西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0诚信交易

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 1 引言

    在大型机械加工行业尤其是汽车行业中往往用到较多的能源站房及其他站房，如制冷站、循环水站、热交换站、空压站、以及污水处理站等。他们就像人体的心脏、肾脏等重要器官，在工厂的能源（压缩空气、热水、高温蒸气等）供应、循环、回收等过程中起着极为重要的作用。因此，对上述站房系统的监测管理及控制也就成为工厂自动化（FA）的重要组成部分，通过对这些站房实现自动监测控制，可以起到大量节约资源，节省人工的作用。因此，对上述站房的自动监控，也将越来越广泛地得到应用。

    本文主要介绍制冷站、热交换站、循环水站的分布式监控系统。

    2 综合站房工艺流程

    综合站房工艺流程示意图如图1所示。    

图1综合站房工艺流程框图

    本站房主要完成给用户提供冷源、热源的功能，主要用于剧院、医院、大型办公场所、恒温厂房的中央空调系统等。

    (1)冷冻水监控系统

    本系统以

    制冷机的监控为主，制冷机为大连三洋蒸汽式溴冷机，该机自带PLC和RC-232串口，经转换成RS485口后可方便地与上位机通信，从而很方便地获得制冷机的运行参数。根据冷冻水给、回水温度差及总流量判断用户冷负荷状况，确定冷冻机开启台数及阀门大小，保证冷源的合理使用，达到佳的节能及运行效果。

    (2)冷却水监控系统

    冷却水系统通过冷却塔和冷却水泵向制冷机提供冷却水，保证制冷机有足够的冷却水通过，并根据气候及冷负荷调整冷却水运行工况，在冷却水温和水量满足要求的情况，使系统合理运行。

    (3)采暖监控系统

    采暖系统通过热交换器为中央空调提供热水，监控系统的主要任务为控制热交换过程以保证要求的热水温度和流量。根据热水给、回水温度差及总流量判断用户热负荷状况，确定热交换器开启台数及阀门大小，保证热源的合理使用，达到佳的节能及运行效果。

    (4)循环供水监控系统

    因为采暖和制冷不可能同时使用，为节约成本，本综合站房只采用一套供水系统分冬、夏两季对用户提供热、冷源。冷、热源的切换由电动阀自动切换。  本系统实际上是一套相对独立的恒压供水系统。主要由变频器和PLC组成，其电气原理图如图2所示：   

图2恒压供水电气原理图

    变频器选用适于泵类的FujiG9变频器，分别对五台循环水泵进行变频控制，并通过PLC的逻辑控制功能，实现对整个供水系统的恒压变流量控制，为确保系统的稳定运行，整个系统设有过流、过压、过载、自诊断等多种保护功能。   本系统接收上位机或本地发出的启动信号后，启动水泵1变频运行，PLC根据接收到的压力和流量信号控制变频器调节水泵转速，使供水管网水压恒定。当水泵1工作频率达到工频时，若管网水压仍达不到要求，将此泵切换到工频运行，变频器切换到水泵2，使其变频运行。此后，如果水压仍达不到要求，则继续切换下去至满足要求。反之，若管网水压大于设定值，PLC控制变频器频率，使水泵转速降低，当低至设定低频率时，依据先开先停原则，自动切换掉已投入运行的工频泵，使管网水压始终保持恒定。这样，五台水泵轮流循环运行，避免某台泵长期运行，延长设备使用寿命。本系统由闭环PI控制即可满足要求,PI算法由PLC实现：Ui＝Ui-1＋ΔU＝Ui-1＋K[Ei－Ei-1＋（T/Ti）Ei>。

    3 系统组成

    综合站房监控系统的组成如下：

    本监控系统采用由PLC组成的分布式监控系统的形式。PLC作为下位机使用，用来完成各子系统的数据采集、输出控制及状态判别等工作，上位机采用研华公司的工业计算机，接收PLC采集的现场数据，并将数据存入动态数据库，完成报警、实时曲线、历史曲线、分析系统运行状态、打印输出、并根据控制室控制人员要求控制各系统的运行状态等功能。

    PLC采用OMRON公司的SYSMACα系列的C200HE,它是一种价格适中、性价比较高的中型机，配有较强的指令系统，并增加了许多特殊功能指令，还配备了丰富的特殊功能模块和强大的通信模板，这些都足以实现现代工厂自动化的多级要求。系统主要选型如附表所示：  

附表PLC硬件配置

    本系统网络为单级网络，系统中通信主要采用适配器结构形式的RS422上位连接方式。监控系统的网络结构如图3所示：    

 图3监控系统的网络结构

    由于采用一对四的通信方式，需要为设备设置地址，因此在下位机采用RS422标准，在每台PLC上都安装了一块LK202HOSTbbbb模块，各PLC通过三端口RS422适配器相连，然后通过RS422转RS232适配器转换后连接到上位机的串行口。

