西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8一级代理

更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8一级代理

0 概述
　　气体公司调节间于2001年10月投入运行，是我厂技改项目的配套工程。其作用是提供调节适当的生产用气（氧气、氮气及氩气），来满足生产单位的需求。
　　近几年，随着我厂生产规模的逐步扩大,就更加要求气体调节在生产中的稳定性和快速性，而目前传统的二次仪表已无法满足现有的控制需求。主要表现在：
　　1）过程自动化程度低，信息采集和反馈仍采用传统的二次仪表，致使数据采集缓慢、调节滞后，降低了系统运行的稳定性。
　　2）仪表内部信息储存量小，采集的压力、流量等数据无法长期保存，不便于日后生产工作的历史查询和分析。
　　3）系统可靠性低，需要配专人负责该系统的运行，造成了人工成本的上升；
　　鉴于以上三点，通过采用PLC（可编程控制器）控制系统，解决当前存在的问题。
　　1 PLC控制系统的特点及组成
　　PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言，具有严谨、方便、易编程、易安装、可靠性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入/输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和应用指令，它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外，PLC即有自身的网络体系又有开放I／0及通讯接口，很容易组建网络并实现远程访问。
　　PLC采用Siemens公司生产的S7-300系列，由于现场的PLC系统与主控室的上位机距离较远（800米左右），因此通讯系统需成对加装RS-485中继器，另外在现场增加TP27-10//触摸屏进行数据显示，确保系统运行的稳定性。系统组成如图1所示。

1.1 系统结构及硬件配置
　　根据控制需求，CPU模块采用CPU314、数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出(DO) 采用 SM322模块，模拟量输入(AI) 采用 SM331模块，模拟量输出(AO) 采用 SM332模块以及IM365等模块组成，IM365实现机架扩展，上位监控机采用SIEMENS公司CP5611网卡完成计算机与PLC之间的数据通讯。整个通讯网络采用MPI的通讯协议，从上位机上可对整个气体调节过程进行监控和操作。
　　
　　1．2控制系统的功能实现
　　PLC程序的编制直接关系着供气系统能否正常工作，而程序设计的关键在于编程者对工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。因此，在程序设计中首先考虑了供气压力调节系统的特点，将程序设计细化，分成多个程序模块，实行模块化编程。这样既可以方便的增加或删除程序模块，便于现场对工艺的调整，又可针对配套设备可控性对不同程序模块进行完善。
　　PLC的编程软件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V5.1软件平台用来完成硬件组态、地址和站址的分配以及编制整个生产过程的控制程序的。上位机监控软件采用国产软件组态王，全部采用汉化界面，便于系统的开发与操作，该系统运行于bbbbbbs2000中文平台，可实现对生产过程的全面监控，对重要参数形成历史记录，以报表或曲线的形式显示给操作人员。通过VB语言脚本，可以在主控室的上位机显示重要参数的历史趋势、实时趋势，实现压力调节的手自动切换、操作、压力的高、低限报警、流量数据的显示与累计，满足高生产率的调度需求。

