西门子6ES7214-2BD23-0XB8选型说明

西门子6ES7214-2BD23-0XB8选型说明

生产工艺流程图
(2) 蒸发站的蒸汽流程为增浓效→ⅰ→ⅱ→ⅲ→ⅳ效，末效产生的二次蒸汽由螺旋板式冷凝器冷凝，其中除增浓效蒸发器使用新鲜蒸汽作为热源外，其余各效蒸发器均采用二次蒸汽作为热源。增浓效浓黑液闪蒸罐闪蒸产生的二次蒸汽及清洁冷凝水闪蒸罐产生的闪蒸汽作为ⅲ效蒸发器的补充热源使用。
(3) 蒸发站的冷凝水的流程为增浓效产生的清洁冷凝水送回锅炉房，其余各效产生的污冷凝水送至每下一效进行闪蒸，闪蒸出的二次蒸汽作为每下一效蒸发器的补充热源使用。
2.2  控制系统设计目标
本蒸发站的控制目标是:通过对蒸发过程工艺参数的优化，在输入的热量和通过的黑液蒸发能量之间取得必要的平衡，系统能正常、稳定运行，并使终的浓黑液保持要求的浓度。使整个系统运行的成本少，终产品的产量高。也就是要tigao蒸发系统的蒸发效率。
2.3  控制系统设计
为了达到上述目标，我们经过多方面分析，认为影响浓黑液浓度的因素主要是进效稀黑液的liuliang及蒸发设备各效总的有效差压。为了稳定有效压差我们决定对增浓效蒸发器的液位、浓黑液闪蒸罐的液位、清冷凝水分离罐的液位、清冷凝水闪蒸罐的液位进行控制，使它们分别稳定在某个值，为了控制黑液的浓度我们决定对进增浓效黑液的liuliang和进增浓效新蒸汽的压力进行控制。
因此，需要控制的量一共有六个，分别是增浓效蒸发器的液位、浓黑液闪蒸罐的液位、清冷凝水分离罐的液位、清冷凝水闪蒸罐的液位、进增浓效黑液的liuliang和进增浓效新蒸汽的压力，除了这几个要控制的量外，还有一些连锁，如:工艺连锁等。为了便于操作工人操作，还需要增加一些显示和报警，如温度显示、压力显示报警等。
对于黑液浓度的控制，由于多效蒸发器具有热容量大、滞后时间长等特点，利用常规的单回路pid控制，控制质量差，很难达到预期的效果。在此我们双闭环比值控制系统(如图2)，其中，黑液liuliang为主动量，蒸汽压力为副动量。蒸汽压力按黑液liuliang进行配比，随黑液liuliang变化而变化，实现了对黑液liuliang的定值控制，大大克服了黑液liuliang干扰的影响，使黑液liuliang变得比较平稳，通过比值控制，蒸汽压力也将比较平稳，这样系统的总的物料也是比较平稳的。比值控制系统方框图如图2所示。

图2     比值控制系统方框图

图3     系统配置图
2.4  硬件选择
基于上述控制内容，根据厂方要求，我们选用了西门子s7-300的plc。如图3所示。

3  程序设计
3.1  下位机程序设计
采用西门子step7 v5.1编制下位机程序，根据工艺特点我们采用了结构化编程的方法编制了采样、标度变换、pid控制、报警、连锁等子程序，pid控制子程序在循环中断组织块ob35中进行调用，其余子程序都在循环组织块ob1中进行相应的调用。结构化编程的方法具有程序结构层次清晰、部分程序通用化、标准化、易修改、简化程序调试的优点。
下面对各个子程序功能做相应的简单说明:
采样子程序:把模拟量输入存放在响应的共享数据块中，供标度变换子程序调用。
标度变换子程序:把0~27648的整数变换成相应的工程量的值，供pid控制子程序和显示用。
pid控制子程序:完成单回路的pid控制和比值控制用，通过调用系统自带的fb41来完成。
报警子程序:对模拟量进行超上限或超下限判断, 若有则置位超限标志，为防止超限标志输出抖动, 设置判断死区。
连锁子程序:主要完成工艺连锁和电机的连锁用。
3.2  上位机程序设计
采用西门子wincc v5.1编制了上位机的人机界面，主要包括:主画面、设定画面、趋势画面和报警画面，操作工人可以方便地对所有设备进行监控和相应的值进行一些设定，减轻了劳动强度。主画面如图4所示。

