西门子模块6ES7214-1HF40-0XB0参数详细

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20世纪60年代末，为了改变由成千上万个继电器经硬线连接构成的传统装置，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成功一台可编程序控制器（以下简称PLC）。经过20多年的不断发展，现在已形成了完整的工业控制产品系列，其功能从初仅有计时、计数及逻辑运算等简单功能发展到目前的具有接近计算机的强有力的软硬件数据处理功能和联网通信功能，在I/O点数、内存容量、系列化、通信化、通用化方面都有了明显的进步，特别引人注目的是新推出的PLC产品都大大增强了通信功能，采用了网络技术，使多台PLC并网工作，**了整体性能。

从控制功能上看，PLC可替代继电器控制电路的一切功能，具有浮点运算、数据传送和比较、文件传送、诊断、逻辑判断、中断控制、通信、人机对话等功能，在使用方便性和系统可靠性方面则具有继电器电路无与伦比的优越性。目前，PLC产品已成为控制领域中常见、重要的装置之一。它代表了当前电子程控技术的发展潮流，其应用已渗透到国民经济的各个领域，发挥了日益明显的作用，因而受到越来越高的重视。据调查结果表明，约80%的工业单位可采用PLC作为控制装置，可见其在工业各个领域中的应用前景之广泛。

金隆铜业有限公司是率先在国内铜冶炼企业采用可编程序控制器用于主体生产工艺过程控制的企业，其成果和经验随后也得到了国内其他冶铜企业的肯定和效仿，该项目也因此获得了当时的国家有色工业局授予的科技进步一等奖。金隆铜业有限公司采用的是在国际市场占有率较高，度也较高的美国Rockwell公司生产的PLC-5系列大型可编程序控制器。全套系统的成套和软件的编制调试则由上海自动化仪表研究所、南昌有色金属设计研究院、铜陵有色设计院和金隆铜业有限公司自动化室共同承担，这几家单位都有着雄厚的技术力量和多年从事自动化项目设计、成套的经验，因而系统自投用以来在生产和管理中都收到了显著的成效。

一、系统概述

1. 系统配置

金隆的可编程序控制器系统主要包括：三台转炉、转炉公用设备及铸渣机PLC控制系统；两台阳极精炼炉PLC控制系统以及电解车间及电解液净化部分的PLC控制系统。

以上三个系统共分为九个PLC控制站，这九个PLC控制站全部选用PLC-5/40可编程序控制器作为主机。

2. PLC-5/40介绍

PLC-5/40是Rockwell公司PLC家族中应用广、功能强、性能价格比理想的机种之一。它具有速度快、内存大、指令系统丰富等特点，并可配置成主机和网络冗余的控制系统。

3. 软件介绍

软件包括通信软件WinLinx、监控软件WinView和编程WinLogic5。

● WinLinx是以bbbbbbs为基础的、用于与PLC进行通信的软件。WinLinx既是一个驱动程序又是一个DDE服务程序。驱动程序是与PLC之间的通信接口，而DDE服务则提供了与bbbbbbs其他应用程序的数据交换手段。

● WinView是一个用于数据采集、监控和信息管理的工业监控软件包，是个人微机上的实时、多任务、多窗口的、功能强大的、模块化的、彩色图形组态软件。它可以根据现场数据的变化而形成动态画面。

● WinLogic5是用于对可编程序控制器进行编程和文本处理、功能强大的软件包。它提供了对ROCKWELL公司的PLC-5可编程序控制器进行在线和离线编程、I/O组态、报告、诊断、注射和监控、强制等功能。它具有非常友善的人机界面，全部功能均可以用鼠标进行简单的操作。

二、具体应用

1. 在阳极精炼炉的应用

金隆公司共有两台阳极精炼炉，其操作控制水平的好坏直接关系到阳极铜的质量乃至影响到电解铜的质量，阳极精炼炉共用了四个PLC-5/40处理器，两主两从，互为热备，分别控制两台阳极精炼炉的倾转系统、附属设备和所有的调节回路。另外，还担负着接受行车无线传输称重数据的任务。

