西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0全年质保

5.3.1 运行：当超滤水箱水位高于低液位，阻垢剂计量泵自动位，还原剂计量泵自动位，超滤/反渗透冲洗泵选择开关自动位，反渗透水箱的水位低于70%时，反渗透装置自动投用。

5.3.2备用：当反渗透水箱的水位达到高液位，或者超滤水箱的水位低于低液位时，反渗透装置自动退出到备用状态，同时停高压泵
5.3.3反洗：当系统停运后，并且超滤不在反冲时，超滤/反渗透反洗泵自动开启，开启浓水阀，开始反洗。5.4电动阀的控制：
      生水箱进水阀、蒸汽切断阀是电动开关阀，控制方式分为机旁和远程控制两种方式：机旁控制是利用选择机旁的启动或停止按钮，通过PLC发出启动或停止信号；远程控制是操作人员在监控室根据画面上的启动或停止按钮进行点击操作。

6 .关键控制技术方案的实现
6.1变频调速控制：
      变频调速控制技术（variable velocity variable frequency control technology）基本原理是根据电机转速与变频器输入频率成正比的关系：n=60f(1-S)/p (式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数)；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
      在对生水泵、反渗透水泵和除盐水泵的变频控制中，实现了对出口压力的过程单回路控制，能及时控制参数偏差，确保生产工艺设备稳定运行。

PID逻辑控制示意图如下：

采用变频调速技术后，变频器具有手动/自动转换功能，可根据实际生产进行转速的变化。同时，电机水泵的转速普遍下降，减少了轴承的磨损和发热，延长水泵的使用寿命，降低了设备维修费用。

6.2 雷达式液位检测控制：

现场水箱采用VEGAPULS雷达式液位计，主要对生水箱、超滤水箱、反渗透水箱和除盐水箱进行液位测量。液位计采用脉冲微波技术，可以在极短时间内对水箱内的液位进行jingque测量和控制。控制流程图为：

      雷达液位计采用一体化设计，在测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点。采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。测量范围大，大的测量范围可达0~35m，可用于高温、高压的液位测量。参数设定方便，可用液位计上的简易操作键进行设定，也可用HART协议的手操器或装有VEGA Visual Operating软件的 PC机在远程或直接接在液位计的通信端进行设定，十分方便。

6.3 反渗透水处理自动控制：
      反渗透水处理自动控制技术是一种高科技的水处理技术，在运行过程中实现自动运行和手动操作无扰动切换。系统引入控制脉冲数偏移量函数的多级模糊控制算法克服了普通模糊控制器连续变量模糊化为有限的离散值所造成的精度低的问题。加入后对清除稳态误差与稳态震颤现象的效果明显；加上多级自修正量化因子和比例因子，可明显提高系统快速性，且系数修改无复杂运算，便于在PLC上实现。

控制原理图见图11：

6.4 水质在线检测技术
      水的污泥指数测定是一个非常有效的水质在线检测技术，通过测定原水，多介质过滤、活性碳过滤前后，离子交换前后等取样点的SDI及FI值，可以有效的监控水处理系统运行，可以判断各个工艺步骤是否正常。SDI值越低，水质越干净.进水水质、水量时刻在变化，是一个复杂的、大滞后多变量参数的动态非线性系统。机理复杂，难于建模。采用RBF人工神经网络技术可以较好的实现在线实时地监测进水水质参数,RBF是三层结构：输入层、隐含层和单数输出层。控制原理图见图12。在除盐水处理过程中，测量进水淤积指数SDI是重要的水质处理参数，输出层选SDI参数，输入量个数要与SDI输出有密切相关的参数变量，如PH值、电导率、碱度、反应时间，进水流量等,采用RBF神经网络的软测量技术，在实际应用中计算速度快，能够在线查看，更好的达到实时检测的目的。

7结论
      除盐水项目于2006年底改造，通过过滤器、反渗透装置及阴阳离子器等阶段的调试，于2007年3月正式投入运行。运行后效果良好，目前生产稳定，日产合格水多可达2000吨，完全达到了预期的设计要求和生产目标。实践表明，该监控系统的投运，有效地提高了除盐水站的生产水平及供水机组的自保护功能，自动化控制程度的大大提高，也使得生产操作更加简便，工人劳动强度小，基本无环境污染和出水水质稳定，在降低能耗、高产稳产、安全生产、保护环境等方面发挥了重要作用。
      西门子S7-400自控系统的使用，极大地提高了全站的自动化水平，为该站的控制设备并入区域网络控制系统，实现生产管理的远程监控做好了有利准备。