一、概述
中国是纺织大国，纺织品靠，在国际上具有很强的竞争力，世界各地的消费者都喜欢中国产的纺织品。促成中国纺织品价廉物美有许多原因，其中，纺织机械性能优良，价格便宜，是重要原因之一。纺织机械厂在保证质量的情况下，挖潜、降成本，取得了许多可喜的成果。某纺织机械厂的FA609转杯纺纱机原采用国外品牌的PLC控制，成本很高，控制系统的成本一直降不下来。由于这两年，国产PLC突飞猛进的发展，从可靠性和性能方面都有了很大的进步。年初，该厂选用了国产品牌中不错的凯迪恩PLC应用在FA506型环锭细纱机，经过半年多的检验，客户反映很好。9月份，该厂又把凯迪恩PLC应用到FA609转杯纺纱机中，又获得成功。
二、工艺介绍
输送带启动，左转杯先启动，经过星三角切换后，左转杯启动完毕；再右转杯启动，经过星三角切换后，右转杯启动完毕；左右分梳辊启动，然后是引纱和喂棉启动，各设备都正常启动后，进入正常运行状态。停车时按停车按钮，左右纺杯，左右分梳，喂棉都停，延时，引纱停。引纱和喂棉要用变频器调速。
监测的参数有：左纺杯转速、右纺杯转速、左分梳转速、右分梳转速、引纱速度、喂棉速度。
通过监测到的参数，要计算出以下参数：牵伸倍数、细纱捻度、细纱号数。
设定的参数有：星角切换时间、喂棉预停时间、棉条号数。

三、控制介绍
经过对工艺过程的透切分析，输送带没进PLC，靠按钮控制，排杂是靠左右纺杯接触器的常开点控制。手动部分移到了文本屏上操作。这样PLC选用KDN-K306-24AR，I/O点正合适。省去了使用国外品牌加扩展的控制方式。文本屏选用KDN的文本屏。
FA609转杯纺纱机需要测6个速度。其中引纱速度、喂棉速度比较慢，使用普通的输入点就可以测出这两个速度。而另外四个速度比较快，需要高数计数，当时国外品牌PLC使用的是四个边沿中断进行计数的。纺织机械厂担心国产PLC是否具有同时处理四个边沿中断这种功能。凯迪恩工程技术人员给厂家演示了同时处理四个边沿中断这种功能，厂家很满意。经过凯迪恩技术人员与纺织机械厂技术人员的共同努力，编好程序，在FA609转杯纺纱机进行调试，获得成功。
四、控制系统的特点
该控制系统操作简单，手动操作放到文本屏操作。操作面板简捷，完全满足工艺要求。控制系统的成本比较低。
精度高，用到了四个边沿中断进行计数，计算准确。
程序运行稳定，可靠。
五、结束语
现在这批FA609转杯纺纱机已在纺织厂运转了两个多月，工作非常好。有意思的是这家纺织厂去年也购进了几台FA609转杯纺纱机，当时控制系统还是国外品牌，现在这批使用的已是国产品牌。前几台测的数据和后几台测的数据是一致的，后几台的文本显示已是四行汉字，比前几台两行汉字信息量又大了，操作便方便了。听着许多机器的轰鸣，看着挡车女工熟练工作。心中感慨：中国的纺织品世界水平，中国机械产品出口不断增长，中国有了自己的PLC，国产PLC有了很大发展，国产PLC不久的将来也会成为国人的骄傲。

一、ZJ17 卷接机组 PLC 改造介绍
1.1 原控制系统缺点
　　ZJ17卷接机组原来的电控系统采用逻辑电路板和继电器的控制方式，信号变换处理由专用的电子卡实现。缺点主要表现在如下几个方面：
　　◆ 元器件数量多
　　经统计，在 ZJ17机组的电控箱中（不包括SRM电控部分），元器件数量在220个以上。其中有触点元器件大约180个，占电控箱元器件总数80%以上，所以电控系统故障点很多，稳定性较差。用户反映因元器件触点而使机组停机停产的，占故障发生率的40%左右。
　　电控箱元器件的专用件多，达 150个以上，虽说大部分已国产化，但寿命短、质量不稳定，而进口件订货周期长，给维修更换以及备件的采购带来不便。
　　◆ 连接线多、接点多
　　经统计，连接线约 2000根，接点量约4000个，其中80%接点为插接式。所以维修工作量大，故障查寻也麻烦，这也是系统不稳定的重要因素之一。
　　◆ 电子卡故障较多
　　除 SRM（重量控制系统）电子箱外，YJ17、YJ27电子箱共有41块电子卡。电子卡采用插接式连接，因烟厂烟尘较多，环境较差，加之国内采购的电子元件质量得不到严格保证。因此，电子系统故障较多，时好时坏，难查寻。
　　◆ 可维护性较差
　　电控箱、电子箱出故障后，需根据故障提示，再根据电路图分析，经过繁琐的查找、测试方可找出原因。

