6ES7223-1BH22-0XA8接线方法

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引言
DCS分散控制系统(又称集散控制、分布式控制系统)，是在单回路微机控制系统基础上发展起来的，其综合了计算机技术、通讯技术、CRT显示技术和过程控制技术，采用分层分级的结构形式和分散控制、集中操作、分级管理、分而自治的设计原则，解决了过去计算机控制危险集中、常规模拟仪表功能单一、过于分散和人机联系不方便的缺点。DCS的安全可靠性、通用灵活性、优良的控制和综合管理能力，使其在工业控制领域中得以广泛应用。
瓦楞纸板作为目前使用普遍的包装材料，广泛用于电器产品、日常用品等包装。在现代大规模工业自动化水平相对落后和工业、经济建设高速发展的我国，横切机和堆叠机等机组组成连续生产工艺过程。目前国内瓦楞纸板生产化处于相对落后状态。
本监控系统采用以可编程控制器PLC为基础的集散控制系统，将PLC作为现场采集控制站，利用Ethernet和Profitbus进行数据通信，完成了对广东肇庆嘉隆瓦楞纸板生产线的工况显示、生产操作、订单管理和出货管理，终实现了企业管理—控制一体化。
2系统总体结构及通信网络
2．1系统总体结构
嘉隆瓦楞纸板生产线监控系统采用如图1所示的分布式计算机监控系统。它分为3级结构：现场级、控制级和管理级。

级为现场级。由安装在现场的3个PLC子站辅与其它测量控制设备(如编码器、红外测量仪、变频器等)进行各种数据采集、生产线的现场控制。为现场采集控制器完成现场信号的输入输出，根据给定的工作程序进行数据处理、控制输出，并且将处理结果送操作站。PLC站采用德国VIPA公司的产品，包括一个CPU站和两个I／0站，其配备如下：
V200CPU站：主要包括CPU 288L、FM250、SM221和SM222等模块。主要用于粘合机和横切机各种状态信号的采集和控制信号的输出。
V200站1：主要包括SM221、SM222、SM232和FM250等模块；主要用于过胶机和1号瓦楞机状态信号的采集和控制信号的输出。
V200站2：主要包括SM222、SM232和FM250等模块；主要用于2、3号瓦楞机状态信号的采集和控制信号的输出。
第二级为控制级，配备5台工业PC机。其中包括1台主操作站，1台过胶机操作站和3台瓦楞机操作站。主操作站设置在车间控制室内，其它各操作站设置在生产线的相应部分，完成现场级检测、控制、保护功能的管理。由一台HUB将各操作站组成局域网。各操作站功能独立，又能互为备用。它对级现场采集的所有数据进行处理、分析、存储，完成所有控制指令的收集和发布，以各种方式(如流程图、趋势图等)表达整个生产线的运行状态。对系统功能的组态、流程图的制作、保护值整定、控制模型修改等工作也是在这一级的操作站上完成的。
第三级为管理级，配备了多台普通PC机、打印机，以及一台数据库服务器。其中PC机作为管理终端设置在相应的管理部门，打印机负责定期打印生产情况报表备档，数据库服务器负责接收、存储从监督控制级送来的各种实时数据、历史数据。各部门的管理人员可以随时通过管理终端机观察生产线的运行状态和定单执行等情况。管理级同时可接受管理部门管理数据的输入，完成订单管理，出货管理等功能。
2．2通信网络
由于在分散控制系统中广泛采用了多处理机的结构，所以处理机之间的数据通信变得极其重要。
现场总线技术作为自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向。Profitbus是唯一的全集成H1(过程)和H2(工厂自动化)现场总线解决方案，是一种不依赖于厂家的开发式现场总线标准，它可广泛应用于制造加工、过程和建筑自动化领域。在该监控系统中，现场级3个PLC站之间利用Profitbus进行数据通信，实现了纸板生产线状态数据的采集和控制信号的传递。
Ethernet以太网初是由Xeroex在20世纪70年代开发的—种连网传输方法，后来由Xeroex、数字设备公司(DEC)和Inbbb改进。这种灵活的技术可以运行在各种网络介质上，并在合理的开销下提供很好的容量。到目前为止，以太网是用于局域网的流行的逻辑拓扑结构。在该监控系统中，控制级操作站之间和管理级终端机之间采用Ethernet进行数据通信。实现了各操作站间的相互冗余备用以及管理数据的存取。
DCS各级之间的通信一直以来是工程技术人员关注的技术热点之一。该系统采用VIPA公司PC-CPU 288L自带的Ethernet端口很好的解决了现场级到控制级之间的通信问题。实现了现场实时数据向上输送和控制级信号的向下传递。由于控制级和管理级同时采用Ethernet，因此它们之间直接用集线器(HUB)相连，进行相互通信。
该监控系统中，将以太网(Ethernet)与现场总线相结合实现了PLC站之间、操作站之间、管理终端之间以及现场级、控制级、管理级之间的数据通信。
3软件设计
系统软件采用CONTROL LAB软件包，其层次结构如图2。