此外，两台行车上的行车秤的称重实时数据也是由阳极精炼炉PLC进行接受并进行数据转换处理和显示的。大部分实时信号的累计值、历史趋势和报警画面也都由PLC完成。由于在阳极精炼炉使用了PLC，使得大量的继电器控制柜和二次仪表得以取消，不仅节省了空间，也使得故障率大为减少，**了系统的可靠性，并且回路修改极为方便，减少了二次投资。

2. 在转炉的应用

转炉工段包括三台转炉本体、三套残极加料系统、一套溶剂运输系统、环境集烟以及电收尘四大部分。有八个PLC组成四套热备控制系统进行控制，每台转炉本体和对应的残极加料系统由一套PLC进行控制，溶剂运输、环境集烟以及电收尘由一套PLC进行控制。

投产以后，根据生产情况和工艺要求，我们对转炉的事故倾转回路进行了改造，将事故倾转由直流倾转改为交流倾转，仅当交流失压时才由直流倾转，增加了系统的可靠性。还增设了富氧调节回路和纯水槽自动补水调节回路。此外，由有色机械总厂生产的铸渣机也是用PLC进行控制的。由于采用了PLC进行控制，使转炉的劳动强度大为减轻，监控更为方便，维护更为简单。

3. 在电解、净液的应用

电解、净液共用了三台PLC，一台用于对电解工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制，一台用于对净液工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制，一台用作与上位一台以太网的网络通信接口。

PLC主要对一些给液泵、循环泵、泥浆泵等一些泵的启、停进行联锁控制和监视，对风机的运行情况进行监控，对短路器进行监控。

由于采用了PLC，取消了大量的二次仪表，所有的仪表指示值都可以在监控站的屏幕上显示，统计报表、历史趋势曲线都可以很方便地打印出来。参数的修改和设备的操作都可以用鼠标在屏幕上完成。

三、网络化方案及其实现

PLC-5处理器不仅具有非常强的控制功能，还具有非常强的通信能力。因此，它不但适用于各种控制应用环境中，特别适用于计算机集成生产系统（CIMS）的生产方式，与计算机等来形成一个高度全面化的分布式多级控制系统。生产的过程十分复杂，因此实现生产过程的全面高度自动化比较困难，同时，由于市场需求和技术发展的更新速度日益加快，以往传统的、相对稳定的生产过程也变得越来越不适应要求，这就对自动化生产的方式提出了一个动态的开放要求。因此，管理和控制一体化成为现代化企业越来越迫切的需要，而在此过程中，网络化的实现又成为一个关键的环节。

金隆公司的生产管理网络就是这样一个集控制和管理于一体的厂级分布式控制系统，网络构成如下图所示。

1. PLC与管理网的联接

由网络图可以看出，全厂的PLC共构成两条数据高速通道（DH+）链，一条是电解、净液的PLC通过ROCKWELL公司的以太网接口模块5/20E与以太网相连，一条是阳极精炼炉、转炉的PLC通过DCS与上位以太网相连。采用这种联结方案主要是受各PLC物理位置的限制。PLC的实时数据传到以太网后，由美国DEC公司的阿尔法小型计算机接受并转换成个人电脑可以识别的数据信号后，再发往各管理终端。这样，各管理终端通过相应的软件就可以随时调出工艺流程画面和实时工艺参数，管理者就可以随时了解到现场工艺情况和各类数据报表，从而为管理带来极大的便利。

2. DH+网

DH+是一个公共总线形成的对等的工业局域网，其网上的每个节点无主次之分，网络的存取方式为令牌传递方式，传输介质为屏蔽双绞线，大传输距离为3044m，通信波特率为57.6K（57.6K位/s=1字节/0.14ms）,大节点数为64个。

