西门子6ES7223-1PM22-0XA8规格参数

西门子6ES7223-1PM22-0XA8规格参数

应用背景
　　聚氨酯涂料属于一种新材料领域建筑防水材料，技术含量高,由于其具有环保，无污染、防水效果好、涂层弹性好、粘结力强、抗老化等特点，使其在建筑防水领域得到了广泛的应用。项目分为一、二期，长远规划为10万吨/年，目前是一期年产15,000吨环保型聚氨酯涂料生产线，全厂自动化系统采用了GE Fanuc的PPS系统。为国内已投入运行的生产线中投资规模大，控制先进的项目。

客户需求
　　项目工期紧，控制系统立项到完成现场实施只有近4个月的时间。控制工艺复杂，这就要求系统具有简单、方便的特点。还要具有以下特点：
　　1、稳定，要保持连续生产。
　　2、高开放性和先进性，希望选用具有技术的产品，同时由于规划的需要，要求产品有好的开放性和拓展能力，以便以后进行扩建。
　　3、价格和产品的性能也是用户关注的两点。

解决方案
　　GE Fanuc针对用户的需求提供了新一代混合控制系统PPS来实施聚氨酯的生产控制。本项目的控制系统由三部分组成，分别为：人机界面、控制器和I/O卡件。整个系统结构图如下：

　　人机界面部分：采用新的 PPS（Proficy Process System） 软件，共设两台站，一台为工程师站（工程师站兼操作员站），另一台为操作员站兼历史数据站运行History 及iFix软件。工程师站的主要功能在于实现过程系统控制策略的设计、开发和文档生成以及可视化显示画面组态，工程师站还能够兼操作员控制台使用。操作员站兼历史数据站负责提供可视化显示画面、趋势图、PID 面板和系统的报警列表以及历史趋势的记录功能，操作员能够对过程控制器进行监视控制并确认报警，操作员站界面选用了代表当今的HMI软件iFix。
　　

控制器部分：采用一对冗余的 PAC Rx7i 控制器,通过以太网与上位机连接。GE 公司提供的 PAC Rx7i 控制器是一款行业的高性能控制器，主频高达600MB，用户内存可达64MB，数据同步速率可达2.12G波特率，每一个扫描周期同步2次，主、从控制器可真正做到无扰切换。控制逻辑组态符合 IEC 61131（LD、FBD、IL和 SFC）要求。采用 VME 背板，并能支持第三方智能模块。支持高速冗余，备用控制器等待在热备状态、作为主控制器的镜像。支持100Mbps EGD 以太网 I/O协议，以实现在子系统控制器和系统可视化软件中通讯。
　

I/O 卡件部分：采用GE公司的VersaMax IO模块。VersaMax IO具有导轨式安装，维护方便、支持热插拔　、可自动配置（不需要硬件组态就能被系统自动识别）等特点。采用这种解决方案既满足了用户对连续运行稳定、可靠的要求，又满足了用户节约投资成本的意愿。卡件种类包括 15 通道通用型 AI卡件， 12通道 AO 卡件，32通道 DI 卡件以及 32 通道 DO 卡件。

控制工艺
　　生产过程包括了原料储罐、原料计量、原料配比、反应釜加热升温、反应釜真空、反应釜降温、出料计量等控制。需要控制的对象包括储罐、原料计量槽，泵槽连锁、反应釜温度压力控制及连锁以及变频控制等，在整个过程中，温度、压力及原料配比控制尤为关键。控制方案涉及到自动、手动、配方管理、微控、滞后、连锁等控制手段。其中，典型的工艺方案摘要如下：
　　1)甲组分生产工艺

　　将聚醚、蓖麻油　、二甲苯按配方量投入反应釜，搅拌升温，真空脱水至含水<0.15%后降温，投入异氰酸及阻聚剂，聚合反应后降温，真空脱泡，出料包装入库。
　　2) 乙组分生产工艺
　　将煤焦油、含水多元醇废液、氯油、填充料投入反应釜中，升温搅拌，经真空脱水后，冷却降温，投入不含水多元胺及各类助剂，搅拌均匀后，出料包装入库。
整个控制系统具有：
1)方便美观的操作员站界面。系统工艺图例如下：

