6ES7223-1BF22-0XA8选型说明

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1　引言

　　可编手里逻辑控制器PLC进入国内工业控制领域己近十年了，早期的PLC由于受硬件的构成及软件环境的局限，其应用范围受到二定的限制。近几年来，随着微电子技术及计算机技术的高速发展，PLC产品高度融合了计算机产业新进的技术与工业自动控制的经典理论，在其功能及性能上指标上得以大大的丰富和完善，从而突破了传统PLC的概念，在中、小型控制领域内极大的扩展了其应用范围。在特定的范围内，高性能价格比己成为新型PLC的突出的特点。

　　A-B公司是国际的工业产品制造厂商，其工业自动化控制产品以其高性能、高可靠性在工业控制领域有着其特定的地位。A-B公司的PLC产品更是该产品领域的佼佼者。本文将通过介绍A-B公司的新型PLC产品在南方某3X125MW机组电厂辅助装置中的实际应用实例，来介绍新型PLC产品的先进功能与性能。

　　2　产品简介

　　美国A-B公司的新型的SLC500/03 PLC系统，是PLC产品领域中较先进的机型之二，除具有常规PLC产品的基本性能外，它还具有以下的独特功能：

　　*强大的输入/输出信号支持能力，I/O接口部分支持960离散点；
　　*丰富简单的集成化指令，处理器指令集71条，简单易学便于系统的应用及推广；
　　*多级工作状态指示显示，便于现场运行人员对系统的工作状态一目了然；
　　*高可靠性的性能设计，确保正常工作条件下，系统的维护量小。

　　3　工艺流程
　　
　　作为电厂工艺流程中二个重要的环节，化学水处理部分在整个电厂的自动控制系统中有着举足轻重的地位。它的工作状态将直接影响整个锅炉系统的安全性与经济性，并影响到整个电厂的工作稳定性与可靠性。化学水电气控制部分的各种控制阀门和联锁开关较多，其中任一环节的工作状态的稳定性和可靠性都将对整个化学水自动控制部分产生相送连的影响。

　　针对这样的实际状况，我们在化学水的控制部分采用了由PLC系统构成的程序控制，选用了A-B公司高性能的PLC产品SLC-500/03，从而完成化学水处理部分的启动、停止、暂停、再启动以及相关电磁阀箱、风机、泵的控制。化学水部分的运行（送水）和再生指令全部自动进行。当某种水处理设备失效后，由检测仪表发出信号，把该设备从制水系统中解列，经过判断，确认具备再生条件时，自动投入再生。再生程序完毕，水质合格后自动把该设备并入到制水系统，恢复送水。

选用PLC系统构成了以下几个分系统：

　　*机械过滤器的程序控制系统
　　*一般除盐系统的程序控制系统
　　*混合离子交换器的程序控制系统
　　下面以化学水处理部分一般除盐系统的程序控制为例，介绍其工艺及系统构成。
　　对于电厂的化学水处理部分，除盐系统为系统中重要的一个环节，供往锅炉的水中含有微量的悬浮物、胶体物质和有机物质，它们的存在会直接影响锅炉的使用寿命和传输管道的安全，所以必须作前期的处理。

　　它的处理过程为在化学水处理的过程中，加入特定的化学物质，从而与水中的有害成分发生化学反应，通过沉淀、过滤等方式将这些特质从水中分离出来。PLC系统主要自动控制并完成整个除盐过程的中的阀门的启、停及相关管路中的开、闭等。并联运行固定床两极除盐系统工艺示意图如图1所示：

　　4　实际应用

　　根据上述的化学水一般除盐过程的工艺流程，选用相对应的PLC构成程序控制系统。除盐过程所涉及的开关量信号计有除盐水导电度、阳床钠离子、阳床NaOH等相关的输入、输出点，故选用了SLC500/03中的离散量输入模块1746-IB32计三块，离散量输出模块1746-IB32计二块，继电器输出模块1746-0X08计八块，构成的整个PLC自动控制系统如图2所示。
　　按照上述的程序流程图，通过PLC系统专用的程序软件包进行系统程序的生成，并投入正常的使用。（程序部分较长，略）

