西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8型号大全

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1 引言
　　沧州炼油厂炼油三部沥青车间现有年产十万吨道路沥青装置一套，车间配套有装车用桥式起重机两台，该桥式起重机是张家口起重机厂1979年10月生产，我厂1980年4月投用，经过20多年的使用，该设备已经非常陈旧，且随着近几年产量的增加，起重机使用频率增加，天车故障频发，沥青桥式起重机（又称天车）的电气维护一直是我们日常维护的一项重要工作，往往投入了大量的人力物力，还不能保证天车的正常使用，每年都消耗大量的材料费用。为解决该问题，2004年4月份我们组织了技术人员进行了QC攻关，经过比较决定采用施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC，代替原电路中的JT3-11/1时间继电器，改造后，经过两年的使用，效果良好。
　　2 控制电路的分析与改造
　　在桥式起重机电路中，故障发生比较多的是抓斗tisheng、张合部分的控制电路。抓斗tisheng、张合主电路如图1所示。控制电路如图2所示。

图1 原主电路

图2 原控制电路
　　图2中，KM11、KM33、KM22、KM44分别是控制抓斗tisheng、张合的主接触器，KM1～KM6是切除电阻的接触器，KT1～KT6是时间继电器，时间继电器的作用是分级延时接触启动电阻，由于动作频繁所以故障频发。我们通过分析可以看出:
　　（1） 由于时间继电器的型号是JT3-11/1-110V，因此工作回路是一个半波整流降压回路，要使JT3-11/1正常工作，该回路中的二极管、降压电阻、接触器辅助接点均应可靠工作;
　　（2） JT3-11/1型号的时间继电器的辅助接点导致电气故障经常发生的一个主要点，如机构故障、接点接触不良故障，检修起来非常烦琐;
　　（3） JT3-11/1的线圈本身也经常出现短路和断路故障;另外，在这部分控制电路中，切除电阻的接触器和时间继电器辅助触点相互控制，互为因果，电路比较复杂。我们通过以上分析可以看出:无论哪一点出问题，都会导致抓斗电动机直接起动，使电机的起动转矩大大下降，如果发现不及时，极易烧坏电机。
　　施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC功能比较丰富，容易使用且工作可靠，CPU单元具有12点输入和8点输出的20点I/O的基本结构，可根据需要多连接3个扩展模块扩展至80个I/O点。根据原电路要求，笔者用两个Modicon TSX Neza PLC更换了6个时间继电器，用PLC的输出节点对KM1～KM6接触器进行控制。改造后的原理图如图3图、4所示。

图3 Modicon TSX Neza PLC的电源回路

图4 Modicon TSX Neza PLC的输出回路
　　由于Modicon TSX Neza PLC一接通电源就运行其中的程序，因此通过抓斗主接触器来控制Neza PLC是否运行。我们对Neza PLC进行了编程，使其输出节点依据设定的延时时间依次导通，达到原电路的动作要求。考虑到Neza PLC的安全运行，实测了接触器（CJ12-100）线圈的实际工作电流是0.7A，为了防止线圈烧毁而损坏继电器的输出接点，该接点的额定电流是2A，在输出回路中串联了一个2A的保险管，保障该回路的接点不致被损坏。
　　3 抗干扰措施
　　由于PLC的安装地点是在桥式起重机的电气控制箱上，处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要tigaoPLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家tigao设备的抗干扰能力;另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
　　3.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
　　在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源）等进入的。对于给PLC系统供电的电源，必须采用隔离性能较好电源。
　　3.2 电缆选择的铺设
　　为了减少动力电缆辐射的电磁干扰，我们选用了屏蔽电缆。在工程中，采用铜带铠装屏蔽电力电缆，可以大大降低动力线产生的电磁干扰，使工程取得满意的效果。
　　不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层铺设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号;避免信号线与动力电缆靠近平行铺设，以减少电磁干扰。
　　4 结束语
　　我们改造后的电路简单，使用可靠，维护方便，从2004年6月份投用以来，两部桥式起重机的改造电路故障率为零，节省了大量人力物力，降低了劳动强度，并且每年可节约几万元的材料消耗，解决了多年沥青桥式起重机电气部分频繁故障的一个重大难题。

