西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8现货充足
、PLC控制系统软件设计
根据原控制系统的逻辑关系在STEP7-Micro/WINV4.0环境下设计了PLC梯形图，下面说明了一些主要程序的设计方法：
4.1 滑油压力信号、累积报警和停车程序
K24为一接通延时继电器，延时时间为15秒。当氮气压缩机停止时，继电器K24线圈断开，K24的常闭触点闭合，内部继电器M1.0、M1.1接通，M1.0、M1.1的常开触点闭合，由于原控制系统中的压力开关、温度开关都是触点断开报警，所以氮气压缩机停止时即使油泵润滑油的压力非常低，也不会产生报警，即PAL646、PALL649灯都是熄灭状态。当氮气压缩机运行时，K24接通，延时15秒后，K24常闭触点断开，M1.0线圈的通断由润滑油压力低报开关PSL646控制，M1.1线圈的通断由润滑油压力低低报开关PSLL649控制。在PLC上电后，正常状态下，PSL646、PSLL649的触点都是闭合的，所以M1.0、M1.0都是接通的，不会产生报警。当PSL646、PSLL649中有一个或都在报警状态时，报警开关的触点断开，就会产生报警。为此，内部继电器M1.0和M1.0的常开触点可以看作报警点来设计累积报警和联锁停车。
不会危机设备安全但设备已经在不正常状态下工作时的报警开关设置为累积报警，当这些报警开关中有一个产生报警，QA641断开，在DCS上产生累积报警；危机设备安全的报警开关设置为累积停车，当这些报警开关中有一个产生报警，QA642断开，在DCS上产生联锁停车。润滑油压力信号、累积报警和累积停车程序梯形图如图1所示。
图1 油泵润滑油压力信号、累积报警和累积停车梯形图
4.2 报警确认、试灯和消音程序
报警确认、试灯和消音按钮是本控制程序必不可少的，由于所有的报警点的程序设计方法一样，下面仅以PSL640为例分别介绍：
（1）报警确认与试灯程序的设计。应用西门子PLC内部定时器T33和T34产生一个闪烁信号，当PSL640报警后，PAL640闪烁，按下S9确认后，如果PSL640处于报警状态，则PAL640一直亮，报警恢复则灭；如果报警后未按下S9确认，无论是否还在报警状态，则PAL640一直闪烁，直到按以下S9。S8为试灯按钮，按下S8则灯亮。如图2所示。
图2 报警确认和试灯梯形图
（2）报警与消音程序的设计。当PSL640报警后，K44输出，喇叭响，按下消音按钮S10后，停响；如果未按下S10，即使报警恢复正常，但喇叭仍响，直到按一下S10按钮才停响。见图3。
图3 报警、消音梯形图
5、结束语
西门子S7-200系列PLC功能强大，配置灵活，工程设计简单、方便，在恶劣的环境下能运行稳定，极适合在石油化工现场装置控制系统中应用。改造后的系统投入运行后可靠性高，故障率低，控制jingque，减少了维护人员的工作量，大大地tigao了经济效益。
4 IFC算法的滤波处理应用
控制系统中，滤波程序的基本原理是在周期内连续采样5个数值，并求出其平均值采集当前值，并求出采集值与平均值的差值△＝Xi－X；若|△|＞0.2，则舍弃Xi，取X＝0.2作为按实际情况设定的信号波动范围值；若|△|≤0.2，则X1出栈，X2替换X1，X3替换X2，X4替换X3，依次递推。用当前采样的X6替换X5，然后用这5个新数值再求X，进行比较，如此循环执行该程序即可实现滤波功能。图5为采用滤波程序后，放大了的pH值趋势，由此可见，滤波效果良好。图6给出控制操作界面图。
图5 放大的pH值滤波效果图
图6 控制操作界面图
5 结 语
实践证明，基于PLC的化学自动加药控制系统可灵活满足各类化学加药系统的在线监控。该系统投运以来，运行稳定、可靠、锅炉及辅机设备能全面实现自动调节，达到了预期效果，解决了以往手动控制难保证水质指标稳定的问题，减轻了运行人员的工作强度，得到。
1 引 言
目前，我国对大型锅炉的给水与蒸汽质量指标要求十分严格，因而需要对炉水品质连续监控。测量pH值大多采用传统的PID控制算法，但在反应过程中，因其中和点附近的高增益使得难以调整传统PID控制器参数。因此只能采用很小的比例增益，否则系统不稳定，而比例增益过小，又将使系统的动态特性变坏。对于锅炉给水加药测控装置，已经实现了加药系统的自动化，但无自动配药设备，仍需根据汽水实验室的化验结果人工配药，这样不仅工作强度大，而且所加的氨、联胺均属有剧毒易挥发物质，会给操作者造成严重危害，并导致环境污染。为此，提出变增益三区段非线性PID和积分模糊控制（IFC）算法的两种新型pH值控制法。通过对带有时滞的pH值中和过程进行数字仿真，结果表明，这两种控制算法均具有鲁棒性强，响应速度快和控制精度高的特点，尤其是IFC算法能克服pH值中和过程中的较大时滞。通过在某电厂的实际应用，已实现了锅炉给水配药、加药系统的全自动控制。
