西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0保内产品

西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0保内产品

一、前言

　　在煤矿矿车刷洗系统中，要求实现“无人值守，少人看守”的要求，为适应这一要求，我们为山东某煤矿企业开发了此系统。

二、工艺要求

　　用电磁阀控制喷枪的开启和关闭来达到喷淋降尘的目的，对电磁阀要求能够通过PLC输出点以及RS485通讯并行控制，以达到双机冗余的效果;喷淋的启停时间、间隔时间、中断时间可以任意修改;系统要求具备假期中断功能以备领导视察时使用;此外，还应具备密码等级切换、时钟修改等功能。系统共分为手动、自动、停用三种状态。

　　1. 手动

　　可以强制关闭和开启任意阀门、泵.

　　2.自动

　　系统切换到自动状态后，要求先判断当前时间是否允许运行：当前时间是否在运行时间内、中断时间及假期中断时间外。如果当前时间满足运行条件，则先启动泵，泵启动之后判断当前时间是否处于1#喷枪中断时间内，如果在中断时间内，1#电磁阀不运行，接着判断2#喷枪的中断时间;如果当前时间处于1#喷枪的中断时间之外，则启动1#电磁阀。1#喷枪运行时间到，关闭1#电磁阀，然后判断并决定是否启动2#，一直到后一个电磁阀，后一个喷枪运行时间到后，判断泵延时时间及喷枪中断时间，这两个时间都满足后开始下一循环。

　　3. 停用

　　整套系统停止，手动/自动均不起作用。

三、硬件配置

　　触摸屏： MT4300L 1台

　　PLC： Kinco-K306EX 1个

　　PLC扩展模块 依据喷枪的个数而定。

　　Plt485：支持RS485通讯的中间继电器，数量6～24个，该项目中采用了6个

四、编程思路

　　利用PLC的Port1口同触摸屏通讯，利用Port0的自由口通讯协议同Plt-485模块通讯来控制电磁阀，电磁阀同时还可以通过PLC输出点来控制（此功能已经预留）。

　　1. 时钟功能，

　　由于对电磁阀的控制是通过诸多时间要素来限定，并且这些时间要能在触摸屏画面上读写，因此要求屏和PLC的时间要一致，所以就用到了PLC的内部时钟功能，将PLC的内部时钟显示到屏并以此作为当前时间来同各种时间参数做比较判断。

　　如上，使用READ_RTC指令读取PLC内部时钟放在VB寄存器，由于在屏的组态中只能使用VW寄存器，所以用B_To_I指令将时间参数由字节型转换为整数型，则时间与寄存器的对应关系如下：

　　VB10：星期

　　VB11：秒 VW100

　　VB12：分钟 VW102

　　VB13：小时 VW104

　　VB14：日 VW106

　　VB15：月 VW108

　　VB16：年 VW110

　　现在，我们就可以利用VW100～VW110做为判断条件与设定的各种时间进行比较了。

　　同时，为了避免PLC长时间工作后内部时钟可能造成的误差，在触摸屏画面中单独做了一个时钟修正功能，以随时校准时间。

　　在触摸屏输入校准的时间，然后点击修改，通过PLC程序中的SET_RTC指令则成功更新系统的当前时间。

　　2.自由口通讯

　　Kinco-K306EX 本体集成了2个串口，这两个串口默认使用Modbus RTU协议，当使

　　用自由通讯指令时，自由口通讯被激活。在这里我们使用Port0做自由口通讯，自由通讯的参数定义如下：

　　SMB86：自由通讯接受状态字节

　　SMB87：自由通讯接受控制字节

　　SMB88-SMW94：自由通讯控制字

　　然后定义自由通讯时要发送的数据（以2#站为例）：

　　VB0：B#16#8 发送8个字节

　　VB1：B#16#02 2号站

　　VW2：16#06 RS485模块默认

　　VW4：16#08 个继电器，09为第二个继电器

　　VB6：B#16#01 打开，00为关闭

　　VB7：B#16#98 RS485模块默认

　　VB8：B#16#3B RS485模块默认

　　将数据设置完毕之后，就可以在需要的时候通过XMT指令将这些数据发送出去来控制RS485模块的继电器动作。

　　实际使用时是通过RS485通讯来驱动电磁阀工作的，而通过PLC输出点的控制方式已预留接线以备通讯故障时使用，这两种控制方式在程序中是并行的，所以我们就考虑使用PLC的输出点来触发自由通讯的数据发送指令，相应的PLC输出点在高、低电平变换瞬间发送数据控制Plt485继电器的开启与关闭。

