6ES7277-0AA22-0XA0规格说明

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二、 系统框图

    根据宁波盈展精密薄板有限公司的实际情况及工艺要求，系统采用当今世界上流行的并成熟的由工作站计算机（IPC）与现场控制器（PLC）结合组成的集散控制系统。该系统的硬件和软件具有开放性、多层次性、模块化结构的特点和强大的扩充能力及容错性。系统由上位机工作站和现场PLC控制站二级组成，以实现集中监测管理和分散控制。这样克服了集中控制系统危险度集中、可靠性差、不易扩展和控制电缆用量大等缺陷,实现了信息、调度、管理上的集中和功能及控制危险上的分散。当上位工作站计算机出现故障，PLC站能独立、稳定工作，从根本上tigao了系统可靠性。
    
    根据设备安装位置及工艺流程的要求,电气系统分上位机和下位机两大部分,上位机采用研华的工控机,下位机系统分为主控制柜和控制线路柜以及电力负荷开关柜.控制线路柜装有一台可编程序控制器用于监控各工艺流程、设备的实时运行情况及状态,对液位、压力、liuliang、水质等工艺参数的采集和显示以及控制参数的设定.控制线路柜装有可编程序控制器,用来作为对各点数据的采集并通过Modbus通讯协议与主控室的上位机和可编程控制器通讯,在主控室的上位机PC机通过组态软件（MCGS）对设备的现场状况进行显示，以达到异地控制模式人机互动的效果。
 
三、系统组成
 
    1、工作站计算机
   
    •；工作站计算机选用台湾研华（IP610P）工业计算机P42.8/80G/1G/19”LCD/CP202I。

    •； 操作系统：中文MICROSOFT bbbbbbS/9X、bbbbbbS/NT；

    •；工控组态软件：采用国产MCGS工控组态软件（1024点,开发运行WIN98/NT版）。

    •；MCGS版工控组态软件是由用于系统监视、监控和数据采集的工控软件。它可以运行于WinNT平台下。MCGS优化了OLE、ODBC和DDE技术,并结合了微软技术。它提供了面向对象的动画功能、图象、开放的数据库格式和DBF历史数据储存，从而改进了传统MMI功能。
　　
    2、PLC控制器

    本系统所选现场控制器为奥地利贝加莱工业自动化有限公司（PCC2005）系列可编程计算机控制器，PCC2005控制器有强大的运算及PID计算功能，保证精密计算及高速度控制要求。贝加莱（B&R）是一家总部设在奥地利萨尔堡，生产和提供自动化和工业控制设备的跨国公司。她在欧洲、美洲、非洲和亚洲的50多个国家里都设有跨国分部和众多的合作伙伴。凭借在自动化领域多年的专致投入和丰富经验及世界的成千上万的控制系统，B&R因其超越的性能及技术而享誉业界。
 
四、控制对象描述
 
    1、循环水处理系统 

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    2、脱盐水处理系统

五、控制功能描述
 
    控制方式分为自动、手动和停止三种；
　　
    手动操作方式下，可以通过现场的各个泵的控制按钮对整个水处理系统的各个单体设备进行打开、停止等操作。
　　
    自动操作方式下: 
　　
    循环水处理系统控制功能：
　　
    1、   控制系统由计算机工作站IPC和PLC控制站组成
　　
    2、   PLC控制站采用高性能的B&R公司的PCC2005系列CP676作为主CPU，计算机工作站与PLC采用RS485方式组成工业通讯网络，进行数据采集和交换，用户可在计算机工作站进行上观察现场设备的状态和数据，同时对PLC主控站进行参数设置和运行模式选择。
　　
    3、   PID调节
    A.    回水liuliang具有PID调节功能,参考量为循环水出水liuliang

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    B.    旁流liuliang具有PID调节功能,参考量为旁流泵的出水liuliang
    C.    变频器A/B都可以实现与出水压力的PID自动调节
　　
    4、   原水泵：手动开关,具有过载热保功能
　　
    5、   原水电磁阀：与原水泵同步，只要有一只原水泵打开，原水电磁阀自动打开，同样原水泵全部关闭时，电磁阀关闭。
　　
    6、   柴油泵：在系统故障失电的情况下，6秒内柴油泵自动启动（系统设计）。
　　
    7、   循环泵C/D：采用一个软启动进行切换,不可以同时启动,必须先启动一台并正常运转后10S,再启动另一台循环泵。
　　
    8、   冷却塔风机：手动开关，具有过载热保功能。
　　
    9、   旁流泵：手动开关，具有过载热保功能。
　　
    10、  压力的监测：在原水泵出口/出水口进行出水压力的监测，并设定报警限定值；
　　
    11、  liuliang的控制：在原水泵出口/出水口进行出水liuliang的监测，并设定报警限定值；
　　
    12、  所有的设备均有现场手动与计算机工作站点动开启功能。
　　
    13、  所有泵的运行状态、开停反馈、故障信息均回馈到计算机工作。
　　
    脱盐水处理系统功能：
　　
    1、   控制系统由计算机工作站IPC和PLC控制站组成
　　
    2、   PLC控制站采用高性能的B&R公司的PCC-2005系列CP476作为主CPU，计算机工作站与PLC采用RS485方式组成工业通讯网络，进行数据采集和交换，用户可在计算机工作站进行上观察现场设备的状态和数据,同时对PLC主控站进行参数设置和运行模式选择。
　　
    3、   所有的设备均有现场手动与计算机工作站远控开启功能
　　
    4、   所有的泵都具有过载保护功能
　　
    5、   液位/liuliang/压力/温度/电导率等都可设定量程，并可设定相应的上/下限报警值
　　
    6、   浓水排放阀在系统开动的条件下，可设定工作在定时排污方式，另外也可选择人工干预方式。
　　
    7、   出水liuliang具有累计/清0/初始值初定等功能。
　　
    8、   高压泵高压/低压报警，当条件成立5秒时，将高压泵/原水泵关闭并恢复到手动状态，报警。
　　
    9、   混床高压报警，当条件成立5秒时，将增压泵关闭并恢复到手动状态，报警。
　　
    10、  纯水泵出口高压时（极限参数可设定），5秒后，将纯水泵全部关闭，并报警。
　　
    11、  部分控制功能：（参数可设定，=0时关闭此功能）