现场级V200 CPU站采用了快速可预测实时内核，其周期性工作的时间稳定性(Jitter-Time)可达2微秒(300MHZ CPU)。PLC和硬件模块及现场总线的数据交换均在实时任务中进行，保证了这类数据交换在操作系统中的延时不超过几个微秒。控制任务作为实时任务执行，其短工作周期可达0．01毫秒。
PLC监控程序采用图形化组态工具ControlChart编制，该工具是一种基于IEC1131-3流程图形语言的开发式控制软件，符合工业标准。工程师在控制级操作站上即可利用现成模块进行自由组合、在线观察和调试，极大地缩短了控制系统的调试时间。瓦楞纸板流水线的控制任务主要进行线上各机组运行速度协调。速度调节中粘合机作为主机，过胶机、修边机、横切机和堆叠机与主机同步运行。该监控系统速度控制流程图如图3所示。
ZJL、DJL、DDCL和SJCL分别对应纸浆量(瓦楞机)、堆积量、订单产量和实际产量，根据以上量的测量数值对粘合机和瓦楞机速度进行相应的调节。
在控制级和管理级软件基于bbbbbbS NT平台，采用易学易用的Visual Basic6．0进行编程，其中采用ActiveX、OPC、TCP／IP等国际通用技术和标准，用户可以极方便的与其他软件系统进行自由通讯和进行功能扩展。控制级操作站检测画面主要有总操作图、瓦楞机监测图、粘合机检测图、过胶机监测图、修边机监测图和横切机监测图。管理级终端包括订单管理画面和出货管理画面等。
4系统功能
在软硬件基础上实现的瓦楞纸板生产线监控系统功能如图3所示。监控系统功能分为监控和管理功能。监控主要是工况显示和生产操作，管理主要是订单管理和出货管理。

4．1工况显示
　　在控制级的操作站以及管理级的终端机中显示现场采集来的生产线状态数据，主要包括：生产中的纸板品种，尺寸规格；现时各机组生产速度、电机电流；瓦楞机原纸堆积量；粘合机出纸量、各段温度；现时的实切张数，订单的总张数，还欠实际张数；成品，不良产品的数量(不良品人工输入)原纸剩余长度等。显示方式包括数字、柱状图和趋势图等。在此基础上进行速度、电流、温度、堆积量等过限报警。

