西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8货期较快

　一、 前言

　　重磅织机是剑杆织机一种，它和一般织机的区别主要在于：

　　1、 它的剑杆不是一般的绕性剑杆，它是刚性剑杆！它的这种特点会使它能完成一般织机无法做的事，即重磅织机能织玻璃纤纬产品！正是因为这点，该终客户选用我们济南这家织机厂织机！

　　2、 它的织物一般可以是牛仔布等重、厚织物，一般织机不能实现！

　　三经轴重磅织机是该客户在他原有一般重磅织机的基础上添加了两个天经轴、一个大卷装，添加的原因在于客户需求双层布织物，添加的两个经轴就是用来实现该功能！

　　到目前为止，该织机国内很少，甚至没有！所以不论从织机机械、电气配置、织物结构、工艺都是在探索，所以对此我们化了比较长的探索，由于国内没有此整机样机，电气配置、软件编程、电路设计都没有参考对象！该系统电气配置是我们在和客户多次交流、现场调研而形成的!

　　到现在为止，织物虽然不是很理想，但是从电气配置方面，我认为已成功告捷！所以我将和大家一道来分享该项目案例！


　　二、 系统构成

　　该电气系统主要分两部分，即主控部分、三经轴电控部分。主控部分由机械厂家制作，它主要实现对主轴控制，包括：点动、开车、经停、纬停等功能！它是由单片机+LCD完成！另一部分即是三经轴控制部分，它是重要部分，因为它的好坏直接影响织物是否合格、改项目是否成功！

　　三经轴部分主要采用DELTA A型7.5人机界面、EH型20点可编程控制器（晶体管输出）、三台0.75KW A型交流伺服驱动器、一个360线增量型编码器组成！其中以可编程控制器为CPU；以人机界面为参数设定接口界面；采用MODBUS协议对大卷装通讯控制；对两天经采用高速脉冲控制！具体系统构成如下：

　　1、 硬件系统：

　　A、三经轴电气配置：

　　编号　　　　名称　　　　　　　型号　　　　数量
　　　1　　　人机界面　　　　　DOP-A75CSTD　　　1
　　　2　　　可编程控制器　　　DVP20EH00T　　　1
　　　3　　　交流伺服驱动器　　ASD-A0721LA　　　3
　　　4　　　交流伺服马达　　　ASMT07L250AK　　3
　　　5　　　编码器　　　　　　　　　　　　　　1


　　B、可编程控制器DI/DO口定义：

　　　编号　　　　序号　　　　定义
　　　　1 　　　　　X0 　
　　　　2　　　　　X1　　　　编码器Z相脉冲
　　　　3 　　　　　X2 　
　　　　4 　　　　　X3　　　　启动
　　　　5 　　　　　X4　　　　正转
　　　　6 　　　　　X5　　　　反转
　　　　7 　　　　　X6　　　　紧经1轴
　　　　8 　　　　　X7　　　　松经1轴
　　　　9 　　　　　X10　　　　紧经2轴
　　　　10　　　　X11　　　　松经2轴
　　　　11　　　　X12　　　　大卷装正转
　　　　12　　　　X13　　　　大卷装反转



　　　　编号　　　序号　　　　　定义
　　　　　1　　　　Y0　　　　1轴速度脉冲
　　　　　2　　　　Y1　　　　1轴方向
　　　　　3　　　　Y2　　　　2轴速度脉冲
　　　　　4　　　　Y3　　　　2轴方向
　　　　　5　　　　Y4　　　　三轴使能
　　　　　6　　　　Y5　　　　大卷装正转输出
　　　　　7　　　　Y6　　　　大卷装反转输出
　　　　　8　　　　Y7 　

　　C、系统构架：

　　说明：　　

　　（1）三伺服分别控制1、2天经、大卷装设备
　　（2）1、2伺服采用pt模式脉冲控制；大卷装伺服采用DELTA MODBUS RTU通讯控制（PLC为MASTER、大卷装伺服为SLAVER!
　　(3)编码器装在主轴上，用来测试角度！
　　（4）DVP20EH00T可编程控制器带有两路200KHZ脉冲输出端