屏蔽双绞线相对比较便宜，并有比较好的抗噪性，能保证传输信号不失真，不失为一种理想的传输介质。令牌传递方式可以消除那些试图获得网络访问权的PLC站点之间的竞争，哪个站点得到令牌，它就成为主站，从而有权向其他站点发送信息，用完相应的时间片后，即将令牌传递到下一个站点，这样可以避免因某个站点故障而影响到整个网络。每个PLC-5/40处理器有四个通信口，可用软件设置成远程I/O通信链与输入输出机架相连或设置成DH+网络通信口。在转炉调试时，由于各站点之间需要传递的数据量太大，引起监控站屏幕频繁出现网络超时报警信息，我们就用处理器空闲的通信口，专门设置了一条DH+通信链，专门用于处理器之间的数据传递，解决了网络拥挤的问题。

由于DH+网络优越的网络性能，使得数据在站点之间传递变得极为便利，行车称重数据本来发往阳极精炼炉，可是因为有了DH+网络，在转炉也可以看到这些数据。转炉的作业方式是交替作业，加上很多设备是三台转炉共用，因而需要相互传递的信息量非常大，因为有了DH+网络，一切问题迎刃而解。

四、调试中遇到的难点及解决办法

投产前，网络安装测试好之后，开始进行系统的总调试，发现由于三台转炉的很多辅助设备是共用的，因而各PLC之间需通过网络交换的数据量特别大，引起网络繁忙，网络超时报警频频出现，影响调试和正常操作。起初试图通过增大监控站的内存、扩大缓冲区、精简操作画面等方法解决这个问题，但效果均不理想。后来想到利用处理器的其他空闲的通信口，专门开设一条网络转炉的四个PLC之间传递数据用，结果十分令人满意，很好地解决了这个问题。

五、投产后的增设及改进项目

由于工艺状况和设备状况的要求，投产后在转炉进行了一系列的改造和增设项目，主要包括以下几个方面。

1. 转炉事故倾转的改造

在原设计中，转炉的事故倾转是蓄电池带动直流电机驱动的，由于蓄电池只能供电10min，而充电时间需10多个小时，且有倾转速度慢、性能欠可靠等缺点，容易引起堵风眼事故。针对这种情况，我们在软件上进行了修改，使得只有交流失压时，才由直流电机驱动转炉移动， 在其他条件下，均由交流电机带动炉子做事故倾转，大大减少了事故的发生，具有很好的效果。

2. 增设富氧改造调节回路

投产一段时间后，为了增加固破和冷铜的处理量，根据工艺要求，我们在转炉增加了富氧锤炼自动调节回路。回路投用后，操作人员只要在操作画面上设定所需的用氧浓度，调节回炉即可根据送风**和设定氧浓自动调节氧气的**，操作十分方便。至今，使用效果一直很好。

3. 增加纯水槽自动补水回路

纯水槽的水是用于转炉冷却水套的，一旦断水，就会对设备造成损坏。未改造之前转炉纯水槽补水需用电话与纯水站联系，这就要求操作人员经常监视纯水槽的水位，很不方便，改造之后，低水位自动补水，高水位自动停水，且有高、低水位报警，既方便又安全，得到操作人员的好评。

4. 增加报警点和历史趋势记录

转炉投产后，我们在转炉增加了PLC系统不间断电源（UPS）掉电报警、烟罩断流报警、纯水槽水位报警等，**了生产的安全性。增加了排风机转速和输出给定值的历史趋势记录，给设备监护和故障判断分析提供了依据。

可编程序控制器因其可靠的性能、卓越的控制功能和强大的通信功能在金隆公司的生产和管理中发挥了很大的作用，创造了一定的经济效益。随着其性能价格比的**，相信会在工业企业中得到更加广泛的应用。

