焦作西门子S7-300代理商

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1.引言
　　排水泵站（下简称泵站）作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况，与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展，对市政建设和管理提出了更高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展，以达到减员增效和tigao管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。

2.泵站工况概述
　　塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边，该泵站主要用于附近地区的污水排放处理和防汛抗涝。服务面积240公顷，总排水量为13.8米3/秒。

2.1设备分布
　　同大部分的泵站一样，其设备分布平面图如下（图1）所示。
　　①进出水闸门：用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。
　　②集水池：地下管道的污水汇集在此集水池，集水池被不锈钢格栅分成内外区，污水由内区流经格栅除污后，到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有超声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。
　　③除污机：泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台，除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。
　　④变压器房：为保证泵站的可靠工作，泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度，当温度超限能自动启动风机降温和报警。
　　⑤水泵房：塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵；在存水房装有水位检测器。
　　⑥控制柜房：房内装有进线柜2台（柜1，13）；功率因素补偿柜4台（柜2，3，11，12）；泵开关柜（柜4-6，8-10）和联接柜1台（柜7）。

图1

2.2控制要求
　　以塘桥泵站为设施对象，进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
　　①改造泵站的水泵控制开关柜，使之具有就地和远程控制的功能。
　　②改造泵站的功率因素补偿柜，能实现就地自动补偿和远程电网监控。
　　③改造泵站的变压器房对于变压器A，B，C三相温度进行远程显示，高温报警等功能；
　　④建立泵站的控制室，对泵站实施三级控制，在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
　　⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，对整个泵站实现自动化监控 ，水泵将根据泵的状态 ，水位，雨量，电网状况，闸门位置等工况自动投切。
　　⑥通过对水位差的检测，提示或自动投切除污机。
　　⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对整个泵站进行动态监控管理，故障报警，工况记录和报表打印。
　　⑧预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。

3.硬件系统构成
　　根据以上要求，我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。

3．1 PLC配置
　　泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ，PLC总体配置如下：
　　①中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。
　　②数字量输入模块（DI）：选用SM321,共8块（16点/块）。处理128点输入信号。
　　③数字量输出模块（DO）：选用SM322,4块为16点/块，4块为8点/块。处理96点输出信号。
　　④模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共3块（8点/块）。处理24点输入信号。
　　⑤通信模块：选用CP340,共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。
　　PLC采用了四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地tigao可靠性。

3．2触摸屏配置
　　触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（当时SIEMENS还没有此类HMI）来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接，采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。

3．3电网监控配置
　　电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器，可检测三相四线制 的相电压，线电压，相电流，零线电流，有功无功功率，功率因素，频率及相应的大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线，故应用了两套电量监控器，分别安装两侧进线柜上。
　　其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。

图24．软件监控实现
　　塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。

4．1系统检测和故障处理模块
　　系统检测处理所有的输入信号，根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有：六台泵电机的温度和振动；进出水闸门状态；存水房液位；防火防盗安全；两台电源变压器温度；雨量；四台功率因素补偿柜工况；电网工况（电压欠压和过压监控；三相电流过载监控；缺相监控；三相不平衡监控；功率过载监控；功率因素监控；电量累计）；污水池水位等。
　　系统故障分类为三级:一级故障定义为。当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位低级。当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。

4．2除污机和排水泵的运行处理
　　泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位，置二级故障报警，由

 目前水泥行业在粉体控制方面多采用根据科里奥利原理设计的计量控制系统，本文将主要介绍合肥水泥设计院根据该原理研制的科氏称计量控制系统。　
　　　
　　1 前言

　　连续准确地对回转窑和分解炉进行喂煤，是降低煤耗，tigao熟料质量，保证设备安全和连续稳定运转的关键因素。因此，喂煤计量控制装置必须具有稳定、准确、动作迅速等特性。

