台州西门子S7-300代理商

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1 前言

　　中国的经济在快速发展、人们生活水平在不断tigao、城市化进程也在不断加快，但同时却面临着日趋严重的环境问题，特别是城市垃圾的处理。城市生活垃圾已经成为中国严重

　　的公害之一。及时处理城市垃圾是建设现代化城市不可缺少的条件。如何解决垃圾问题，已引起全社会的广泛关注。

　　目前国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等，这三种主要垃圾处理方式的比例，因地理环境、垃圾成份、经济发展水平等因素不同而有所区别。中国城市生活垃圾的厨余物多、含水率高、热值较低，利用焚烧法处理垃圾时必须将新鲜垃圾在垃圾储坑中储存3～5天进行发酵熟化，以达到渗出水分、tigao热值的目的，才能保证后续焚烧炉的正常运行，将此过程中渗出的水分称为“渗滤液”。垃圾渗滤液中的成分比较复杂，主要是有机物污染物、氨氮磷、重金属等，是一种高污染、强烈恶臭的呈黄褐色或灰褐色污水，对于环境有极大的破坏力。目前主要运用的处理技术方法有回喷法、反渗透法处理、生化处理等。垃圾焚烧处理相对于其它两种方法在减量化、无害化、资源化等方面具有很大优势，这种集环保、发电于一体的垃圾处理技术，正在使垃圾成为一种资源，具有广阔的发展空间，成为解决城市垃圾出路的一个新方向。

2 控制系统的要求

　　本系统要求包括（1）能够对实时监控现场的各种状态，显示当前的温度、liuliang、电机转速、变频器频率（2）能够在现场设定各种控制参数，（3）能够产生报警事件，包括温度过高、过低，liuliang过大、过小，电机转速过高、过低以及用户特殊定制的报警等。（4）能够加密以防止非人员修改系统参数。（5）能够为用户提供远距离开关控制。

3 工艺流程

　　本系统的工艺流程主要是渗滤液原料罐首先经过过滤及反冲装置除去渗滤液中的悬浮物和漂浮物，然后送入传输管道，利用高压泵将其直接喷入焚烧炉燃烧。渗滤液liuliang和焚烧炉温度可以分别通过liuliang计和温度传感器测出，传给PLC模拟量模块,PLC通过自由口与变频器进行通讯，从而根据炉温来控制电机和泵的转速，以达到控制liuliang的效果。渗滤液高温焚烧中产生的热能转化为高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机。有毒的烟气则利用吸收塔回收净化，然后排入大气层。具体工艺流程图见图1。

图1工艺流程图

4 系统结构及硬件配置

　　本系统结构如图2所示：

图2系统结构

　　根据系统要求我们选择S7-226 PLC,因为它有两个通讯接口port0、port1。将1口设为自由口通讯方式，与变频器进行通讯，0口保留为PPI协议与人机界面进行连接。模拟量模块选择EM235,具有4路模拟量输入，可以直接与各种参数变送器连接。人机界面选择eview的触摸屏，用户可以方便的定义机组的开关、状态设定、参数修改、报警复位以及显示一些重要参数。变频器选择台达变频器，该变频器操作简单，与西门子PLC组合使用。

5 西门子PLC与台达变频器的通讯

　　本系统采用自由口通讯，众所周知采用D/A输出扩展模块来进行运动控制会因为模拟信号的波动和衰减使得系统不稳定，而RS-485通讯仅仅使用一条通讯电缆就可以完成变频器的启动、停止、频率设定，容易实现多台电机的同步运行，降低了系统的成本，增加了信号的传输距离和抗干扰能力。

　　频器RS485端口定义如下：

　　3: SG+ 信号正端，连接RS485口引脚3

　　4: SG- 信号负端，连接RS485口引脚4

　　台达变频器支持Modbus通讯协议，该协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过该协议，控制器与其他设备、网络可以进行通讯。为了使西门子PLC能够与变频器进行RS485通讯设定相互认定的参数，只有设定一致才能进行通讯。这些参数包括波特率、停止位、奇偶校验和数据长度等。设置变频器通讯参数如下：

　　F2-00 d4 由RS485通讯界面输入

　　F2-01 d3 由RS485通讯界面操作，键盘STOP有效

　　F9-00 dn 通讯地址为n,根据变频器的站号设置为1，2，3……..

