西门子6ES7222-1EF22-0XA0使用选型
西门子6ES7222-1EF22-0XA0使用选型
1、引言
锦纶厂聚合车间粒料输送装置是整个锦纶生产装置中的一套重要的设备。随着微处理器,大规模和超大规模集成电路的迅速发展,过程控制领域中,传统的常规仪表监控设备、继电逻辑控制器很大程度上被PLC所取代。如何充分利用PLC硬件、软件资源,用较低费用获得高性能的自控系统便是自动化人员面临的现实问题。由于锦纶厂原系统采用继电逻辑控制,控制系统性能不稳定,故障多,维护困难,因此须对原设备进行改造。本文应用SIEMENS公司生产的SIMATIC S7-200型可编程控制器,研制了一套符合锦纶厂聚合车间生产工艺要求的PLC控制装置。设计过程中,充分利用PLC本身资源,大大减少设各故障率和设备占地面积,发挥系统的高性能。
2、工艺流程
锦纶化纤生产过程中的聚合车间,是整个生产过程中的一道关键工序,当上道工序把其加工出来的粒料送入聚合车间的下料罐后(如图1),通过控制下料阀,使物料进入输送罐,然后利用压缩空气把加工好的粒料输送至下一道工序。整个工艺过程中须考虑到与上、下道工序的协调控制问题:1.检测空压机是否正常运行,压缩空气压力是否正常,以便加工后的物料迅速送走。2.检测下一道工序所要求的氮气压力是台正常,在系统无故障时,控制装置可工作于手动或自动工况,否则以声光报警,提示操作人员,以便进行处理。
3、PLC控制系统硬件设计及工作原理
按系统要求,保证操作人员的现场控制能力,设计“手动”和“自动”两种控制方式进行控制,用一个方式转换开关进行转换。
“手动”方式时,需采用对应的按钮“手动下料”、“手动”输送去控制相应的电磁阀。“自动”方式时,要求系统在启动后按规定的时间与顺序,依次进行“下料”与“输送”。即EV1阀得电,开启“下料”阀,一定时间后关闭,启动EV2进行“输送”,再过一定时间后再启动EV1,如此周而复始,直至接到“停止”指令。同时系统在EV1得电时,EV5亦得电,EV2得电时,EV3亦在}电,以便同时进行氮气的“充气”与“排气”(如图1)。
按系统要求,为便于整个工艺流程操作管理的集中性,我们设计了既可在现场进行近地“启动”与“停止”的方式,也可远地进行“启动”与“停止”。
该方案配置体现了分散控制系统的优点,即控制功能分散,操作管理集中。控制功能分散意味着实时响应快,操作管理集中,便于集中管理。
控制系统框图如图2所示,PLC通过系统的现场状态输入、控制面板和外部输入指令决定系统运行方式,并能显示系统状态。
4、PLC软件程序流程图与梯形图设计
我们选用的SIMATIC S7-200型可编程控制器I/0点数多,编程指令丰富,程序内存大,并配有相应的编程软件STEP7-Micro/WIN,可通过PC进行编程,然后下载输入PLC,这种软件还能在PLC运行时监控其运行状况。指令系统具有很强的通讯功能,可与上位机或PLC之间进行通讯。
根据系统要求,编写了系统软件。程序流程图和梯形图分别如图3、图4所示。程序由主程序和两子程序组成,主程序实现系统初始化、检测、判断,子程序分别实现手动和自动控制。程序中编写了定时程序,使内部定时器按规定的时间动作,去控制下料阀和输送阀以及脉冲和旁路阀的开通和关断时间。为了方便现场人员调整下料时间和输送时间,本文利用CPU215主机配置的模拟电位器作为下料和输送时间的设定,软件编程时将模拟电位器对应的特殊存储器内容送入相应定时器。调节电位器可调整定时器定时值。
在程序的编写过程中,充分考虑到PLC的特殊的程序执行方式。由于PLC采取的是顺序扫描方式,因此PLC语句放置的顺序将会影响到输出结果,有时会偶尔出现与平常不一致的结果,甚至可能会出现与设计逻辑结果完全不同的结果。本文所讨论的程序充分考虑到这种情况。
5、结论
实际结果证明,将PLC应用聚合工艺输送装置可大大减少设备占地面积和设备故障率。具有功能完备、操作简便和安全可靠等优点,符合生产工艺要求。
系统功能图如图2所示。
上位机功能是开票、提单管理等;PLC功能是提单的存储、验证、交易记录的产生、数据采集、过程控制等。操作器主要功能是提单的输入、操作器参数的设置和数据显示等。现场启停按钮、防静电溢油装置等一次仪表与PLC连锁,达到安全控制的目的。
3 可编程控制器(PLC)控制系统
本系统的可编程控制器(PLC)选用德国西门子公司的S7-300系列PLC
软件采用STEP 7梯形图软件。其组态如图3所示:
PLC完成的主要的功能有:与上位机数据交换、数据验证,人机界面,过程控制,掉电保护。
3.1 与上位机数据交换
PLC与PC之间通过RS485转RS232通讯方式联机,通讯模块我们选用的是CP341,接收功能块为FB7,对应背景数据块为DB7,FB7的"P_RCV_RK_DB".EN_R一直处于接收状态。发送功能模块为FB8,对应背景数据块为DB8,"P_SND_RK_DB".REQ只要在正确发送完成以后才能为1。
通讯协议采用半双工的RS485连接,格式如下:
(1) 通讯参数
9600,8,1,n.