4．2生产操作

4．2生产操作
根据现场采集的信号，监控软件可以自动对生产线进行相应的控制，主要有：
(1)正常情况下，以粘合机作为主机进行全线单一速度的控制，其它机组能根据自身的工艺要求适应性的同步加速或同步减速。
(2)自动侦测瓦楞机纸板堆积量并能自动调节相应机组的生产速度，当堆积量超过上限时，自动增大粘合机以及其它相关机组的速度。在紧急情况下，可以对生产线进行紧急减速。
(3)根据管理人员输入的产品规格，在订单执行初期自动调节修边机、横切截的刀线，并能够在生产过程中自动调整。
(4)由订单的总张数和尺寸，自动运算出所需生产的总米数，各主要机台便能因自身的实际机组距离，生产出相应长度的楞纸。
　　同时监控软件设置了自动和手动两种控制方式，工作人员可以在手动方式下根据情况对生产线进行相应的控制。
4．3订单管理
　　订单管理是在生产操作功能的基础上实现，其主要功能有：
(1)管理人员可以在办公室终端机输入当日之订单，包括接单日期，订单号，客户类别，纸质，纸宽，交货日期等数据。根据纸质，纸宽打印各月份接单统计表。
(2)根据订单所要求的纸质，交货日期以及生产线状态，监控程序可以自动执行新订单。同时工作人员也可以根据情况，手动让系统执行新订单。
(3)实时记录订单的完成情况，根据订单完成情况，定期打印订单生产情况报表。
同时在数据库服务器中设置了用户权限，因此可保证定单数据的安全。
4．4出货管理
　　出货管理主要将已安排生产的订单以挑选方式排出作为出货定单。管理人员输入出货单之运费价格、车号、装车时间、装货规格品种、数量等，并列出当日或当日货运明细表。同时包括退货单的输入、更正和删除等。
5结束语
　　嘉隆瓦楞纸板生产线DCS采用3级结构，采用Ethernet与现场总线相结合的方式进行数据通信，大量采用冗余技术，实践表明，该系统开放性和容错能力高，系统重新定义容易，可扩展性和可维护性好。采用以实时内核为基础的系统软件，进行系统的功能定义和采集控制算法程序的编写，系统的稳定性相对较好。

概述

　　自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线 或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要tigaoPLC控制系统的可靠性，就要从多方面tigao系统的抗干扰能力。

　　分析硬件电路，提出硬件抗干扰措施

　　1、PLC控制系统的安装和使用环境

　　PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的可靠性。PLC使用环境温度通常在0℃ ～55℃范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合，需将PLC封闭安装。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可靠性也会降低，所以应采取相应的减振措施。

　　2 、PLC的电源与接地

　　PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，tigao系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接专用地线，并且接地点要与其它设备分开，如图1（a）。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式，如图1（b）。但是禁止采用串联接地方式，如图1（c），因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能靠近PLC 。

　　接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。这里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在PLC控制系统中有许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定电位的地线。交流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子(LG)是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子(GR)连接。

　　3 、PLC的输入、输出设备

　　输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。以开关量输入为例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。在设计电路时，应尽量选用可靠性高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有4～20mA、0～20mA直流电流信号；0～5V、0～10V直流电压信号，电源为直流24V。

　　对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果超过了规定的大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来tigao可靠性，另一方面，在对系统可靠性及智能化要求较高的场合，可以根据电路中电流异常的情况对输出单元的一些重点部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按程序自动转入故障处理，从而tigao系统工作的可靠性。若PLC输出端子接有感性元件，则应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点。

　　为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆；对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、必须使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地，其处理方式如图2。 

　　软件抗干扰措施

　　硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来tigao系统的抗干扰能力。 

　　1、利用"看门狗"方法对系统的运动状态进行监控

　　PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误

　　信号，防止输出元件的误动作。在设计应用程序时，可以利用"看门狗"方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作"看门狗"用，对运动部件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动"看门狗"定时器。若运动部件在规定时间内达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。

　　2 、消抖

　　在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠有效信号，从而达到抗干扰的目的。 

　　3 、用软件数字滤波的方法tigao输入信号的信噪比

　　为了tigao输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来tigao有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于liuliang、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：liuliangn= 12，压力n=4合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器A/D转换来说，采样时间应取工频周期(20ms)的整数倍。实践证明其抑制工频干扰能力超过单纯积分器的效果。 （作者：贾荣丛、王划一，山东大学控制科学与工程学院）

目前，由于水环境的越来越恶劣，在人们增强环保意识，尽量减轻污染物排放的同时，水处理技术及效率就愈加重要。膜法工艺被认为是当前先进、的水处理工艺。下面结合日处理360吨，采用MF+NF工艺的移动集装箱水车的PLC控制应用。


　　一、 膜法水处理工艺简介

　　膜过滤是指液体在透过膜状物时，其中的部分物质被截留的现象。水处理行业通常所指的膜是指过滤孔径0.0001微米到10微米的固体膜。

　　从制造材料上，膜可分为有机膜和无机膜；从几何形状上，可分为平板膜、卷式膜、管式膜、中空纤维膜；从构成结构上，可分为单皮层膜和复合膜；从过滤流向上，可分为均向（对称）膜和非均向（非对称）膜。