　　5　使用效果及经济效益

　　按照常规电厂输助设备控制系统的设计，化学水处理自动控制部分常常采用传统的按钮及继电器组组成。这样构成的系统，早期投入的费用相对较低，但由于所使用的元、器件和设备较多，相互之间的连接线及关系也较繁琐，无法从每二个环节上确定保证每一个独立部分性能的良好发挥和其可靠性，因而从长远运行的角度考虑，后期设备的维护上所发生的费用将远远超过选用PLC构成系统所发生的费用，这里还不包括由于这部分工作的不可靠因素从而造成对整个电厂的正常生产所带来的影响。我们在南方某电厂3*125MW机组化学水处理部分设计中采用了PLC系统构成，由于该产品的优良特性，不仅在极短的工期时间内完成了该程序控制部分的安装与系统调试，而且由于产品的高可靠性，从而使该辅助系统投入运行一年多来，基本处于免维护工作状态，保证了整个运行机组的安全、可靠、稳定的运转，受到业主等多方面的好评。

　自动化系统方案
　　　　根据工艺上工作区的划分，系统控制划分了五个站，其中四个站相对于进水泵站、鼓风机房站、污泥区站、离心机房站，另外在加上一个中央监控站。
　　　　在控制方案中采用了SIEMENS SIMATIC S7-300 PLC + PROFIBUS + PC的结构， 共有5个PLC 控制器 、6个上位PC监控站，具体分配是： 进水泵站 （INLET STATION）： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
　　鼓风机站（BLOWERS STATION）： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
　　污泥站（SLUDGE STATION）： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
　　离心机站（CENTRIFUGE）： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
　　中控站（CENTRIAL CONTROL）： PC× 2
　　模拟屏（MIMIC PENAL）： S7-300 PLC× 1

　在本系统中每个就地操作站都配有一台上位监控机，这台上位机不仅能操作本地站，在一定的授权下还能对其他站进行监视和控制。中控室配有二台上位监控机，他们能同时控制所有四个就地控制站，向其发送命令。这六个上位监控机之间的关系是互为功能备用的，这就是说这六个监控站中只要有一个发生故障，另外的五个监控站通过一定的授权就能代替该站的工作。系统中所有设备的电源均由UPS提供，每个仪表的电源都由开关型端子控制，能独立开关。保证了系统安全性，和调试的方便性。
　　　　系统采用的是SIEMENS的PROFIBUS网络。PROFIBUS是当今欧洲开放型现场总线的标准，他共有三种方式：PFIBUS-FMS, ROFIBUS -DP, PROFIBUS-PA。

“有了Opto 22的硬件，我们能监控近1，900个水处理系统的输送点。”Waterford市市公用工程主管特里.比德曼说道。“我们同时还能监测约1，200个独立警报，并设有预定突发事件及维修保养电子邮件提醒。”
　　现在Waterford市已将Opto 22的mistic系列和SNAP PAC（可编程自动化控制器）系列的产品运用在其90余处水处理和污水泵站设备上。
　　“水处理的一般过程包括锰、铁离子的去除，然后通入氯气消毒，后加入磷酸盐进行防腐处理。典型的设备包括一台工业用计算机，通过以太网或串口通信连接实现和远程终端设备(如mistic系列或SNAP PAC系列的控制器)的互通。”
　　Opto 22硬件的一大功能是在必要时启动相应开关来监控储槽液位。当储槽液位达“开启”状态时，控制器启动设备并运行相关机器系统。变频驱动泵亦是如此，即根据liuliang和压力这两个变量进行调节。
　　“我们的主要任务是基于一个liuliang大点来进行适当的操作调整。当出水压力达到了设备预定的大值时，Opto 22控制器中的PID回路控制路将发挥作用，它会对过程变化进行自动调节，直至压力维持在大值以内。此项调节持续至整个处理过程结束或是当压力降至55gpm以下，从而保证了泵的高效运转。”
　　Biederman解释道，系统中较旧的管道有时无法抵抗高压供水泵在不同设备上所产生的较高压力。将压控PID调节与高度阀（也由Opto 22的PAC系列进行控制）结合使用，即能有效防止过压和水击对配送系统造成的损害。Waterford市每年的重大水管爆裂已由原来的60多次降低至20次。