　B&R（贝加莱，www.br-automation.com）公司于1979年创建于奥地利。从创建以来，B&R一直致力于工业自动化技术创新并引领着技术发展的潮流。卓越并且开放性的产品大限度地满足了客户需求，使客户的产品和项目具个性与竞争力。1996年贝加莱来到中国，如今，贝加莱产品已在中国国内的塑料、包装、印刷、纺织、食品等多个行业的机械自动化及电力、冶金、石化、污水、市政工程等过程自动化领域中被广泛地采用。产品含盖PCC（可编程计算机控制器）、IPC（工控机），Panel System(人机界面)、ACOPOS (伺服产品)、X20，X67(分布式I/O)，APROL系统（DCS系统）等产品系列。丰富的控制部件和DCS系统被广泛应用在各大**的污水处理控制系统中，目前已有上千套贝加莱的污水处理系统运行在全球的各个国家，系统性能有口皆碑。

　　2．污水工艺及特点
　　污水处理的工艺流程大体分为：格栅处理、泵房**、沉砂处理、一次沉淀池、曝气池处理、二次沉淀池处理、泥浆制备、昭气利用。需要控制的区域主要有进水泵房，鼓风机房，脱水机房，变电所，加药间等区域。有栅格、总泵房、沉砂池、生物反应池、沉淀池、加氯间、污泥处理装置、变电站等控制对象。

　　在进水泵房，系统需要检测粗、细格栅前后的液位，及设备的故障工况，手动/自动控制粗、细格栅的运行；采集泵房内及水泵运行工况及液位参数，并根据泵的运行时间，先后开启水泵机组。

　　在鼓风机房，系统需要控制鼓风机组的开关机顺序，检测鼓风机组的故障报警，根据生化池中溶氧的浓度调节出风阀开启度，检测生化池等相关仪表的参数。在脱水机房系统需要采集脱水机房、污泥池内电气设备运行工况及附近的仪表参数并对相应电气设备进行控。在变电所需要采集鼓风机房高压变配电所设备的运行工况及对附近电气设备进行控制等。具有现场设备查询，故障记录及报警，各项数据曲线等功能。

　　3．贝加莱控制系统方案：　
　　根据项目的需求及特点，贝加莱方案为监控中心采用**的管理控制技术，系统设计为控制层、监控层、管理层三层进行监测和控制。控制层分若干个PCC子站分别对厂内设备、及监测点进行控制、监测，采集信号，控制生产设备；监控层，在厂内设中心控制室，对于独立运行的污水处理厂，中控室有二个功能，一是监控全厂的整个生产过程，二是将有关污水处理厂的运行状况上传污水处理厂监控中心；将污水处理厂监控中心执行指令下传各PCC，由PCC控制各现场仪器及仪表；管理层主要在污水处理厂监控中心完成。系统同时还充分考虑设计了特殊情况下的现场手动控制。
　　系统结构图:

　　系统设计在现场采用贝加莱的PP400系列控制器，贝加莱的PP400是一款集成触摸屏，控制器于一身的高性能控制器.一个设备同时实现现场的监控和操作以及I/O的处理.**整个污水系统的灵活度.支持100米I/O扩展的X20系统。各PCC站的通讯，采用CPU自带的以太网接口，实现个站间的通讯和与监控中心的数据交换。设计自控系统的组成主要包括：
　　1. 1#PCC，2#PCC，3#PCC控制站
　　主控制器选用X20的高性能X20CP1485控制器，自带以太网，和RS232或CAN通讯接口，其处理频率达到Celeron 400MHZ,达到400US的任务执行时间。通过预先编制好的控制程序，对现场控制站I/O模块进行数据采集和分析、运算并相应的输出结果。通过自带以太网接口实现与监控中心的数据通讯，并且采用容易扩展的X20的I/O单元，采用CAN，X2X通讯方式实现I/O的通讯，采集远程设备的数据信号。12路的I/O宽度仅为12.5mm,长为9.9mm.结构紧凑，功能齐全，，安装方便。

　　3个PCC站分别位于预处理站，鼓风机室，滤池和沉淀池。鼓风机房现场HMI采用贝加莱的PP100触摸屏，PP100采用266MH高性能处理器，128MB DRAM，TFT 640*480 真彩10.4寸的大尺寸，IP65的防水等级。全金属外壳。模拟电阻式触摸屏其特性决定了长寿命，正常使用可达6年以上。并且具有很强的抗干扰能力，并集成RS232，以太网，USB接口，方便用户的通讯或扩展。主控制器与触摸屏的通讯采用RS232。