图例1：真空系统图

图例2：原料储罐系统图

2）集中的历史数据库。系统采用统一的数据库系统记录过程实时数据和报警事件信息。
3）系统采用冗余的高性能控制器，确保了系统的稳定运行。
4）易扩展性和开放性。系统可以根据需要增加控制器和操作站，并且不影响原系统的运行。同时，系统具有很好的开放性，可方便的与第三方设备通信，支持Modbus、Profibus DP、OPC等通信接口。

实施结果
　　采用PPS方便了系统控制策略的生成，采用统一数据库变量名，简化了系统开发和维护的时间。高性能的控制器tisheng了运行效率，提供的解决方案大程度的保护了用户的投资。同时，由于PPS 系统良好的拓展性，确保了用户能够顺利实施二期项目。随着用户对 PPS 系统的不断熟悉，可以预期，PPS 系统更多的优点将不断被用户应用于生产过程中，给用户带来更大的利益，同时也为 GE Fanuc 带来更高的声誉。

一、 引言
        火电厂辅助系统是火电厂重要组成部分，是电厂运行的关键组成环节，它主要包括输煤系统、除灰/ 除渣系统、化学水处理系统等，简称“煤灰水”。为了tigao了全厂辅助系统的控制水平、控制方式以及系统运行的安全性和经济性，实现辅助车间就地无人值守，tigao劳动生产率和全厂的自动化水平，电厂辅助系统一般会实行全厂集中监控，并建立公辅网，为实现电厂全厂监控（SIS）打下良好的基础。
 

