西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0详细资料

西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0详细资料

1 引言
　　PLC（可编程逻辑控制器）由于其可靠性高、功能强、可扩展性好等特点，而被广泛应用于油气田各类生产监控系统中。在海上天然气平台的生产过程中，被处理介质往往是高温高压、易燃易爆的气体或液体，故生产安全性问题尤为突出。在这种情况下，须将控制生产处理流程的生产控制系统与专职实现保护功能的设施保护系统分开设计与安装。这样，就确保了当生产控制系统出现掉电、系统失控等故障时，设施保护系统仍能将泵、压缩机、压力容器等生产设备切换到安全状态，从而实现生产设施的安全保护。

　　2 系统结构
　　由于设施保护系统运行在现场，各种电磁干扰大，工作环境恶劣，因此选用抗干扰能力强的PLC作为系统控制主体。系统由主从处理器、远程I/O以及人机界面等构成。系统框图如图1所示。 

　　由于I/O点数较多、数据处理量大，故在美国A-B公司的PLC5系列处理器中选用处理容量较大的PLC5/40处理挨。考虑到设施保护系统本身负责生产处理设备的安全保护功能，其自身可靠性非常重要，将处理器部分设计为冗余配置。两台处理通过DH+通信同步工作，但只有主处理器从远程I/O中读写数据。当主处理器发生故障时，从处理器立即接管远程I/O，同时升级为主处理器。

　　远程I/O部分选用A-B公司的1771远程I/O适配器。该适配器通过A-B公司的DH+数据总线与主处理器通讯，并刷新各输入/输出模块的I/O点状态。与远程I/O相连的现场设备，不仅包括各类传感器、执行器，还包括一些分散在现场的本地控制器，例如仪表气空压缩机控制器、干气压透平压缩机控制器，均为PLC5系列可编程控制器。考虑到设施保护系统对通信的高可靠性与实时性的要求，这些现场本地控制器不采用串行方式与设施保护系统通信，而使用0/24V开关信号直接受设施保护系统的控制。

　　人机界面，则由美国费舍尔-罗斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系统完成。该集散控制系统既是设施保护系统的人机界面，又是控制处理流程的生产控制系统。出于安全性方面的考虑，生产控制系统不对设施保护系统进行任何控制，仅对设施保系统监视。为了达到企业管理和生产自动化的紧密结合，系统报表功能由一台与企业局域网相连的报表服务器完成。该服务器定时从生产控制系统与设施保护系统中读取数据，并将数据存入数据库，再自动调用Lotus Notes，将生产数据以电子邮件的形式投送到生产经理、生产监督等管理人员的电子信箱中。

　　3 设施保护功能的实现
　　为了达到保护生产设备的目的，需要通过梯形图程序对设备参数进判断并产生相应的关停指令。关停指令共有四种级别，依次是：Fire ESD（Fire Emergency Shut Down，火警紧急关停）、ESD（Emergency Shut Down紧急关停）、PSD（Process Shut Down，处理流程关停）以及USD（Unit Shut Down，生产单元关停）。

　　Fire ESD指令级别高，由火灾报警盘报告火警信号产生。其动作是，关停生产平台的一切设备，同时启动海水消防泵与海水喷淋系统。ESD指令由一些表示严重生产事故的信号产生，例如，检测到天然气泄漏。其动作是，除应急发电机以外，关停其他一切设备。PSD指令由一些重要设备的非正常状态产生，例如压缩机喘震，仪表气压力低等。其动作是，关停3整个生产处理流程，但保持发电机、仪表气压缩机的运行。USD则是由局部非正常生产状态产生，例如PID控制回路大幅度震荡、分离器液位高等。其动作是，关停发生故障的生产设备。

　　整个设施保护系统的工作过程是：PLC处理器通过远程I/O对生产设备的压力、温度、流量、转速等状态进行判断。一旦检测到非正常工作情况，则立即将生产设备进行全部或局部关停，同时通过人机界面向操作员报警。

　　除了由传感器检测到的非正常生产状态可产生关停止指令以外，设施保护系统同时提供了手动按钮用以产生手动关停止指令。手动按钮散布在生产区各处，由操作人员根据具体事故情况决定是否发出关停指令。