1 引言
     冶金工业是自动化技术和信息技术应用十分广泛的领域，同时由于冶金工业生产现场环境恶劣，具有高温、电磁噪音强烈、多尘的特点，因此冶金行业对其控制系统要求较高。随着现代控制技术和计算机技术的发展，PLC以其可靠方便，编程简单，控制灵活等特点在冶金工业中得到了极为广泛的应用。现代3C（computer control communication）技术的迅速发展，使得现代化的自动化控制的系统结构发生了变革，逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的信息控制系统。现场总线技术正是这次技术变革的产物。它使现场各仪表及各控制设备之间构成了网络互连系统，突破了原先一台装置控制一台控制器的模式，实现了工业控制系统的分散化、网络化、智能化和数字化。PROFIBUS是德国西门子公司提出的一个高层次工业控制现场总线标准，主要用于控制系统的分布式控制，传输速率快，可靠性高，造价低，是目前使用较广泛和较成熟的一种现场总线技术。
      基于以上两因素，PLC网络技术的应用日渐普及。但是我们在享受着现代网络技术带来方便快捷的同时，由于系统的结构规模大型化复杂化，故障诊断功能使得故障发生时快速准确地判断出网络控制系统中故障的具体原因和位置的问题，具有有十分重要的工程意义。
      针对钢铁企业的型钢车间飞剪及冷床设备改造，我们结合现场具体情况，设计了基于PROFIBUS网络的控制系统。同时，在编制控制程序的过程中，充分利用编程软件中的故障诊断块，在原程序中添加了网络故障诊断语句，以期在满足生产工艺的基础上，能及时准确地处理故障。

2 控制系统的构成
2.1 飞剪及冷床控制网络构成
改造后的飞剪及冷床控制网络构成、网络系统图如附图所示。

附图 飞剪及冷床控制网络结构图

      其中，飞剪控制操作面板选用的是西门子公司的OP27操作面板，上位机选用台湾研华工控机，采用SIMENSE公司的监控软件WINCC作为应用画面监控程序开发平台。主要任务是监视和控制整个飞剪及冷床的现场运行状态，为飞剪及冷床的生产工艺过程设置参数提供人机接口。
      PLC选用德国西门子公司的S7-300系列PLC，飞剪及冷床共用一块CPU模块进行控制，模块型号为CPU315-2DP，两块ET200M分布式I/O模块分别作为飞剪及冷床操作台远程站。
飞剪电机的直流驱动装置选用西门子6RA70。在直流驱动装置中，加装了CBP2通讯板，以与PLC构成PROFIBUS-DP网络通讯。
      在PLC与操作控制台、OP27以及飞剪直流驱动装置间，通过双绞线通讯电缆构成网络通讯连接，网络控制协议采用PROFIBUS-DP，是控制系统的重要组成部分。
在这个PROFIBUS网络系统中，采用的是单主站（MASTER）、多从站（SLAVE）的通讯方式。单主站为主PLC，从站共4个，包括飞剪操作台-3#从站（IM153-1）、冷床操作台-4#从站（IM153-1）、5#从站（OP27）、6#从站飞剪整流柜（MASTERDRIVES）。

2.2 主站和从站的通信
（1）在PROFIBUS-DP网络通讯中，采用令牌循环查询方式，从设备循环向主设备查询。
（2）DP单主站和分布式输入输出从站的通讯、编程较为简单。在硬件安装完成后，只需在PLC硬件配置中为从站的输入输出模块设定地址范围，即可用常规方法进行编程。设定地址不可与主站的I/O地址发生冲突。ET200M属于模块化DP从站的典型代表，在S7组态软件HEconfig组态从站时定义其输入输出地址。
（3）DP主站与复杂功能的从站的通信。简单从站一般指带有某些特定通信模块，实现单一功能的设备。这里，6RA70直流传动装置，由于数据通讯量较大，不能用简单的数据结构完成任务。在飞剪电机的直流驱动装置中，加装了CBP2通信模板。DP主站和简单从站之间可通过PROFIBUS-DP网络实现快速、jingque的通信。直接对双方进行参数配置即可实现主从之间的通信，参数配置简单且易于实现。在SIMATIC S7中，系统功能SFC14DPRD_DAT和SFC15DPWR_DAT是专为实现此功能设计的。