1.2 PLC控制系统改造的必要性
　　随着时间的推移，机器电气部分老化严重，故障率逐年tigao，影响了烟厂的正常生产。在此情况下，采用 PLC技术对电气系统进行改造显得非常必要。
　　我们认为，不论是进口的PROTOS 70还是国产的ZJ17卷接机组，现用的电控系统技术是较落后的。ZJ17机组电控系统PLC技术改造很有必要，势在必行。

　　采用PLC控制技术具有以下优势：
　　◆ 元器件数量大大减少
　　一个 PLC模块可实现很多元器件功能，元器件将减少140个以上，比例超过60%，绝大部分电子卡被取消；
　　◆ 连接线及接点大大降低
　　新系统的连接线总数约 500根，接点数量约1000个，原先需多个元器件组成的电路，在PLC中通过软件实现，取消了中间接点，系统的可靠性大大tigao，故障大大降低；
　　◆ 可维护性增强
　　PLC系统具有自诊断功能。系统外围或内部出现故障时，能直观显示、维修非常方便；
　　◆ 可与上位机联网，实现数据传送及数据管理；
　　◆ 可通过国际互联网，实现远程通讯及远程诊断；

1.3 PLC控制系统改造系统简介
　　ZJ17 卷接机组 PLC 控制系统是由常德烟草机械有限责任公司和深圳市鸿捷源自动化系统有限公司联合开发的，已经在多家卷烟厂成功地应用了一年以上的时间。
　　该系统采用德国西门子公司 S7-400系列PLC作为控制系统核心部分，辅以一体化工控机代替原有的控制系统，取消了原来绝大部分的电子箱，大大地tigao了系统的可靠性。同时具有如下优点：
　　⑴采用先进的 PROFIBUS-DP现场工业总线 ， 将VE、SE和MAX控制部分、阀岛（FESTO）、变频器（LENZE）等单元均作为PROFIBUS-DP的子站，方便调试和维护, SRM重量控制系统和烟支检测系统则通过CANBUS总线与HJY-1人机界面交互系统相连。使用两层总线形式，即管理层使用CANBUS总线，控制层使用PROFIBUS总线。做到了 控制信息和管理信息在物理上得到了分离，保证系统的安全可靠。大限度地利用已有技术方案，并且在技术上向PROTOS 1-8、PROTOS 90E靠拢。可以为引进新烟机做好技术储备。
　　⑵故障率低。由于 PLC控制器具有防震、防尘、抗干扰等优点，所以大大地tigao了系统性能，平均无故障时间可达十万小时以上。
　　⑶操作直观、方便。全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数、查询产量、消耗等，同时有故障显示，报警功能。
　　⑷维修方便。由于采用的都是国际上通用的软、硬件，便于工厂技术人员掌握，同时备品备件可在国内选购，或由本公司协助采购。
　　⑸增加数据采集系统，可方便地显示每班所用的卷烟纸、水松纸、滤嘴棒等辅助材料的消耗及各种生产数据的统计。
　　⑹由于采用了高性能的工控计算机，能够为生产车间的计算机化管理提供网络接口。
　　⑺PLC程序的设计完全按照原来逻辑线路的控制原理，并参考了PROTOS 1-8和PROTOS 90E的程序设计结构，符合烟厂操作工的维护和使用习惯。根据用户的要求可以将原来的温控系统采用软件PID控制。
　　⑻针对逻辑线路板控制的 PROTOS 70或ZJ17卷接机组的PLC电控改造，现场的工作时间为7至10个工作日。
◆ VE电控柜