　　由若干单位的膜组成的一个过滤单元，被成为膜组件。

　　由于切割分子量的区别，膜被分成反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）。其大约如下图所示：

　　一直以来，混凝沉淀过滤法和混凝过滤法作为前处理，被广泛用于自来水、工业用纯化水、半导体电力的超纯水、医药食品用的精制水、海水淡化等领域。上述处理方法是经过多年技术累积确立起来的，可以去除河水、井水、湖泊沼泽水和海水等原水中的悬浮物质。但是同时也逐渐产生了很多问题，例如：雨天水质的变动增加了絮状凝剂添加的复杂化；处理水中因使用絮状凝剂增加了铝、铁离子和污泥的产生量；絮状沉淀槽，沉淀池、沙过滤设备等设备占地面积大等等。

　　针对上述问题，膜法水处理工艺应运而生。大型MF膜组件不仅可以代替混凝沉淀过滤法和混凝过滤法，而且还可以通过过滤（除菌、清澈）工业用水，使取代一直以来使用纯化水作为工序用水的作法成为可能，工序水的成本也由此有望得到降低。


　　与传统水处理工艺相比，膜法工艺具有以下优势：

　　1）、可以得到高品质的产水
　　　　　不管进水水质如何变动都可过滤出浊度小于NTU的高品质水。
　　2）、可自动运行、运行简单
　　3）、不用絮凝剂、即使使用也只需要少量絮凝剂
　　4）、装置面积小
　　5）、建设工期短
　　6）、使用寿命长
　　　　　在通常使用中，无需考虑化学药品腐蚀或生物分解等产生的膜破裂。

图一、膜过滤法与传统砂滤方法比较


　　二、膜处理系统流程

　　膜处理系统流程分为过滤、反洗及空气擦洗及冲洗三个过程。

　　图二显示了膜处理系统的过滤工艺流程。本系统为外压式循环过滤系统，原水无需混凝前处理（但是，要去除单独使用膜处理无法去除的成分例如色度等，需要依靠添加混凝剂达到目标去除率的情况，也可以添加混凝剂。），可以通过预过滤去除原水中所含的大块垃圾（特别是容易纠缠住中空纤维难以排出的纤维状垃圾）供给膜组件。

图二、过滤工艺流程


　　为了运行的长期性和安定性，加入次氯酸钠（NaClO）溶液进行反洗和同时进行空气擦洗的设备也需要同时备好。见图三。

图三、反洗及空气擦洗工艺流程



　　图四显示了膜处理系统的冲洗工艺流程。

图四、冲洗工艺流程




　　三、PLC控制系统

　　应外方要求，PLC采用MITSUBISHI FX2N M80R CPU，及4个4AD和1个4DA扩展模块。触摸屏采用PRO-FACE GP2500T 10.4寸彩屏（带TCP/IP接口）。变频器采用ABB ACS350系列。采用SCHNEIDER低压电器。实际使用过程中觉得用SIEMENS S7-200 PLC加TP270触摸屏更有技术及功能优势。


　　PLC的控制功能

　　1）、采用步进程序编写过滤、反洗及空气擦洗及冲洗流程的逻辑顺序控制
　　2）、PID功能。利用FX2N内置PID功能块通过4DA控制变频器的输入给定，调节过滤泵的频率，从而达到恒liuliang控制。
　　3）、各设备的运行、故障状态信号及温度、压力、liuliang和液位信号的采集及各种泵、空压机和气动阀的控制。


　　触摸屏的控制功能

　　1）、通过触摸屏实现手/自动控制
　　2）、工艺流程显示
　　3）、手动操作
　　4）、工艺参数显示和设置
　　5）、PID参数设置
　　6）、膜泄露检查操作
　　7）、手动CIP清洗操作
　　8）、报警显示、存储及查询、打印功能
　　9）、模拟量趋势显示，查询、打印功能
　　10）、数据记录，显示，查询、打印功能
　　11）、可选的通过TCP/IP远程监控

　　图五、工艺流程主画面

　　图六、工艺参数设置画面

　　图七、趋势曲线画面

图八、膜处理系统