0引言

    黑液蒸发把洗选工段产生的副产品——稀黑液高度浓缩后送燃烧工段处理，碱回收设备的工况十分恶劣，尤其是腐蚀性和黑液结垢问题很为棘手，平稳整个工艺过程的运行，使设备工作在合理，优的工艺参数范围内是减慢结垢速度、延长设备使用寿命的有效方法。

    由于后续工段燃烧的要求，蒸发站的出浓液浓度不能低于某个极限，但出浓液浓度偏高也会带来许多问题，如蒸汽消耗大、结垢速度加快，管道阻力大，易堵，恶化燃烧工段许多设备如圆盘蒸发器的工况等。我国制浆造纸碱回收设备中，对黑液蒸发浓度实施自动控制的比例很小，而不熟练的手工操作易出现出浓液深度偏低或偏高的情况，使设备工作在不合理的工况。本文简要介绍作者在河南白云纸业五效蒸发站实施计算机集散控制的控制方案。

1控制方案

    黑液蒸发的主要设备是蒸发器。蒸发器串联组成蒸发站。本设计中所控制的蒸发站是由五台板式降膜蒸发器串联组成。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽,  闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下三个基本的工艺流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸发站中，外网来低压蒸汽（0.4Mpa 151℃），首先进入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入II效，为II效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来稀黑液，首先进入稀黑液槽,经稀黑液泵进入末效蒸发器，然后再到IV效，III效，以此类推，直至I效。与蒸发流程反向而行。这样随着黑液浓度的tigao，蒸发温度也tigao，而黑液粘度增加缓慢。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式，不仅可节省蒸汽消耗，部分程度上也可缓解黑液结垢问题。

    在本蒸发工段的主要控制目标是稳定浓黑液的深度和降低蒸汽消耗，影响浓黑液波美度的因素主要是进效稀黑液的浓度和liuliang及蒸发设备各效的总有效差压。稳定有效差压首先要稳定进第I效的新鲜蒸汽的压力和末效二次蒸汽的真空度，即稳定总压差。然后尽量减少和稳定蒸发过程中的压差损失，因此，必须要控制下列参数：

    进效稀黑液的浓度和liuliang；

    （1）       出效浓黑液的浓度；
    （2）       进效新鲜蒸汽的压力和liuliang；
    （3）       末效的二次蒸汽的真空度；
    （4）       出效黑液的液位；
    （5）       出效冷却水液位；

    所以，我们选取压力、liuliang、温度、液位为主要的控制对象，共设置了8路压力、6路liuliang、21路温度、16路液位总计51个测控点。为防止流送过程中，因电机启停不当而造成的不良后果，我们又对所使用的22台电机实行连锁控制。

    1.1系统硬件设计

    1.1.1本自动控制系统采用西门子先进的S7-400可编程控制器。它是西门子公司开发的适合当代计算机技术发展的新一代可编程控制系统。它具有更高的控制能力、运算速度、网络功能和更优的性能价格比。通过PROFIBUS-DP现场总线可与ET200M I/0站相连。ET200M 可置于MCC低压柜旁边，从而可方便将电机和泵类的控制纳入DCS中去。

    1.1.2系统网络采用工业以太网。其优点：

    抗干扰能力强，不需特殊的接地要求，不对其它电子设备产生影响。

    中央处理单元型号为CPU 414-2DP。系统的输入输出模板的型号和数量由现场电气和仪表信号的类型和数量决定。具体如下：

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图1   硬件控制系统示意图

    DI模板主要用于显示电机启停和过载指示；DO模板用于控制电机启停；AI模板主要用于对电动机电流、功率以及各测控点如温度、压力、liuliang、液位进行采样显示。DO模板在实际应用中为tigao抗干扰能力和控制容量要通过中间继电器隔离，由中间继电器触点去控制电气设备（如接触器etc）。模拟量输入模板在使用前要通过跳线组态成本方案所需要的输入方式。