生产工艺
　　净水厂的生产过程如图1所示，主要分为以下几个工艺过程：



图1: 净水厂生产流程
■取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。
■投药 按一定的工艺要求投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒。
■ 絮凝 地表水投入混凝剂后的反应，并排出反应后沉淀的污泥。
■ 平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
■ 过滤 沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。
■ 送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和liuliang送入城市管网。
　
控制方案
由于自来水生产工艺主要具有以下特点：
■ 各生产工艺段相对独立，单体设备多；
■ 采集的数据量大且种类多，但上下游相关联的生产参数少；
■自来水生产具有连续性、性和不间断性；
■各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。
根据以上特点，本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段或设备分散控制，通过OMRON Protocol和Controller bbbb组成网络，各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图2所示。



图2：全厂控制网络图
　　监控系统的硬件配置为：上位机选用高可靠性的微型计算机，扩展了Controller bbbb 支持卡3G8F7 CLK211-E, 配置有8套中型PLC OMRON C200HG，1套OMRON CS1H，8套小型PLC OMRON CQM1，8套CPM2A ，全部中型PLC和上位机通过Controller bbbb线缆通信单元CLK21和操作站上扩展的通信单元3G8F7-CLK21-E组成Omron Controller bbbb网络，小型PLC通过OMRON Protocol与相关功能间的中型PLC相联。OMRON公司的Controller bbbb网络是OMRON主要的FA（工厂自动化）级别的网络，是一种使用令牌总线通信的网络，网络中的每个节点都可作为主站进行数据的发送和接收。
　　通过设置数据链接，节点间可以自动交换预置区域内数据。该网络中控制通信的节点称为发牌单元，它控制令牌，检查网络和执行相关的任务。这种总线型拓扑结构具有大的灵活性，易于扩充和维护，满足了系统可扩展性要求。由于采用了分布式控制技术，可确保Controller bbbb网络不会因某个站点故障而崩溃，tigao了系统的稳定性。本系统中采用屏蔽双绞线作为Controller bbbb网络的通信介质，整个网络由网桥分成两段，主要是为了满足其对通讯距离的要求，同时可适应以后扩展的需要。由于各节点距离较大，传输速率设为500kbps，可满足系统实时性要求。本控制方案全部选用中小型PLC，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，tigao了可靠性，是一种经济可行的方案。
　　在取水及送水工艺段上，主要设备都为多台大型离心水泵和10kV高压直流电机，因此每一高压配电柜选用一台Sepam2000 （施耐德生产，专用于配电柜控制的小型PLC） 进行数据采集和控制，通过RS485接口连成网络，由控制室的OMRON C200HG中型 PLC利用OMRON Protocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，而且当某台PLC发生故障时可以方便断开而不影响其他设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制，由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动，因此其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1：N通讯，电台型号为MDS-SCADA-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4G～2.4835GHz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用OMRON Protocol，软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障而造成全部滤池停产的问题。
程序结构
　　本系统全部设备的控制都由PLC来完成，PLC程序利用OMRON-CX-Programmer软件编制。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立，部分相同的工艺采用子程序模式，因此程序结构比较简单，调试和维修方便。
人机界面
　　该系统人机界面以组态软件iFix3.0为平台开发，由若干个画面组成：总画面（水厂水处理工艺）、各系统工艺图、报警窗口等。为增加画面的可读性和可观赏性，主要画面均采用立体图形式（用3ds、flash等软件绘制），在画面的相关位置显示该设备的所有主要运行参数。设备的控制通过点击该设备进入，shift+鼠标左键可打开该设备的帮助文件，包括设备档案、运行规程等。iFix与OMRON PLC的通讯由OMRON的FinsGateway和Inbbblution 的驱动程序OMF或OMR完成，这是整个系统正常运行的关键。
■ 总画面：表现的是整个水厂的水处理工艺（立体图形式），从取水、投药、投氯、絮凝沉淀、过滤到供水。在相关位置显示水处理的各主要控制参数以及重要设备的主要控制参数，可以点击进入各分站。
■ 各系统工艺图：主要有取水工艺图、投矾工艺图、投氯工艺图、絮凝池、排泥车、滤池、送水工艺图、高低压配电图等。除配电图外，均采用立体图形式，画面直观醒目，而且能够表达比平面图更丰富的信息。
■ 报警窗口：所有报警显示的同时，喇叭会一直响到确认为至。也可以按需要分类显示。
■ 设备控制参数设定：参数设定时会检查输入参数是否正确（错误参数不能输入）、参数有无正确下载至PLC，如果出错会报告操作人员。
■ 生产报表：分生产情况（设备运行参数）、生产统计两种报表。老系统没有生产情况报表，生产统计报表也不能正确生成。针对这种情况，我们全面修改了PLC程序，并且为节省存储空间和查询方便起见，将平时的生产数据都存放在历史数据库里，在需要时可即时生成报表。
■ 历史曲线：可查询全厂所有主要运行参数的历史情况。为便于设备运行情况分析，可以在同一画面下同时显示设备的历史运行情况与当前的运行情况以作对比。
■ 为防止设备控制出错，所有设备分别有中控（中控室上位机控制）、现控（现场车间上位机控制）、自动、就地（设备不受PLC控制）4种控制方式，可以随需要随时转换。
■全厂的所有工作站都可看到全厂的运行情况。
结束语
　　本项目是由工业计算机和中小型PLC组成的集散型控制系统，在计算机上能实现对全厂生产设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，满足大型自来水厂自动控制的要求。整个方案经济实用，易于编程、操作及维修，在广东南海第二水厂得到良好的应用。