3 故障诊断程序设计
      由于本控制系统模块较多，布置比较分散，从站与控制柜所在的控制室相距较远，一旦发生故障，很不利于排除故障。因此，有必要对PLC网络进行故障诊断，以判别故障的具体位置和产生原因。
3.1 PLC故障诊断的方法
      在由西门子S7-300系列PLC组成的网络中，当发生故障时，一是可以利用CPU模板面板上的BUSF故障指示灯进行判断，当PROFIBUS-DP接口硬件或软件故障时，对应的BUSF（总线错误，红色）灯亮。PLC操作系统STPE7会自动调用相应的错误处理OB（Organization Block）。因此，在错误处理OB中编程可以有效的对网络故障进行诊断。但有些故障由于PLC模块诊断能力限制，不能引起操作系统调用错误处理OB的硬件故障，则必须在其它OB（一般是OB1）中编程解决。
3.2 故障概率分析
      由于PLC模块本身可靠性较高，并且其所处控制室内环境良好，温度适宜，粉尘较少，所以PLC模块发生故障的概率很低。故障率较高的部位是现场环境恶劣（高温、粉尘多、震动、防护少、冷却水等）的各类设备与I/O模块之间的信号连接；其次是所处环境较为恶劣（经过现场），但防护等级较高的PROFIBUS-DP接口硬件。
3.3 错误处理OB的具体功能
      在本控制系统中，采用的标准CPU型号是CPU315-2DP，包含有以下故障诊断OB：OB40（硬件中断错误）、OB80（时间错误处理）、OB81（电源供应错误）、OB82（诊断中断错误）、OB85（优先级中断错误）、OB86（机架失效错误）、OB87（通信错误）。在这里，结合现场情况，实际采用的OB是OB80、OB81、0B86。当操作系统调用上述OB时，同时在OB的临时变量区以代码的形式给出详细的错误信息，错误信息代码及详细内容可以查阅有关资料。通过这些信息可以有针对性的进行故障诊断编程。当出现某种错误代码信息时，即可判定出现了对应的故障和故障位置。
3.4 故障诊断OB的分析
（1）操作系统调用OB80
OB80是一个时间错误处理OB，引起S7-300操作系统调用OB80的原因一般是软件故障，主要是程序在执行过程中，由于调用了大量OB从而造成PLC循环超时。如果OB80没有被编程，则操作系统将转到“STOP”模式。如果在这种情况下不想让操作系统转到“STOP”模式，则在程序的恰当点调用模块“SFC43 RE_TRIGR”，重新启动循环监视时间。
（2）操作系统调用OB81
S7-300操作系统调用OB81的主要原因是直流24V电源故障或者备份电池失效。在本控制系统中，只有一块CPU模块，如果直流24V电源出现故障，则系统将不能正常工作。当系统调用OB81时，唯一可能的原因只能是备份电池失效。
（3）操作系统调用OB86
在本控制系统网络故障诊断程序的编制中，OB86发挥了较为重要的作用。OB86是机架故障OB，当扩展机架失效、DP主站失效或者分布式I/O系统中某一站点发生故障时，S7CPU的操作系统作出反应调用此OB，故障产生和消失时都会产生中断。如果OB86未被编程，当系统检测到此类错误发生时，操作系统将自动转入“STOP”模式。在编写OB86组织块的程序时，可根据启动信息，判断哪个机架损坏或找不到。可以用系统功能SFC53“WR_USMSG”将报文存入诊断缓冲区，并将报文发送到监控设备。
     对于如附图所示的PLC网络，当主站与6#从站间的总线断开时，所有的4个从站与主站的联系全部中断。因此，在一个PLC循环中，OB86会被调用4次。同理，当主站与3#从站间的总线断开时，在一个PLC循环中，OB86会被调用3次。根据OB86被调用的次数，可以确定故障的大致位置。另外，也可能出现两个或多个从站同时发生故障的情况，但出现的概率较小。当确定是从站本身故障时（如ET200M掉电，背板总线故障等），由OB86的启动信息可直接诊断出具体是哪个从站。发生故障信息时，OB86临时变量区的本地变量OB86_FTL_ID存储的出错代码如“C3、C4、C7”的个别位将显示故障DP的ID，可根据位的详细意义进行编程。
（4）几点说明
      如果PLC网络发生了使操作系统自动调用某故障处理OB的故障，而PLC的程序中未下载该OB，则CPU会转入停止状态（调用OB81的故障除外），也就是说，某一从站的故障可能引起整个系统瘫痪。因此，一般应把所有的错误处理OB全部下载到程序中，即使不在其中编程。
      在PLC控制网络中，进行故障诊断不仅有必要，而且是可行的。由于错误处理OB只在PLC发生故障时才会被调用，所以在正常运行中，对PLC的运行效率基本上是没有影响的。
4 结束语
      系统投入运行以来，使用效果良好。实践证明，将现场总线引入控制系统，不仅使安装、调试、维护更加容易，而且通过故障诊断技术提高了系统可靠性。网络技术在控制系统中的应用，是一种较为新颖的控制技术，如何在工业现场中合理运用，使其发挥应有的作用，仍然是今后我们不断研究的课题。