2 pH值控制方法的研究
2.1 常规PID控制
PID控制是按偏差的比例（P—Proportional）、积分（I—Integral）和微分（D—Derivative）线性组合的控制方式。图1为常规的PID控制系统。其中，r为参考输入信号；PID为控制器；P为被控对象模型；d为干扰量；e（k）为系统误差；u（k）为控制量；pH（k）为被控过程输出量。由图可见，常规PID控制中的比例作用实际上是一种线性放大或缩小作用，很难适应酸碱中和过程中被控对象非线性的特点。
图1 典型pH值控制系统
2.2 变增益三区段非线性PID控制
将pH值变化按拐点分为：一个高增益区和两个增益系数不同的低增益区。高增益区控制器采用较低增益;低增益区控制器采用不同的高增益，以满足系统期望的性能指标。此外为防止积分饱和，采用带死区和输出限幅的PID控制算法。
2.3 模糊控制
模糊控制算法概括为：根据本次采样得到的系统输出值，计算出输入变量；将输入变量的jingque量变为模糊量；根据输入变量（模糊量）及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量（模糊量）；由上述得到的控制量（模糊量）计算jingque的控制量。
3 电厂锅炉给水加药控制系统
某发电厂共有4台300 MW的发电机组，分为两个单元，一单元为1#、2#机组，二单元为3#和4#机组。每个单元加药计量泵包括锅炉补给水（生水经各种水处理方式净化后，用于补充火力发电厂的汽水损失）和炉水两种用水。现以二单元为例，加药系统采用两用一备共3台加药计量泵，即3#和4#机组各用l台加药计量泵，当其中1台出现故障时切换到备用泵。在该系统中通过检测pH值来控制炉水中磷酸盐的加入量，pH值要求控制在914～9.78，当其中1台机组的pH值低于9.4时，启动相应机组的加药泵。此时，磷酸盐加药箱内的磷酸盐溶液经过管道（管道上的阀门都为手动阀，正常时为打开状态）被泵入相应机组的除氧器出水管加药点。若3#机组的加药计量泵出现故障，则打开备用泵与其相连管道上的阀门，备用泵接替3#机组的加药计量泵，为3#机组的炉水加药；4#机组亦然。由于炉水中加入了适当的磷酸盐及氢氧化钠，可tigao炉水的缓冲性能，并有利于维持炉水pH值的稳定性，从而防止锅炉水冷壁的结垢和腐蚀。
该系统将炉水水样经过减温减压装置引入磷酸表及pH表探头进行测量，经过模拟量转换，再经控制系统PID运算后控制变频器输出，控制加药泵转速，从而实时控制炉水的加药量，使炉水的磷酸根浓度与pH较好地保持在合格的范围内。图2给出其控制流程图。该控制分为调节器、执行器、被控对象及变送器4部分。其中，调节器由S7-200 PLC和相应控制软件组成；执行器由变频器、电机和计量泵组成；被控对象为炉水；变送器采用分析仪表，即pH表。
图2 控制流程图
3.1 控制流程
图3给出3#机组的炉水加药控制系统。该系统从在线分析仪表（磷酸根表、pH表）中提取4～20mA信号，根据运行工艺参数和确定的数学模型进行窗口式PID复合运算，中间结果送变频器，控制加药泵加药量以实现加药的自动闭环调节。
图3 3#机组炉水加药控制系统
3.2 控制系统组成
该控制系统选用上位机软件WinCC+西门子PLC的组合方案。PLC系统通过PorfiBus总线方式与上位机WinCC连接。如图4所示。其中上位监控部分由工业计算机（WinCC）来完成。监控工作人员可通过CRT实时监控系统的运行状况.设定或修改系统的运行参数，同时通过CRT远程软件控制系统运行。上位工控机进行数据处理和管理，并与MIS系统等联网。上位机可对控制器进行组态，组态范围包括控制器的网络地址和时间、选择控制算法、设定算法参数、设定控制量的设定点、选择算法中输入量及输出量的通道等。下位控制部分由安装在现场的一套可编程控制器（PLC）来完成。它是自动加药控制系统的核心，用于采集相应的水质数据。由于化学加药系统具有纯滞后性质，会导致控制作用不及时，引起系统产生超调或振荡，而利用计算机可方便实现滞后补偿。采用改进的数字PID控制算法和模糊控制算法，使控制器利用输出控制信号调节现场的交流变频器，进而控制电机的转速，以调节加药泵。电气部分的控制方式设计为远程和本地两种，以实现手动/半自动/自动三种功能，后两种功能由上位机切换。