　　F9-01 d1 波特率为9600位/秒

　　F9-04 ASCII mode 7,E,1

　　Modbus通讯协议包括两种通讯模式：ASCII模式和RTU模式，在一个Modbus网络中所有的设备必须选择相同的传输模式与窜口参数。本设计采用ASCII模式，消息帧格式如下所示：

　　表1消息帧格式

　　PLC采用自由口通讯，首先通过相关程序来读取Modbus通讯协议消息帧的ASCII码值并将其存放到指定的存储单元。将EM235采集到的模拟信号经处理转换为相应的频率ASCII码值替换掉原先存储单元的频率ASCII码值，并利用XMT发送指令实时发送给变频器，以达到实时控制电机转速的目的。

　　按照通讯协议让变频器工作在正转50HZ需要发送的字符窜为：

　　：01 06 2001 1388 3D

　　：为起始位，01为变频器站地址，06为功能码，表示写入字符至变频器，2001为变频器单元地址，1388为命令码，在此表示频率50HZ，3D为校验位，结束符为回车换行

　　正转、反转、停止的字符窜分别为

　　：0n 06 2000 0012 C7

　　：0n 06 2000 0022 B7

　　：0n 06 2000 0001 D8

　　n为被监控变频器的站号，值为1,2……..32。

6 PID控制

　　在工业控制中目前应用多的仍然是PID控制，我们采用CPU内部的PID指令，使用十分方便。S7-200的V4.0版编程软件STEP7-Micro/WIN32提供PID参数的自整定控制面板，可以在线修改PID参数，察看运行结果。由于温度控制是一个大滞后我们采用改进后的PID控制。
　　
　　其中SPn第n个采样时刻的给定值, PVn第n个采样时刻的过程变量值, KC回路增益，Ts采样时间间隔, Ti积分时间，Td微分时间, Mx第n-1采样时刻的积分项, PVn-1第n-1采样时刻的过程变量值。根据设定温度与当前温度的差值利用PID调节功能实现对温度的jingque监控。PID参数可以根据现场工况通过触摸屏进行现场调节，以保持系统的佳性能。

7 PLC的程序结构框图

　　根据整个系统的控制要求PLC的程序结构框图3所示：

图3程序结构框图

8 控制系统程序流程图

　　整个系统的程序流程图如图4所示：

图4程序流程图

9 结束语

　　渗滤液焚烧发电既有效的解决了垃圾污染问题，又可实现能源的再生利用，具有广阔的应用前景。本系统由PLC、台达变频器、触摸屏等组成，满足工艺要求，在稳定性、实时性、抗干扰能力方面效果显著。通过触摸屏友好的用户界面可以现场调试，修改不同的工艺参数，大大tigao了系统的灵活性。

1. 系统概述 

　　CARGOPRO系统主要有四个相对独立的子系统组成，包括：液位遥测系统、阀门遥控系统、独立高位及高高位报警系统和大舱进水报警系统，能对全船的货控系统进行监测及报警，是全船电气系统的重要组成部分。该系统有大量数字量和模拟量的测量点，且这些测量点种类多，分布广，因此对系统的安全性，可靠性及通信能力有较高的要求。我们采用GE Fanuc 90-30、VersaMax Micro等系列的PLC作为系统的控制单元，VersaMax Remote I/O作为远程站进行信号采集，Genius Bus、Mod Bus、Profibus等通用总线协议作为内部通信协议，并通过TCP/IP网络协议与工控软件iFix通信，实现人机对话。

2. 系统解决方案 

　　整套 CARGOPRO 系统的系统图如图 1所示：

　　2.1 液位遥测系统

　　液位遥测系统采用分散采集，集中控制的设计理念，对相应舱室的液位，液货舱的温度以及四角吃水等进行检测与报警。由于所需采集的信号分布广，数量与种类多，因此所有的信号都通过安装在各个采集箱中的GE VersaMax Remote I/O模块进行采集，保证所采集信号的准确性。GE VersaMax Remote I/O模块通过GE的Genius Bus总线协议与安装在货控台的PLC主站通信，将所采集的信号发送到PLC的CPU模块。CPU经过运算将控制信号经Genius Bus发送到GE VersaMax Remote I/O模块，实现远程控制。

　　上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过TCP/IP协议与PLC主站通信，实现监控软件HMI/SCADA iFix与PLC之间的信息交换。操作者通过iFix软件可以实现对所有测量点的实时监测以及对报警信息的处理。

　　2.2 独立高位及高高位报警系统

　　该系统通过采集独立的报警信号，对液货舱、污水舱、压载水舱等舱室的高液位及高高液位信号进行报警。采用独立的VersaMax Micro系列PLC作为控制器，QuickPanel View系列的触摸屏作为HMI，构成了一个相对独立的控制系统，实现相应报警信号的显示和控制。