　　原来我公司采用由德国KHD成套设备公司提供的冲击式固体liuliang计,由于该liuliang计容易受到外界的干扰，计量波动大，引起喂煤量的波动, 影响了窑的工况。喂煤装置分隔轮是由直流电机拖动，直流电机的换向器和电刷的故障率较高，维护量很大。公司经过调研论证，决定进行技术改造，将其替换成2套由合肥水泥设计院生产的科氏力秤煤粉定量给料系统。该秤依据科里奥利原理设计，实现对窑尾分解炉和窑头喂煤的计量及控制。


　　2　科里奥利原理

　　质量微粒m在以角速度ω转动的系统中除受到离心力FZ和摩擦力FR外，还受到垂直于其运动方向的惯性力FC的作用，通过测量这个力，可测得质量m，这就是科里奥利原理，如图1所示。

图1　科里奥利原理示意

　　测量原理的实现需要一个以恒定速度转动的旋转测量圆盘(测轮)，其基本结构如图1所示。由电机拖动的测轮被叶片分成数个导流槽，散状物料由测轮中心上方进入测轮，经过锥形的转向装置后，形成散料流，进入导向叶片之间的导流槽中，并被以恒定角速度ω旋转着的导向叶片虏获，物料因离心力FZ的作用而向测轮外边缘运动，直至离开测轮被抛出。通过对物料所受科里奥利力FC的测量可得到物料的liuliang，工程中是通过测量FC对测轮的反作用力矩而测得物料liuliang的，这个力矩由测轮的驱动电机来补偿(离心力FZ和摩擦力FR都不能在测轮径向上产生力矩)。其计算式为：M=mωR2

　　　式中：M──测轮所受力矩，N·m；
　　　　　　m──物料liuliang，t/h；
　　　　　　ω──测轮角速度，1/s；
　　　　　　R──测轮半径，m。

图2　测轮的基本结构示意

　　3 科氏力煤粉秤组成及工艺流程：



　　科氏称中的主要设备有由煤粉称重仓、水平回转式稳流给料机（以下简称给料机）、科里奥利质量liuliang计（以下简称liuliang计）、螺旋输送泵、回转空压机等组成。
主要工艺流程是：从煤磨制备出来的煤粉进入煤粉仓,对煤粉进行称重计量，要求达到一个合理料位，保证下煤稳定。煤粉仓底部与给料机连接，给料机按水平方向旋转，煤粉就由给料机喂入liuliang计，在liuliang计中经过前文所述的处理后，进入螺旋输送泵，与回转空压机中的压缩风混合后，一起到达窑头及分解炉(如图3所示)。liuliang计仅作为计量设备，而给料机作为预给料设备。

图3　煤粉喂料系统工艺流程简图

4　科氏力喂煤计量控制系统自控部分简介

　　2套设备控制部分的原理相同，主要由1台西门子的S7-200 PLC（扩展了1个模拟量输入模块EM231和1个模拟量输出模块EM232）。1台西门子的触摸屏TP170A，2台ABB变频器，还有称重传感器,力距传感器，速度传感器等组成。如图4所示，图中M1为给料机，M2为liuliang计。

图4 科氏力控制系统示意图

　　PLC的型号为CPU222，属于小型PLC, 但其指令功能非常丰富，能完成各种复杂控制功能。它具有8输入/6输出，共14个数字量I/O点。控制程序采用STEP-7 Micro/Win32 V4.0 SP3编程软件开发。

　　触摸屏作为人机对话窗口，用于修改系统的工作参数，监控系统的工作过程。它防护等级高（IP65）,可用于恶劣的工作环境。触摸屏的使用省去了复杂的控制面板和仪表显示 。TP170A通过Protool/Pro cs V6.0为其组态。以通讯的方式读取PLC内部相应寄存器上的数据、状态及工作参数。

　　本控制方案中主要作用是从现场启动设备，整定内部参数，显示瞬时liuliang、累计liuliang，输入参数的设定，上下限报警值的设定，liuliang实时趋势曲线，在调试变频器时，也可以通过趋势来观察效果。TP170A与CPU222通过9针电缆进行通讯。

