西门子模块6ES7222-1BD22-0XA0选型说明

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1 引言

随着自动化技术的发展沥青搅拌站控制系统设计也日趋智能化和人性化,现代化的控制系统对工程服务人员技能提出了更高的要求.同时为了适应沥青搅拌站市场环境和筑路施工环境,沥青搅拌站厂家又不得不面临分散在国内,国外的沥青搅拌站控制系统的诊断维护服务.为此企业工程服务部门往往要投入大量的人力物力,这在无形之中大大tigao了设备生产成本.为解决因地域交通和对维护人员技术全面性的要求限制,采用远程诊断维护服务在当前是一套行之有效的方法. 在当前流行的集中式沥青搅拌站控制系统中”可编程控制器（PLC）”是控制的核心, 市场上主流PLC大都可以支持远程访问,所以通过对PLC的诊断可以实现对整个设备控制系统故障的诊断.本文以西门子PLC为例,详细论述了基于Modem拨号的bbbeservice 远程访问.

2 远程服务系统配置

基于Moderm的远程访问是西门子PLC远程访问的标准配置,即工程师站（ES）和远程的PLC站之间通过Modem拨号进行连接,这样只要在两端各放置一个Modem,通过西门子TS-Adapter连接到PLC CPU的MPI口,配置如下图1。

图1 基于Modem拨号的bbbeService网络配置图

2.1 硬件配置
由图1可总结为:
1） 带串口的PC一台
2） 带串口的Modem两台
3） 电话线两根
4） TS Adapter适配器一个

2.2 软件配置
1） Step7 v 5.x
2） 西门子 bbbeservice v5.2（或更高版本）
3） PC操作系统 WIN XP SP2/WIN 2K SP4

2.3硬件连接
系统中硬件连接很简单,其中需要注意的是
1） 电话线和Modem的连接 要求电话为直拨电话.即电话局与电话线终端无任何分离或屏蔽器,有的单位在电话线终端加装了IP分离器,通过该分离器再连接Modem是不允许的.
2） PLC和Modem的连接 PLC和Modem连接需要通过TS Adapter,在TS Adapter上有一通讯速率选择开关,默认情况下选择19.2K
3） TS Adapter与PLC 的连接 TS Adapter必须与PLC的MPI通讯端口连接,如果PLC与上位机或触摸屏有连接,那么连接PLC端的总线连接器还需是可编程的总线连接器,终端电阻开关位置应在”off”位置

2.4 软件设置
远程PLC站一端硬件连接好后,不需要再做其它软硬件的设置.只需要工程师站对bbbeservice和PC/PG做通讯连接的相关设置即可.

2.4.1远程电话号码设置
进入bbbeservice主界面,在左侧文件夹列表新建一”folder”,取名为”beijing”.如图2

图2 bbbeservice

选中文件夹”beijing”在右侧plant窗口新建一”plant”,弹出图3所示”plant properties”提示框:

图3 plant properties

在图3中包含两部分信息,其中plant data 包括plant 名称,所属公司,地址等信息.这部分内容里plant Name项是必填的,其它可以空着;phone Number栏即远程电话号码设置项目.国家代码,区号,电话号码都要填写完整.

2.4.2 本地连接设置

在图2中点击菜单”option”,选择”customize”弹出如图4 画面.从图4我们可以看到连接的Modem,监控时间选择等信息,一般我们选择默认设置.本地连接设置在”bbbbbbbb”选项,点击”dialing properties”按钮弹出图5左侧所示电话和调制解调器选项窗口.在该窗口选择”编辑”按钮,弹出图5右侧所示窗口,在该窗口对本地拨号规则进行设置.其中包括国家,区号,本地电话的外线号码和长途电话的外线号码.其它选项均选择默认.在拨号规则的设置时需要注意公司外线电话号码在使用时是否需要加拨0,或9.如果有此限制则需要在”本地电话的外线号码”选项将需要加拨的号码填上,如图5所示.如果没有此限制”本地电话的外线号码”处空着就可以了.在新版本的bbbeservice软件中编辑位置窗口形式可能有所不同,但内容基本一样.