　　作为HMI的触摸屏与PLC控制器之间通过Mod Bus总线协议通信，所有报警信号的显示以及操作员对系统的操作在一个触摸屏上完全实现，使得整个系统极为精简。

　　2.3 大舱进水报警系统

　　系统利用压力式液位测量原理，将压力信号转换成4-20mA电流信号，送至货控台上的VersaMax Micro系列PLC控制站，PLC控制站与QuickPanel View系列的触摸屏通过TCP/IP通信，实现报警信号的现实与控制。整套系统可以实现独立的液位显示，报警显示及控制。

　　2.4 阀门遥控系统

　　阀门遥控系统由货控台GE Fanuc 90-30系列PLC控制主站、电磁阀 Remote I/O PLC采集控制站、阀门遥控专用工控机、液压动力泵站、电磁阀箱（包括应急阀块）、液动阀门、手摇泵、应急手摇泵组成。阀门遥控装置采用电—液型驱动装置来控制电磁阀的动作以达到遥控操纵货油及压载舱管路阀门的打开和关闭。阀门的开闭操作及阀位指示都在货控台上阀门遥控专用显示屏上。

　　在货控台的 PLC 控制主站处可对液动遥控阀进行开关操作。开关阀的开关指示，红色指示阀门关闭，绿色指示为阀门打开;开度阀具有开度指示及控制。电磁阀箱 PLC 控制站通过 Genius Bus与货控台 PLC 主站连接，根据货控台 PLC控制站的操作要求，控制相应的电磁阀，通过电磁阀的瞬间通电换向并锁位功能，控制油路进出方向，达到开关阀门的目的;所有遥控阀的阀位指示及开度控制信号均送到电磁阀箱 PLC 控制站，通过 Genius Bus发送至货控台 PLC 控制站接收。

　　上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过 TCP/IP 协议与 PLC 主站通信，实现监控软件 HMI/SCADA iFix 与 PLC 之间的信息交换，实现阀门的控制及状态的显示及报警历史记录与查询。

3. 系统特点

　　采用GE的PLC作为控制和信号采集模块，大限度保证了系统运行的稳定性和安全性; 分散采集，集中控制的设计，使得各种信号的采集与控制准确、方便; 兼容多种通用的总线协议，如：Genius Bus，Mod Bus，ProfiBus等，大大扩展了系统的适用范围; 先进的模块化打包设计，使得各子系统之间相对独立，可以单独运行，同时各子系统之间也可以无缝连接，协调工作，能满足根据客户的特殊需要，实现个性化的组合; 多种人机界面，如：IPC、触摸屏、MIMIC板等，确保了操作人员能方便，快捷地获取信息并实现控制

4. 结束语

　　CARGOPRO系统具有极高的安全行和稳定性，人机界面友好，通信稳定，且目前已在多艘船上得到了应用，并通过了多家船级社的船检。

1 前　言

　　罐区中原油储罐和输油管道所使用的各种控制阀门是石油储运过程中必不可少的现场仪表,其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的可靠性、稳定性和易用性。通常罐区中的控制阀数量众多且分散,普通的控制阀所含信息量少而布线繁多,这在一定程度上使罐区监控系统的设计复杂化。该系统采用英国Rotork 公司的智能电动阀及其主站控制器,大大简化了监控系统的复杂设计,而且借助其丰富的诊断信息和对故障的容错能力,使系统的可靠性得以tigao。


2 　监控系统的硬件实现

　2.1 　Rotork 智能阀控制设备

　　Rotork 智能阀控制设备是一个阀门数据采集、监视与控制系统,它由一台主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路可以控制挂于环路上的多达240 个现场控制阀,该电流环路可长达20 km。
　　现场电动阀的智能化程度较高,其内部含有丰富的数据和诊断信息。但主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路,终接入主站控制器的只有起始和末端两线,所有阀门信息通过两线通讯进入主站控制器。现场电动阀还具有线路故障屏蔽功能,当环路出现开路、短路或接地故障时,智能阀可以将故障端的线路屏蔽掉,使主站控制器仍能与线路上的所有智能阀通讯而不受影响,同时将故障信息发给主站控制器。其两线屏蔽原理如图2－1所示。