　　设施保护系统还提供了旁通（Bypass）功能。当维修人员对传感器进行检测或维修时，为了防止设施保护系统产生误动作，需要在梯形图程序中设置旁通位，以便将被维护仪表产生的误关停信号进暂时屏蔽处理。

　　整个关停过程的程序流程图如图2所示。

　　4 PLC的软件编程
　　A-B PLC 5/40处理器随机提供6200系列编程软件，但在实际编程中采用了Rockwell软件公司的Logic 5软件对PLC进行编程。Logic 5是基于bbbbbbs的应用程序，相对于6200编程软件具有直观、易用、功能强大的特点。该软件运行于PC机上，通过RS 232串行口对PLC进行编程。由于程序复杂，故将程序分为若干个子程序进行编程。这些子程序块依次是，加电初始化模块、主从处理器同步模块、人机界面通信模块、模拟量高/低报警判断模块、Fire ESD/ESD/PSD/USD信号产生模块以及关停动作执行模块。经后来的系统调试实践证明，这种模块化的编程方式对安装调试提供了很大的方便，具体程序流程图如图3所示。

　　5 人机界面功能的实现
　　人机界面由RS3 DCS与报表服务器组成。

　　由于RS3 DCS提供了与PLC 5系列处理器通信的子模块，故人机界面与PLC 5处理器的通信设置相对较为简单。只需将RS3 DCS的控制块设置为PLC BLOCK，并将PLC型号设置为AB PLC 5即可建立与PLC的通信。通信建立后，便可在RS3 DCS的流程画面、历史曲线以及报警设置等组态画面中引用PLC处理中的变量。借助RS3 DCS强大的组态功能，可方便地实现对设施保护系统状态的监视与跟踪。

　　RS3 DCS提供了简单的报表功能，但相对生产管理信息系统的要求还有很大的距离。因此，在RS3 DCS原有报表功能上重新开发了报表生成系统。报表服务器的报表软件，采用Visual Basic进行编程。该程序共分为三部分，依次是，数据通信部分、数据库读写部分以及报表生成部分。程序使用串行口通信控件从RS3 DCS中读取数据，并通过ODBC使用SQL语言对数据库进行读写操作，后再调用Lotus Notes bbbbbb生成电子邮件格式的报表，并通过局域网将报表传递到生产管理者的信箱中。

　　6 结束语
　　该系统在应用实施后运行良好，并经多次突发性事故证明了已达到保护生产设备的要求，从而确保了安全生产，降低了生产成本。系统的报表系统自运行以来为企业的管理信息系统提供了大量的生产数据，达到了为操作与管理人员提供及时、可靠的数据的要求。

引言：

    工业对发展中国家的经济的发展起到了不可磨灭的作用，特别是中国的，工业的发展带动了相关产业的高速发展，成为国民经济重要的支柱之一。但是经过工业迅猛发展的国家都明白，工业的发展也意味着自然环境的破坏，特别是对水源的严重污染，所以对水源的保护，污水的治理，水的净化就显得十分的重要。随着人们生活质量的不断提高，特别是医院、化工实验室等单位，对水的品质也提出了更高的要求，所以根据现状的需要，对更好的净化水的设备也提出了相应的需求。而此促进了净化设备公司的飞快成长，也对控制部分要求更稳定，更可靠！像目前一些净化水设备厂商加大资金与技术的投入，用PLC代替以前的单片机控制系统。

设备控制背景：

    系统构成：电源模组+以8051单片机为主，加扩展A/D及I/O芯片搭建的PCB控制板；

    系统分析：系统采用单片机实现自动控制系统，由于电路的整体设计不能够很合理，尖峰等保护措施不好，很容量出现电路故障。这也增加了服务，也隐形的增加了产品的成本，影响公司市场的发展，所以用户很想用更可靠的系统来代替原有的系统，以减少服务量，减少综合成本。

原理说明：

    化学反应在专门的反应箱里，通过PLC控制两路加热信号并及时的采集PT100温度信号，使反应箱始终保持在设定的温度，再通过PLC发出脉冲对计量泵进行控制加入ClO2药剂量，使适当浓度的ClO2与水的发生化学反应，达到消毒的目的。