　　2、 软件系统：

　　软件编程是在电气系统配置情况下，结合工艺要求编写而成！它包括人机界面程序、可编程控制器程序！具体结构如下：

　　A、整体构架：

　　说明：
　　　　（1） 主程序部分用来处理逻辑工艺、输入、输出处理！
　　　　（2） 1、2子程序用来对1、2经轴速度设定！
　　　　（3） 中断用来处理高速脉冲输入Z相处理！





　　B、人机部分界面：

　　说明：
　　　　（1） 该画面上部分用来处理送经角度、编码器角度、步骤设定
　　　　（2） 下部分画面主要用来设定1、2天经轴的每步骤速度大小！
　　　　（3） PLC以总步骤数来对1、2经轴速度轮流控制！

　　说明：
　　　　（1） 该画面主要用来显示1、2经轴30段设定对应速度大小！

　　说明：
　　　　（1） 该画面主要处理点动1、2经轴、大卷装速度！


　　三、 工艺特点

　　该织机的工艺是根据织物工艺来决定的。它分四部分：

　　1、 双经轴同步：

　　在启动、停车、运行过程中两轴要求同步运行，如果不同步那会出现织物布面有痕，即不平！同时每步骤都要有相应速度/转度！

　　2、 双层布结构：

　　织物是玻璃纤纬材料，在形成双层布过程中有两个方式，即8字形、X形！两种形式的布面对电气工艺，即PLC编程思路产生很大的区别，在这里，它主要是8字形工艺！

　　3、 打纬角度与送经时间：

　　主轴360度，打纬是存在一定角度的，它根据不同织机在实际调试中是不同的，一般在100~350度左右！亦就是说，在0~360度之间，我双天经轴送经量、送经时间要和打纬同步，这点很重要！在其他角度，两经轴速度可为0转速或其他！

　　4、 多臂机步骤与送经量：

　　多臂机有机械/电气两种控制方式，不论如何，多臂机的工艺对我送经量大小、布面结构有很大的直接关系！本系统它是机械控制，即多臂纸孔决定多臂机工作（综框工作）！它的全部骤为30步！每步送经电机有相应速度对应！编码器来计算其运转步骤！


　　四、 调试及结论

　　本系统应该说，由于种种原因，从开始方案讨论、设计、修改、讨论、现场调试一共经过一年多！现整理调试过程中有关事宜：

　　　　1、 伺服设置：伺服控制方式、增益、电子齿轮比、加、减速等参数！
　　　　2、 通讯设置：PLC、大卷装伺服通讯格式
　　　　3、 电气原点/机械原点设置：
　　此点很重要，因为它直接关系到打纬/综框、两天经轴伺服同步问题！所以通过点动要实现两原点统一！

伺服驱动器也是一种强大的干扰源。

伺服驱动器与原理相似，它干扰其它设备的性质与变频器一样。

虽然伺服驱动器做抗干扰处理了，但是它与变频器一样存在很大的干扰。

我们在进行伺服控制系统时要连接输入电抗器，滤波器。而输出电抗器不是必须的，西门子对具体哪一种伺服系统的接地、防干扰措施都进行了具体详细的说明。

输入电抗器，滤波器它们在系统中的作用，都是为了防止电磁干扰、尖峰波对系统造成影响，并且又要防止伺服系统对工频电网的冲击，保护电网的安全性与稳定性，

注意，在具体接线时，电抗器，滤波器的连接顺序。

如图示 _电源接线图

Simatic PCS7系统是西门子公司二十世纪九十年代开始推出的应用于中大型生产过程控制领域的功能丰富的新型集散控制系统；它采用现场总线技术，是全集成的过程自动化控制系统。

　　Simatic PSC7系统具有独特的开放式平台，结合了DCS和 PLC 的优点，将两者的功能紧密地结合在一起；Simatic PCS7系统采用了统一的软件开发环境，控制层和操作层实现统一的变量管理，大大节省了程序员建构变量的时间；Simatic PCS7系统使用工艺分级（TH）配置，使用户可以按照工厂的工艺分工进行组态，分为系统级（如车间）、子系统级（如工段）、设备级、仪表控制回路等级别。