图4 控制系统组成
5 控制系统软件设计
5.1 软件功能描述
软件包括上位机监控软件与下位机软件。上位监控软件采用亚控6.5版“组态王”256点运行态软件,负责废酸水处理系统监控界面显示、数据处理、保存、信息交流等。上位计算机中人机界面是以图形画面方式显示控制系统平面图及工艺流程图，有动态实时参数值显示，如水liuliang、PH值等，实时显示各泵运行状和事故报警信息列表以及电气运行状态显示等可切换动态画面，对工艺参数值做出实时趋势曲线和历史数据趋势曲线同时，组态王软件系统还可以与EXCEL、ACCESS等数据库管软件进行DDE通讯，将数据传送至数据库中，以备将来移植到他系统中供调度员分析比较，找出污水厂佳运行规律；可以自动生成生产报表（班、日、月），定时或需要进行打印，供生产管理之用；上位机Modbus协议，与PLC进行双向数据交流。上位机可读取PLC采集泵启停状态,可输出开关量控制信号给PLC。上位机可对加药实行远程手动CRT操作及远程自动、就手动CRT全程监控。下位机主采集泵启停状态，接收上位机指令控制泵启停。
上位机与下位机所用开发工具如下所示：
上位机：操作系统：bbbbbbs 2000，开发工具：组态王6.5。
支持软件：Microsoft office2000。
下位机：开发工具：CX-programmer 3.10。
5.2 软件设计
上位机主利用了组态软件来构筑整个系统，具体实现不多描述，下面重点描述下位机（PLC）软件设计。工艺流程要求，PLC中编制出符合现场运行规范工艺控制程序，进行相应自动调节和信息反馈，具体控制依据及各工艺流程需要设备简述如下：
（1）各相独立单元设备启动控制
·PAM制备单元：0108A设备加水、投加药剂后启动搅拌机A按钮，搅拌约30分钟停止，起动0109A、B中一台泵开始供药。此时0108B设备加水、投加药剂后启动搅拌机B按钮，搅拌约30分钟停止，待0108A设备中药剂完毕后人工切换（阀门操作）到0108B设备供药。如此循环作业。0109A、B设备一台作业一台备用。
·压滤机单元：0112A、B设备液压油泵起动，压紧滤框（约10分钟）此时0112A压滤机可以进料，由011A、B中一台设备中供料，约1小时，人工切换（阀门操作）到0112B压滤机进料。0112A压滤机液压油泵启动，集料斗闸门关闭，松开滤框，自动拉banji启动，人工卸渣，约25分钟，0112A压滤机液压油泵启动压紧滤框，准备下一回作业。运渣车到达时，集料斗闸门打开，振打电机启动，卸料完毕振打电机停，集料斗闸门关闭。0112A、B设备按此循环作业。
·石灰乳制备单元：0105A石灰消化器启动，0118A斗式tisheng机给料同时0114滤液泵向石灰消化器供水，当0106A设备液位到达要求时（上限报警），人工切换（阀门操作到0106B设备），当0106B设备液位到达要求时（上限报警）停0118A斗式tisheng机和0114滤液泵，此时消化器中剩余物料供至0106A设备，当0105A石灰消化器中无物料时停0105A、0117螺杆泵。0105B和0118B设备为备用设备。
（2）故障停车顺序
压滤机故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111
石灰乳制备单元故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111、0112
（3）PLC端口分配表
（4）PLC软件设计
PLC软件用欧姆龙公司CX-programmer 3.10编程软件设计，梯形图编程，模块化结构，由一个主程序和多个子程序组成。
6 结束语
本文从工程应用实际出发，基于组态软件开发平台，采用常用PLC作为控制器，实现了对大时滞、非线性、强干扰污水处理中和过程控制。实际运行表明：该系统具有控制精度高、运行可靠、操作简单、抗干扰和适应能力强等特点，完全可以满足污水中PH值控制工艺需要。创新点：采用了组态软件和PLC结合来对废酸水PH值处理，系统简单、可靠。3.1 PLC介绍
3.1.1 PLC工作原理
PLC工作方式又扫描方式和中断方式，所谓扫描方式是周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期，其扫描的工作过程如下：
（1）读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