控制要求：

    1. 温度控制：系统反应需要在指定的温度下进行，所以需要保持反应箱水的温度恒定。

    具体方法是设定一温度D414，设定回差D410，超温设定D535。当采集温度D310小于D414时，开始加热，当温度达到D414+D410时停止加热，温度降到D414时再次加热，使温度在设定回差内徘徊，达到恒温的目的。如果温度超过超温设定D535则停止加热并报警。

    2. ClO2投加量控制：系统控制需要严格控制加入反应器里的ClO2的浓度，能够使水充分的消毒，又不会太多形成二次污染，所以对氯气的控制精度要求极高。

    具体方法是ClO2的投加量根据待消毒水流量和单位投加量计算，尔后，感测器将水中的余氯量反馈到控制器(PLC)，将余氯量与设定值(目标值)进行比较并根据二者的差值确定单位投加量的纠正的速度和幅度，计算出新的单位投加量，从而将投加量控制在合理的范围内，

◆ 水流量×ClO2单位投加量→计量泵的输出频率

◆ 余氯高于设定值(即目标值)后，减小单位投加量，减小量由差值大小控制。

◆ 余氯低于设定值(即目标值)后，增大单位投加量，增大量由差值大小控制。

◆ 检测到的流量信号，经延时后参与运算，延时长短在0~150分钟内可设，经运算后得到控制泵的频率(即控制投加ClO2的量)

◆ 输出控制计量泵的频率计算公式：

    3. 报警控制：

◆ 压力水欠压、负压系统超压、缺原料--------报警，停计量泵

◆ 缺水、超温、高温-----报警，停止加热

器件选型：

    1.控制器：

采用台达DVP14SS11T2+DVP04PT-S+ DVP06XA-S。主机DVP14SS11T2负责反应箱两路加热信号；并控制计量泵的频率达到控制加入反应箱的ClO2的药量。DVP04PT-S采集反应箱的2路温度信号；

    2.显示部分：

采用台达DOPA-A57GSTD及TP04终端显示器。根据终用户的不同选择采用不同的显示幕。

    3.米顿罗（MILTON ROY）LMI电磁驱动隔膜计量泵：（型号P766-y/流量0.08~7.6L/H/压力3.5bar）

供给反应器ClO2，计量泵受PLC脉冲的控制，PLC每发一个脉冲，计量泵动作一次，输出一个冲程的ClO2，大100次/分钟；计量泵的冲程可以手动调整，即计量泵每动作一次能够输出的液体的量，可设定0~范围。

    4.氯酸纳、盐酸采用电磁阀开关进行供给。
   
    5.反应箱的温度采集采用标准Pt100，用台达DVP04PT-S

      直接采集并转换，十分方便。

    6.ClO2浓度采集采用德国普罗名特流体控制（中国）有限公司的CDE 2-mA-2ppm型专用ClO2感测器，可以直接输出4~20mA到DVP06XA-S模块进行采集。

     
市场分析：

    随着人民日常生活的提高，对生产产品时的用水就特别关注，如果水源不洁，又怎幺能够生产出让人放心的产品乃至食品呢？没有好的水，对于化学实验又怎幺能够分析准确呢？没有好的清洁水，医院怎幺能够对病人有足够的保证呢？在很多行业里，都是需要有较好的水来保障下一步骤的顺利进行，所以净化设备将会日益俱增。从国内一些净化厂商来看，目前都有加注资金投入情况，而且销售情况整体较好，厂商也忙得不亦乐乎，所以水处理行业是一个自动化厂商配套的很有前景的一个行业。

小结：

    净化水设备厂商的崛起，对于台达PLC来说无疑是一个很好的机会。根据目前接触的几家厂商来看，技术人员对自动化电气实现功能理解还不深刻，需要进行交流培养，也更需要有耐心去推广我们的PLC。在此种小型设备上，台达PLC具有先天优势，体积小，功能强，轻松实现其要求的功能。所以净化水设备是一个设备配套较有潜力的行业，应该把台达的PLC技术应用到更多的净化水设备当中，提高净水设备自动化控制水平，提高控制精度。
 