CC-bbbb现场总线是日本三菱电机公司主推的一种基于PLC系统的现场总线，这是目前在世界现场总线市场上唯一的源于亚洲、又占有一定市场份额的现场总线。它在实际工程中显示出强大的生命力，特别是在制造业得到广泛的应用。 
     在CC-bbbb现场总线的应用过程中，为重要的一部分便是对系统进行通信初始化设置。目前CC-bbbb通信初始化设置的方法有三种，本文将对这三种不同的初始化设置方法进行比较和分析，以期寻求在不同的情况下如何来选择简单有效的通信初始化设置方法。这对CC-bbbb现场总线在实际工程中的使用具有重要的现实意义，一则为设计人员在保证设计质量的前提下减少工作量和节省时间，二则也试图探索一下是否可以进一步发挥和挖掘CC-bbbb的潜力。
实验系统简述
  为了便于比较通信初始化设置方法，我们首先在实验室中建立了这样一个小型的CC-bbbb现场总线系统.整个系统的配置如图1所示。  

                                                          图1 系统配置   

       在硬件连接设置无误之后，就可开始进行通信初始化设置。

      三种设置方法的使用  

图2 通信初始化程序的流程     

      首先采用的是基本的方法,即通过编程来设置通信初始化参数。编制通信初始化程序的流程如图2所示。首先在参数设定部分，将整个系统连接的模块数，重试次数，自动返回模块数以及当CPU瘫痪时的运行规定（停止）以及各站的信息写入到存储器相应的地址中。在执行刷新指令之后缓冲存储器内的参数送入内部寄存区，从而启动数据链接。如果缓冲存储器内参数能正常启动数据链接，这说明通信参数设置无误，这时就可通过寄存指令将参数寄存到E²PROM。这是因为一旦断电内部寄存区的参数是不会保存的，而E²PROM中的参数即使断电仍然保存。同时通信参数必须一次性地写入E²PROM，即仅在初始化时才予以执行。此后CPU运行就通过将E²PROM内的参数送入内部寄存区去启动数据链接。值得注意的是，如果通信参数设置有误（如参数与系统所采用的硬件不一致，或参数与硬件上的设置不一致），数据链接将无法正常启动，但通常并不显示何处出错，要纠正只有靠自己细心而又耐心地检查，别无它法。反过来，如果通信参数设置正确而硬件上的设置有错，CC-bbbb通信控制组件会提供出错信息，一般可通过编程软件包的诊断功能发现错误的类型和错在哪里。

      第二种通信初试化设置的方法是使用CC-bbbb 通信配置的组态软件GX-Configurator for CC-bbbb。该组态软件可以对A系列和QnA系列的PLC进行组态，实现通信参数的设置。

      整个组态的过程十分简单，在选择好主站型号之后就可以进行主站的设置，此后再陆续添加所连接的从站，并进行从站的设置，包括从站的型号和其所占用站的个数。后组态完成的画面如图3所示。

      在组态过程中的各个模块的基本信息都会显示在组态完成的画面上，整个画面简单直观，系统配置一目了然。然而在组态完成后启动数据链接时出现了问题。   

                                                   图3 组态完成画面  

      当选择“Download master bbbbbeter file”之后，弹出一对话框，要求选择是将参数写到E²PROM还是缓冲存储器。无论选择其中任何一种，软件都会提示“是否现在执行数据链接?”，如果选择“是”，各站点的LED灯指示正常。然而当把此时运行正常的PLC复位后重新运行，各站点均出错。这种情况说明组态文件并未能真正写入到E²PROM中，也就是说该组态软件并不具备将参数写入E²PROM这部分功能。因此在这种情况下为了能使用E²PROM启动数据链接，就必须在主站中再写入“参数寄存到E²PROM”这段程序，靠组态和编程共同作用来正常启动数据链接。显而易见，这种方法是利用组态软件包设置通信参数，再利用编程将这些参数写E²PROM，这才得以完成数据链接所必须的后步骤。当然这在实际使用时会带来某些不便，但它毕竟可以省略将通信参数写入缓冲寄存区的一段程序，在这个意义上也给CC-bbbb的使用者带来许多便利。