    HOSTbbbb的内部驻留了通信软件，通信协议已固化，只有几个参数需要用户根据现场应用进行设置。C200H-LK202上位连接单元的面板上有4个参数设置开关SW1～4,SW1、SW2用于设置该上位连接单元的设备号（也称站号），取值范围为00～31。SW3选择波特率。SW4用来设置命令级，奇偶校验格式。

    网络中的所有PLC通过公用LR区实现数据传送，在LR区中每个PLC均分配一个写区和若干读区。数据传送时PLC将数据写入到公用LR区中分配给自己的写区，其他PLC则通过PLC链接单元从LR区对应区域读数据，从而使系统中的PLC相互    交换信息。

    4 系统软件设计

    上位机监控软件利用组态王（KingView5.1）工控组态软件。它能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。该软件把每一台下位机看作是一台外部设备，在编程过程中根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接功能。在运行期间，组态王通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通信程序和组态王软件构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效运行，也可扩大系统的规模。其与下位机通信原理如图4所示： 

图4上位机与下位机的通信原理框图

    组态王与OMRONPLC之间的通信采用的是OMRONHOSTbbbb通信协议。组态王通过串行口与PLC进行通信，访问PLC相关的寄存器地址，以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。组态王监控软件还可实现显示工艺流程图、各种参数实时测量值，实时修改下位机所需的各种参数值，上、下位机之间的通信管理，实时故障报警画面，实时数据库和历史数据库管理，系统日志报表和各种生产报表等功能。

    在主监控站上建立网络数据库，将过程监控站中的各类实时数据、画面、图表等信息存入本地网络服务器中，利用ASP技术生成动态网页，进行实时发布，可实现现场数据的Web浏览，为将来工厂全面的Intranet管理留下基础。

    下位机软件设计采用模块化结构，每一个模块作为一个子程序。根据系统功能划分，程序由多个模块组成，每个模块的程序量都不大，所以整个程序的编制、调试和维护比较方便。各子系统的下位机软件模块框图如图5所示。

    图5下位机软件模块框图

    5结束语

    经过精心设计，认真调试，该系统在东风汽车公司某大型综合站房的实际运行中，取得良好的效果，并获得用户的。

    （1）该系统节能效果显著，自投入运行以来冬夏两季日均节电约30％。

    （2）该系统大大降低了操作工人的操作难度，减少了运行故障率，减少了检修次数。

    （3）能合理地应用设备，提高整个系统的运行效率，提高设备运行寿命。

    0．引言

    1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上台可编程序控制器。初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为PLC（ProgrammableLogicController），随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，。

    近年来，随着现代化生产技术的提高，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节大值、细节小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。

    1.上位机与PLC之间通讯实现

    欧姆龙PLC—CJ1M（CPU21）有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMACWAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。   

图1RS-232C端口的1:1连接

    图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。   

图2上位机与PLC之间通讯实现过程

    2.VB与PLC之间通讯协议和程序实现  2.1链接系统的通讯协议

    在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLCCPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。

    从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。   

图3命令帧和响应帧格式

    命令帧中：

    @——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;

    节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;

    标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;

    正文——设置命令参数

    FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;

    结束符——表示命令的结束，用“＊”和回车符“CHR$（13）”标明。

    应答帧中：

    @、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。

    异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。

    2.2通讯端口初始化

    在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。

    PrivateSubbbbb_Load（）

    MSComm1.CommPort=1‘设置Com1通讯口

    MSComm1.Settings=“9600,e,7,2”‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位

    MSComm1.PortOpen=True‘打开通讯端口

    MSComm1.InBufferCount=0‘清空接收缓冲区

    EndSub

    其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。

    2.3帧格式代码

    采用基于bbbbbbs操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——VisualBasic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：

    上位机命令帧：

    "@"+"00"+"FA"+"1"+"00000000"+"0101"+"82"+开始地址+读取个数+FCS+结束符

    PLC应答帧：

    "@"+"00"+"FA"+"1"+"00000000"+"0101"+"82"+"0000"+读取数据+FCS+结束符

    其中：

    FA——表示FINS命令

    0101——表示连续读内存区

    82——表示读内存DM区

    2.4校验算法实现

    为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。

    OptionExplicit

    FunctionFCS（ByValtemp1Asbbbbbb）Asbbbbbb

    Dimslen1,i,xorresult1AsInteger‘定义变量

    Dimtempfcs1Asbbbbbb

    xorresult1=0

    slen1=Len（temp1）‘求输入字符串的长度

    Fori=1Toslen1

    xorresult1=xorresult1XorAsc（Mid（temp1,i,1））‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或

    Nexti

    Tempfcs1=Hex$（xorresult1）‘转换为16进制

    IfLen（tempfcs1）=1Then

    FCS="0"&tempfcs1

    Else

    FCS=tempfcs1

    EndIf

    EndFunction

    3.结束语

    本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——VisualBasic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节大值、细节小值等等，实时反映纱线的不匀率，对提高棉纺企业纱线质量具有重要的意义。

