点加密（MPPE）。
2 简化了网络设计
网络管理者可以使用VPN替代租用线路来实现分支机构的连接。这样就可以将对远程链路进行安装、配制和管理的任务减少到小，一点就可以极大地简化企业广域网的设计。使用拨号访问，简化了所需的接口，同时简化了与远程用户认证、授权和记账相关的设备和处理。
3 使用VPN可大量降低成本
如在租用线路成本，主要设备成本，移动用户通信成本等等，采用华北工控生产的硬件产品，比同类产品在性价比上也具有一定的优势。
4 扩展能力便捷、容易。
5 完全控制主动权 
借助VPN，企业可以利用ISP的设施和服务，同时又完全掌握着自己网络的控制权。

生产过程监视和控制中要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构,过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号,而且还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉冲尖峰。设备、仪表间互扰成为系统调试中必须要解决的问题。除了电磁屏蔽之外，解决各种设备、仪表的“地”，也即信号参考点的电位差，将成为重要课题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号有一个共同的参考点，也即共有一个“地”。进一步讲，所有设备、仪表的信号的参考点之间电位为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可及的，这里面除了各个设备、仪表“地”之间连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备、仪表在不同环境受到干扰不同，以及导线接点经受风吹雨淋，导致接点质量下降等诸多因素。致使各个“地”之间有差别。以示意图一为例. 图一 PLC与外接仪表示意图 图一中标明有两个现场设备仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备仪表发出信号。假定传送的均为0-10VDC信号。理想情况，PLC及两个现场设备“地”电位完全相等。传送过程中又没有干扰，这样从PLC输入来看，接收正确。但正如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差，举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了,同时1#,2#设备的“地”线在PLC汇合联接。将0.1V电压施加在PLC地线条上，有可能损坏PLC局部“地”线，同时在显示错误数据，由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司的生产线调试中，使用美国AB-PLC接国内某厂家手操器。AB-PLC的数据采集板有每八个通道，八个通道共用一个12位A/D，经过变换后，由12个光耦实现与主机隔离。它的八个通道输入之间并没有隔离，致使八个通道输入信号每个单独接入采集板均正常，接入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳，故障无法排除。又如航天某部门测试发动机各点温度，使用K型偶作为传感器，同上述相似，仅测试一点一切正常，但是向主机接入两点或两点以上温度时，显示的温度明显错误。这两种情况在接入隔离器后，均正常。 隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着+10V干扰的10V-20V经隔离后均为0-10V，也即隔离后新建立的PLC“地”与外部设备、仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，也即它们之间没有“地”的关系。 上面谈了输入到PLC信号的隔离，同样在PLC向外部信号设备传出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器亦能达到解决问题的目的。 谈到PLC向外部设备、仪表发送信号，有一种情况经常遇到：要求PLC的输出即能给显示仪表，又能传送给变频器一类的设备。欲彻底解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器。这种隔离器即实现PLC输出信号与外设隔离，同时实现外设之间隔离。如图二. 图二 隔离式信号分配器典型应用 有时现场仪表在配套时，由于协调不利，产生了如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为两线制方式，也即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联.接口两根线：一个为24V正极，一个为250Ω一端，适于连接现场两线制变送器。假如现场设备为四线制变送器，输出4-20mA。这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份接入一个标准的两线制变送器，以应对接收设备的接口。如图三. 图三 解决电源冲突的方案 隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件常称为三隔离或全隔离器件. 从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。 如果处理4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。如图四. 图四 省去外接电源的电流隔离器 显然省去外接电源，使接线更简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。 WS1562的大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点,但也带来了使用上的局限性.WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送,从另一个意义上讲是功率传送,内部的功率损耗必不可少.损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时，输出端250Ω上的电压为5.0V,而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×（8.8V-5.0V）=76(mW),也即内部损耗为76毫瓦.从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻大值为8.8V/20mA=440（Ω）。换言之，在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件. 从隔离角度看二线制变送器（含压力、温度、**…），分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是**抗干扰能力. 二线制变送器的隔离有两种方式.一种方式传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中.对现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定.图五给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。 图五PLC两种接口与隔离配电连接示意图 另一种方式是传感器和变送器分成二个部分，传感器放置在现场指定地点,变送器制造成隔离式放置在控制室中。面对PLC两种接口方式，图六给出了以Pt100为传感器的隔离变送器使用连线图。附带说一点，处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理。 图六 二种隔离温度变送器 隔离端子品种繁多,接口处也不尽相同,如何正确选择是设计中的重要问题。图七标示出两个端子排与外部仪表相连接图。用以说明选择方法。 图七 隔离器选型示意图之一 A、B表示向PLC输送信号的外部仪表 C、D表示PLC、DCS及显示仪表等接收信号设备 如果外部仪表为A方式，接收信号仪表为C方式，可以选用WS1522、WS1562信号隔离器。 如果外部仪表为A方式，接收信号仪表为D方式，可以选用能避免电源冲突的WS9030信号隔离器为宜。 如果外部仪表为B方式，接收信号仪表为C方式，选用隔离式配电器为宜。例如WS1525,它即可以为B供电，又解决了隔离问题。 如果外部仪表为B方式，接收信号仪表为D方式，未见有在市场上销售的产品。不过经过和生产厂家进行技术协商，一般能够解决。 图八 隔离器选型示意图之二 图八所示选择相对简单。例如输入为Pt100或K偶接受设备为C方式，选用三隔离式WS9050,WS9060为宜。 若接收设备为D方式，选用两线制隔离的WS2050、WS2060为宜。 只要外部设备及接收设备方式确定了，选用就很简单。 隔离器外型采用导轨安装，接线采用接线式，这种方式亦称隔离端子，适用安装在机柜中。 在隔离端子电路前部安装进口IC(集成电路)公司的专用电路,实现温度隔离变送,虽然比零件组装式(诸如用廉价OPA)成本高，但在长期性能稳定性、可靠性方面是零件组装无法比拟的。引入优质元器件是隔离端子稳定可靠的基本保证，同时专用IC在功能上诸如长线补偿、恒流驱动、线性化性能齐备。 隔离端子设计日趋小型化，那么小型化的目的就是少占空间。当然应该允许用户密集安装，密集安装就存在散热问题。换句话讲，必须降低内部功耗。 现在市场出现了许多以CPU为核心的隔离端子，具有现场可编功能及通信功能，有很高的灵活性，对顾客来讲可以减少库存数量,降低资金积压。以CPU为核心的隔离端子必定将成为这一领域主流.