西门子6ES7211-0AA23-0XB0产品型号

西门子6ES7211-0AA23-0XB0产品型号

2  项目设计
2.1 系统结构
    为了保证污水处理厂的自动控制系统的稳定性和可靠性，设计中采用了四级控制和管理方案对整套污水处理系统进行监控，管理层可实时监测污水处理的运行状况，便于管理层做出正确的规划。监控层选用两台工业控制计算机进行冗余，实时观察设备的运行状况。控制层选用西门子公司plc(s7400+s7300+s7200)做为控制器，充分显示了“集中监测，分散控制”的原则。设备层采用了运行记录仪、超声波liuliang计、cod在线测试仪、ph(工业酸度)在线测试仪、变频控制器等，并配备相应的软件，确保可靠、有效的运行。系统网络拓扑如图1所示。

图1  系统网络拓扑

2.2 系统设计
    上位机监控软件采用北京力控forcecontrol v6.0组态软件(网络版)，监控组态软件提供一个人机交互界面，使操作人员可以通过crt直观的了解现场各工艺参数及故障报警，根据生产需要发出相应的控制指令。另外使用数据存储服务器记录历史数据，为tigao生产效率制定新的生产方案提供可靠的依据。控制核心采用西门子plc，其特点是体积小、功能多、可靠性高。编程后的plc能够按照内部程序对系统进行实时监控，程序启停现场设备。
    由于现场监控点多、布局分散，且各工序工艺独立，为简化电缆铺设、降低系统成本、tigao系统稳定性，采用四台plc组建了profibus网络对生产工艺进行监控。其中plc控制均质调节池、再生池、沉淀池、水解池、好氧池、二沉池、污泥脱水、消毒、一级处理的所有设备及传感器。plc间数据通过总线进行数据交换，实现数据共享。
    操作人员通过力控forcecontrol v6.0组态软件向plc发出相应的控制指令后，由plc对现场进行直接控制。此时即便上位机出现故障(如死机、掉电等)，也不会影响系统的正常工作，这样做大大tigao了系统的安全稳定性。工艺流程图如图2所示。

图2  工艺流程

2.3 系统特点
    污水处理过程的共同特点是开关量多，模拟量少，以逻辑控制为主，闭环控制为辅。整套污水处理流程有多个监控点，包括液位、ph值、溶氧、浊度、频率、泵运行状态等。每个plc均由电源、处理器、接口、输入输出模块和通讯模块组成，他们之间通过总线连接，每个plc均采用相同的编程方法，有利于程序的编写和扩展。各模拟量参数通过相应的变送器输出4～20ma的标准信号，通过屏蔽电缆接至plc的ai模块。各模拟量输出控制信号是以4～20ma的标准信号，从plc的ao模块通过屏蔽电缆接至相应设备。这些设备包括变频器、启闭阀门。数字输入信号为24v直流电信号，通过电缆接至plc的di模块。数字输出控制信号为24v直流电信号，从plc的do模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则在其相应现地箱上输出有三个状态信号：故障、运行/停止、手动/自动；和一个启动信号。为了使现场与plc完全隔离，plc所有数字量模块与现地箱中间必须加辅助继电器。所有输出信号(包括模拟量和数字量)由plc内部程序或上位机指令控制。
2.4 软件设计
    上位机软件采用力控forcecontr -ol v6.0组态软件为开发平台，它的实时数据库功能、opc server功能、人机界面功能、冗余功能、图形功能、报表打印等功能于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通讯等组件。整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、混合池、爆气池、沉淀池、稳定池、污泥脱水系统、剩余污泥泵站、污泥储池、预处理、一级处理。其通过指示灯表明设备的运行状态。在电机运行方式为手动时，将画面切成自动时，用鼠标点击画面下电机启动按钮可远程启动现场设备。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，其实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面。整个软件界面使用bbbbbbs控件，呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不计录、数据变化时记录和定时记录，要根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表，方便用户进行管理。

3  结束语
    该污水处理厂的自动控制系统实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。系统具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。由于其具有设计简单、投资少、控制效果好、易维护等优点，大大降低了工人的劳动强度，tigao了管理水平，达到了设计要求。很适合中小型污水处理厂采用。

1  引言
    程控变频钢球加工机床是我公司主导产品，产销量居国内首位，并批量出口美、德、日、韩、意大利等国。产品设计吸收了国内外多项先进技术，本文就电气传动控制部分进行阐述。
    九十年代以来，变频传动技术日臻完善，其调速稳定，节能降耗，方便可靠等优点突出，已完全取代原来的滑差调速和直流调速。而可编程序控制器易于编程，易实现传统的继电器控制不能实现的许多功能。plc与变频器的系统集成自动化已成为产品设计时的解决方案。rs485通讯只需用两根线，安全可靠且传输距离远被广泛应用在变频器和plc上，这就使变频器与可编程序控制器通讯极为便利，低廉的成本也tigao了产品的竞争力。