各地专家前来参观学习Waterford市水处理系统的高度自动化

　　这些改变为Waterford市节约了巨大的资金。自96年以来，该市水处理量增长超过20%，同时能源成本也应该猛涨，但对比同期，水处理、输送能耗总经费仅增长$62，000（从每年$450，000到 $512，000）。单从污水抽送的能耗经费上，我们也可以看到这种经济性，自96年来每年增长仅为$4，000（从$68,000到 $72,000）。
　　Opto 22的PAC系列帮助Biederman使用更为灵活的流程图来设计其控制程序，其员工更易于编程和理解。工程部更是使用了Opto22的软件互联工具，创建了通信和图形界面，及时从设备中获取数据和报警信息。

人机界面的开发使得只要通过实时图像轻点鼠标即可对设备进行控制

　　例如，在某些水处理设备中，压力过滤器装载有温度传感仪用来监测储槽水温。若水温降至38度以下，系统就会发送警示邮件。
　　“同样，当储槽温度低至35度时，预设的控制程序会自动侦测储槽出水高度，开启出水开关，从而隔离过冷和破裂的压力过滤器。Biederman说道，“如果配送系统储槽液位过高，设备的回流装置会自动放水。”
Opto 22 控制系统同样能处理其他操作问题。在较大型的污水泵站，湿井中的油污和垃圾易堵塞泵，从而导致许多问题。为了解决这个困难，公用建设部的员工和Waterford市的专家设计了一种湿井回洗法并将其写入控制程序中，用来引流污水进入Vaughn Chopper泵，把其中污物打成泥状。十分钟后，二级泵启动，将污物抽离出湿井，Vaughn Chopper泵总计运行二十分钟后，回洗结束，返回正常操作。
　　Biederman使用PAC系列的软件实现了早期以一对一为模式的mistic系列控制器程序的转换。这种转换极其迅速（新软件完全适应于早期控制器），且程序无需做很大修改。
　　“Opto22 mistic系列可控程序能够与SNAP PAC控制器完好兼容，这是我们很欣赏的一点。”比Biederman扬道，“这样我们就不必时刻更新我们的硬件以获得大收益。”
　　“有了Opto22，你无需担心硬件更新换代的问题，我们会提供给你好的技术支持，让一切都变得简单起来。”Opto22技术顾问Tom Edwards做出承诺，“我们不会人为降低硬件寿命从而强迫客户购买我们的新产品，这完全取决于客户本身。SNAP PAC控制器配合PAC的软件可以与任意mistic系列输入输出端口兼容，没有任何问题。”
　　Biederman使用Inbbblution○R公司的软件为当地公共建设部中心办公室的Opto 22操作系统开发了一个人机界面。与此同时，当地的水处理设备和主要的污水泵站使用Opto 22 FactoryFloor 和PAC Display人机界面软件。
　　“相比价格更为昂贵的Inbbblution和symbol factory，PAC Display在人机界面方面同样有许多毫不逊色的优点。”Biederman说道。(Opto的软件是完全免费的，无疑比Inbbblution的产品更有经济优势)
　　比德曼接着说道，“Opto22的PAC能直接连接输入输出端，就好像我们的大脑控制中枢神经系统。输入输出端口越多，可控性就越强。”