(2) 帧格式:
同步码ffH,ccH(2字节)+地址码(1字节)+回路号(1字节)+长度码(1字节)+命令码(1字节)+数据+效验码(1字节)。
长度码:命令码字节数+数据的字节数
效验码:从地址码到数据后字节之和。
(3) 通讯方式
采用问答方式进行数据交换,应答过程如表1数据交换过程:
表1 数据交换过程
PC机 PLC
1 循检 -><- 上传状态
2 循检 -> <- 上传数据
3 下传数据 -> <- 应答(68H)
3.2 数据验证
CPU把接收到的提单数据与提单数据缓冲区的内容进行比较,如果有相同的信息就通过验证同时清楚缓冲区数据,没有则返回提单错信息。数据比较的采用指针的方式。
L 0
T #count
L #db_no
T #No
OPN DB [#No]
//提单数据缓冲区
LAR1 P#DBX 0.0 //起始地址
L #dbb_no
L 8
*I
TAR1
+I
LAR1
main: OPN DB [#No]
L DBD [AR1,P#0.0]
L #cop_addr //提单号
==D
JC en_r
+AR1 P#30.0
//缓冲区提单信息数据大小
L #count
INC 1
T #count
L #loop_num //缓冲区提单数量
L #count
>I
JC main
BE
en_r: OPN "提单"
L DBB [AR1,P#4.0]
T #com_addres
3.3 人机界面
操作器为我公司开发的人机界面控制器,提供标准的RS485接口。PLC与操作器之间通过RS485通讯方式联机,CP341为主动循检方式。由于CP341与操作器之间的通讯是一对多的(实际应用中为16个),为了提高通讯速度,我们采用了功能分时的方法:对工作中的操作器每周期循检,对空闲的操作器统一循检工作标志。协议如下:
(1) 物理连结
物理连结为一对双绞线的RS485连结
通讯参数 9600, 8,N,1
(1) 信息幀结构
采用MODBUS协议
l 一幀数据由地址,功能码,数据,校验码组成如表2所示:
表2 信息帧结构
地址 功能码 数据区 CRC
(8位) (8位) N*8 (16位)
注: 地址:是信息幀 的字节,从0~255, 每一个从机只有一个地址,只有
符合地址的从机才回信息 0 代表广播地址,从机不回信息
功能码:主机告诉从机执行什么任务
数据区:是跟任务有关的数据
CRC:计算从地址一直到数据结束
3.4 掉电保护
西门子的S7-300系列PLC的DB数据区为记录存储区,CPU掉电时数据仍保持在数据区内,这样我们可以把重要的数据和标志放在DB区,PLC重新启动时,CPU自动回复到断电时状态,当然在OB100里要做判断,记录数据不能被初始化。在实际的工程中通过反复的测试,完全达到预期的目的,同时节约了UPS的费用。
3.5 过程控制
逻辑控制是PLC的基本强大的功能,所以控制过程根据工艺要求编写就可以顺利达到控制目的。控制的要求很简单就是控制发油的精度小于等于0.3%、质量计算、消除水击现象和故障保护,其控制过程示意图如图3所示,控制流程框图如图4所示。
4 结束语
将PLC应用到油库定量发油系统后,可以使得油库的自动化程度大大提高,同时改变了分散式发油系统受到现场环境温度,湿度和防爆要求等多方面的限制而在我国有的地区无法正常使用的情况。这套PLC定量发油系统在常州五星桥油库投入运行以来,系统稳定可靠、运行控制良好、发油精度准确。
1 引言
随着中央提出大力发展清洁能源的建设并为激励农村和边远山区的进一步发展,国家对小水电事业给予越来越多的关注。我国的小型水电站在近20年得到了极为迅速的发展,其中以万千瓦以下的小型水电站居多。对这些小型水电站的监控保护和自动控制也显得尤为重要。本文主要讲述了三菱FX2N系列PLC在水电站有功调节中的应用。
水电站的有功调节通常是通过调速器实现的,但当水轮机组并入电网运行时,对于单台发电机来说转速反馈几乎不起作用。近年来,随着自动发电控制(AGC)的需要,有功功率在控制系统中的调节品质已成为当前电力系统自动化领域的突出问题。