　　正常操作情况下,通讯电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A 流出,经该环路从端口B流回。此时,另一条线路是冗余的。当有一处线路发生故障时,该处故障线路被阀门屏蔽,故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通讯;当有两处线路发生故障时,这两处故障之间的智能阀都被屏蔽,两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状”环路与主站控制器通讯。
　　主站控制器是由主CPU 卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16 按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库,一个是现场单元数据库,负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据,根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动,该数据库从逻辑上划分为4 个区,每个区记录60 个阀门的数据;另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库,负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器,可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据,控制阀门的开闭,接收报警信号及与PLC 通讯等功能。
　　Pakscan IIE Master Station 是Rotork 主站控制器中的一种,它为双重热备结构,在主控制器出现故障时可以自动切换到热备控制器。图2 —2 为PakscanIIE 主站控制器与现场智能阀通过两线环路相连的情况。

　　Pakscan IIE Master Sation 有一个RS - 485 通讯口和一个RS - 232 通讯口,它们可通过Modbus 协议与PLC 通讯。其中RS - 232 通讯口可以不通过PLC直接连接打印机,打印报警信号。

　2.2 　监控系统结构

　　图2—3 所示为现场智能电动阀监控系统的结构框图。

　　该系统的控制部分采用美国GE Fanuc 公司的HBR 双重热备型PLC 系统,通过PLC 控制140 个智能阀( IQ actuator) 的开停闭。上位监控站可监视各个智能阀的阀位回信状态、阀位值以及报警信号,并可执行开阀、停阀和关阀操作。
　　Pakscan IIE 主站控制器与PLC 之间采用Modbus协议通讯,以port 1 的RS - 485 接口连接。正常运行情况下,主PLC 和主控制器工作,从PLC 和热备控制器分别与主PLC 和主控制器保持同步。智能阀将数据传送给主控制器,主PLC 通过RS - 485 接口从主控制器中读取数据,并向其发布命令,主控制器再执行命令,驱动智能阀按命令运转。当主PLC 或主控制器出现故障时,系统能分别自动切换到从PLC 或热备控制器。
　　由于系统中采用的是Modbus通讯协议,一台PLC 可以连接多台Pakscan IIE 主站控制器,因此,若现场智能阀较多,系统可以很方便地扩展而且连线简单。

3 　软件设计

　3.1 　通讯程序设计

　　PLC选用Modbus RTU 主通讯模块(master ) 。Pakscan IIE 主站控制器是一个远程终端单元,做为Modbus 从设备( slave ) 。PLC 的CPU 通过ModbusRTU 主通讯模块控制Pakscan IIE 主站控制器的读写,被称为Modbus host 。系统采用单Modbus host 两线通讯方式,该方式多可以连接32 个Pakscan IIE主站控制器。
　　主通讯模块的程序设计有3 部分内容:初始化通讯模块;读写Modbus/ RTU 数据;监测通讯状态。
　　通讯模块的初始化工作主要是配置3 个初始化控制块的参数: Slave 控制块( SCB) , 信息控制块(MCB) 和通讯要求参数块(COM- REQ) 。SCB 是一个15 个寄存器长的数据块,功能是定义与其通讯的Slave 的型号、个数、状态等参数,每一个Slave 需要定义一个SCB 块。MCB 是一个6 个寄存器长的数据块,功能是定义Master 要求每个Slave 执行的命令信息,包括命令类型、RTU 引用地址偏移、PLC 引用地址偏移、主机号等参数,每一种命令需要定义一个MCB 块。COM- REQ 是一个17 个寄存器长的数据块,功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB 的状态参数等, 每一端口需要定义一个COM- REQ 块。所有这些初始化参数在PLC 上电或冷启动初始化的个扫描周期内加载到RTU 主通讯模块,此后RTU 主通讯模块负责与Pakscan IIE主站控制器通讯,而PLC 则与RTU 主通讯模块交换数据。
　　读写Modbus/ RTU 数据和监测通讯状态的编程相对简单,只要读写初始化时定义的相应的PLC 参数地址即可。

　3.2　监控软件设计

　　上位监控站可以准确的监测和控制储运过程的所有信息和设备。通过编程、组态、连接,形象地反映实际工艺流程、显示动态数据,设置PID 控制参数以及过程参数,并可以查看历史趋势、报警历史报表等。
　　Rotork 的现场电动阀配置在流程的输油管线上,通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门,并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。设计良好的人机界面使操作简便、直观。

4 　结束语

　　Rotork 的智能阀控制设备与PLC 的结合使得罐区储运监控系统布线简洁、控制方便,PLC 的冗余以及Pakscan IIE 主站控制器的双热备保证了系统的高可靠性,也tigao了控制系统的自动化程度。该系统已投入工业现场使用,效果良好。