　　当所有设备处于正常工作状态，测得的仓重信号经过变送器处理后，送入DCS和EM231。liuliang计下端带有力矩传感器及速度传感器，测得扭矩与转速信号经过变送器，由EM231模块输入至PLC，计算出实际liuliang，并且与设定值进行比较，经过PID调节后，通过EM232，控制变频器的频率从而改变给料机转速，实现liuliang控制。

　　窑头喂煤大liuliang13t/h，窑尾喂煤大liuliang15t/h。两套喂煤的给料机及liuliang计所配电机功率相同分别是：5.5kW和1.1kW。


　　5 变频器的选择：

　　每套科氏力秤喂煤系统配有2台变频器,一台拖动liuliang计中的测轮旋转，另一台控制给料机。变频器要根据工艺环节的具体要求选择性价比相对较高的产品。后确定4台变频器都使用ABB公司的Comp-AC变频器。为确保现场的快速调试，Comp-AC变频器预置了多种应用宏。宏是一组事先预先定义参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量降至少。选择一个宏，所有参数和控制方式即自行改变。典型的应用宏包括：工厂应用宏，ABB标准宏，交变应用宏， PID应用宏，手动自动应用宏等。这些应用宏为用户提供了方便的使用性能。


　　3.1 liuliang计变频器

　　两台liuliang计的原理相同，为了保证计量精度，要求测轮启动后能够稳定恒速运转。厂家依照电机和传动比计算出频率应设定在45Hz，两台liuliang计的转速相同,采用的变频器也相同是 ACS 400系列。


　　3．2窑尾给料机变频器

　　当回转窑因故障停机时，分解炉要立刻停止喂煤。工艺上没有其他特殊的要求，选择具有V/F控制方式的变频器即可，我们也选用了ACS400系列。


　　3．3窑头给料机变频器

　　当回转窑因故障停机时，窑头要少量喂煤，用于窑的保温，喂煤量只有大liuliang的1／8左右，为了保证在如此低liuliang状态下喂煤的jingque性，选用的是具有矢量控制功能的变频器，型号是ACS550 系列。ACS550是新推出的智能性变频器，具有三种控制方式，即标量V/F控制、无传感器矢量控制、转矩控制，所以该款变频器不仅能够适合于简单的电机运转，也可以同时满足普通负载和重载工作。　

　6 变频器的安装调试：

　　每套系统均带有1个控制柜，为了减少变频器对传感器的干扰，除了控制信号（包括模拟信号和数字信号）需要使用屏蔽电缆，变频器到电机的强电线也必须采用屏蔽电缆。

　　为防止煤粉易结露、起拱后，导致不下料情况的发生。给料机设计成能够正反向转动。用一个拨动开关控制它的转动方向。将系统电源过开关后，接入到DI2,得电正转，失电反转。

　　应用不同的宏，手册里有相对应的接线方式。基本可以按图接线。

　　做好变频器参数的设置及调试工作是设备正常运转的一个根本保障措施。现场中出现的许多问题往往是参数的设置问题而与设备本身无关，由此可见，合理正确设置参数很重要。
参数的定义过程：

　　1） 起动数据。是将电动机的主要参数输入到变频器，包括电机的额定电压、额定电流、功率、转速等。

　　2） 输入输出端子的定义。根据设计好的接线图用参数的方式定义数字量的输入输出和模拟量的输入输出。

　　3） 其他参数的定义，上述两项定义好后，变频器就可以使用了。为了更好的发挥变频器的功能，还要定义一些其他参数。

表1 调试后修改的参数表

表1 变频器参数表

　　窑头、窑尾给料机变频器型号不同，但参数基本一致，只是窑头的ACS550中起动数据组中多了一个参数电机控制模式9904，设置值为1，含义为无传感器矢量控制模式。


　　7 使用效果

　　自去年3月份科氏力称喂煤系统投入使用后，因其抗外界干扰能力强，计量精度高，通过触摸屏观察到的长期、短期趋势都比较稳定。对窑内热工制度的有利。变频调速和交流电机的应用使日常维护的工作量大大减少，因此造成的停机时间很少。这次技改项目非常成功