（2）执行逻辑控制程序：执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。
（3）处理通讯请求：即执行通讯任务。
（4）执行CPU自诊断：检测固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
（5）写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
中断方式是指当中断事件发生时则立即执行一次相应的中断服务程序，不受扫描周期的影响，响应速度快，从而进一步tigao了PLC控制的可靠性。中断事件不发生时，不扫描中断服务程序，这样可以节约扫描时间，减少扫描周期。
3.1.2 PLC特点
（1）PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，可靠性好。PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和消除了干扰。
（2）扩展性和柔性好，且可移植性好，在不改变硬件的情况下，只改变软件的程序就可以实现不同的功能。
（3）编程语言丰富，可以采用不同语言编写程序，? LM系列PLC支持6种编程语言，包括：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）和连续功能图（SFC）。给编写程序带来很大方便。
3.2 监控系统方案
监控系统要实现功能主要是：（1）控制参数的设置；（2） 状态和数据显示；（3） 液压板料折弯机控制。本系统采用主、从站方式，通过MODBUS标准协议实现该监控系统的通讯功能，其中主站选用和利时触摸屏。考虑到控制系统的安全性和抗干扰性要求，结合PLC的特点，该系统控制部分采用PLC控制。从站选用LM系列PLC。其结构图如图4所示。
3.3 控制系统硬件
3.3.1 PLC选型
本系统采用 LM系列专用高速运动控制模块LM3106A控制。LM3106A是专为实现高速运动控制而设计的模块，主要用于实现步进或伺服电机的定位控制。
LM3106A本体集成14通道24VDC输入， 10通道晶体管输出，其输出有2个公共端， 输出通道采用5-24VDC驱动电源供电，具有两路高速输出，可做PWM(100KHz)或PTO(50KHz)使用，另外，还可以通过RS-232通讯口与和利时触摸屏进行通讯。
表1为控制系统的I/O配置。
表1 系统I/O分配表
3.3.2 驱动电机选型
液压板料折弯机驱动部件主要包括挡料伺服电机、角度伺服电机和竖直液压气动装置。
伺服电机及驱动器均采用和利时公司的产品，其中“蜂鸟（Hummer）”系列低压无刷伺服电机驱动器是北京和利时电机公司新推出的适合低压直流供电的、小体积、高性能全数字伺服驱动器。硬件上采用32位高速RISC专用控制芯片,高效功率变换技术，以及创新编码器反馈技术；软件上采用先进的电机控制策略，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制；驱动器嵌入了运动控制功能，通过通讯接口即可完成如多段点到点、直线插补、圆弧插补等功能。挡料和折弯角度分别采用伺服电机进行定位，达到了jingque定位和角度调整，保证了设备控制要求及运行效果。
往复下压折弯动作由油泵和气动装置完成，通过PLC控制电磁阀的得、失电进行。
3.3.3 监控部分
上位监控部份由一台和利时触摸屏，配以监控软件来完成，触摸屏上可以进行动作操作，运行参数设定，工作状态选择以及显示PLC的输入输出点工作状态。图5和图6为触摸屏部分监控画面。
图5 角度定位画面
图6 工步运行画面
4 液压板料折弯机特点
液压板料折弯机适用于大型钢结构件，铁塔、路灯杆、高灯杆、汽车大梁、汽车车货箱等相关行业。基于和利时公司PLC和伺服自动控制系统的液压板料折弯机有以下特点：
(1)采用电液伺服全闭环控制系统，折弯精度、重复定位精度达到很高的水准。
(2)直接进行角度编程，具有角度补偿功能。
(3)每步程序可设定板料折弯位置（后档料X，相当于伺服的位置）、凸模具下压位置（Y值，相当于凸模具下降的距离）、折弯次数、保压时间4个参数。
(4)具有多工步编程功能，可实现多自动运行，每一步执行完后，触摸屏都要自动把下一步参数输入PLC和伺服，实现多工步零件一次性加工，tigao生产效率。
该系统已投入生产使用，运行稳定可靠，控制精度高，维护使用方便，受到用户青睐。