2  工艺过程简述
    研磨机的主要动作为转动研磨盘由主减速电机经一对三角皮带轮，通过卸荷带轮内的花键幅带动主轴旋转获得，输球料盘由减速电机经过一对链轮传递蜗杆减速箱，减速后由料盘内的直齿轮啮合带动料盘旋转。两者均需要选用不同的转速来加工不同系列的钢球，为此均选用变频调速。为了安全起见，在系统中也加上了机床运转保护功能。如主轴运行监控接近开关，装在机床的主轴大皮带轮上，随时监视研磨盘的运动状态，防止皮带打滑造成研磨盘卡死，当转速低于正常值时，就停车报警；料盘除设有转速检测外，还加有堆球时快速停机，在设定时间内若恢复正常则重新自动运行的保护。

3  系统硬件设计
3.1 单自动化平台
    艾默生ct公司的ec10系列小型plc因其运行速度快、通讯组网能力强、编程灵活、仿真模拟运行方便、程序保密性强、抗干扰能力强、性能稳定可靠，钢球研球机成为钢球研球机plc的自动化平台。根据工程经验，爱默生ev1000系列变频器故障率能极低，能实现高转矩、宽调速范围驱动，有优越的防跳闸性能，对恶劣电网、高温、潮湿和粉尘有较大的适应能力，能较好满足钢球专用加工设备的多样化的使用环境，可以实现单品牌同平台技术集成，也成为项目设计的。由此项目通过选用艾默生的ec10-1614bra小型plc及ev1000-4t0055g和ev1000-2s0007g变频器，达到了单一自动化平台技术集成，例如ec10系列plc对艾默生ct系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行控制。
3.2 电气原理设计
    系统主电机电气原理(料盘电机控制与主电机同)附图所示。为了用户调速及监控运行速度，电动机转速由电位器调节，其数值由线性数显表显示，不通过通讯控制。主令按钮线直接接于plc的开关量输入点上。plc——变频器对电机的启动、停止、点动功能采用通讯控制方式，使用双绞线通过rs485口来实现plc对变频器的启停控制，这样极少占用plc的输出点，也无需用接触器控制，降低了机床的成本。ev1000的rs485口直接端子连接，极为方便。但需要注意的是rs485口“+”、“-”极性不能接反，否则将无动作。因变频器本身具备过电流、过电压、欠电压、接地、过热和过载等多项保护功能，一旦异常故障发生，常开点ra、rc闭合，变频器立即停止输出，将断开所有的动作并停车报警，我们将其接入plc的输入点来控制。变频器故障时可查看变频器屏幕上显示内容，对照变频器使用说明书异常原因及处置方法，采用相对应的措施进行处理即可。变频器多项对输出的保护功能使我们无须对电动机另加保护环节，直接接于变频器的输出端子上即可。针对变频器的输入端保护相对较为薄弱，在输入端加上无熔丝断路器qf实现反时限热保护。

附图  电气原理

4  系统软件设计
    ev1000变频器具有丰富的控制功能。因为研球机的两控制电机均为减速电机，选择做静止自整定，然后对高操作频率、低操作频率、jog点动频率、加/减速时间、频率指令来源、运转信号来源、停车方式、过载报警检出及时间等参数进行设定。针对个别机床的共振现象对载波频率、跳跃频率、电机稳定因子等参数进行设定。为实现轻压启动机床及节电等性能，对转矩tisheng、自动节能、avr功能等参数设定来优化系统性能；对通讯位址、通讯送传速度、通讯资料格式等参数进行设定，以使plc对变频器实施控制。ec10系列plc对艾默生ct系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行。

    通讯协议采用modbus模式，evfwd为正转，1为com1通道(ec -10只支持通道1)，1为通讯地址，其值必须预先设定，与变频器通讯地址一致，“唯一”且不可覆盖。evrev为反转指令，evdfwd为正向点动指令，evstop为停止指令。

5  结束语
    该系统应用变频器调速实现无级调速，满足用户工艺多样化的需求。使用rs485通讯口，不占用plc的输出点，接线少，tigao了产品的可靠性。所选艾默生ct变频器具有较强的自诊断功能，便于维护。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作可靠，尚未出现故障，具有很高的性价比。

1  引言
    随着技术的发展，可编程控制器(plc)的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，作为一种成熟稳定可靠的控制器，目前plc已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用。在工业生产过程控制中，它具有可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作等优点。作为plc本身，它的故障发生率非常低，但对以plc为核心的plc控制系统而言，组成系统的其他外部元器件(如传感器、断路器和执行器等)和软件本身则很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏plc，使整个系统瘫痪，造成极大的经济损失。所以，一个完善的plc系统除了能够正常运行，满足工业控制的要求，还必须能在系统出现故障时兼顾及时的故障诊断和故障处理建议。
    本文将针对日照港氧化铝接卸专用vigan卸船机plc控制系统的故障诊断设计进行分析。

