西门子6ES7231-7PB22-0XA8技术介绍
一、设备概述
随着我国城市化水平的tigao，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。
为解决此类问题，当前均采用先进的全自动无负压供水设备，此供水设备可直接与自来水管网串接，通过负压消除器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此设备充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前先进新的二次供水方式。
二、设备应用范围
1、liuliang范围：1.5-1600吨/小时；
2、扬程范围：21.6-225米;
3、稳流罐：0.5立方-50立方；
4、压力范围 0 ～ 2.5MPA
5、压力调节精度：±兆帕；
6、环境温度：0-40℃.
7、相对湿度 90 % 以下（电控部分）
8、电源 380v(1 ± 10 % ) ；50HZ ± 2HZ
9、控制方式 单台，恒压
三、设备方案：
本设备主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。
1、在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生EC20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如下：
2、EC20控制器通过COM0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过EMERSON PROTOCOL 协议与可编程通讯，控制器为从站，通过MODBUS协议通讯。通过COM1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。
3、通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、PID数值、切换时间、 延时时间、超压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、 设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态 和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。
同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。
四、 控制部分：
1、本设备具有手动和自动两种控制方式。
2、在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。
3、PID调节：PID闭环调节实现水泵恒压运行。采用EC20的PID指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力低于用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。
4、零liuliang停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水直供，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果极其显著，可达20％- 70％以上。
五、PLC程序要点
1、压力调节：通过CONTROLSTAR编程软件中PID指令向导，自动生成PID_SET和PID_EXE 2个子程序，其中PID_SET是参数设置程序，PID_EXE是PID调用，见下图：
2、变频器控制
CONTROLSTAR编程软件有专门的变频器指令，可实现EC20和艾默生变频器的无缝连接。
2.1 通过系统块界面设置EC20的通讯端口1的自由口协议参数，
包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位、帧间超时时间等。用户不需要复杂的编程。
2.2 通过“变频器连接表”可方便列出挂在端口1网络上的变频器设备。包括站号、型号、协议等。
2.3 通过集成在CONTROLSTAR编程软件中的专用变频器指令,包括FRQ(给定频率)、FWD(正转)、GET(读变频器频率、电流、转速)、REV(反转)、STP(停止)，可以方便实现变频器的启停、读写频率
六、总结：
在本案例中，我们采用艾默生高性能变频器以及先进的可编程控制器，满足了用户在无负压供水中的应用。
1、智能化程度高 微机控制全自动运行，性能稳定可靠，泵房可实现无人职守。
2、恒压：PLC的PID闭环调节，恒压精度高，将水泵的运行严格遵照高效曲线执行，从而使得系统在接近理想状态下工作，压力输出值精度有效保证在±兆帕范围内。在水压波动下，具有过载、短路、过流等各种自动、保护功能。
3、节能 变频器的零liuliang停机功能，使设备在管网压力达到设定值后，停机，处于休眠状态，待压力不足时，重新启动。真正实现节能功能。
4、良好的通讯方式，方便用户远距离监控、监测及控制设备和变频器等。同时利用通讯功能，不需再使用模拟量模块，安装维护方便，进一步节约成本。
由于国家对环保的日益重视，对企业达标排放监管力度的加强，从而促进了工业烟气采用湿式脱硫技术的广泛应用。而湿式脱硫的原料是石灰石粉，因此对石灰石粉的品质和产量要求越来越高，这样就需要具有先进水平、可靠性高的控制系统。
当前的可编程序控制器（PLC），是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为控制系统中应用广泛的核心位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，扩容方便。
1石灰石粉磨工艺简介
石灰石粉磨是制备石灰石粉保证石灰石粉品质为关键的工艺设备。它由磨辊、磨盘、减速机、选粉机、主电机、辅传电机、密封风机、张紧结构、液压润滑站、冷却水组成。