二、 系统简介
整个火电厂辅助控制系统主要分为3个子系统：水处理控制系统，除灰渣控制系统，输煤程控系统。
1.      电厂水处理控制系统
        该系统主要适用于火电厂的锅炉补给水、凝结水、循环水、工业废水和机组排水等系统控制和监控。
       工业水处理系统采用就地无人值班方式，在锅炉补给水控制室布置PLC主机柜，在工业废水车间放置远程站。控制系统通过冗余的双向通讯接口接入水系统控制网，通过全厂水系统操作员站完成对消防泵房（含蓄水池）、排水泵房、工业废水、生活污水等程控系统进行数据采集、程序启/停、中断控制（自动步序和半自动步序控制以及跳步等）及单个设备操作、系统组态等功能监视，并在工艺系统运行工况异常时报警以及紧急事故处理和联锁保护。
       工业水处理系统的控制装置包括工艺系统程序控制的投运、停止和自动/半自动启动另一列备用装置程序等。对于顺序控制设置分步操作、成组操作或单独操作等，并有跳步、中断等操作功能。还设有程序步骤时间和状态指示、故障原因显示及必须的选择和联锁功能。
程控和手动加药。
含油污水处理系统要求可以根据含油污水收集池液位自动启停。
污泥输送、脱水系统可根据泥浆池液位自动启停。设备包括泥浆池、泥浆输送泵和脱水机等。
泵间互相连锁，且与酸贮存槽液位连锁，低位停泵。
由水位控制进水泵的开启；高液位开泵，低液位停泵；
泵的切换（运行时间累计）；
风机的切换（运行时间累计）；
水泵低液位保护控制；
设备故障报警；
        控制系统主要包括数据采集和顺序控制功能，LCD屏幕能显示工艺流程及测量参数、操作显示、控制对象运行状态，也能显示成组参数。当参数越限报警或控制对象故障或状态变化时，能自动在当前画面以不同颜色进行显示，并有音响提示。LCD画面能对监控的信号进行定期打印记录、参数越限报警记录、设备运行记录等。通过PLC对整个系统进行程序控制和远方手操，在PLC内设有必要的保护和联锁。
2.      电厂除灰渣控制系统
除灰渣控制系统依据其工作方式分为：水冲灰、气力除灰。
除灰控制系统功能
集中监视及报警功能
语音报警功能
管理报表功能
与厂级管理信息系统(MIS)的接口功能
系统的安全管理功能
设备管理功能
        除灰控制系统进行数据采集和系统控制。除灰控制系统将能对整个锅炉气力除灰输送系统、灰库、除灰空压机系统、气化风机房的运行、启动、停止和故障等进行集中监视、管理、自动顺序控制，并可实现远方手动操作。
       除灰控制系统采用LCD操作站作为操作员的人机接口站，通过LCD画面和鼠标器对整个系统进行监视和控制，不再设置常规的仪表盘台和模拟屏。所有运行参数、报警信号均能打印记录。
       对于泵、风机和阀门等被控对象，除了在除灰控制室操作员站LCD上监控外，还将能在MCC上的控制开关或阀门电动装置上的按钮进行就地控制，对于气动阀门能在装于电磁阀箱上（随工艺系统供货）的按钮进行就地控制；远方/就地切换功能均可在MCC和电磁阀箱实现，并将“处于就地控制”信号输出至控制系统。
       除灰控制系统采用自动程序控制、远方手动操作及就地操作相结合的控制方式。程序控制可设有自动、步进操作、成组操作或单独操作等手段，并有跳步、中断或旁路等操作功能，还将设有必要的步骤时间和状态指示、选择和闭锁功能。
       各辅助控制系统均可由设在集控室的辅助车间操作员站对相应系统工艺过程、运行工况进行监控，就地实现无人值班。辅助车间集中监控网留有与DCS的冗余通讯接口，实现DCS对辅助车间的监控。
3.    输煤程控系统
输煤控制系统功能：
系统固定程序启、停功能
系统组合程序启、停功能
设备一对一联锁启、停功能
原煤仓的自动配煤功能
局部解除联锁控制功能
三通档板及犁煤器电动推杆的防卡塞功能等
       输煤程控系统能完成电厂正常运行时的上煤、配煤控制；输煤设备运行状况监测及安全联锁、保护等功能，同时对输煤系统相关电源进行监测和控制。输煤程控系统可以与辅助车间控制网系统进行通讯，以便在主控制室可以对输煤系统进行监控。两个系统间采用10/100M冗余工业以太网连接，输煤程控厂家提供冗余光纤通信接口，并提供通讯所需的相应资料，包括软件等。输煤程控系统并能完成与输煤广播呼叫系统、输煤闭路工业电视系统的联锁及通信接口。系统在上位机上可控制输煤系统主要设备的起停、设有起车预告系统、故障声光报警系统、并有故障显示、验灯功能。能够显示皮带及伸缩皮带的运行状态、碎煤机、筛煤机等设备的状态指示、显示故障位置和性质、煤仓的高低煤位显示。
系统上煤控制功能分自动、手动及就地三种方式。
配煤控制功能分为程控配煤和手动配煤。
        事故报警功能中系统具有完善的事故报警功能。当事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时，CRT屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间。故障报警系统具有语音报警功能、实时报警查询功能、历史报警查询功能、分类报警查询功能、报警打印功能。
       管理监测功能是指整个输煤系统具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，能实现实时liuliang编制、修改及状态显示并具有制表功能，能按规定时间或召唤打印各种报表，能在CRT上查询并调用有关数据。报表具有设备运行时间记录功能、运行时间历史查询功能、煤量统计功能、流程记录功能等。

