西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0规格参数

更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0规格参数

1 引言
，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间通信的需要，"监控和数据采集系统"越来越受到用户的重视。在动力系统方面，以柴油发电机组作为应急备用电源的发电厂，在工厂、矿山、高层建筑、医院、邮电、宾馆、银行等许多部门都得到了广泛的应用。为了tigao供电质量和供电可靠性，改善操作人员的工作条件，减少维护运行人员，备用发电站迫切要求实现自动化运行和管理。该监控系统由监视主机(包括通信板)和若干现场的从站（正航A3）组成。实现发电机组的数据采集、报警、存储、备份等服务。本文主要介绍下位机A3的系统原理。

2 系统的总体设计
结合生产实际的需要，考虑该发电机组的自动化系统由5大功能部件组成(系统的硬件图如图1所示)。
(1) 发电机组的自动启动和自动停机;
(2) 工程市电和机电的自动切换;
(3) 发电机组电压和频率的自动调节;
(4) 发电机组故障自动检测，报警和故障处理;
(5) 发电机组电压、电流、频率、有功功率、启动电池电压等电量参数的自动调节。

3 系统组成
3.1 A3系统PLC的特性和特点
正航A3系列可编程控制器，，硬件配置齐全，它的特点与性能如下:
(1)机内有高速计数器，可同时输入三路高速脉冲，并可输出频率和脉宽可调的高速脉冲信号。
(2)具有21个中断源的中断优先管理，并配有RS485接口，可实现PLC 与PC机之间的远程通讯，便于上位机监控和联网。
(3)具有结构紧凑、组装灵活、编程简单，抗干扰能力强、可靠性高等特点。
由此可见，它非常适用于工业控制中小型自动控制系统。经分析，决定采用A3系列可编程控制器作为发电机组自动控制系统的核心部件。

3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能
经过分析，本系统采用10个开关量输入，10个开关量输出和3个模拟量输入，即可满足系统控制需求，因此——PLC配置如下:
CPU模块：A3-C2405DT
AI模块： A3-AI0401LA

I/O的分配和功能如下:
开关量输入:
IO.0:输入中断 (配合脉宽调制使用)
IO.1:方式选择 (0-远程控制 1-自动)
IO.2:市电检测 (0-无市电 1-有市电)
IO.3:机电检测 (0-无机电 1-有机电)
IO.4:油压低 (0-油压正常 1-油压偏低)
IO.5:油水温高 (0-油水温正常 1-油水温偏高)
IO.6:高速计数器HSCI (利用高速计数器检测启动电池电压)
IO.7:紧急停车 (0-非紧急停车状态 1-紧急停车状态)
IO.0:复位 (1-手动复位)
(利用高速计数器检测转速)

开关量输入:
Q0.0:高速脉冲输出 (通过控制直流电磁铁调节转速)
Q0.1:停机 (1-停机电磁阀动作)
Q0.2:启动 (1-启动马达动作)
Q0.3:市电合闸 (1-市电主开关动作)
Q0.4:机电合闸 (1-机电主开关动作)
Q0.5:三启失败 (1-三启失败信号灯亮)
Q0.6:机组故障 (1-机组故障信号灯亮)
Q0.7:警铃 (1-警铃响)
Q1.0:自动强激磁 (1-强激磁继电器动作)
Q1.1:冷启动自动辅助 (1-冷启动辅助装置电磁阀动作)

模拟量输入:
AIWO:母线电压
AIW2:母线电流
AIW4:负载功率

4 系统实现
发电站自动化监控系统由机组自动启停控制，转速自动调节，电量参数自动检测，故障自动检测等功能模块组成。
4.1 制动启停控制
本功能模块是根据各开关量的输入状态，自动控制机组的启动、停止和机电与市电的相互切换。这主要属于顺序控制具有较强的逻辑控制。用A3实现简易而可靠。
4.2 转速调节
油机转速调节是通过CPU中高速脉冲输出脉宽调制(PWM)功能调节可控直流电磁铁控制柴油机油门开度来实现的。用CPU实现转速调节方法如下:转速信号由安装在柴油机上磁电式传感器获得，CPU通过高速计数器测量油机转速，测得转速信号送入PID调节器，将调节器输出的数字量转换为脉冲宽度的时间量，再通过CPU中的脉宽可调的高速脉冲输出(QO，0)，经过功率驱动器控制可控制直流电磁铁调节紧油机门开度大小，从而实现对油机转速的调节。