1 引言
　　水下电弧有着广泛的用途，其中应用之一是水下制取“电弧气”。制造电弧气的一个关键要素就是保持电弧电压的稳定，使电弧能在水下稳定放电。大电流（1000 A，DC）、大功率（50 kW）水下电弧放电本身是一个复杂的过程，电弧长度短，具有非线性、变参数、不易稳定等特点。试验表明采用PFC-PID串级控制策略的水下电弧控制系统的动态品质明显优于采用传统PID控制的系统，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。
　　大多数PID控制都是基于单片机进行，但单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂，特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处，而PLC在这方面却是公认的佳选择。随着PLC功能的扩充，许多PLC控制器中都集成了PID控制功能，因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。经过认真的市场调研和技术准备，笔者使用了目前比较先进的PLC技术开发控制系统，对现场各种生产过程信号进行采集.监测、计量。从实际应用的效果来看，该系统具有、可维护性强、性能稳定等优点。
2 系统的工作原理
　　在水下电弧控制系统中，电弧放电在反应器中完成，气体由此产生。电极控制装置连续地将碳棒电极送入反应器中并维持电极电弧的稳定，从而保持电弧电压和电流的恒定，使得产气成分稳定且产气效率tigao。水下电弧控制系统示意图如图所示。

　　1.控制器，2.伺服放大器，3.220 W交流伺服电动机，4.进退限位开关，5.碳棒检测开关，6.前进限位开关，7.阴极碳棒，8.阳极碳棒，9.下棒控制电磁阀，10.反应堆，T.反应罐温度，P.反应罐压力，U.电弧电压，I.电弧电流。
　　碳棒的进退是通过伺服电机经传动作用来实现控制的。控制器通过不断检测T、P、U、I值的大小及各开关量的状态来控制电机的转速，通过动丝杆传动作用推动碳棒前进，当碳棒前进速度同碳棒燃烧速度一致时，可认为弧长基本不变，从而实现整个电弧的电压电流恒定控制。
　　由于阴极碳棒相对阳极碳棒燃烧速度较慢，在工艺设计时，将阴极碳棒与推进导杆连为一体，由伺服电机控制该碳棒的进退，其换棒工序需人工手动完成;阳极碳棒则与推进导轩相分离，导杆只可往前推进碳棒，而不能控制其后退，通过位置检测开关检测碳棒是否推进到位，以决定是否进人自动换棒工序。在进行换棒时，电机控制阴极导杆快速后退，同时另一电机控制阳极碳棒自动跟进，以免断弧。
3 S7-200系列PLC的特点
　　S7-200为西门子公司生产的SIMATIC系列小型PLC，无论是独立运行，还是相连成网络，皆能实现复杂控制功能，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。此次选用的CPU226有如下特点：24输入、16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13 KB程序和数据存储空间;6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，具有比例、积分、微分（PID）控制器;2个RS485通信-编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力;I/O端子排可很容易地整体拆卸。自由通信是S7-200系列PLC的一大特色。它使S7-200系列PLC可以与任何通信协议公开的设备、控制器进行通信，即可以由用户自己定义通信协议（如ASCⅡ协议）。波特率高为38.4 kbit/s（可调整）。因此可以通信的范围大大增加，控制系统配置也更加灵活、方便。
4 控制系统方案设计
　　如图2所示，本控制系统的现场控制部分选用了S7-200 Micro PLC CPU226 DC/DC/DC型和SIMATIC TP 270型触摸式面板作为基层控制部分。PLC与触摸屏间的通讯通过RS-485串行总线完成。PLC控制器本机系统通过其扩展模块主要完成5方面功能：DI（开关量输入）、DO（开关量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、通讯。其中DI口用于检测开关状态（如液位开关、接近开关、光电开关等）;DO口用于高速脉冲的发送、变频器的开停控制、各电机的开停控制、电磁阀的控制等。AI用于模拟量的采样，现场模拟量主要包括反映罐温度、压力、电弧的电压电流等，从现场传送到AI模块的信号为4 mA～20 mA电流信号。AO则根据现场采集到的信号调节模拟量输出大小来控制变频器频率的高低，进而通过变频器来实现对循环泵和气体压缩泵的速度控制。伺服电机的控制则通过告诉脉冲输出控制来完成。在控制柜内部预留出用于其它功能模块的扩展空间，如额外的压力检测、气体浓度检测，还有Medem上网模块，以后系统升级可将现场得到的各种数据通过Modem发送到Internet。
　


