西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8使用方式
西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8使用方式
经过铁路水电段对PLC组网性能、维护方便、相对投资等多个方面性能指标的对比，终决定在本项目中自动化控制部分采用西门子S7-300系列PLC作为主控PLC，在沉淀池、滤池等部分采用S7-200系统PLC作为智能从站。一方面保证了网络性能（通讯速度采用500K），另外S7-200可以在通讯网络断开等故障情况下能够独立运行等特点也保证了系统运行的可靠性。
二、系统介绍
1、项目工艺
在自来水厂中，源水要经过投加净水剂、沉淀、过滤、消毒然后进入清水池。对源水投加净水剂后，水中杂质便絮凝成矾花，此时才能进行进一步水质净化处理，因此净水剂投加工艺是影响出厂水质量的要因。同时净水剂的投加直接影响到沉淀池的使用效率和滤池反冲用水量的大小，对消毒也有直接的影响。因此
投加净水剂是自来水厂中工艺要求比较高的一个环节。
2、控制器组成
项目中使用的PLC、模块、控制对象等如下：
三、控制系统构成
本系统中一共有模拟量输入9个：源水浊度、源水liuliang（2个）、游动电泳仪、沉淀池浊度、计量泵开度（2个）、变频器电流（2个）。模拟量输出4个：1#、2#变频器频率、1#、2#计量泵开度。开关量输入6个：1#、2#变频器手/自动，1#、2#变频器运行，1#、2#变频器故障。开关量输出3个：1#、2#变频器运行，故障报警。联网功能采用EM277和系统中CPU315-2DP连接。
一共采用：CPU226 一个，模拟量输入模块EM231（4路）3个，模拟量输出模块EM232（2路）2个，DP通讯模块EM277 一个。
注：游动电泳仪可以测量水中可以结合杂质的游离电子的数目，而游离电子数目必须保持在一定范围，如果测量值偏大则说明投加净水剂过多影响混凝效果，反之说明投加量不够导致混凝不充分。计量单位为SCD。
四、控制系统完成的功能
1、控制要求
原系统的净水剂投加过程采用手动投加方式，这就直接影响到出厂水的浊度，同时也会产生投加量过度的问题。经过询问现场人员、实际调查总结了以下主要原因
a、净水剂投加设备落后：当源水浊度发生改变时无法及时调整tigao投加量；
b、净水剂投加由人为掌握：投加量靠经验投加；
c、净水剂配制无标准：药剂浓度由配置人员靠经验配置，而浓度不准使投加量更加难以掌握；
d、投加量计算困难：操作人员水平差异较大，投加量随意性比较大；
以上种种原因造成投加量不准确，从而影响到絮凝效果、并直接导致出厂水水质下降。
系统改造要求：
水厂更换新的自动化投加系统，新系统可根据水质变化情况随时调整投药量，将沉淀池出水均在8NTU（NTU为浊度计量单位）以下，出厂水在1NTU以下；经防疫站检测：出厂水浊度达标率必须为。并可在控制系统中加入参数调节和监控功能。
2、控制难点及控制方法实现
根据对工艺过程的分析，本系统属于典型的大滞后系统。考虑到一般的PID算法对于滞后时间长的系统难以实现控制目标，而模糊控制等算法实现成本较高等原因。决定在系统中采用经验值投加和PID算法相结合的办法，既解决了PID算法的不足，又解决了成本问题。
整个系统软件中主要包括以下几个主要方面：
a、PID算法：定时采集沉淀池浊度，应用S7-200内置的PID进行运算。得到的模拟输出值为X。
b、经验值：对应一定liuliang的经验投加量进行运算——采用查表法查找对应的经验值，得出相应liuliang的投加量为Y。
c、按照 得出PID运算和经验投加之和。用Z直接控制计量泵开度。（其中a可以在一段时间运行后进行修改以达到优化控制。）
d、将原水浊度按照经验值，SCD按照PID算法进行入2、3进行运算，并将运算结果控制变频器频率以保证游动电泳仪测量值在设定值左右。
e、按照设定运行时间转换变频器和计量泵以便设备轮换使用。
f、报警功能：按照要求将有关故障均进行现场蜂鸣报警，并上传至CPU315-2DP中以便中控室进行记录和处理。
程序分为以下几个部分：
其中主程序和注释代码如下：
限于篇幅，其他几个子程序及I/O表等均省略。
五、结束语
采用新的净水剂投加系统后，出厂水浊度由过去的3NTU以内降到了1NTU以下，在防疫部门多次检测中达标率达到了；净水剂的投加达到了优投加量，避免了净水剂的浪费。经过统计，去年4～11月净水剂使用量比往年同期平均使用量减少了约15000Kg。同时由于沉淀池出水浊度的下降，滤池反冲周期延长了近12小时，使生产自用水量降低了约1.5%，累计比去年同期减少了约2.5万吨。按净水剂2.205元/Kg，水0.45元/吨计算，可节省供水成本：15000×2.205＋2500×0.45=44325元。