　　3.对时间的判断

　　在自动程序中有较多的时间判断，需要比较系统的当前时间（既PLC内部时间）与各种

　　设定时间。以运行时间为例，运行时间的设定包括4个参数：小时_起始、分钟_起始、小时_结束、分钟_结束，只有当前时间在起始时间和结束时间之内时才允许自动运行，那么对这个时间的判断可分三种情况：

　　A.小时_起始 < 实际的小时 < 小时_结束

　　B. 小时_起始<= 实际的小时 < 小时_结束

　　并且 分钟_起始 < 实际的分钟

　　C. 小时_起始<= 实际的时 <= 小时_结束

　　并且 分钟_起始 < 实际的分钟 < 分钟_结束

　　上述三种条件只要成立一个，即可认为允许运行，对其它时间的判断也大致如此。

五、触摸屏画面中的几个名词
触摸屏时间操作画面

　　运行时间： 当前时间在此范围内系统允许自动运行

　　中断A： 当前时间在此范围内系统不允许自动运行

　　中断B： 当前时间在此范围内系统不允许自动运行

　　中断C： 当前时间在此范围内系统不允许自动运行

　　假期中断： 当前时间在此范围内系统不允许自动运行

　　程序循环间隔：后一个电磁阀关闭到个电磁阀开启之间的间隔时间

　　泵延时时间： 后一个电磁阀关闭后泵延时停止的时间间隔

　　1#中断： 当前时间在此范围内，1#电磁阀不允许开启

六、总结

　　该项目利用了Kinco-K306EX的双串口、时钟、中断、自由口通讯等诸多功能，充分展示了Kinco PLC丰富的指令，顺利实现了Kinco PLC在煤矿矿产刷洗系统中的应用。

随着我国的社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺，严重影响着人民群众的身心健康，这些情况已经成为城市可持续发展的严重制约因素；我国现阶段很多大中型城市的废水排放量大，已造成城市地表水的严重污染；三峡库区水环境保护事关三峡工程长期安全运行和长江中下游地区经济社会的可持续发展，因此受到国内外广泛关注，但目前各城市仍然是直接排放污水或因水处理自控系统不完善没处理好就把污水排放了，很多操作和检测监控过程仍停留在人工阶段，监控时间覆盖率低，手工采集样品缺乏科学性和代表性，难以反映企业和城市污水处理及排放连续变化的情况。大范围的建立污水处理系统及在线自动控制监控体系，势在必行。

系统简介：

　　重庆巫山污水处理厂位于巫山县城边缘，厂区紧邻长江流域，处于三峡库区腹地，该污水处理厂采用的是改良型Orbal氧化沟工艺，日处理污水量3万吨，厂区主体构筑物有：综合楼、配电房、进水提升泵房、粗细格栅井及旋流沉砂装置、Orbal氧化沟、终沉池、污泥回流剩余泵井、脱水机房等；整个厂区设备及阀门均采用MCC和PLC两种控制方式，正常情况下可以实现仪表、PLC的完全自动检测控制及运行状况监控；下位机采用施耐德电气的Premium 系列PLC，上位机采用北京华富Control2000监控软件。该厂自动控制系统于2006年7月11日全面完成调试，目前系统运行正常。

污水处理系统详述：

一、Orbal氧化沟工艺介绍如（图一）

                                              图一　Orbal氧化沟工艺简图
　　Orbal氧化沟水处理工艺起源于南非，后经不断改进和推广，在全球范围得到广泛应用。城市污水由管道集中后，水流首先经过粗格栅，将粗的垃圾去除，然后由提升泵将污水提高水头（后面工艺要求有高水头），再经过细格栅及旋流沉砂池，进一步去除小的垃圾和泥砂，污水进入水处理主体结构——氧化沟，污水在“O”型的氧化沟中经过曝气机调节曝气，使得污水得到缺氧、氧化、硝化、反硝化等反应，在该过程中完成BOD（生物耗氧量）、COD（化学耗氧量）的去除及污水脱氮的功能，并为下一步水的沉淀作好准备，经过氧化沟处理的水流入终沉池，加入Fe3+、或Al3+ 使得水中的（PO4）3- 得以沉淀，充分沉淀后，清水后经二氧化氯消毒后排入长江。沉淀的污泥经脱水机滤干后焚烧处理。

