西门子6ES7211-0BA23-0XB0规格参数

引言

可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。

由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行的长周期连续性，使PLC在设计上有自己独特的特点：可靠性高，适应性广，具有通信功能，编程方便，结构模块化。

在现代集散控制系统中，PLC已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景极其广泛。

1.系统概况

大庆石化公司化工一厂火炬系统是在生产装置紧急停车的情况下，需要对紧急排放的气体进行燃烧的安全保护性装置，同时也用来燃烧生产过程中排放的有毒废气。

1.1工作过程

当燃气排放时，火炬总管内的liuliang信号升高到给定值时，系统认为有燃气向火炬排放，由PLC+PC计算机等组成的控制系统，控制高压发生器和调理器输出高电压，使高空点火器内的电梯发生装置产生面状电弧火源，并打开高压燃气电磁阀向高空点火器内喷入燃气，同时与空气混合被点燃，自高空点火器顶部喷出火焰，并引燃火炬顶部的排放燃气。

火炬点燃后，由火炬火焰遥测器探得火焰信号，反馈给控制系统，停止向高空点火器供给高压电和燃气，点火过程完成，系统处于监控状态。

当因某种原因，火炬自动熄灭，排放燃气依然存在时，系统将自动重新点火，以保证火炬点燃。当火炬点燃后，火炬顶部的消烟蒸汽也同时投用。系统将自动打开消烟蒸汽管道上的蒸汽控制阀，若火炬熄灭，系统会自动关闭蒸汽调节阀，接通氮气。火炬排放气如果停止排放，或排放很少，火炬可能熄灭，氮气将自动引入火炬筒内，火炬点燃时自动切断氮气。

2.控制系统配置流程图

控制系统的逻辑程序是按照自动点火系统的工艺特征、电发弧特性、燃气特性、安全要求、输入/输出参数等综合因素统筹考虑而设计的如图1所示。

3.硬件组成

3.1操作站硬件配置如图2。

*CPU 1G
*内存 256M
*硬盘 40G

3.2 PLC硬件配置

*CPU单元 C200HS-CPU21-E
*CPU底板 C200H-BC101-V2
*开关量输入单元C200H-ID212
*模拟输入单元C200H-AD002

图2 硬件配置图

*继电器输出单元C200H-OC225
*通讯接口 RS232

I/O点分配：

开关量输入：16路
开关量输出：16路
模拟量输入：隔离输入8路（可扩16路）
模拟量输出：8路

4.软件配置

*操作系统 bbbbbbs NT4.0
*系统软件 TAL-401.PLC
*应用软件 WINMAKER V4.01

4.1系统软件功能特点

TAL-401.PLC支持软件是基于bbbbbbs3.1/95，支持梯形图和助记符的编程工具，它充分利用bbbbbbs GUI 功能，大量使用通俗易懂的显示，更有效的剪贴操作和鼠标操作。

PLC面向现场的模拟量输入输出设备和各种开关量的输入输出设备，实现数据的采集、运算及各种逻辑动作的实时控制。

PLC在脱离PC机的情况下依然能够正常运转进行实时控制，一些运行结果、特征标记、采集的数据值和运算结果都存入PLC相应的存储单元，等待PC机取出。

PLC接受PC机的命令，通过计算机实施点火操作。

软件特点：

－在线状态中可以编写程序。
－对应于丰富的SYSMAC 机器：适用于SYSMAC C系列到CVM1/CV 系列的机器。
－可以读出并编写用欧姆龙DOS版支持软件（CV支持软件、SYSMAC 支持软件等）编写的程序。
－在多重窗口下可同时编写多个程序，由此可以高效地编写程序。
－可以进行指令、I/O名称、I/O指令、行指令的部分查找，还可以查找、替换I/O编号、DM 等内容。

4.2应用软件WINMAKER V4.01

可实现如下功能：

-可以在WIN95；98；2000；NT平台上安装。
-面向PLC，具有很强的编辑功能。
-可以采集PLC中的数据，也可修改PLC中的内容。
-可以进行画面、曲线、显示点、报警、控制等功能的编辑。
-可以对各种给定参数进行修改。
-实现系统连接控制和程序控制之间的切换。
-按显示系统模拟流程画面。
-显示系统操作画面和参数调整画面。
-显示报警画面。
-显示数据报表画面
-打印显示画面、设置参数和报表等