5 系统软件设计
　　5.1 PLC程序设计说明
　　CPU226是西门子S7-200系列中的PLC，本机自带24个数字输入口、16个数字输出口及两个RS-422/485串行通讯口，多可扩展7个应用模块。这里通过扩展EM231模拟输入模块来采集电压信号，输入模拟信号可选择O V～10 V、±5 V、0 mA～20 mA等多种信号输入方式。终PLC根据输入电压信号的大小控制脉冲发送周期的大小，从而达到控制伺服电机速度的目的。本系统中控制程序主要完成以下几个任务：
　　1）系统参数的初始化;
　　2）各种检测开关的读取;
　　3）电压、电流、工作压力、温度等的读取;
　　4）电机、变频器、电磁阀等的控制。
　　为了完成上述各种功能，程序分为七大模块，分别为：
　　1）初始化程序：完成系统各种参数的初始化，如在控制面板上对参数作了修改，则下次运行时会自动用新参数完成初始化;
　　2）模拟量的读取：开机工作便开始完成电压、电流、工作压力、温度等的监测与读取，实时传递数据到面板显示;
　　3）主控程序：完成各子程序使能模块的调用及切换，各种限制及保护功能等;
　　4）手动控制程序：实现各种控制状态的手动操作;
　　5）自动控制程序：完成自动换棒、自动补水、自动引弧、各种电机等的控制;
　　6）控制算法程序：完成对产气压力和工作电弧的恒定控制;
　　7）PWM/PTO脉冲控制：根据检测到的电弧电压及碳棒状态自动调节脉冲频率或脉冲个数、两个脉冲口的配合与切换、PWM/PTO工作方式的配合与切换等。
　　5.2 程序控制流程
　　整个程序的控制难点在于对电弧的控制，因此，本文仅给出电弧控制的流程，如图3所示。电弧控制难的主要原因在于电弧燃烧时其间距较小，容易受到外界干扰，引起控制器的震荡。在换棒过程中，容易出现断弧现象，针对电弧燃烧时阴极和阳极燃烧速度不同设计了以下控制程序（阳极燃烧速度远远大于阴极）。
　　


　　在换棒时，右电机（控制阳极碳棒）控制滚轴丝杆全速后退，左电机（控制阴极碳棒）则进入PID调节程序自动跟进，当检测到碳棒到位，右电机先控制滚轴丝杆快速前进以弥补虚位，然后将PID控制切换到右电机上，左电机缓慢后退。
6 结束语
　　基于PLC的水下电弧控制系统软硬件设计较为简单，但逻辑控制功能强大，由于许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能，因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场合采用PLC控制是较为合理的。从系统实际运行的效果来看，该系统、可维护性强、性能稳定