三、 解决方案
        通过对上述辅控系统的分析与研究，本着力求性价比、稳定性、功能完善的原则，构思设计如下系统解决方案，系统网络结构图如下：

·系统结构
       系统采用NA400系列PLC作为控制站，分别为水处理控制系统、除灰渣控制系统、输煤程控系统。每个控制站配2个以太网交换机，与主干网的两个工业以太网交换机构成冗余环网。每个控制站各设有工程师站和操作员站，集控室设有工程师站、操作员站和冗余服务器。
·控制系统
       NA400中央处理器采用英特尔PentuimM芯片，集成两个以太网TCP/IP通讯接口，省去通讯模块，节约成本，方便组网。模块化结构，安装更换简便，可以在机架任意位置进行安装。机架扩展无需扩展模块，一根总线电缆即可实现对I/O的扩展。
       全智能I/O设计和一系列安全性、可靠性设计为系统的安全可靠运行提供了保障。NA400采用现场总线网络，除具有通信速率快、抗干扰能力强、成本低、结构简单、实时性好等特点，还具有很好的扩展性，易于实现模块的灵活配置，大大tigao了对环境及安装要求的适应性。集成IEC61131-3的全部五种编程语言及原创顺控图语言，各种语言在程序之间相互调用，使得编程更加灵活方便，能满足多种复杂工况的要求。提供的以太网通讯接口，可以实现远程编程与调试，满足在远方控制中心对现场控制装置控制流程的修改和在线维护。
·网络结构
       整个辅控网络采用模块化工业交换机，其中主干网交换机冗余配置。采用多模光缆、工业级交换机建立工业以太环网，采用统一的网络平台和软件平台，来互连各个不同的辅助控制系统，实现外围辅控系统相对集中控制，整个辅控网络的采用星环混合型结构，用以太环网连接各个辅控系统，并分成主干网和子环网。各辅控系统采用星型方式与主干网连接，主干网采用超级冗余环技术，当环网某一点发生故障，系统可以在<500ms的时间内恢复正常工作，并且配置冗余交换机，可以实现整个网络具有多点容错功能。
         这样，整个辅控网络不仅具有环形网络的切换快速、安全可靠的特点，还综合了星形网络多路交换、施工方便、扩展灵活的功能，tigao了系统的可靠性和实时性。
·系统功能
采用组态软件完成主要功能如下：
  (1) 图形化画面；保持与各子系统操作界面的一致性，显示各子系统的工艺流程；
  (2) 实时动态显示：提供生产运行监控所需的测点实时数值及状态；
  (3) 趋势：提供实时／历史趋势显示和打印功能；
  (4) 报警：具有弹出式的实时报警画面和语音报警功能，可进行报警确认和报警打印，并具有报警历史记录功能；
  (5) 操作记录和事件记录功能：按时间顺序记录系统启动后的实时报警信息、报警历史和应用程序运行列表，方便运行人员查询和分析；
  (6) 各辅助子系统画面快速切换；
  (7) 统一的系统登录画面，不同的安全级别和操作权限确保系统稳定运行。

