镇江西门子S7-1200代理商

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1、引言

　　传统的远程监控只具备数据采集功能，在需要实时控制和数据处理时，会显得力不从心。PLC 作为工业控制的核心部件，其在网络、通信等方面的能力越来越强，具备远程监控要求的数据采集、实时控制和数据处理功能。随着国产 PLC 市场占有量的提升，PLC 的价格也比以前更具优势，使用 PLC 做 DAS系统或者用 PLC 平台开发数据采集系统将是大势所趋或者说相当有吸引力的选择。德维森公司的 V80 小型 PLC 在供热、交通监控、楼宇监控等行业有许多的成功应用.


　　下面以其在东北某供热网监控为例说明 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用。

　　2、远程监控系统

　　供热网远程监控系统的示意图如下：

图 1 供热网远程监控系统示意图

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　　V80 系列 PLC 采集现场每个换热子站的温度、压力、流量，并根据采集数据进行供热流量的控制，以达到节能的目的。根据室外气温的变化，通过调节一级管网电动阀门的开度来及时控制二级管网的回水温度，通过调度给定的控制曲线，保证每个换热站的运行参数始终在给定的范围内。同时，中央监控室根据需要调度和遥控子站的电动阀门，调整运行参数。系统配置 GPRS DTU，可以实现温度的控制、补水泵变频的远程控制。上位机选用组态王组态软件，与数据库结合起来，对所有数据进行存储和分析，并可以配合优化软件进行优先控制。

3、PLC 特点
　　

　　图 2 V80 系统结构示意图

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　　针对前面提到的各种问题，本文提出了一个更为优胜的方案，其特点如下：

　　1、 网络通信功能

　　V80 系列 PLC 可同时支持 2 个以上的通信口，可利用 RS485 通信口组建控制网络，把多台 V80 小型 PLC 组进同一个现场总线网络内，主控 PLC 上连接一个 GPRSDTU 模块，为监控网络提供透明的上网通道。选用 GPRS DTU 代替无线 RTU 可以大大降低成本，在敷设了电话线的地方可选用 Modem，使整个系统的造价达到优。

　　2、CPU 模块功能

　　M32DT 模块是 16 路数字量输入和 16 路晶体管输出的 CPU 模块，本身带有两个通信口，一个 RS232 和一个 RS485，内部带 MODBUS 主从通信协议和 FREE 通信协议，可以与各种 HMI 或者各种组态软件通信，通信协议库文件使各厂商自行开发上位机软件提供了诸多便利。

　　M32DT 内带 FLASH 存储器，可将各种参数存储在本地，还带有掉电保持功能，从而保证使用的可靠性和便利性。高速运算速度和完备数学运算能力使其更适合通信和模拟量处理环境。

　　3、抗干扰能力强

　　整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在恶劣的环境中游刃有余，V80 系列产品已通过 CE 认证。

　　4、 编程简单方便

　　V80 系列 PLC 的编程语言支持 IEC61131-3 标准，可以方便编程。同时，支持在线编程，也就是在运行态下可以进行程序修改和调试，为监控现场的在线升级和扩展提供方便。

　　5、

　　V80 系列 PLC 比同样点数的数采模块具有价格优势，而且其图形化编程功能使其成为一个强有力的分布式监控平台。

　　4、结论

　　本文以供热网的远程监控为例，介绍了 V80 系列 PLC 联网、通信协议与第三方产品集成特点，说明 V80 系列 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用，实际运行结果表明 V80系列 PLC 是客户将采集、控制、远程监控合而为一的理想选择。

摘要:
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，提高轴瓦寿命，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，系统可靠性大大提高，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，大大地提高了系统的自动化水平和设备的安全性。 　

1、引言

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。如图1所示。

图1 燃烧控制系统结构图

2、控制方案

锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。

2.1 控制系统总体框架设计

燃烧过程自动控制系统的方案，与锅炉设备的类型、运行方式及控制要求有关，对不同的情况与要求，控制系统的设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是一个多变量系统，设计控制系统时，充分考虑工程实际问题，既保证符合运行人员的操作习惯，又要大限度的实施燃烧优化控制。控制系统的总体框架如图2所示。

图2 单元机组燃烧过程控制原理图

P为机组负荷热量信号为D+dPbdt。控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块（由热力系统实验获得数据，再拟合成可用DCS折线功能块实现的曲线）、负荷—送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。

2.2 燃料量控制系统

当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中基本也是主要的一个系统。因为给煤量的多少既影响主汽压力，也影响送、引风量的控制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。燃料控制可用图3简单表示。

图3 燃料量控制策略

其中：NB为锅炉负荷要求；B为燃料量；F(x)为执行机构。

设置燃料量控制子系统的目的之一就是利用它来消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统的调节品质。另外，由于大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可忽略。特别是燃料品种的变化、投入的燃料供给装置的台数不同等因素都会给控制系统带来影响。燃料量控制子系统的设置也为解决这些问题提供了手段。

2.3 送风量控制系统

为了实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应的改变送风量，使送风量与燃料量相适应。燃料量与送风量的关系见图4。