本系统属于反馈控制和jingque的数字控制，涉及到一些控制算法问题。
在CPU中，方法实现了一种转速控制的PID调节器。PID的模拟表达式: M(t)=KC(1+1/Ti*fe(t)dt+Td*de(t)/de(t))

在CPU中，微公和积分采用如下公式:
微分运算:[新差值E(n)-旧差值E(n-1)]÷控制周期TC
积分运算:[旧差值E(n-1)+新差值E(n)]×控制TO÷2
转速-与转速传感器频率关系的计算公式如下:
f----转速传感器信号频率
n----转速(转/分)
z----传感齿轮齿数

为更好的实现全程调速我们采用分程PID限幅
怠速时间:转速设定值 VW108=192
小输出值 VW126=180
大输出值 VW124=420
高速期间:转速设定值 VW108=VW212(由模拟电位器设定)
小输出值 VW126=420
输出值 VW124=995

本系统中:n=1500r/mln z=128齿
这样f>3200Hz，故采用7kHz的高速计数器HSC2测量转速。停机时，将转速设定值和网缓冲器全部置0。输出限制在VW106=5上，以使PWM能够连续工作。同时使Q0.1=1，停机磁阀动作，切断油路达到停机目的

　Simatic PCS7系统是西门子公司二十世纪九十年代开始推出的应用于中大型生产过程控制领域的功能丰富的新型集散控制系统；它采用现场总线技术，是全集成的过程自动化控制系统。

　　Simatic PSC7系统具有独特的开放式平台，结合了DCS和 PLC 的优点，将两者的功能紧密地结合在一起；Simatic PCS7系统采用了统一的软件开发环境，控制层和操作层实现统一的变量管理，大大节省了程序员建构变量的时间；Simatic PCS7系统使用工艺分级（TH）配置，使用户可以按照工厂的工艺分工进行组态，分为系统级（如车间）、子系统级（如工段）、设备级、仪表控制回路等级别。

　　该系统的先进实用性集中体现在以下几点：先进的控制技术（现场总线技术）、实用安全的系统配置（冗余电源及冗余操作站及冗余控制器）、友好的人机界面（直观、规范和契合运行习惯）、支持多种通讯协议如Profitbus，MPI，Industrial以太网等。

一：工艺情况概述

　　沈阳经济技术开发区热电厂新建工程，配置2台75t/h循环流化床锅炉，1台12MW抽汽式汽轮发电机组，3台锅炉给水泵, 2套除氧器和1套减温减压器。本次控制系统设计范围包括以上工艺系统的热工监控系统。

　　根据循环硫化床锅炉对于一次风机，引风机，二次风机，给煤机及给水泵的要求较高的特点，故锅炉系统根据实际需要引入了许多连锁控制方案，有引风机连锁，一次风机连锁，给煤机连锁，给水泵互动连锁。由于引风机的特殊重要性，又引入了压力高高限和液位低低限连锁。

　　在本系统中，具体的各种信号类型如下：

信号类型	使用点数（含10%备用点）	模块配置
AI（RTD）	48	6 X 8RTD
AI（TC）	48	6 X8T/C
AI（通用块）	112	14 X 8AI
AO	24	6 X 4AO
DI	192	12 X 16DI
DO	64	4 X16DO

二：系统控制方案

　　3.1系统构成

　　由于设计是基于两炉一机考虑的，两炉一机大概有 800 多点，故本系统采用了西门子公司的性能非常可靠的 CPU417-4 H 作为中央控制器，基于安全生产的考虑，是双机冗余控制，双处理器之间通过光纤环网进行通讯，当主CPU故障时，从处理器直接接管其一切工作。电源也采用冗余配置，当一个电源模块故障时，由于另一个电源的存在，并不影响CPU正常的工作。