2  plc的故障诊断功能
    故障自诊断功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用价值。
    plc控制系统故障诊断技术的基本原理是利用plc的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想(或正确)状态进行比较，发现它们之间的差异，并检查差异是否在所允许的范围内(包括时间范围和数值范围)。若差异超出了该范围，则按事先设定的方式对该差异进行译码，后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。故障诊断的功能包括 故障的检测和判断及故障的信息输出。在plc控制系统中，发生故障的情况是多种多样的。

3  卸船机控制系统概述
    日照港氧化铝接卸专用卸船机是世界先进的niv400al型气力式连续卸船机，配备了 6条作业线的自动定量灌包系统。每台卸船机额定生产能力为300吨/小时，大能力为315吨/小时，12条作业线可昼夜卸船灌包氧化铝12000吨至15000吨，比传统的氧化铝卸船灌包作业效率tigao了40%以上，具有卸船灌包操作稳、给料快、计量准、能耗低、无污染等特点。
    卸船机控制系统选用西门子s7-300系列cpu314-2dp作为主工作站，共有输入144点，输出64点，控制着卸船机的运行、各状态信号的采集和设备的故障诊断。其硬件组态如图1所示。

图1  卸船机控制系统硬件组态

4  卸船机控制系统的故障诊断
4.1 硬件组成
    卸船机的故障诊断系统建立在基于plc和故障显示单片机组成的控制系统上。plc在故障诊断系统中的功能主要是完成卸船机控制系统设备故障信号检测、预处理，转化存储并传输给故障显示单片机。故障显示单片机由于具有较强的科学计算功能，通过编码解码完成从故障特征到故障原因的识别工作，并显示于lcd屏，给出故障定位报告，并为操作员给出相应的排除故障的建议。
4.2 程序设计
    根据plc在故障诊断系统中的功能，笔者将从故障层次结构、故障信号检测、预处理，转化存储和传输四个方面对程序进行分析。
    (1) 故障层次结构图
    在进行故障诊断设计时，必须对整个系统可能会发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构。根据卸船机运行中受控设备的组成，可以画出卸船机控制系统的故障层次结构图。为了描述简单，这里作了一定的简化。

图2 卸船机故障层次结构图

    系统故障结构的层次性为故障诊断的设计提供了一个合理的层次模型。为了全面的显示系统故障，必须把系统所有可能引起故障的检测点引入plc，以便系统能及时进行故障处理；并且在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入plc的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
    (2) 故障点的信号检测和预处理
    基于plc的卸船机故障诊断系统，为了得到设备故障情况实现系统的故障自诊断，plc程序将所有故障检测点的状态反映给内部寄存器，图3是节选的用来记录故障点的部分程序。
在程序段55中，i24.1是主风机断路器的闭合信号，当主风机正常运转时，i24.1的值是1，如果i24.1的值变为0，则程序中其常闭点闭合，说明主风机断路器故障，此时plc辅助寄存器位m2.1将记录此次信号的跳变。在程序段58中，i21.7是主风机变频器过热的信号，当变频器正常时，i21.7的值是0，如果i21.7的值变为1，则程序中其常开点闭合，说明变频器过热故障，此时位m2.6将记录此次信号的跳变。

图3 卸船机故障点记录程序

    对于模拟量信号例如主风机电流的故障诊断，首先利用模拟量模块，接收来自电流变送器的模拟信号，将其转换为数字信号，然后与整定值或系统允许的极限值比较,若在允许范围之内则表明对应的设备处于正常运行状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定。
    (3) 故障点的转化存储
    在程序设计中，将可能发生的故障点全都记录在辅助寄存器m中，并且将故障根据发生类型进行分类存储，如图4所示。

图4  卸船机故障点转化存储程序

    单个故障点信息分别存储于plc内部寄存器字节m50和m51中，并通过逻辑或输出于q53.0。
    (4) 故障信息的传输及显示
    卸船机故障显示单片机通过双绞线与plc的输出模块建立连接及时读取plc的内部寄存器区的各种故障信息。如图五所示，故障显示单片机通过读取plc输出点q53.0-q53.7的值来获取当前设备的工作状态，并把工作状态显示在lcd屏上。如果设备发生故障，单片机还将把故障代号，详细信息和处理建议集中显示。

5  结束语
    基于plc技术的故障诊断系统在卸船机控制系统中得到了应用。从实际运行来看，故障诊断系统能准确而迅速地判断出故障的原因，方便运行人员维护和检修，大大地tigao了设备维修耗时，是顺利生产的有力保障。