5.系统实现的功能

5.1操作功能

1.动点火：实现半自动、全自动、硬手动点火的控制与显示。
2.停止点火：控制高压电相关设备和某些工艺参数的接通与断开。
3.试报警：实现点火失败的报警系统。
4.消报警：确认报警。
5.打印画面：打印各种即时报表，操作信息，历史曲线。

5.2显示功能

1、 显示流程图如图3。
2、 显示当前参数曲线。
3、 显示历史趋势。
4、 显示过程即时值。
5、 显示积算器记录。
6、 显示记录查询。

5.3门槛设置

1、 设定燃气排放压力启动点火门槛。
2、 设定火炬火焰，确定燃烧的门槛。
3、 设定高空点火器门槛。

5.4时间设定

1、 设定点火持续时间。
2、 设定送燃气时间。
3、 设定火焰确认时间。
4、 设定点火次数。
5、 设定超前送高压时间。
6、 设定再次点火间隔时间。

6.编程步骤

编制一个PC控制程序的基本步骤如下，如图4：

1、确定被控制系统必须做哪些事情及完成的顺序；

2、分配输入和输出设备到PC的I/O位。也就是决定哪些外部设备将发送信号到PC和哪些设备从PC接收信号；

3、使用继电器梯形符号，画出梯形图以描述所需操作规程的顺序和他们之间的内部关系；

4、如果用编程器，应把梯形图符号转换为记忆符指令代码，使程序逻辑能够被输入到CPU；

5、对程序的错误进行检查；

6、调整程序以纠正错误；

7、运行程序并测试执行中的错误；

8、再次调整程序以纠正错误。

7.投用效果

该PLC火炬自动点火系统自2005年6月投用以来，目前使用状况良好，运行稳定，可实现火炬在线自动点火，即在没有废气排放时熄灭火炬长明灯。该系统克服了人工点火、长明灯点火和一般电打火的缺陷，采用独特的电梯发弧方式和远距离遥测火炬火焰，以PLC+PC组成主控器，实现了火炬点火安全可靠，为我厂全面回收装置废气，彻底消灭火炬长明灯提供了安全可靠的保证。

水泥厂自动化技术的迅速发展，对水泥厂主要设备磨机的自控系统提出了更高要求，因此磨机自动控制系统的可靠性、安全性，不仅影响磨机自身的各个参数，而且还对上位机监控系统，整条生产线的产量产生重大影响。磨机系统由主辅传动电机、主减速机、进出料端轴承、筒体及对应各部分润滑系统组成。电控系统不仅要求对磨机各润滑站的油压、油温、油流、液位、主电机定子温度、轴承温度，主减速机油温、轴承温度、进出料端轴瓦温度进行监控，而且要对磨机起动装置——液体变阻器和动静压轴承系统进行智能化控制，需控制的开关量、模拟量达200余点（路），显然采用常规的继电器逻辑控制和仪表控制不能完全满足系统要求，且系统开关元件多，故障率高，而采用PLC可满足磨机系统要求。

1　PLC功能简介

本系统采用日本光阳公司SU－6B型PLC，模块化结构，其电源模块供电电压AC85～132V／170～264V，环境温度0～60℃，整机绝缘等级、耐压、耐震动、耐冲击性、抗干扰性等均适合工业现场的恶劣环境；程序语言为梯形图／级式并用，指令数191种，程序存储采用UVPROM和EEPROM存储器盒，输入输出可扩展大至512点，其中输人320点，输出320点，内部继电器1024个，定时器256个，计数器128个，还有许多特殊功能继电器，无论在硬件上、软件上均能满足磨机电控系统的要求。此外程序编制调试完毕以后，再输入密码，可对程序加密，防止非人员改动，保证系统可靠的运行。

2　液体变阻器的控制

磨机起动采用液体变阻器，控制系统硬件配置见图1。测量极板限位选用四个金属接近开关，型号SA－2105B－110V，测温元件选用WTZ－288双接点温度计，液位继电器选用UQK－02～110V，性能可靠的一次元件为程序的运行提供了可靠的保障。当系统液位、温度正常，且检测到主机运转信号后，液体变阻器极板开始下降，此时开始计时，若定时器时间到，而极板还未接触到下限位开关，因而转子接触器没有闭合，则说明系统异常，自动地发出系统异常信号，停止主电机。若在定时器设定的时间范围之内，变阻器极板下降到下限位，接近开关发出信号，则转子接触器合闸，将转子电阻切除，主电机正常运转。然后极板又自动地上升到上限位开关位置处停止，为下次起动做好准备。液体变阻器控制软件流程见图2。