 

汽车转向泵是一种中汽车的零部件，它由多种零件组成，需要借助不同的设备，按照一定的工序把它们组装起来。在整个过程中，不仅要完成基本的装配，还要对过程中诸如压力、位移、时间等参数进行实时监控，以满足工艺所提出的严格要求，保证装配质量。汽车转向泵自动装配线就是完成上述功能的一组设备，它是由多个工位组成的一条流水生产线，每个工位分别由1台可编程控制器控制，以实现不同的功能。本文以其中的WS1.1工位为例，介绍PLC在该装配线中的应用。

 1 设备及工艺要求

 　　整个装配线共有12个工位，其工艺流程如图1所示。
 
 WS1.1工位用于把滚针轴承压入端盖孔内。其工作过程如下：先把端盖放在压台上，再把滚针轴承放入压头槽内，然后同时揿下双手按钮，如果轴承方向正确，则夹具锁紧，压机下压，否则，红灯闪烁报警，压机不工作，同时OP3操作面板上显示有关错误信息。当压机下压时，系统启动CoMoⅡ-S智能测量仪表，对压力和位移进行检测，如果结果合格，则绿灯亮，压机退回，夹具松开，可以将零件转入下道工序；如果结果不合格，则红灯亮，按下复位按钮后，夹具松开，取出零件，并让它通过废品确认检测点，再放入废品盒内，延迟数秒钟以后，方能重复下次循环，每次装配的结果都能以文本方式即时在OP3操作面板上显示出来。
 　　根据工艺要求，不仅终压力应控制在一定的范围，压入深度即位移量达到一定值，而且要求过程中的压力和位移也应满足一定的对应关系，不同的位移，对应的压力应控制在一定的范围，否则，加工出的零件不合格。为了能实时检测压力和位移，得出两者间的在线关系曲线，并据此对过程作出评估，采用了Kistler的CoMoⅡ-S智能测量仪表。这种新型监测仪表，内置电荷和电压放大器，可以同时采集压力及位移传感器两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及佳刻度，得出测量曲线，具有阀值、容差带、方框和终位等多种分析功能，可以根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，并能方便地与PLC接口。压机及其它机构的动作全部由气压驱动，为使压力平稳，选用了TOX气液增力缸作为压力元件，由电磁阀控制其升降。

 2 系统设计

 2.1 硬件组成

 　　根据该工位输入输出信号的点数及控制要求，选用了性价比很高的SIEMENS S7-214 PLC作为控制核心，同时还扩展了一块EM223数字量模块，此外，系统还包括直流电源模块，双手操作按钮控制模块以及PLC编程用的与PC连接的PC/PPI电缆等，系统硬件结构如图2所示。

 
 为了实现人机对话功能，如系统状态及变量显示、参数修改等，还扩展了1台OP3操作面板，它通过一根专用电缆与PLC的本机通讯口连接。

 2.2 控制软件设计

 　　控制程序采肧TEP7——Micro/WIN软件以语句表方式编写，不需专用的编程器，而OP3操作面板则采用ProTool组态软件编程。系统控制程序分自动和手动两部分。在手动部分，通过OP3可分别操纵所有运动机构的动作，包括压机、夹具的作用、CoMoⅡ-S智能仪表的参数集选择及启动，便于系统调试。在自动部分，所有动作按要求顺序完成。为了使PLC与OP3之间相互交换信息，程序中定义了一些内部标志寄存器位，同时还使用了顺序继电器指令，使各程序步之间互锁，提高了系统可靠性。自动部分程序流程如图3所示。

 
 3 结束语

 汽车转向泵自动装配线采用PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备可靠性，也大大提高了成品率，通过操作面板修改系统参数可以装配4种不同的产品，现场的各种信息，如工作状态、故障信息等可以声光报警及文字形式表示出来，方便了设备的操作和维护。该装配线自1999年10月在南京金志集团投入运行以来，工作稳定可靠，加工出的产品经国外设备的严格测试，性能完全符合要求，取得了良好的效果。