　　2．变电站
　　控制器选用贝加莱的PP400，贝加莱的PP400是一款集成触摸屏，PCC控制器于一身的高性能控制器，采用高速266MHZ CPU ，可达8GB的大容量的存储器，具有IP65的防护等级，USB，以太网，RS232通讯接口丰富，256色真彩显示。10.4寸的PP400作为控制主站的控制器和人机界面的同时。还可通过屏查询设备状态，工作记录，数据报表，修改系统参数等功能。满足在变电站本地监控本地操作的功能，一体化的设计紧凑而小巧。I/O模块支持多种远程扩展方式，如CAN ，X2X， POWERbbbb，ProfibusDP，DeviceNet等。

　　3． ECU01-ECU10现场控制站
　　现场控制站的主要功能是远程I/O模块和通讯的功能，它主要包括模拟输入模块、数字输入模块、数字输出模块、以及通讯模块。采集10个滤池的信号监控等。控制器选用贝加莱的X20自带以太网，RS232，CAN接口紧凑型X20CP0291，达到2MS的快速扫描周期。采集10个滤池的控制信号，通过100M的以太网传输上下位的数据信息。I/O部分采用贝加莱的X20 I/O系统。如果滤池控制部分离其余控制部分有一定距离，并且I/O点不多。我们采用贝加莱的具有12M 通讯速度，站间距离可达100米的X2X通讯总线，进行远程扩展。方便现场的安装，满足实际客户要求。并且X20系统支持热插拔，即使个别模块或外围设备的故障也不会影响其余模块的正常工作，避免因一些小故障而导致整个系统瘫痪。节省维护和使用成本。
　　4． 监控中心
　　采用贝加莱无风扇无线缆，可免硬盘运行的工控机APC620，采集现场PCC的实时数据和记录状况报表及报警等。实现全厂的综合调度。两台工控机互为主备，**系统可靠性。控制系统具有全自动逻辑控制、在线工艺状态显示及参数记录、运行故障诊断记录、生产报表显示记录等功能。系统能长周期安全无故障运行。
　　5．网络通讯及结构
　　利用各PCC自带的以太网接口实现PCC站站以及ECU各站的通讯,以及与监控中心的数据通讯.光纤连接现场和监控中心。远程I/O的扩展采用12M速率的X2X总线。通过RS485接口模块控制现场变频器的运转，以及与仪器仪表的通讯连接。

　　贝加莱的控制系统支持分时多任务操作系统，触摸屏和PCC均采用一个开发软件来开发，面向对象的编程方式，除常规编程语言外，并且支持C语言，BASIC语言等多种编程语言。以及完善的PID算法完成生产过程压力、温度、**等工艺参数的PID回路调节。高性能的控制器和支持带电插拔的X20 I/O 系统，单个模块或部件的损坏不会影响其他设备的正常运行，**污水系统可靠性，利于系统维护。I/O的就地接入，再通过通讯上送，通讯介质为屏蔽双绞线，减少布线成本，**电气系统可靠性。实现就近接线，远程监控。接口丰富，太网通讯接口， Modbus接口，CAN 通讯，RS485总线等与三方设备通讯的接口都包含在系统中，方便用户的扩展和使用。
　　4．结束语：
　　贝加莱的污水控制系统是以PCC、工控计算机、管理计算机、服务器、计算机网络及软件系统为核心的污水处理厂实时管理控制系统，自动监测或监控污水处理厂设备及生产运行，达到污水处理厂远程监测或监控自动化、管理信息化。 使污水处理厂内自动化控制及技术水平得到全面显著**，可以安全、可靠地实现各种复杂的污水处理工艺流程，减少人为因素带来的可能事故和隐患，保证污水处理的质量，同时减轻劳动强度，**工作效率和经济效益，使传统污水处理厂生产运行及管理产生了质的变化