　　系统的各个分布式控制站双 IM153-2 的冗余控制，每对 IM153-2 多可以接八个输入／输出模块，通过输入／输出模块采集数据，将采集的数据送到分布式输入／输出站，再送至中央控制站进行处理，处理器决定该数据需进行什么样的处理，进行显示,或者输出相应的控制信号，再按照刚才的路径返回至输入／输出模块，这样就实现了数据的采集，处理和交换；中央控制站与各分布式控制站之间通过 ProfiBus-DP 网进行通讯。其中1-4 号分布式输入／输出站为模拟量，5-6 号分布式输入／输出站为开关量。

　　系统配置了两台操作站，中央控制站与操作站之间通过工业以太网进行通讯，而操作站之间通过 100Mbps的交换机进行通讯。PCS7 系统中的工程师站和操作员站之间是通过授权的不同来区分的，在同一台机器上，通过用户和密码的不同可以实现不同的操作和控制。

　　具体的硬件结构配置如下图所示：

　　3.2系统的典型控制策略

　　该系统共有除氧器压力控制，除氧器液位控制，减温减压器压力控制，减温减压器温度控制，给煤机转速控制，风机挡板开度控制，前减温温度控制，后减温温度串级控制以及汽包水位三冲量控制等控制方案。

　　该系统中典型的控制策略有单回路PID控制，串级PID控制以及三冲量控制。
我们在设计汽包水位三冲量控制策略时，将汽包水位作为主控制回路，主给水liuliang作为副控制回路，主蒸汽liuliang作为前馈量；对于后减温温度串级控制，我们将主蒸汽温度作为主回路，将后减温集箱温度作为副回路。

　　3.3系统的连锁策略

　　出于安全生产的考虑，本系统中纳入了许多连锁方案，共有如下几种：

　　1．引风机连锁
　　连锁状态下，当引风机未运行时，不允许启动一次风机，二次风机和给煤机；引风机故障时，一次风机，二次风机，给煤机均应停止运行；当汽包压力高于给定值或汽包水位低于给定值时，引风机应停止运行。

　　2．一次风机连锁
　　连锁状态下，一次风机未运行时，不允许启动二次风机和给煤机；一次风机故障时，二次风机和给煤机均应停止运行。二次风机故障时，引风机，二次风机和给煤机均正常运行，并不连锁停车。

　　3．给煤机连锁
　　连锁状态下，给煤机故障时一次风机，二次风机和引风机均停止运行。

　　4．给水泵连锁
　　两台给水泵为一用一备的配置，即将一台给水泵投入运行后，如果另一台给水泵投入连锁，当台给水泵停止运行后第二台给水泵自动投入运行，当第二台给水泵停止运行后如果台给水泵已投入连锁，则台给水泵自动运行，如果此时台给水泵未投入连锁，则台给水泵并不自动运行。要想将两台给水泵全部停止必须将连锁全部摘除。
　　二期工程时，将使用三台给水泵，其逻辑连锁为两用一备。

　　5．自动开停车系统
　　自动开停车系统的设计给用户提供了一些接口，比如可以输入延迟时间等。

　　3.4系统的其他功能

　　PCS7系统除了具有其他如横河公司CS1000系统，罗斯蒙特公司的Provox系统等DCS系统所具有的各种通用功能外，还具有自己的特点。

　　PCS7系统在报警记录的处理上有其独到的特点，它将报警信息分为多种，有incoming alarm list, outgoing alarm list, operation list, acknowledged alarm list, process alarms, journal list以及AlarmOneLine等。对于用户进行PID控制的设定值改变，开关阀门等操作，都自动给以记录，前提是进行了PID模板的组态之后。我们编程时基于这些考虑，在CFC中填写报警信息时，注意将报警信息分类；同时，我们将电动门，风机，泵类的启停操作也都记录下来，以便分析事故原因时有章可循。

　　PCS7系统支持在线趋势记录的组态，操作员或者工程师可以任意选择想查看的工艺点的趋势曲线，任意选择时间范围，并可以将该曲线打印出来，这大大方便了操作员的操作和热工人员的维护。

　　PCS7系统可以很方便的调用每一个工艺点，查看其相关的各种信息如该点的量程上下限、报警上下限等；还可以很方便的调用每一个PID控制模板，查看每一个PID控制的PID参数，控制作用输出，相关的趋势信息和报警信息等。