　　该系统的先进实用性集中体现在以下几点：先进的控制技术（现场总线技术）、实用安全的系统配置（冗余电源及冗余操作站及冗余控制器）、友好的人机界面（直观、规范和契合运行习惯）、支持多种通讯协议如Profitbus，MPI，Industrial以太网等。

一：工艺情况概述

　　沈阳经济技术开发区热电厂新建工程，配置2台75t/h循环流化床锅炉，1台12MW抽汽式汽轮发电机组，3台锅炉给水泵, 2套除氧器和1套减温减压器。本次控制系统设计范围包括以上工艺系统的热工监控系统。

　　根据循环硫化床锅炉对于一次风机，引风机，二次风机，给煤机及给水泵的要求较高的特点，故锅炉系统根据实际需要引入了许多连锁控制方案，有引风机连锁，一次风机连锁，给煤机连锁，给水泵互动连锁。由于引风机的特殊重要性，又引入了压力高高限和液位低低限连锁。

　　在本系统中，具体的各种信号类型如下：

二：系统控制方案

　　3.1系统构成

　　由于设计是基于两炉一机考虑的，两炉一机大概有 800 多点，故本系统采用了西门子公司的性能非常可靠的 CPU417-4 H 作为中央控制器，基于安全生产的考虑，是双机冗余控制，双处理器之间通过光纤环网进行通讯，当主CPU故障时，从处理器直接接管其一切工作。电源也采用冗余配置，当一个电源模块故障时，由于另一个电源的存在，并不影响CPU正常的工作。

　　系统的各个分布式控制站双 IM153-2 的冗余控制，每对 IM153-2 多可以接八个输入／输出模块，通过输入／输出模块采集数据，将采集的数据送到分布式输入／输出站，再送至中央控制站进行处理，处理器决定该数据需进行什么样的处理，进行显示,或者输出相应的控制信号，再按照刚才的路径返回至输入／输出模块，这样就实现了数据的采集，处理和交换；中央控制站与各分布式控制站之间通过 ProfiBus-DP 网进行通讯。其中1-4 号分布式输入／输出站为模拟量，5-6 号分布式输入／输出站为开关量。

　　系统配置了两台操作站，中央控制站与操作站之间通过工业以太网进行通讯，而操作站之间通过 100Mbps的交换机进行通讯。PCS7 系统中的工程师站和操作员站之间是通过授权的不同来区分的，在同一台机器上，通过用户和密码的不同可以实现不同的操作和控制。

　　具体的硬件结构配置如下图所示：

　　3.2系统的典型控制策略

　　该系统共有除氧器压力控制，除氧器液位控制，减温减压器压力控制，减温减压器温度控制，给煤机转速控制，风机挡板开度控制，前减温温度控制，后减温温度串级控制以及汽包水位三冲量控制等控制方案。

　　该系统中典型的控制策略有单回路PID控制，串级PID控制以及三冲量控制。
我们在设计汽包水位三冲量控制策略时，将汽包水位作为主控制回路，主给水流量作为副控制回路，主蒸汽流量作为前馈量；对于后减温温度串级控制，我们将主蒸汽温度作为主回路，将后减温集箱温度作为副回路。

　　3.3系统的连锁策略

　　出于安全生产的考虑，本系统中纳入了许多连锁方案，共有如下几种：

　　1．引风机连锁
　　连锁状态下，当引风机未运行时，不允许启动一次风机，二次风机和给煤机；引风机故障时，一次风机，二次风机，给煤机均应停止运行；当汽包压力高于给定值或汽包水位低于给定值时，引风机应停止运行。

　　2．一次风机连锁
　　连锁状态下，一次风机未运行时，不允许启动二次风机和给煤机；一次风机故障时，二次风机和给煤机均应停止运行。二次风机故障时，引风机，二次风机和给煤机均正常运行，并不连锁停车。

　　3．给煤机连锁
　　连锁状态下，给煤机故障时一次风机，二次风机和引风机均停止运行。

　　4．给水泵连锁
　　两台给水泵为一用一备的配置，即将一台给水泵投入运行后，如果另一台给水泵投入连锁，当台给水泵停止运行后第二台给水泵自动投入运行，当第二台给水泵停止运行后如果台给水泵已投入连锁，则台给水泵自动运行，如果此时台给水泵未投入连锁，则台给水泵并不自动运行。要想将两台给水泵全部停止必须将连锁全部摘除。
　　二期工程时，将使用三台给水泵，其逻辑连锁为两用一备。