整个生产过程中包括各关键点的数据采集和记录、工艺流程的切换、冷却水泵的切换控制、选粉机的转速控制、液压润滑站的压力控制、石灰石粉磨内的温度、差压及料位控制、生产设备运行状态的监控等，如此多的设备和复杂的工艺运行操作，需要复杂的自动化控制。如下图：（目前#1线已投入生产，#2线正在筹备中）
2石灰石粉磨生产监控系统的运行环境
（1） 在该生产过程中，有大量的物理量，如温度、压力、料位、liuliang等模拟量参数，需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。
（2） 整个生产过程的模拟量自动控制和故障诊断。
（3） 整个流程的顺序控制和实时报警、联锁保护停机。
3控制系统结构
石灰石粉磨的控制系统采用Modicon公司生产的Quantum系列可编程序控制器。该系统由4台工业PC机与PLC通过网络交换机（冗余配置）构成物理结构为10BASE-T的局域网，工业PC机与PLC之间通过以太网进行数据通讯，数据传输率为10Mbp/s。整个控制系统由主系统和扩展系统组成，负责与现场测量和控制部分之间的数据传输，肩负着全部生产运行工艺、流程的逻辑控制、报警、联锁等。4台工业PC机均运行bbbbbbs2000 Professional操作平台，分为两台上位机操作员站，运行ifix3.5组态软件,实现监视、操作、报表打印、事故分析等功能；另外一台为工程师站，运行Quantum系列的Concept2.6组态软件，实现逻辑控制、逻辑与参数的修改、在线监视等功能；还有一台为通讯接口站，通过485电缆完成与6Kv高压综合保护的数据传输。配置结构采用双以太网的形式，保证了自动化控制系统运行的连续性，tigao了设备运行的可靠性，保证了安全生产。其系统配置如下图所示。
4硬件配置
（1）为了满足工艺过程的控制要求，控制中心采用了研华的工业控制计算机，其配置为：
CPU Inbbb PⅣ2.4GB,内存256MB,硬盘80GB,软驱3.5in，光驱52X，彩显PHILIPS 21纯平，101键盘+光电鼠标。
（2）Modicon Quantum系列CPU-434-12
（3）Modicon Quantum系列8通道模拟量输入模块11块（包括热偶、热电阻）
（4）Modicon Quantum系列8通道模拟量输出模块2块
（5）Modicon Quantum系列32通道数字量输入模块7块
（6）Modicon Quantum系列32通道数字量输出模块3块
（7）Modicon Quantum系列以太网通讯模块2块
（8）Modicon Quantum系列远程I/0通讯模块3块（主1，从2）
（9）Modicon Quantum系列电源模块6块
组态的主要工作是完成硬件型号参数设置、I/O地址的分配、传输方式等。使用Modicon Quantum系列PLC的专用编程软件Concept2.6进行组态。具体过程是：打开Concept2.6→File→New project，双击PLC Selection选CPU型号→OK，双击Config Extensions→双击Select Extensisns→双击Select Extensisns，在出现的对话框TCP/IP处选择以太网网络数目→OK。双击I/O Map，点击Head setup按钮→选择RIO数，这个数为主I/O通讯模块在主站背板所占用的槽号（从I/O通讯模块在扩展柜中根据自己的意愿随意放置）→OK。
一般情况下，1和16槽放置电源模块
2槽放置CPU模块
3槽防止主I/O通讯模块
4和5槽放置冗余的以太网通讯模块
6至15槽放置I/O模块。
硬件组态图如下：
5软件组态
在该系统中，上位机采用ifix3.5组态软件，下位机采用Modicon Quantum系列的Concept2.6编程软件。
1、 人机界面组态
（1） 工艺流程图：该画面通过编程实现动态模拟显示整个石灰石粉制备的过程——从上料、进磨到出粉再到仓储。实现整个生产过程中各个运行设备的程控启停以及各个运行设备的单体操作，并对故障进行实时诊断。
（2） 系统操作功能：它有自动和手动两种工作方式，正常运行时采用自动方式，故障和调试时采用手动方式。它由PID控制回路实现对一些重要的模拟量数据的jingque控制，以达到期望值。
（3） 报警记录：实时地发出所有发生故障的参数的声光报警，提醒值班人员采取相应的措施。
（4） 实时曲线：在线监视所有重要参数的实时变化，以便提前采取维持正常参数的措施和手段。
（5） 历史曲线：检查过去的数据记录，以便发生故障时，分析出故障原因。
（6） 报表打印：按不同的时间段实现统计与计量。
2、 PLC控制程序设计
PLC采用Modicon Quantum系列
Concept2.6编程软件。Concept适用与所有的bbbbbbs操作系统，强大的梯形图面向用户，其电路图符号和表达式与继电器电路原理图非常接近，控制过程形象、直观、易于掌握、易于修改。有实用的功能块和在线仿真功能，并且不需要停止CPU运行，就可以下载修改的配置与逻辑。丰富的功能可以满足系统的各种要求。下图是冷却水泵的启动/停止逻辑：
冷却水系统由两台冷却水泵及冷却水泵出口电动门组成。两台冷却水泵一用一备，当启动其中的一台冷却水泵后，必须投入另一台冷却水泵备用，以保证这台冷却水泵故障停泵时另一台冷却水泵自启，也就保证了冷却水系统的正常运行，进而保证了石灰石粉磨系统的安全、可靠、稳定的运行。冷却水泵与冷却水泵出口电动门之间联锁，冷却水泵出口电动门在关闭位置才允许启动冷却水泵。在联锁解除时，可以单体操作冷却水泵，实现冷却水泵的检修调试。
6系统通讯功能
Modicon Quantum系列PLC可编程序控制器利用其先进灵活的通信方式，方便地组成了PLC处理器与就地控制柜、远程控制柜、计算机工作站及其电子设备之间的通讯，其通讯方式是多渠道、多方式的。
7结束语
本控制系统功能全面，可靠性高，操作简单实用，tigao了劳动生产率，避免了由于操作人员操作失误而造成的事故，改善了现场操作人员的劳动条件，对tigao石灰石粉磨管理水平，保证设备安全稳定运行起到了很好的促进作用。并已在生产上得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