      后一种方法是通过CC-bbbb网络参数来实现通信参数设定。由于这是小Q系列的PLC新增的功能，而A系列和QnA系列PLC并不具备这项功能。因而在进行这种设置方法的实验就必须将原先使用的主站模块换成Q系列的PLC。

      整个设置的过程相当方便。只要在GPPW软件的网络配置菜单中，设置相应的网络参数，远程I/O信号就可自动刷新到CPU内存，还能自动设置CC-bbbb远程元件的初始参数。如下图所示。如果整个CC-bbbb现场总线系统是由小Q 系列和64个远程I/O模块构成的，甚至不须设置网络参数即可自动完成通信设置的初试化。

      比较和分析    

      在使用过这三种不同的方法之后，对它们的优点和弊端都有了一个更为全面地认识和理解。

      编制传统的梯形图顺控程序来设置通信参数为复杂，编程时耗费的时间长。并且在调试时一旦发现错误，就需要一条条指令校对，寻找出错误所在，因此有着很大的工作量。然而它仍然有着其他方法所没有的优势。首先，在编完整个设置的程序之后就能非常清晰的了解整个设置过程，掌握PLC是如何运作，启动数据链接的。其次，整个编程的思路非常清晰，而且要编制正确的程序必须建立在熟练的掌握各种软元件的使用条件的基础之上，因而在这个过程中能够对各个软元件的功能，接通条件都能有非常好的理解，并能熟练使用。对初学且有志牢固掌握CC-bbbb通信设计者好从这里入手。

      采用的组态软件进行设置的大的优势就在于简单直观，在画面上能够明了地看到整个系统的配置，包括主站所连接的从站个数，各从站的规格和性能，一目了然。而且一旦发生错误或是要更改参数，都能够很快地完成，节省了很多时间和工作量。然而它也有一个大的缺陷，就是无法将参数寄存到E²PROM中，在复位之后，刚写入的组态内容将不复存在。倘若在实际的应用中，现场的情况错综复杂，会遇到很多预想不到的问题，如果中途需要复位，那么组态软件将无能为力，必需重新设置再写入，这样会影响工作进度。因此，在这种情况下采用组态软件，并辅以将通信参数从缓冲积存区写入E²PROM的程序，就能完成整个系统的初始化设置。此外，组态软件目前还不支持小Q系列的PLC。

      后，利用网络参数设置的方法简单有效，只要按规定填写一定量的参数之后就能够很好的取代繁冗复杂的顺控程序。在发生错误或是需要修改参数时，同组态软件一样，也能很快地完成，减少设置时间。然而它的不足之处，在于设置过程中跳过了很多重要的细节，从而无法真正掌握PLC的内部的运作过程，比较抽象。例如在填写了众多参数之后，虽然各站的数据链路能正常执行，但是却无法理解这些参数之间是如何联系的，如何作用的，如何使得各站的数据链接得以正常完成。

      小结

      三种方法各有千秋，适用于在不同的目的和不同的情况下（譬如不同的PLC系列）供使用者灵活选用。如果旨在清晰地了解PLC内部的运作，可以用编程的方法；如果旨在节省设计人员的工作量，减少设计调试时间，可以用网络参数的方法。组态软件的方法可以算是这两种的结合。在实际的应用中，通过网络参数来进行通信初始化设置的方法不失为一种为优越的方法，方便、可靠、功能全面这三点就已经很好的满足了系统的需求，缩短了CC-bbbb现场总线在应用于各种不同的工控场合时设计和调试的时间，降低了工作的难度，更方便了以后的故障检修和维护。遗憾的是它只适用于小Q系列PLC。

     随着通信技术和控制技术的发展，相信在不久的将来现场总线技术及其相关技术将发展得更为成熟和完善，并将出现更为便利且功能强大的通信设置的方法，使将来的现场总线技术更好地应用于现场。