2 系统组成
本系统中控制的两台水轮发电机型号为SFW2500-10/1730、6.3kV/286A。本系统采用分层分布式布局,配置如图1所示。主要由2个机组监控屏、发电机保护屏、公用监控屏、主编线路保护屏和电量屏构成。通讯采用高速以太网与上级调度、操作员工作站进行通讯。其中公用监控屏由可编程控制器(由三菱FX2N-80MR和2个FX0N-16EX扩展模块组成)、自动准同期装置、触摸屏、电力测控仪和逆变电源组成,在公用监控屏中实现对发电机的有功调节。
图1 系统配置图
3 控制要求
在电力系统中,频率与电压是电能的2个主要质量指标,电力系统中的频率变化的主要原因是由于有功功率不平衡引起的。系统的负荷经常发生变化,要保持系统的频率为额定值,就必须使发送的功率不断跟随着负荷的变动,时刻保持整个系统有功功率的平衡。否则,系统的频率就会大起大落,保证不了电能的质量,甚至会造成事故与损失。
当负荷吸取的有功功率下降时,频率增高;当负荷吸取的有功功率增高时,频率降低,即负荷调节效应。由于负荷调节效应的存在,当电力系统中因功率平衡破坏而引起频率变化时,负荷功率随之的变化引起补偿作用。如系统中因有功功率缺额而引起频率下降时,相应的负荷功率也随之减小,能补偿一些有功功率缺额,有可能使系统稳定在一个较低的频率上运行。如果没有负荷调节效应,当出现有功功率缺额系统频率下降时,功率缺额无法得到补偿,就不会达到新的有功功率平衡,频率会一直下降,直到系统瓦解为止。
频率和有功功率自动调节的方法主要有:
(1) 利用机组调速器的调节特性进行调频;
(2) 根据频率瞬时偏差,按比例分配负荷,构成虚有差调节频率和负荷的方法;
(3) 按频率积分偏差调节频率,满足“等微增率”原则分配负荷;
(4) 按给定负荷曲线调节有功功率(本文所介绍的是按给定负荷曲线调节有功功率)。
电站的调节系统应该使总功率等于负荷曲线给定的功率。而机组之间则按“等微增率”原则经济分配负荷。如果系统频率偏差不超过调频电站所能补偿的范围,则调功电站的调节系统对频率偏差不应作出任何响应。如果系统运行工况发生了变化,出现了较大的频率偏差则调频电站无力完全补偿偏差值,那么调功电站的自动调节装置应该作用于各台机组的调速器,使之改变各台机组的有功出力来帮助恢复系统频率。
图2 功率与频率关系曲线
图2示出功率与频率的关系曲线。在死区±Δfmax范围内,频率偏差信号Δf不起作用,此时电站的实际功率 与给定的总功率PG之间的偏差ΔP产生调节作用。
PG为电站负荷曲线给定装置取得的,使由各台机组有功功率测量元件测到的有功信号相加后得到的。当时,两台机组的调节作用只受有功偏差ΔP的影响,而与频率偏差Δf无关,此时调节特性方程为:
4 系统的硬件设计
图3示出系统硬件框图。根据系统的控制要求配置硬件如下:
图3 系统硬件简图
·控制器:三菱FX2N-80MR和两个FX0N-16EX扩展模块组成;
·人机界面:触摸屏;
·其它设备:2个DC24V继电器、功率表以及其它的辅助器件。
5 系统软件设计
本系统确保整个系统频率的稳定和电网的稳定供电。控制流程图如图4所示。
图4 系统流程图
部分梯形图如图5所示:当系统需要进行有功调节时,系统的软件或是手动发出信号开始调节,此时采集1个实时有功数据此数据与设定值(即目标功率值)进行比较并进行数据处理算出需要调节的时间,然后发出信号使调节继电器动所开始调节。如未达到则有可能是系统内部有故障。为了避免使程序进入死循环,则调节四次仍未能达到要求就自动中止程序)。如图4所示,当M10接到触发信号后瞬时接通使D300采到的瞬时有功功率数据与D301(设定值)进行比较。当D300 >D301时输出信号M300使PLC的Y001输出并使调节继电器动作进行调节。
图5 部分程序梯形图
6 结束语
本文所设计的系统操作简单、自动化程度高、应用广泛。减小了小型水电站工人的劳动强度,增加了整个系统的稳定性。经过一段时间的认真测试证明该系统已经完全符合小型水电厂的有功调节的要求。