二、厂区主要设备控制要求

1、粗细格栅机及其附属输送压榨设备的控制

定时控制：根据外来污水状况和运行经验，通过设定相关定时参数，自动控制格栅机的启动时间和停止时间。
液位差控制：在格栅机的前后均设置一台超声波液位传感器，检测出格栅机的前后液位差。设定低液位差LDF2和高液位差LDF1，当检测到的液位差大于LDF1时，启动格栅机；当检测到的液位差低于LDF2时，停止格栅机（减少了运行时间，有效的节约成本）。控制过程如（图二）

                                                  图二
格栅附属设备的联动：皮带输送机和压榨机作为格栅机的附属输送压榨设备，它们在定时或自动运行模式下，一般与格栅机联动。附属设备适当的提前或延时运行。

                                        图三　提升泵控制原理图

                                                               图四
2、 提升泵的自动控制

控制描述如（图三、四）：
(1) P1—变频器，BU1—软启动器，PT—超声波液位计，ZJ1、ZJ2—用于控制系统的MCC/PLC转换。
(2) 由图可见，变频器连接在台水泵电机上，需要加泵时，变频器停止运行，并由变频器的输出端口RO1～RO3输出信号到PLC，由PLC控制切换过程。
(3) PLC根据泵池液位高中低信号自动调节三台泵的启停；泵池水位到预设的低水位时启动1#泵，水位上升到预设的中水位时，1#泵由变频运行转换到工频运行，这时再变频启动2#泵，依次启动到3#泵。
(4) 切换开始时，变频器停止输出(变频器设置为自由停车)，利用水泵的惯性将台水泵切换到工频运行，变频器连接到第二台水泵上起动并运行，照此，将第二台水泵切换到工频运行，变频器连接到第三台水泵上起动并运行。
(5) 水位下降需要减泵时，系统将第三台水泵停止，第二台水泵切换到变频调节状态。水位继续下降，系统将第二台水泵停止，台水泵切换到变频调节状态。
(6) 另外，设置软启动器作为备用。当变频器或PLC故障时，可用软起动器现场手动轮流起动各泵运行以保证供水。作为多台提升泵的自动控制，满足先启先停的原则，以优化资源的利用率；为了提升泵的安全，系统设置了提升泵的干运转保护；同时，系统还设置了泵的频繁启停保护，群启动保护等，以延长其使用寿命。

3、曝气系统的自动控制

　　生化池作为全厂污水处理的核心，具有举足轻重的作用。污水经过预处理后，在这里通过微生物吸附污水中的有机物，达到脱磷脱氮的目的。对生化池的自动控制，主要是溶解氧浓度的控制。

　　曝气量自动控制系统作为一个恒值控制系统，系统给定一个保持不变的佳溶解氧值，通过PLC控制调节输出量（即曝气机开启台数），使被控量（实测氧化沟溶解氧浓度）不断地接近给定值。在这个系统中，要求稳定性和动态特性良好，被控量向给定值过渡的时间短，同时过程平稳，振荡幅度小。

　　曝气供氧系统是由鼓风机、电动调节阀和溶解氧仪共同组成的闭环系统，为反应池好氧段提供氧气，并维持好氧过程的溶解氧浓度值。依照好氧过程的溶解氧浓度值控制鼓风机的开启程度，维持溶解氧浓度值在一定的范围内变动。控制流程如（图五）。

三、控制模式

手动模式：手动模式又可以分为盘柜模式和就地模式。盘柜模式就是通过MCC上的按钮实现对设备的操作；就地模式就是通过现场控制箱上的按钮实现对设备的操作。
遥控模式：就是通过中心控制室上位操作站实现对设备的操作。
自动模式：设备的运行完全由各PLC根据污水厂的工况及工艺参数来完成对设备的启停控制，而不需要人工干予。

四、系统构成如（图六）

通过前面的描述，设备的控制还是比较复杂的，为达到以上的设备自动控制要求，该工程基本构成如下：
　　下位机：选用了施耐德 Premium PLC来做系统
　　上位机：选用了北京华富Control2000软件
　　中间协议：采用Simatic TOP Server，衔接上、下位机，进行数据交换

　　整个厂区共有3个PLC站，硬件采用施耐德电气Premium PLC，分别用光纤及光纤交换机，采用星型连接方式构成以太网络连接至中控室，在PLC2站，现场电力仪表采用Modbus通讯方式实现数据的采集；软件采用施耐德的PL7Pro，根据控制要求开发程序，完全可以实现前面描述的控制要求。三个站分别处于进水泵房、配电房、脱水机房，