 高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的气体，一氧化碳含量很高，是一种毒性很强的低热值气体，也是钢铁企业内部生产使用的重要二次能源。吨铁煤气热量相当于170Kg～180Kg标准煤，充分利用高炉煤气是钢厂节能降耗的重要工作之一。

    高炉煤气中夹带着很多粉尘，称之为荒煤气，不进行除尘净化将无法使用。因此，荒煤气的净化是高炉煤气利用不可缺少的环节。这首先要经过粗除尘，除掉大颗粒粉尘，然后进行精除尘，精除尘后的煤气称之为净煤气。一般情况下，煤气用户要求净煤气含尘量小于10mg/m3，经过净化的高炉煤气不仅可以用于余压发电，还可以提供给热风炉等用户进行再利用。

    干法布袋除尘技术的发展

    干法布袋除尘器在我国发展较早，20世纪70年代初期就用于中小型高炉，取得了很好的效果。首座干法布袋除尘器于1974年11月在涉县铁厂13m3高炉上建成；1981年5月在临钢3号高炉上建成座100m3高炉煤气干法布袋除尘器，效果显著。到了20世纪90年代末期，电磁脉冲阀的采用，使得布袋清灰方式由反吹风改为脉冲喷吹清灰，过滤方式由内滤式改为外滤式，并采用玻纤针刺毡等新滤料，使高炉煤气干法布袋除尘工艺由大布袋反吹风方式发展为固定列管式喷吹清灰方式。干法除尘技术获得了新生，进入了新的发展阶段。

    近年来，冶金行业无论是新建或者是旧高炉的扩建，中小型高炉相继改为新型高炉煤气干法布袋除尘工艺系统。经过持续的应用和改进，干法布袋除尘技术在中小高炉除尘上已趋近成熟。

    大型高炉煤气干法布袋除尘技术

    中小高炉上干法布袋除尘器的成功使用，为大型高炉上采用干法布袋除尘器奠定了基础。同时，大型高炉设备完善，炉料条件比较好且稳定，冶炼操作过程平稳，煤气温度、压力、含湿量等波动较小，煤气含灰量也比小型高炉低，理论上比中小高炉更具备采用干法布袋除尘的条件。

    但是，由于大型高炉煤气发生量多，势必要成倍增加箱体数量，而每个箱体上均有阀门、补偿器、一次仪表等，这使得整个干法除尘器的故障点大量增多，同时占地面积也大大增加。为解决大高炉干法除尘器箱体数量多、可靠性低的缺点，瑞帆企业在干法除尘工艺、设备、关键配套件、输灰系统等方面做了系统深入的研究。通过大量的论证，瑞帆企业对小型高炉干法除尘进行了大量的技术改进，并通过包钢6座高炉、宝钢2500m3、唐钢3200m3高炉干法除尘应用实践证明，在大高炉上采用干法除尘完全是可行的。

    在大型高炉煤气干法布袋除尘技术中有这样几个关键技术：一是荒煤气高低温对策，采用高炉炉顶喷雾打水和荒煤气放散系统相结合的工艺方式。二是采用大直径箱体，减少占地面积，降低配套阀门、仪表电器等设备的一次投资及维护成本，以便维护。三是双向电磁脉冲喷吹技术。四是采用压力可调式正压气力输送装置，具有投资小、运行费用低、故障少、密封性好、输灰过程无二次污染等优点。五是除尘内部结构优化，在气流分布和安全方面做了大量工作。六是滤料选择合理，选用了耐高温、抗折性、抗拉性较好的P84复合针刺毡滤料。七是在选用的阀门内喷涂了耐磨的涂层，密封圈选用了耐高温、高强度的材料。八是补偿器的不锈钢材质选用耐氯、硫、耐酸腐蚀强的材质。就是系统采用了PLC或DCS自动控制，工艺控制更加可靠。

    大型高炉煤气干法除尘推广任重而道远

    高炉煤气干法布袋具有除尘基本不用水、无污染、能耗小、运行费低等优点，能产生很大的经济效益，位于国家钢铁行业当前首要推广的“三干一电”（高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和高炉煤气余压发电）之首，是一项有效的重大综合节能环保技术，它在全国高炉上的推广应用，对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力具有重要意义。

    但是，在推动大型高炉煤气干式除尘的具体实施过程中，必须以科学态度认真对待。不同钢铁厂原料不同，冶炼强度不同；各地气侯条件不同，产生的高炉煤气含灰含尘性质不同，对干式除尘工艺要求也不尽相同，不能生搬硬套，工艺设计人员必须按不同条件认真区别对待，针对性设计才能使工艺逐步完善。目前高炉煤气干式除尘技术尚存在一些薄弱环节，有待各方面技术人员去研究、逐步完善