目前,由于水环境的越来越恶劣,在人们增强环保意识,尽量减轻污染物排放的同时,水处理技术及效率就愈加重要。膜法工艺被认为是当前先进、的水处理工艺。下面结合日处理360吨,采用MF+NF工艺的移动集装箱水车的PLC控制应用。
一、 膜法水处理工艺简介
膜过滤是指液体在透过膜状物时,其中的部分物质被截留的现象。水处理行业通常所指的膜是指过滤孔径0.0001微米到10微米的固体膜。
从制造材料上,膜可分为有机膜和无机膜;从几何形状上,可分为平板膜、卷式膜、管式膜、中空纤维膜;从构成结构上,可分为单皮层膜和复合膜;从过滤流向上,可分为均向(对称)膜和非均向(非对称)膜。
由若干单位的膜组成的一个过滤单元,被成为膜组件。
由于切割分子量的区别,膜被分成反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)。其大约如下图所示:
一直以来,混凝沉淀过滤法和混凝过滤法作为前处理,被广泛用于自来水、工业用纯化水、半导体电力的超纯水、医药食品用的精制水、海水淡化等领域。上述处理方法是经过多年技术累积确立起来的,可以去除河水、井水、湖泊沼泽水和海水等原水中的悬浮物质。但是同时也逐渐产生了很多问题,例如:雨天水质的变动增加了絮状凝剂添加的复杂化;处理水中因使用絮状凝剂增加了铝、铁离子和污泥的产生量;絮状沉淀槽,沉淀池、沙过滤设备等设备占地面积大等等。
针对上述问题,膜法水处理工艺应运而生。大型MF膜组件不仅可以代替混凝沉淀过滤法和混凝过滤法,而且还可以通过过滤(除菌、清澈)工业用水,使取代一直以来使用纯化水作为工序用水的作法成为可能,工序水的成本也由此有望得到降低。
与传统水处理工艺相比,膜法工艺具有以下优势:
1)、可以得到高品质的产水
不管进水水质如何变动都可过滤出浊度小于0.01NTU的高品质水。
2)、可自动运行、运行简单
3)、不用絮凝剂、即使使用也只需要少量絮凝剂
4)、装置面积小
5)、建设工期短
6)、使用寿命长
在通常使用中,无需考虑化学药品腐蚀或生物分解等产生的膜破裂。
图一、膜过滤法与传统砂滤方法比较
二、膜处理系统流程
膜处理系统流程分为过滤、反洗及空气擦洗及冲洗三个过程。
图二显示了膜处理系统的过滤工艺流程。本系统为外压式循环过滤系统,原水无需混凝前处理(但是,要去除单独使用膜处理无法去除的成分例如色度等,需要依靠添加混凝剂达到目标去除率的情况,也可以添加混凝剂。),可以通过预过滤去除原水中所含的大块垃圾(特别是容易纠缠住中空纤维难以排出的纤维状垃圾)供给膜组件。
图二、过滤工艺流程
为了运行的长期性和安定性,加入次氯酸钠(NaClO)溶液进行反洗和同时进行空气擦洗的设备也需要同时备好。见图三。
图三、反洗及空气擦洗工艺流程
图四显示了膜处理系统的冲洗工艺流程。
图四、冲洗工艺流程
三、PLC控制系统
应外方要求,PLC采用MITSUBISHI FX2N M80R CPU,及4个4AD和1个4DA扩展模块。触摸屏采用PRO-FACE GP2500T 10.4寸彩屏(带TCP/IP接口)。变频器采用ABB ACS350系列。采用SCHNEIDER低压电器。实际使用过程中觉得用SIEMENS S7-200 PLC加TP270触摸屏更有技术及功能优势。
PLC的控制功能
1)、采用步进程序编写过滤、反洗及空气擦洗及冲洗流程的逻辑顺序控制
2)、PID功能。利用FX2N内置PID功能块通过4DA控制变频器的输入给定,调节过滤泵的频率,从而达到恒流量控制。
3)、各设备的运行、故障状态信号及温度、压力、流量和液位信号的采集及各种泵、空压机和气动阀的控制。
触摸屏的控制功能
1)、通过触摸屏实现手/自动控制
2)、工艺流程显示
3)、手动操作
4)、工艺参数显示和设置
5)、PID参数设置
6)、膜泄露检查操作
7)、手动CIP清洗操作
8)、报警显示、存储及查询、打印功能
9)、模拟量趋势显示,查询、打印功能
10)、数据记录,显示,查询、打印功能
11)、可选的通过TCP/IP远程监控
图五、工艺流程主画面
图六、工艺参数设置画面
图七、趋势曲线画面
图八、膜处理系统