自动读表等通讯功能实现了Waterford市信息的无线传送

　　Waterford市公建部已开始推行自动读表，这样可以将用户的水表信息通过无线设备直接传送到当地的无线宽带网络，信息再由网络直达部门办公室进行处理。这一切足不出户即可轻松完成。
　　Waterford市能建立一个在整个密歇根州甚至全国都较为先进的数据采集系统，这不得不归功于Opto 22监控硬件的出色表现和当地员工的编程。
　　该市公建部的监测能力和高度自动化已赢得了社会广泛关注。每年来自美国、加拿大，超过20余位专家和外省市人员相继参观了Waterford市，惊讶于他们强大的数据采集系统和技术开展。
　　Biederman总结说：“用技术去解决问题，我们能做得更多，支出更省。技术总是在不断革新，我们要做的是保持良好的商业敏锐度去衡量Opto 22 控制系统、客户管理、以及通讯工具和基础设施，它们各自所能提供给我们到底多少的功能性，沟通性和兼容性

原有系统构成：
（1）本地中心站,采集水厂的设备状态,采用西门子S5-115U.
（2）取水和1号加压泵站，采用西门子S5-115U
（3）2号加压泵站控制系统，采用西门子S5-115U
（4）在市内的东南西北和高处和低处安装了测量水管压力站，采用西门子S5-100U。用抄表的人工方式来记录设备状态
用户需求：
随着时代的进步，和对工艺的进一步的要求，要实时对各个站的管道压力、liuliang及各个的阀门开关的状态进行监视和控制，从而降低了故障率和tigao了对此系统的反应时间，更好保证城市供水。并把各个站的所有设备的数据送到中心监控站里，进行监控，和电子统计。
实现方案：
在水处理厂中心站与各个泵站和测压站之间，由于距离较远达几十公里，我们决定采用无线电通讯方式，并且因为大山的阻碍，在取水1号加压泵站，2号加压泵站控到中心站之间，设立了中继站进行转发。而水处理厂中心站与6个市内的测压站之间由于距离较近直接通过无线电通讯。
这个项目的主要问题是无线电通讯的任务，如何在已有的S5系列的设备上，加上无线电通讯呢。根据现有的实际情况，在不动原有西门子S5-115U的基础上，决定在此基础上加入西门子的Sinaut产品的ST1系列模块来实行无线电通讯。Sinaut ST1是基于SIMATIC S5的程序控制的系统，由硬件模块和软件软件模块组成。适用各种自动化的任务，完整的无线电通讯方式，允许数据传输到或近或远的地方。数据能够通过专线，或者各种PTT网络（GSM,ISDN,拨号Modem,无线电通讯等）等方式传送。
Sinaut ST1硬件包括，TIM模块(遥控接口模块，即S5-PLC通讯功能模块)，modem（ 用于数字量和模拟量相互转换）,无线电台（无线电发射装置）。软件是Sinaut TD1软件包。这样我们在STEP5的基础上，用TD1这个扩展软件包进行对硬件TIM板编程。把水处理厂中心站作为主站，其他站作为从站。以直接轮巡的方式逐个采集各个从站的信息，并且这样的方式只有当从站发生数据发生变化时，才进行数据的传递，大大的加快了数据的更新速度和硬件设备的使用寿命。
系统图如下： 

上位机显示:
我们采用监控组态软件， 从中心站的PLC中采集数据，实时的反映整个系统（本地站，无线电远程站）的状态。主要显示部分包括：水厂控制工艺图、运行状态表、报警和历史数据的查询，统计报表、趋势图。控制工艺图反映水厂的各个泵站的运行状态，并且以动态的图形、数据和实时的现场保持一致，运行状态表中反映主要设备的开关状态、现场仪表的参数、累计值（liuliang，水位，浊度 ，温度,PH,压力等）。报表，每天打印一份主要设备的状态的日报。除了在显示器上显示外，并且把主要数据显示在电子显示屏上。 此系统投运以来一直正常工作，达到了预期的实施效果