 整个洗涤过程分为进水、洗涤、放水、脱水四个部分，系统从进水环节开始到脱水环节结束共循环三次。
设备运行示意图：（见附图）
A．系统运行循环三次：次循环转鼓进水至中水位时开始洗涤；第二、三次转鼓进水至高水位时开始洗涤。
B． 洗涤方式分轻洗、标准洗、强洗（按正转、停止、反转、停止四步动作循环至洗涤时间到达）
C．在20-80HZ频率脱水环节时如转鼓出现运行振动较大，则变频器停止输出至转鼓停止后再从20HZ重新脱水。
3控制要求及功能
A． 洗涤设备应具备延时停止进水功能（即洗涤水进至中水位或高水位时开始洗涤但不关闭进水阀，直至延时时间到再停止进水）
B．系统具备停止与急停功能（即系统在运行时按下停止键则终止所有运行，再启动时又从环节开始。按下急停键时则系统暂停运行，急停复位时系统再从急处继续运行）
C． 洗涤设备的启动、停止、急停操作、参数设定均由人机界面完成。
D． 系统使用变频器简易PLC功能来完成洗衣机脱水环节的多段速度曲线（段20HZ / 20秒；第二段50HZ/15秒；第三段80HZ/15秒；第四段100HZ/10秒；第五段130HZ/10秒）
E． 洗涤频率加/减速速率2HZ/秒，脱水频率加速速率0.5HZ/秒，减速速率1.5HZ/秒。
F． 脱水过程中如机械振动大于设计要求的振动时，系统应立即停止变频器输出直至转鼓停止后再重新从阶段开始脱水（由振动开关提供信号）。
G． 变频器中的简易PLC一至五阶段运行频率与运行时间由可编程控制器通过通讯方式设定。
4系统控制原理
　　该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。PLC与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。
5方案的实现
触摸屏：
　　通过对厂家参数画面进行相关参数设置，将设备的洗涤时间、洗涤频率、手动脱水频率、自动脱水简易PLC的运行频率及运行时间固化到可编程控制器中，再将运行频率与运行时间等参数通过自由口通讯协议方式传送到变频器中。操作画面上设置诸如设备的启/停、运行时间及运行状态显示。
楞编程控制器：
可编程控制器中编写主机带频率正转、主机带频率反转子程序供洗涤环节调用，编写阶段一至价段五运行频率设定、阶段一至阶段五运行时间设定子程序供厂家修改变频器简易PLC程序中的参数。
变频器:
1) 频率给定通道与命令给定通道均选择串口给定; 主机各运行频率与运行指令由PLC通过通讯的方式发给变频器。
2) 将上限频率与运行频率设为130HZ。
3) 加速时间1、减速时间1（洗涤环节的加/减速速率2HZ/秒）设为65秒，加速时间2、减速时间2（脱水环节的加速速率0.5HZ/秒，减速速率1.5HZ/秒）分别设为260秒和80秒。
4) V/F曲线电压值V1设为35%，频率值设定为20HZ否则电机会因起动转矩过低而无法启动;
5) X1、X2端子设定为选择加/减速时间2功能，系统运行在脱水环节时（X2为高电平）加减/速时间2有效，变频器按加减时间2进行加/减速。 
6) X3端子设定为外部停机命令功能，当PLC给出停止命令或振动过大时（X3为高电平）变变频器停止输出。
7) X4设定为简易PLC程序失效功能；系统运行在进水与洗涤环节时（X4为高电平）简易PLC程序不能运行。
8) X5设定为简易PLC程序暂停功能；系统运行在脱水环节时如按下急停键（X5为高电平）简易PLC程序将暂停运行。急停复位后再从暂停处继续运行。
系统控制：
参数设置 A.进入厂家参数画面设置洗涤频率、洗涤时间、延时停止进水时间。
B．进入脱水参数画面设置阶段一至阶段五的运行频率与运行时间。
    手动控制  按进水、洗涤、放水、低脱、中脱、高脱的顺序对设备进行独立启、停操作，操作过程中程序运行不受设置的运行的时间与转鼓振动频率影响。
自动控制 A.设置好各运行参数后按下系统启动键，进水电磁阀打开转鼓开始进水简易PLC程序运行为无效。
          B．转鼓进水至中水位时洗涤启动，设备按所选择的洗涤模式（轻洗、标准洗、强洗）运行，设定的洗涤时间到达时停止洗涤。
         C．洗涤完成后开启放水电磁阀放水，简易PLC程序运行设为有效，放水至低水位时简易PLC程序开始按设定运行速度曲线运行。
D．如在脱水时出现机械振动大时，接近开关接通（X3为高电平）变频器停止输出，直至转鼓停止后再从阶段一开始脱水。
E． 脱水环节完成后系统自动进入第二次循环（第二、三次循环时进水水位到高水位时再开始洗涤）
6总结
　　利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行有机的组合与设计。此方案应用艾默生可编程控制器、艾默生EV1000变频器、深圳人机触摸屏组成自动控制系统，结合艾默生可编程控制器、变频器与人机界面的控制优点，实现了可编程控制器与变频器的通讯功能；可编程控制器与人机界面的实时数据交换功能。从根本上解决设备控制线路繁锁、故障点多、操作复杂等一系列问题；有效的tigao设备生产效率与设备性能。经调试与运行测试后能达到客户的设计要求并已投入生产。