　　5．自动开停车系统
　　自动开停车系统的设计给用户提供了一些接口，比如可以输入延迟时间等。

　　3.4系统的其他功能

　　PCS7系统除了具有其他如横河公司CS1000系统，罗斯蒙特公司的Provox系统等DCS系统所具有的各种通用功能外，还具有自己的特点。

　　PCS7系统在报警记录的处理上有其独到的特点，它将报警信息分为多种，有incoming alarm list, outgoing alarm list, operation list, acknowledged alarm list, process alarms, journal list以及AlarmOneLine等。对于用户进行PID控制的设定值改变，开关阀门等操作，都自动给以记录，前提是进行了PID模板的组态之后。我们编程时基于这些考虑，在CFC中填写报警信息时，注意将报警信息分类；同时，我们将电动门，风机，泵类的启停操作也都记录下来，以便分析事故原因时有章可循。

　　PCS7系统支持在线趋势记录的组态，操作员或者工程师可以任意选择想查看的工艺点的趋势曲线，任意选择时间范围，并可以将该曲线打印出来，这大大方便了操作员的操作和热工人员的维护。

　　PCS7系统可以很方便的调用每一个工艺点，查看其相关的各种信息如该点的量程上下限、报警上下限等；还可以很方便的调用每一个PID控制模板，查看每一个PID控制的PID参数，控制作用输出，相关的趋势信息和报警信息等。

三：编程总结：

　　与以前的西门子公司的Step7不同的是，PCS7系统对于大多数的软件编程均应用CFC进行编程，而并不是利用梯形图或者语句表编程，对于利用CFC编程不太方便的地方，可以利用梯形图或者语句表实现，然后将其作为一个FB或者FC嵌入到CFC中。PCS7系统在执行程序时，将CFC先全部编译成SCL语言，再执行。

　　由于锅炉系统中涉及到顺序控制的地方并不多，而且都是比较简单的顺控，利用CFC完全可以实现，而且比较快捷，所以并没有用到SFC。

　　但是就我们使用的经验来看，SFC和CFC还是各有优点的，两者可以形成互补。对于牵涉到顺序控制比较多的地方，可以使用SFC，当然SFC所能实现的功能利用CFC完全可以实现，而CFC可以实现的功能SFC未必能实现，所以笔者认为还是CFC使用的更为普遍些。

　　我们认为PCS7系统对于OB块的分类也比以前的系统更加科学，它提供了多种循环扫描块，根据实际的需要，我们使用了OB32和OB35两种循环扫描块，对于不同的工作使用不同的扫描时间，而不再是将大多数程序都放在OB1中；而且，更加特殊的需要，PCS7系统提出了部分过程映象区的概念。

　　PCS7系统在操作层上方便的地方之一就是，它通过Transfer可以将控制层的变量传递到操作层上，而且用户可以自由选择传递哪些变量，这节省了用户建变量的时间，而且不容易出错；方便地方之二就是，通过Transfer可以将在CFC中填写的报警信息无一例外的送到操作层来，也就是说，PCS7系统对于报警的管理是统一的管理；方便地方之三是，它通过Transfer可以为用户提供非常友好的操作界面，避免了在WinCC以前的版本中需要用户自己管理操作界面变换的烦恼。

五：结束语

　　本次设计时，由于工期非常紧张，从组态到调试仅有两个多月的时间，设计院给的许多资料不全，而且没有提供控制方案的图纸，一些设计完全是凭借经验，这些都给我们的工作带来了很多困难。但是在自身的努力和相关人员的配合下，我们的工作顺利的完成了，并且顺利地通过了调试。

　　本系统自从2003年1月上旬投入使用后，经过两个月的运行后，非常平稳，从没有因为DCS系统的原因造成任何事故。目前工艺运行也趋于平稳，一些自动控制也已投入使用，反映良好。当然由于工艺条件尚不完全具备，有些自动系统还没有投入使用。但是我们相信随着时间的推移，工艺条件日趋完善，操作人员对于锅炉的脾气也日趋了解，这些自动系统都一定可以投入使用。