图1　液体变阻器控制系统硬件配置图

1LS1极板上限开关；1LS2上极限开关；2LS1极板下限开关；2LS2下极限开关； GC1主电机定子合闸开关；ST液箱温度高；SL液箱温度低；GC2主电机转子短接开关； Q1极板电机控制开关；Q2液泵电机控制开关；1KM1控制极板上升接触器； 1KM2控制极板下降接触器；2KM1控制液泵电机运转接触器；KM3切除液体变阻器的接触器； KM4液体变阻器系统正常；H1极板上升或上限指示；H2极板下降或下限指示； H3液箱状态（包括液温、液位等）指示

图2　液体变阻器控制软件流程图

液体变阻器同频敏变阻器相比，由于液体变阻器属于无感电阻，且变化平滑，比其他变阻器波动小，因此功率因数高，可使电机的起动电流控制在1．3Ie以下，增大了起动转矩。当电网电压发生波动，低于额定电压时也能正常起动。但是若在起动过程中，上、下限位开关触点接触不良或在正常运转过程中转子短接接触器触头损坏不通，均会使液体变阻箱在极短时间内发生“开锅”现象，损坏其内部绝缘套筒及绝缘套管，使变阻器不能工作，严重时会使其机械传动机构也损坏。由于转子侧电流较大，这种故障发生时间即使很短，也会造成重大损失，且不易被操作监护人员发觉。通过温度检测，利用PLC丰富的软硬件资源进行优化设计，可对变阻器起到保护作用。

3　动静压轴承润滑控制系统

为了减少轴瓦磨损，tigao轴瓦寿命，大型磨机进出料端润滑系统均采用动静压控制。动压系统是保证轴瓦润滑；静压系统的作用是，当磨机起动前，中控系统发出静压系统起动信号I20＝1，根据转换开关的状态，相应的高压泵工作，若在设定的时间内压力达不到正常值，或此泵出现故障，备用泵立即投入运行，两泵互为备用工作方式，当压力达到正常值时，磨机筒体即被顶起，处于“悬浮”状态，大大减小了起动矩，此时并向系统发出允许主电机合闸信号，使磨机起动。当磨机故障或正常停机时，静压系统立即投入运转，使磨机在“悬浮”状态下平稳停机。 　　磨机静压控制系统硬件配置及软件控制流程与图1、2类同，在此不赘述。

4　结论

利用PLC将磨机的各个润滑系统、液体上阻器等检测点的温度、压力等信号分别送入PLC的A／D模块和DI模块，使整个系统减少了大量的内外部连线，省掉了许多常规元件，系统可靠性大大tigao，且操作简单，通过模拟盘可随时查找任何点的故障。这种系统已在苏州扬子水泥公司3台ф3．4m×7．5m＋1.8m烘干磨，4台ф3．5m×11m水泥磨，苏州天平集团2台ф3m×11m水泥磨中投入使用，在几年的运行中均没出现问题，大大地tigao了系统的自动化水平和设备的安全性。

一 系统介绍：

确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气liuliang等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有更重要的意义。

联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。

联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。

空压机联控系统图：

工控机选用研华工控机，监控软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。

1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制中心完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；

由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺

PLC控制部分是系统的核心部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。

就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。

一个正常的供气流程如下：

把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来必须是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序

空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。

程序的编写主体上分两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

（一）读取单片机的信息

根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。

在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所必须的标志位。

（二）向单片机中写入相关信息

整个写信息部分分下面三块：

a.逻辑判断运算部分

供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。

按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。

为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。

由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：

1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）

2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）

没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）

对故障分类的控制策略是很有价值的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。

b.数据帧结构部分

在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。

c.Modbus通讯指令发送部分

指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。

客户还要求机组顺序可以任意打乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把机器号放到依照固定顺序排列的机器号寄存器里面去，打乱这些机器号寄存器里面存放着的机器号的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组机器号寄存器的后面机器号寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退先进。

四 总结

空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了更多的能源，tigao了监控系统的全面有效性，真正实现了无人自动化操作。