PROFIBUS-DP 子站一

◆ SE电控柜

PROFIBUS-DP 子站二

CPU 414-2DP PROFIBUS-DP 主站

◆ MAX电控柜

PROFIBUS-DP 子站三

◆ 阀岛

PROFIBUS-DP 子站四

◆ 变频器

PROFIBUS-DP 子站五

二、ZJ17 卷接机组人机界面交互系统 HJY-1 （ IT80 ）介绍

　　用于替换原进口 PROTOS 70机组及国产ZJ17卷接机组中的IT80，并作为PLC电控系统的标准配套改造。HJY-1是SRM系统的监视器，也是SRM系统进行人机对话的界面。
　　HJY-1在原IT80的基础上新增加了专家故障诊断系统和数据采集系统。图1是HJY-1的外形图，其显示界面分为三个区域：
　　界面顶端——标题区：显示报告编号、名称、机器编号、运行状态以及系统时间等信息。
　　界面中间——报告区：显示卷接机组的生产信息和相关数据，点击相应的菜单按钮，显示报告内容、故障诊断（含图形提示画面，如图 2、3、4所示）、数据采集显示（如图5、6所示）等。
　　界面底端是一排菜单按钮，根据操作的需要可触摸相应的按钮。
　　针对原 IT80控制系统的特点，并考虑到与原IT80系统的完全兼容，HJY-1采用德国西门子公司带有触摸屏的SIMATIC PANEL PC一体化工控机代替原控制系统。其优点如下：
　　⑴采用工业级的一体化工作站， CPU Pentium Ⅲ 500M,RAM 128M,硬盘10G或以上，bbbbbbs NT4.0（bbbbbbs 2000）操作系统，12″或15″液晶触摸屏。方便操作者使用。
　　⑵故障率低。西门子工控机具有防震、防尘、抗干扰等优点，所以大大地tigao了系统性能。
　　⑶为了方便烟厂操作人员的维修和维护，重新设计了卷接机组的故障显示系统，并按照 PROTOS 1-8的方式增加了故障的专家诊断系统。
　　⑷操作直观、方便。全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数、查询产量、消耗等。
　　⑸增加准确的数据采集系统，可方便地显示每班所用的卷烟纸、水松纸、滤嘴棒等辅助材料的消耗及各种生产数据的统计。
　　⑹增加机组的调试和运行参数设置菜单，并可按需要设置相应的保护密码。方便机组操作人员的使用和管理。
　　⑺由于采用了高性能的工控计算机，能够为生产车间的计算机化管理以及厂内的 ERP系统提供网络接口，实现数据传送和管理。还可通过国际互联网，实现远程通讯和远程诊断，更好地为用户服务。
　　⑻在故障显示画面动态地指示各个检测元器件的状态，以及相应的调整方法和元器件的型号说明；
　　⑼增加随机说明书和电器图纸的电子文档，方便操作工的维修和操作，当用户打开电器图纸帮助文档时，可以根据元器件的型号查找其所对应的电器图纸，在显示的图纸中双击高亮显示的元器件名称即可弹出一个窗口显示该元器件的型号和调试说明等内容。

图 1 HJY-1 外观示意图

　　注：将原来的IT80改造为HJY-1型PROTOS 70卷接机组人机交互系统，现场工作时间小于一个小时！

图 2 VE故障帮助示意图

图 3 SE故障帮助示意图

图 4 MAX故障帮助示意图

图 5 数据采集棒形图显示

图 6 数据采集实时显示

图 7 动态显示系统

图 8 在线电气图纸

图 9 在线帮助文件

三、ZJ17 卷接机组新型烟支重量控制系统 HJY SRM-N3 介绍

　　新型烟支重量控制系统针对原 SRM 与重量控制有关的程序进行解读，并完全按照其控制模式重新编程，采用 CAN-BUS 总线技术与上位机通讯，并采用 INbbb 公司的 C196 系列 16 位单片机作为主控制器，以更适应当前烟机技术的发展。
　　本系统充分利用了 C196 系列单片机的特点，用一个单片机实现原 SRM 系统重量控制的功能，包括 MRK2 板、 KIK 板、 SCBP 板和 DCP 板的全部功能。
　　应用大量开发软件开发适合重量控制系统的 CAN-BUS 总线模块，使 SRM 重量控制系统可以与 CAN-BUS 连接，从而与供丝、卷烟、接嘴各部分的 PLC （改造后的系统）交换数据，并与触摸屏通信，显示各种报告并接收各种设定参数。