图4 customize

图5 电话和调制解调器选项

2.4.3 PG/PC选项设置
PG/PC选项是关于PC机和PLC间通讯方式的选择

选项,进入PG/PC选项的路径有多种,可以从PC机控制面板直接选择” 进入选项;如过西门子STEP7 打开了,也可以从STEP7菜单”options\set PG/PC interface”中进入选项.无论以何种路径进入PG/PC选项均会弹出如下图6 所示画面.

图6 PG/PC设置

在成功安装bbbeservice软件后,接口选项列表里会出现”TS Adapter”,选中该接口进行属性配置.操作步骤为:选中”TS Adapter”,点击右上侧属性按钮,弹出一对话框,如图7所示.

图7 TS Adapter 属性

图7对话框有三项内容分别为网络,本地连接和Local Modem.这里我们只需要设置本地连接项.如图7所示,在本地连接中选中”调制解调器连接”即可.

3 拨号

所有软硬件设置完成后,就可以进行拨号连接了.拨号连接操作也有两种操作方式,一种是在bbbeservice 主界面通过菜单选择完成,选中新建的”Test plant”然后按路径:connection\establish进入拨号画面;另一种是直接鼠标双击” Test plant”进入拨号画面.拨号画面如图8所示:

图8 拨号

在图8中点击”Dial”,进行拨号,拨号后的连接信息会在”status”栏中提示.拨号成功后则可以开始对远程PLC进行访问了.远程访问PLC和本地访问PLC过程是一样的,可以通过STEP7 对PLC进行调试如上下载用户程序,在线监视程序等。

4 结语

通过远程对PLC的访问可以在线监测整个沥青搅拌站控制系统的运行,对于发现问题,解决问题相当快捷有效.对于沥青搅拌站生产厂家而言,采用远程维护能够大量减少人员长途出差,能够为客户提供更有效的服务,对客户设备可快速作出故障诊断.tigao全球范围服务能力,降低人员成本和设备成本.对于客户而言,采用远程维护可更快的诊断故障和排除故障,停机维修时间降低,生产进度损失费用降低.目前采用Modem对沥青搅拌站控制系统PLC远程访问方案已成功应用在北京德基机在澳大利亚的设备维护服务中.在方案应用中也发现基于Modem的远程访问速度受限,速度只是拨号上网的速度,而且容易出现连接中断现象.但是由于该方案配置简单,价格便宜,无需额外硬件卡件所以在实际工程服务中收到格外关注。

在棉纺织企业广泛使用喷气织机的情况下，空压站建设是一项重要的辅助工程。在天津纺织园区所有空压站配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥器，通过储气罐、连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，计算机检测系统，以实现空压站为生产一线保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气liuliang等是空压站自动控制的基本任务。随着自动化水平的不断tigao，关于建设无人值守空压站的讨论，是一个发展过程中的必然的课题。

　　空气系统自动控制的必要性

　　应用在天纺投资控股有限公司棉纺一工厂的空压站，安装有4台70M3/min 4台，53M3/min 4台，48M3/min 2台，43M3/min 4台离心式空压机和1台42.5M3/min螺杆式空压机，配有相应处理量的冷冻式干燥器。空压机设备自身带有的CMC控制器，能够自动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能自动根据用气量的大小加载或卸载，并配有LCD显示屏供现场观察各工艺参数和设备状态，具有RS422/485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。

图：分级控制网络实施方案图

　　目前，空压站的自控系统通过西门子S7-300可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进PLC控制系统，并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。

　　空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有更重要的意义：

　　■ 单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。
　　■ 整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约更多的能源，节省人力成本。
　　■ 可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。
　　■ 可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力等。