三：编程总结：

　　与以前的西门子公司的Step7不同的是，PCS7系统对于大多数的软件编程均应用CFC进行编程，而并不是利用梯形图或者语句表编程，对于利用CFC编程不太方便的地方，可以利用梯形图或者语句表实现，然后将其作为一个FB或者FC嵌入到CFC中。PCS7系统在执行程序时，将CFC先全部编译成SCL语言，再执行。

　　由于锅炉系统中涉及到顺序控制的地方并不多，而且都是比较简单的顺控，利用CFC完全可以实现，而且比较快捷，所以并没有用到SFC。

　　但是就我们使用的经验来看，SFC和CFC还是各有优点的，两者可以形成互补。对于牵涉到顺序控制比较多的地方，可以使用SFC，当然SFC所能实现的功能利用CFC完全可以实现，而CFC可以实现的功能SFC未必能实现，所以笔者认为还是CFC使用的更为普遍些。

　　我们认为PCS7系统对于OB块的分类也比以前的系统更加科学，它提供了多种循环扫描块，根据实际的需要，我们使用了OB32和OB35两种循环扫描块，对于不同的工作使用不同的扫描时间，而不再是将大多数程序都放在OB1中；而且，更加特殊的需要，PCS7系统提出了部分过程映象区的概念。

　　PCS7系统在操作层上方便的地方之一就是，它通过Transfer可以将控制层的变量传递到操作层上，而且用户可以自由选择传递哪些变量，这节省了用户建变量的时间，而且不容易出错；方便地方之二就是，通过Transfer可以将在CFC中填写的报警信息无一例外的送到操作层来，也就是说，PCS7系统对于报警的管理是统一的管理；方便地方之三是，它通过Transfer可以为用户提供非常友好的操作界面，避免了在WinCC以前的版本中需要用户自己管理操作界面变换的烦恼。

五：结束语

　　本次设计时，由于工期非常紧张，从组态到调试仅有两个多月的时间，设计院给的许多资料不全，而且没有提供控制方案的图纸，一些设计完全是凭借经验，这些都给我们的工作带来了很多困难。但是在自身的努力和相关人员的配合下，我们的工作顺利的完成了，并且顺利地通过了调试。

　　本系统自从2003年1月上旬投入使用后，经过两个月的运行后，非常平稳，从没有因为DCS系统的原因造成任何事故。目前工艺运行也趋于平稳，一些自动控制也已投入使用，反映良好。当然由于工艺条件尚不完全具备，有些自动系统还没有投入使用。但是我们相信随着时间的推移，工艺条件日趋完善，操作人员对于锅炉的脾气也日趋了解，这些自动系统都一定可以投入使用

1.引言

　　中油海9/10升降式钻井平台中控系统采用PKS系统。这是霍尼韦尔公司的自动化系统次应用于钻井平台上。经由CCS(中国船级社)认证,符合认证标准。

　　2.系统介绍

　　PKS(Process Knowledge System) 是过程知识系统的简称。PKS控制系统是 Honeywell在2002年6月推出的新的中型控制系统。它集合了Plantscape系统组态方便的特点，又集合了TPS控制系统硬件上的优点而推出的一款全新的DCS控制系统。

2.1 本系统框架如下:

　　在本PKS系统中,含有2个FSC(FAIL SAFE CONTROLLER )机柜,一个PCS机柜.FSC用于火气系统的逻辑关断,PCS柜用于船体状态的监测.系统之间采用FTE(容错以太网连接).含有冗余的两台服务器,和两个监测用的STATION站.

　　(1).服务器冗余: PKS过程系统的服务器可以冗余配置，以提供更高等级的可靠性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互支持。当主服务器出现故障时，从服务器采集数据，并为操作站提供数据服务。主服务器通过冗余网络传送数据库中的所有数据处理信息到从服务器，使得主从服务器之间同步。

　　(2).网络冗余\交换机冗余: 设备之间用HONEYWELL的容错以太网连接 (即H型,保证有4条通讯路线).