　　本系统具有以下特点：
　　1、 重量计算更加精细，控制更加合理 ，分析原系统在核扫描器信号的读取、补偿、线性修正、数字滤波、重量换算等的处理方法；在重量计算、调节控制等方面更加准确可靠，更加准确地控制烟支单支克重，平均重量偏差也优于原系统。
　　2、 改进了控制算法，增加了Fuzzy-PID算法，专家系统，对重量偏差进行修正。 可以对曾经发生过的偏差事件有记忆和经验分析，带有人工智能的 特性功能。tigao了重量控制克服扰动的性能，收敛更快。终使得烟支重量的正态分布曲线更陡，标准偏差得到改善。
　　3、 整机设计时， 考虑了电气连接和机械安装的兼容性。 既可以与 PLC结合组成新一代的烟机控制系统，也可以直接取代老机器的SRM和IT80，实现老机组的技术改造。重新设计的接口可以方便地与多种系统相连，包括新的微波扫描装置。
　　4、 设计结构更为紧凑，可靠性大大tigao。 由于集成度的tigao，功耗大幅度下降，温升下降，进一步tigao了可靠性。新的重量控制系统体积相当于老SRM的一半左右，而重量仅有老SRM的三分之一左右。
　　5、 通信速率更高。 采用CANBUS总线时，高通信速率可达12M bit/s。相比于老SRM与IT80之间9.6K bit/S的通信速率，系统的实时性更强。
　　6、 对109报告进行改进 ，动态显示烟支压实端位置分布曲线图，更加方便质量的监督和管理 。

109 报告

　　7、 增加了 113报告，即偏差趋势显示报告。 以横坐标代表生产的烟支数量，纵坐标代表重量偏差，动态的显示所生产烟支的重量偏差。

113 报告

　　8、 增加了114报告，即偏差分布显示报告。 本报告显示了1万支烟里各种重量偏差的烟支数量分布图。采用移动平均的算法，每一千支烟刷新一次。

114 报告

　9、 内置的网络功能，为企业的信息管理提供了坚实的基础。

图 9 新型烟支重量控制系统

　　注：将原来的 SRM 系统改造为新型烟支重量控制系统，现场工作时间小于一个小时！

四、检测系统（适用于 PROTOS70 、 PASSIM7000 等）

　　新型烟支检测控制系统（ HJYCIS-N1 ）由我公司完全按照 PROTOS70 原型机的烟支检测控制模式重新编程，采用 CANBUS 总线技术，并采用 INbbb 公司的 C196 系列 16 位单片机作为主控制器，以更适应当前烟机技术的发展。
　　本设计充分利用了 C196 系列单片机的特点，用一个单片机实现所有得控制功能，包括松头检测、漏气检测、 OTIS 外观检测等等。
　　应用大量开发软件开发适合烟支检测控制系统的 CANBUS 总线模块，使 HJYCIS 烟支检测系统可以与 CANBUS 连接，从而与供丝、卷烟、接嘴各部分的 PLC （改造后的系统）交换数据，并与触摸屏通信，显示各种报告并接收各种设定参数。

HJYCIS-N1烟支检测系统

本系统具有以下特点：
◆ 控制更加准确 ，由于采用了高性能的单片机（ C196）及高速数模转换电路等先进技术，使得在卷烟机以每分钟7000支运行的时候能够完成对每支烟80次的采样；相比于原来的10次采样大大tigao了采样的次数，tigao了采样精度并降低了控制的偶然性，能够更加准确的进行控制；
◆ 优化松头和漏气检测， 原来的烟支检测采用 I 2 C总线与面板通信，很容易影响到松头和漏气的检测，而HJYCIS-N1采用先进CANBUS总线通信（高通信速率能够达到12Mbit/S）,完全杜绝了通信对检测的影响；
◆ 增加高速剔废阀好坏的检测， 由于采用了自主设计的软硬件，针对在生产运行中经常出现的高速剔废阀失效进行判断，避免了因为剔废阀工作不正常而造成的对有缺陷烟支的漏剔现象；
◆ 调试方便， 通过 CANBUS总线将上位机（HJY-1）与HJYCIS-N1通信，所有的参数设置和调试均采用全图形化界面在HJY-1人机交互系统中完成。由于极高的通信速率（高可达12Mbit/S）,操作人员可以在HJY-1人机交互系统中观察到漏气传感器、空头传感器和OTIS传感器的实时波形，并通过控制移位脉冲更jingque的选择采样点，从而tigao控制精度；

CIS 控制参数

图形调试系统 - 松头调试

图形调试系统 - 漏气调试

◆ 接线简单方便， 采用压接端子替换原来的接插件，使得更换元器件更加方便，模块式的安装也大大方便了现场的改造