　　在已有的PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。

　　除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来，实现空压供气设备的全面自控。

　　空压站其他系统的自动控制

　　除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。

　　自动控制具有以下优点：

　　■ 操作简单，可以实现无人值守；
　　■ 良好的实时调节，防止了人为因素滞后；
　　■ 具有高可靠性；
　　■ 减轻工作人员负担；
　　■ 节省人力成本。

　　需要控制的参数和可能的控制方式

　　空压站需要的控制需求；⑴高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）； ⑵系统自动排水控制； ⑶循环水液位控制和自动加药控制； ⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。

　　空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现：

　　⑴采用PLC系统进行通讯和控制。

　　⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。

　　种方法可靠性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。

　　第二种方法是通过控制系统的计算机进行单独的分析运算进行控制，它具有较好的灵活性，但缺点是如果出现如计算机死机等故障时，有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。

　　除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制中心联网，由控制中心的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。

　　系统构成

　　对于以上讨论，如果需要实现空压站的整体自控，又许多成熟PLC自控系统可以选用，现以ZH公司的PLC自控系统为例。

　　该自控系统选用西门子S7-300系列可编程控制器，带有RS422/485网络接口，支持MODBUS等相关网络通讯协议。该系统可以采用专用工业通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立分级控制网络的实施方案，如图1所示。

　　■ 硬件配置

　　现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等），PLC和监控计算机。

　　■ 软件功能

　　选用专用的工业组态软件（如WINCC或iFIX）用来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，连锁保护，以及数据处理和通信传输。

　　在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够tigao系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性，通过优化调度策略，软件连锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平tisheng到更高层次，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得更大的效益。

　　结论

　　总之通过自动化控制可以克服由于人为因素造成的调节滞后等不利因素，减少运行参数的波动，达到减少用工和节约能源的目的。对于tisheng天纺控股有限公司的整体技术水平是相当重要的。

2.2 设计特点

    2.2.1 无油电气－机械转换部件

    2.2.1.1 交流伺服驱动装置

    交流伺服驱动装置由交流伺服电机以及与其配套的驱动器组成。在研制、选型和应用中，选用了日本松下公司生产的MSMA交流伺服电机及MSDA交流伺服驱动器。MSMA交流伺服电机的主要特点是惯量小，转矩大，控制精度高，可方便地获得与频率成正比的可变速度，在低速运行时无爬行、无震动，调速范围宽，力矩－频率特性好，同时该电机轴上自带有高分辨率的位置旋转编码器，可方便地将电机轴的实际转角反馈给驱动器，在位置环方式下构成一个闭环位置控制。MSMA交流伺服电机结构简单，体积小，运行可靠，无需维护。与其配套的MSDA交流伺服驱动器是一个功能强大、控制方式灵活、适合多种用途的全数字化驱动装置，它本身带有CPU和人机对话界面，可以对其控制方式（位置控制、速度控制、转矩控制方式或组合控制方式）、工作参数（如位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数、速度前馈等）进行设定，以达到优控制，满足不同工况下调速系统的稳定性要求。

    2.2.1.2 自动复中装置

    自动复中装置主要由大导程滚珠丝杆、滚珠螺母和定位器等组成。交流伺服电机通过联轴器和小手轮（手动操作用）直接连接滚珠丝杆，当电机带动滚珠丝杆正转（或反转）时，与滚珠螺母连成一体的位移输出杆上升（或下降），从而将电气数字信号直接转换为机械位移输出。由于采用了大导程滚珠螺旋副，所以速动性好，磨擦阻力小，传动效率高，死区小，寿命长。同时，在滚珠螺母与位移输出杆的水平对称位置两侧各设有一个定位器，当交流伺服电机失电时，在定位器的作用下，滚珠螺母与位移输出杆立即回复到原始的水平零位，滚珠丝杆也回到原始的中位。因此，在调节过程中，当交、直流电源同时出现故障时，由于交流伺服装置设置具有自动复zhonggong能，可使主配压阀及时复中，使调速器保持稳定，确保机组安全运行。