2.2 硬件配置

　　（1）FSC系统硬件由 Central Part 卡件和I/O卡件两部分组成。

　　Central Part简称CP,包括CPU、COM(通讯卡)、WD(系统状态监视卡、或称看门狗卡)、DBM(诊断和电池卡)、以及VBD(竖向总线驱动卡)。
　　
　　I/O卡包括DI卡、DO卡、AI卡、以及AO卡。
　　
　　Central part卡件和I/O卡件之间的通讯构成如下：
　　
　　VB连接VBUS（竖向总线），VBUS连接HBD（水平总线驱动卡），HBD连接HBUS（水平总线），HBUS再连接I/O卡件。
　　
　　柜内还有端子和继电器。

　　（2）PCS柜硬件配置

　　由一块FTEB（容错以太网桥）卡、一块C200（控制器）卡、两块CNI（CONTROL NET）卡和I/O组成。

　　上图为卡件状态监测页。

　　图中FTEB01：FTEB卡；
　　　　PRS021：C200卡；
　　　　CCN014：CNI卡；
　　　　IAH161：AI卡；
　　　　IDD321：DI卡；
　　　　ODD321：DO卡；

（3）网络结构

　　1)以太网（TCP/IP）
　　传输速率为：100M/10M波特率；
　　网络节点：server,station,priter(switch,hub)等；
　　传输介质：双绞线：接头（为RF45，网卡），距离为100m以内；
　　
　　2) I/O Controlnet
　　传输速度：5M波特率；
　　网络节点：PMIO（输入输出卡件）、SIM等；
　　传输介质：同轴电缆；网络终端需加75Ω电阻；
　　传输协议：IEEE8023，令牌方式；

2.3软件介绍

　　（1）control Builder——Control Builder是一种图形化的、面向对象的、基于窗口的工程工具，用于过程系统控制处理器的控制执行环境和应用控制环境的控制策略的设计、组态、和实施。用于组态硬件，如网络、I/O模件、控制器、和现场总线设备，以及组态控制点，如调节控制、设备（马达）控制、逻辑控制、顺序控制和特殊的用户定义的功能等。
　　
　　（2）QUICK BUilder——QUICK Builder使得用户可以组态第三方的控制器／RTU，以及它们的点、组态操作站和打印机。Quick Builder使用关系数据库引擎，提供筛选数据库的用户显示、多点编辑工具、和直观的窗口风格的用户界面，极大地tigao了组态效率。关系数据库还捉供用户自定义的域，可以用来设置终止调度，记录接线编号等，同时还提供标准的报表。ExperiOn PKS过程系统数据库的添加和修改均可以在线进行。
　　
　　（3）HMIWeb Display Builder ——HMIWeb Display Builder是面向对象的，全集成化的用户画面组态工具，用于生成用户专用的显示图形画面。动态显示可以简单地通过鼠标点击迅速生成。系统还提供一个图形库含有如容器、管道、阀门、罐、马达等通用的工厂设备，帮助用户进一步加快图形设计的速度。此外，对于一些多处用到的相似的画面，可以用模板画面的功能减少组态时间。提供的过程对象和调色板功能可以帮助用户快速简便地创建用户对象，并可以带有三维效果。通过使用脚本程序(bbbbbbbb和Jbbbbbb)组件，可以显著地增强图形画面功能，如高速动画、工具提示、操作站程序执行的控制作用等都可以通过脚本程序完成。许多ActiveX的组件类型，如播放声音和视频图像等都可以插入在画面中被调用。
　　
　　（4）Knowledge Builder——Knowledge Builder,在线的电子资料，采用HTML结构的浏览器阅;内容全面，包括了FSC，PKS等详细的介绍。

2.4 系统开放性

　　[1] 集成Honeywell的先前产品：TDC2000, TDC3000, Plantscape, S9000,Logix60
　　[2] 与PLC通讯（如：SIMENSE,AB,ABB）
[3] 与现场总线技术的集成（Profibus-DP, Fieldbus, Modebus,HART等）
　　[4] 标准化的数据访问程序
　　[5] AEC：高性能服务器，直接与OPC服务器或客户机进行数据交换。

3．系统应用

　　系统应用于钻井平台上，主要有船体监测和逻辑关断两部分功能。

　　船体监测：包括发电机、泥浆池、水泥罐、重晶石罐、海水压载舱、风闸、风机、消防泵、公共设备等的状态监测。

　　逻辑关断：包括火气系统报警、手动报警等报警所产生的逻辑关断。

　　主界面：