经过三年的使用过程证明：采用浊度控制计量泵开度、SCD控制变频器频率的方法不仅可以让投加量更加jingque，还可以更加方便的控制投加量以达到在源水浊度低的季节中节省净水剂的效果。
六、应用体会
该系统控制对象为出厂水浊度，但是SCD值也是一个很重要的中间对象，要求较高的控制精度，并且控制对象滞后时间很大。要在这样的情况下完成这样的控制要求，不仅要求PLC的功能要强大，还需要设计人员进行比较复杂的编程处理，而且对PLC的模拟量处理功能要求也比较高；另外在达到系统要求功能的前提下也要求尽量降低系统的成本。尤其是程序中的查表子程序，本身就需要占用很大的程序空间以及数据存储空间。
而S7-200系列中CPU226在程序存储、数据存储、扫描时间等各个方面都能满足系统的要求。而S7-200系列的EM277模块使得和原系统中S7-300连接更加简单方便，从而也节省了大量编程时间和程序空间。
本系统投入使用后效果非常明显，系统运行稳定有效，尤其是S7-200PLC 的出色表现得到用户和专家的。
1 引言
对于16A及以下小容量直动式交流接触器，由于无专门的磁吹灭弧装置，故其抗熔焊性能显得尤为重要。在研制小容量直动式交流接触器用新型AgNi基触头材料的过程中，为了考核所研制的新型触头材料的抗熔焊性能，将PLC应用于直动式交流接触器的电寿命试验中，结合所研制触头材料的特殊性，充分考虑了可能出现的失效形式，巧妙利用PLC的定时控制、计数控制及监控功能，取得了良好的试验效果。
2 控制要求及试验方案设计
试验要求对4台装有新型触头材料的3TB交流接触器进行AC-4类电寿命试验，该接触器的额定电流为16A，额定电压为660V，试验操作频率为300次/h，通电时间为60ms，考虑到试验设备的安全，要求实现短路保护和熔焊保护。试验主电路如图1所示。
图1 试验主电路
通常情况下，接触器触头发生熔焊时，其辅助常开触点闭合，通过PLC对其闭合时间的在线监
测，可判断触头是否已发生熔焊。但考虑到所研制的触头材料的特殊性，有可能在触头开断过程中，由于触头材料的润湿性不够，液态银在触头表面铺展不足而形成微观尖峰，使得发生熔焊时触头间距离不够紧密，从而使接触器的辅助常开触点不能闭合，而辅助常闭触点也未能闭合。这一事实表明，靠监测辅助常开触点的闭合时间来判断是否发生熔焊是不可靠的，应该监测其辅助常闭触点的状态，即只要常闭触点分断时间超过一定数值，就认为熔焊发生。显然，以此为判据要比靠监测常开触点的状态为判据准确可靠。
本试验采用日本三菱公司的F1-20MR型PLC，它配有F1-20P型简易编程器。由于试验要求用PLC控制待试接触器线圈的通电时间，故在PLC的输出端外接交流接触器以增强驱动能力。PLC外部连接图如图2所示。
图2 PLC外部连接图
X401～X404──四台待测接触器的辅助常闭触点，作为发生熔焊
的判据 X407──计数器复位脉冲 Y431～Y434──四台待测
接触器的线圈回路开关，控制接触器的闭合与开断 Y437──发
生熔焊后的输出信号，控制主电路通断 COM──公共端
3 程序框图
程序框图如图3所示。
图3 程序框图
4 时序图及梯形图
4.1 时序图
时序图如图4所示。
图4 时序图
4.2 梯形图
(1)主控部分 这部分实现对四台样品通电时间的顺序控制以及在必要时输出熔焊信号。主控部分梯形图如图5所示，图中T550和T650～T657实现如图4所示的有关时间段，M300～M302用来实现计时信号的保持和清除，Y431～Y434分别用来控制四台样品的通断，M305和Y437实现熔焊信号的输出。
图5 主控部分梯形图
(2)熔焊保护部分 这部分通过对四台样品辅助常闭触点X401～X404的在线监测，将产生的熔焊信号分别输出到M311～M314，将这四个信号相或后输出到M304，为了在样品发生熔焊并将其剔除出试验后，重新投入运行，将该信号转换后输出到M305，将其作为终的熔焊信号。这部分的梯形图如图6所示，图中的T451～T454对触头闭合时间计时，定时时间设为200ms,留有充分的裕度。M321～M324起中间继电器的作用。
图6 熔焊保护部分梯形图
(3)计数部分 这部分对样品的电寿命进行计数，为了避免重复，仅对台样品的接通信号Y431进行计数，采用两个自清零计数器C460和C461构成计数值达40000的计数器，X407为计数器复位脉冲。计数部分的梯形图如图7所示。
图7 计数部分梯形图
5 结束语
在试验过程中，其中一台样品在试验次数达到约3000次时发生熔焊，PLC立即动作，发出信号断开主电路，有效保护了试验设备；另一台样品在试验次数达到8917次时，发生相间短路，电流继电器准确动作，输出短路信号断开主电路。另有一台样品在试验次数达到5475次时发生熔焊，主电路迅速断开，观察该样品的触头，发现正如试验初预计的那样，触头虽熔焊，但辅助常开触点及常闭触电均未闭合，这表明本试验的设计是比较完备的。