图4 燃料量与送风量关系

燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。

送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。如图5所示，以实测的燃料量B作为送风量调节器的给定值，使送风量V和燃料量B成一定的比例。

图5 燃料量空气调节系统

在稳态时，系统可保证燃料量和送风量间满足

选择使送风量略大于B完全燃烧所需要的理论空气量。这个系统的优点是实现简单，可以消除来自负荷侧和燃料侧的各种扰动。

2.4 引风量控制系统

为了保持炉膛压力在要求的范围内，引风量必须与送风量相适应。炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全和经济运行。炉膛压力过低会使大量的冷风漏入炉膛，将会增大引风机的负荷和排烟损失，炉膛压力太低甚至会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力的时候，会使火焰和烟气冒出，不仅影响环境卫生，甚至可能影响设备和人生安全。引风量控制子系统的任务是保证一定的炉膛负压力，且炉膛负压必须控制在允许范围内，一般在-20Pa左右。

控制炉膛负压的手段是调节引风机的引风量，其主要的外部扰动是送风量。作为调节对象，炉膛烟道的惯性很小，无论在内扰和外扰下，都近似一个比例环节。一般采用单回路调节系统并加以前馈的方法进行控制，如图6所示。

图6 引风量控制子系统

图中为炉膛负压给定值，S为实测的炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。由于炉膛负压实际上决定于送风量和引风量的平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统的调节性能。另外，由于调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，为了防止小幅度偏差引起引风机挡板的频繁动作，可设置调节器的比例带自动修正环节，使得在小偏差时增大调节器的比例带。对于负压S的测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值的剧烈波动。

3、系统硬件配置

在锅炉燃烧过程中，用常规仪表进行控制，存在滞后、间歇调节、烟气中氧含量超过给定值、低负荷和烟气温度过低等问题。采用PLC对锅炉进行控制时，由于它的运算速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂的、难于处理的控制系统。因而，可以解决以上由常规仪表控制难以解决的问题。所选择的PLC系统要求具有较强的兼容性，可用小的投资使系统建成及运转；其次，当设计的自动化系统要有所改变时，不需要重新编程，对输入、输出系统不需要再重新接线，不须重新培训人员，就可使PLC系统升级；后，系统性能较高。硬件结构图如图7所示。

图7 硬件结构图

根据系统的要求，选取西门子PLCS7-200 CPU226 作为控制核心，同时还扩展了2个EM231模拟量输入模块和1个CP243-1以太网模块。CPU226的IO点数是2416，这样完全可以满足系统的要求。同时，选用了EM231模块，它是AD转换模块，具有4个模拟量输入，12位AD，其采样速度25μs，温度传感器、压力传感器、流量传感器以及含氧检测传感器的输出信号经过调理和放大处理后，成为0～5V的标准信号，EM231模块自动完成AD转换。

S7-200的PPI接口的物理特性为RS-485，可在PPI、MPI和自由通讯口方式下工作。为实现PLC与上位机的通讯提供了多种选择。

为实现人机对话功能，如系统状态以及变量图形显示、参数修改等，还扩展了一块Eview500系列的触摸显示屏，操作控制简单、方便，可用于设置系统参数， 显示锅炉温度等。还有一个以太网模块CP243-1，其作用是可以让S7-200直接连入以太网，通过以太网进行远距离交换数据，与其他的S7-200进行数据传输，通信基于TCPIP，安装方便、简单。

4、系统软件设计

控制程序采用STEP7-MicroWin软件以梯形图方式编写，其软件框图如图8所示。

图8 软件主框图

S7-200PLC给出了一条PID指令，这样省去了复杂的PID算法编程过程，大大方便了用户的使用。使用PID指令有以下要点和经验：

（1）比例系数和积分时间常数的确定。应根据经验值和反复调试确定。
（2）调节量、给定量、输出量等参数的标准归一化转换。
（3）按正确顺序填写PID回路参数表（LOOP TABLE），分配好各参数地址。

5、结束语

单元机组燃烧过程控制系统在某火电厂发电机组锅炉协调控制系统中投入使用。实际运行情况表明：由于引入负荷模糊前馈，使得锅炉燃烧控制系统作为协调控制的子系统，跟随机组负荷变化的能力显著提高，风煤比能够在静态和动态过程中保持一致；送、引风控制系统在逻辑控制系统的配合下运行的平稳性和安全性提高，炉膛负压波动减小，满足了运行的要求；在机组负荷不变时，锅炉燃烧稳定，各被调参数动态偏差显著减少，实现了锅炉的优化燃烧；采用非线性PID调节方式，解决了引风挡板的晃动问题。

采用西门子的PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备的可靠性和稳定性，同时也大幅地提高了燃烧能的热效率。通过操作面板修改系统参数可以满足不同的工况要求，机组的各种信息，如工作状态、故障情况等可以声光报警及文字形式表示出来，主要控制参数(温度值)的实时变化情况以趋势图的形式记录显示， 方便了设备的操作和维护，该系统通用性好、扩展性强，直观易操作