    各模板的型号、数量确定后，再选择放置模板的框架的型号和数量以及电源的型号和数量。终选用长为530mm的导轨。据模板的数量选取择4个机架，考虑到成本问题而选取用了3个S7-300机架，1个S7-400机架，一个为主框架（含3个机架、一个S7-400机架、2个S7-300机架）放在蒸发主控制拒中，另一个远程控制I/O框架（含一个S7-300机架）放在ET200蒸发控制柜中。

2控制措施

    纸机碱回收控制中浓黑液在线测量一直是一个难题，而浓度控制是碱回收蒸发工段的终控制目标，其控制效果的好坏对后续燃烧工段起着举足轻重的作用，虽然浓黑液的浓度无法直接测量，但在本项目中可利用黑液的沸点在一定的压力下随其浓度的增大而升高的特性进行间接测量。即D= F（P，T）其中 D：浓度P：压力T：温度。为了使系统更稳定，对浓黑液的浓度和进效蒸汽实施串级控制方案。事实证明在对驻马店遂平白云纸业的工程中不但效果稳定而且节能。如图：

图2   浓黑夜浓度控制方案

3软件设计

    本系统采用西门子公司的S7-300系列产品。在设计当中，根据设备测控点的情况和厂方用户的要求，系统以S7314-2DP控制器为核心，通过PROFIBUS-DP总线与2个ET200M远程站相连（如图2 所示），用于采集现场仪表数据信息和控制算法的实现。在现场实际应用中，数字量输入输出，、模拟量输入输出都留有部分备用，已备系统将来扩充的需要。西门子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP协议的分布式I/O，应用时，S7PLC作为DP主站，通过带有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS总线，而ET200作为DP从站接到PROFIBUS。整个控制系统采用两个控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M从站放在主柜，采集系统的模拟信号；#2 ET200M从站放在副柜，用来采集工段的电动机执行机构阀位反馈信号及输出执行机构的驱动信号。系统采用主站加从站的结构，可使系统造价降低，并且扩展灵活。

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    据本工段的工艺特点和工艺要求，我们编制了采样子程序，该程序主要用于对所设测控点的温度压力liuliang进行信号采样；受外界影响，在不同时刻所采样的信号jingque度不够高，为此我们又编制了滤波子程序，以及PID控制程序和量程转换子程序、电机启停子程序、设备间连锁子程序等。

4人机界面操作系统（HMI）

    这部分主要由操作站、工程师站和打印机（外部设备）组成，实现人机接口。它的主要功能是集中各分散过程控制装置送过来的信息，通过监视和操作，把操作和命令下送到各分散控制装置。工业控制PC以Wincc作为人机界面，并分别设置了操作员站和工程师站。操作员站（OPU）用于画面显示、报警、泵和电机的手/自动启停以及现场各被控参数的采集、显示和控制，而工程师站（ENG）用于工程师对生产现场的监视、打印报表以及对工艺参数和控制器参数的修改等。操作员站和工程师站的画面组态软件选用SIEMEN公司的WINCC完成用户二次软件开发。PC的主要功能是显示工艺流程、电机及阀门等的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及其处理方法；显示温度、液位等模拟量，并能通过打印机打印。WINCC是西门子公司专门为过程控制和现场监控开发的监控系统软件，本系统分别制作了蒸发工段一、蒸发工段二个工艺画面，画面中的各参数的设定都是随着PLC的改变而改变的。工作人员可以通过这些画面监控各个电动机的运行和池中液位的高低，而且可随时根据系统运行状况而直接控制电动机的运行。

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图3   蒸发工段工艺图

5 仿真结果

    图4～图6是蒸发器液位、板式冷凝器冷凝水的温度、蒸汽压力的仿真结果。

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图4 蒸发器稀黑液液位

图5  板式冷凝器冷凝水的温度

图6   进效蒸汽的压力

    从图4～图6可看出：3个被控参数在阶跃输入信号作用下的响应曲线的衰减比都近似于4：1，系统响应速度快，调节时间短，能很快达到稳定，系统超调量小，且控制精度都比较高，其动态性能、稳定性能都能满足厂方的要求，如精度为0.05,远小于厂方提出的0.02，蒸发器开机10秒左右，液位、温度基本稳定于设定值。

6 应用体会

    本S7-300具有以下显著特点：（1）循环周期短、处理速度高；（2）程序结构简单、可用于复杂功能；（3）产品设计紧凑、可用于空间有限的场合；（4）模块化结构、适合紧密安装；（3）无需电源备份，免维修；（4）可在恶劣气候条件下露天使用。而且添加的分布式I/O与PLC站中的本地I/O具有同一的编址，因此在用户程序中可以像访问本地I/O一样方便的访问分布式I/O,这样编程时就完全不必考虑一个I/O地址在物理上是通过何种方式连接的。本系统抗干扰能力强，控制精度高，传输数据及时可靠。高效、节能，已于2002年6月投入现场使用，经过近半年来的现场运行，系统至今仍稳定可靠。