      1.3 现场显示
　　现场采用TP27触摸屏进行参数显示、控制，触摸屏程序由组态软件来完成，人机界面采用中文菜单，界面友好，操作方便，功能较强，主要用于现场压力、流量、阀位的显示与操作。可作为操作人员现场操作的依据。
　　
　　1.4 工控机配置
　　工控机采用研华IPC-610，通过CP5611卡，完成S7-300 PLC与工控机的通讯。主要完成下列任务：传送现场监控数据；运行监控；故障记录和排除提示；参数设置；生产数据管理和处理；图形化示教和离线编程。
　　
　　2 系统实现了供气系统的自动控制和监控，主要包括如下功能：
　　1）灵活的操作方式以及强大的系统控制功能：
　　系统可以实现上位机操作、控制柜触摸屏操作和就地手动操作；
　　2）报警功能：
　　当压力超过工艺要求，可在现场、就地实现高、低限压力报警；
　　3）简单、方便的参数设定：
　　压力调节阀的压力设定值、P、I、D等参数可以在上位机中设定。
　　
　　2.1 系统控制功能
　　（1）过程控制的功能：
　　1)系统对供气压力实现了PID自动调节控制；
　　2)对所采集的模拟信号进行线性化、滤波、工程单位转换处理；
　　3)实现了流量信号的温、压补偿，提高了仪表的测量精度。
　　
　　（2）逻辑控制
　　联锁逻辑控制实现开/关的控制，逻辑控制及用户自定义功能块等。系统实现了电磁阀控制以及参数越限报警等功能。
　　
　　（3）人机接口
　　HMI系统中包含主工艺画面，各系统送气压力、流量，供气压力调节等多幅画面，画面直观、丰富，具备PID在线调节、在线显示调节曲线功能，包括过程量变化趋势的实时趋势曲线、历史趋势曲线。
　　
　　（4）报表打印
　　以报表形式绘制报警记录、历史记录画面，调节间数据报表。实时趋势曲线和历史趋势曲线可随意设定时间段，打印在线趋势，历史趋势曲线。
　　
　　3 软件设计
　　根据该系统具体情况，PLC系统软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面：　　　　
　　（1）数据采集及工程量转换　　
　　（2） PID算法　　
　　（3）流量温压补偿计算以及流量的累积计算
　　对于系统中的逻辑控制选用梯形图（LADDER）编程，直观、方便；对于PID回路控制流量温压补偿计算以及流量的累积计算部分则采用语句表（STL）编程，结构紧凑而又灵活。
　　PID调节是该系统中为重要的控制程序，因此特将PID算法作一重点介绍。
　　
　　3．1 PID算法　　
　　STEP7提供了两种常用的PID算法：连续型PID（FB41）和离散型PID（FB42），根据实际要求，选用的是FB41。并在组态王中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。
　　PID算法的输出实际上是比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分作用之和：
　　Mn＝MPn＋MIn＋MDn　　
　　MPn ＝ GAIN（SPn－ PVn）　　
　　MPn ＝ GAIN  TS／ TI（SPn－ PVn）＋ MX　　

　　MDn ＝ GAIN  TD／ TS（PVn－1－ PVn）　　
　　Mn：第n次采样时刻的输出值。
　　MPn：第n次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。
　　MIn：第n次采样时刻的积分作用，可以消除静差，提高控制品质。
　　MDn：第n次采样时刻的微分作用，根据差值的变化率调节，可抑制超调。　　　　SPn：第n次采样时刻的设定值。
　　PVn：第n次采样时刻的过程值。
　　MX：第n－1次采样时刻的积分作用，每次采样计算后自动刷新。
　　GAIN：回路增益，P参数。
　　TI：积分时间常数，即I参数。
　　TI：微分时间常数，即D参数。
　　TS：采样时间。
　　　　从上面的公式中可以看出，参数P（GAIN）与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢；I参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，唯一的衡量标准就是被控参数（压力）的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到佳的控制效果。
4 采用该系统的意义
　（1）计算机化管理使得系统信息储存量大，数据采集与反馈及时、准确，系统的生产数据可实现长期保存，有利于生产数据的历史查询和故障的即时排除；
　（2）该系统投入运行后，通过计算机显示与控制，提高了过程自动化的程度，可实现无人调节操作，减少了操作环节，降低了运行成本，使系统的管理和控制上了一个新台阶。

0引言
    锅炉炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System）简称FSSS,它包括燃烧器控制系统（BCS）和燃料安全系统（FSS）。FSSS在锅炉的启动、运行及停止过程中对锅炉进行智能化自动管理，并且在运行中对锅炉运行的各种安全参数进行连续的检测，根据检测结果，系统会自动按照预先制定的控制逻辑对各种情况做出操作、告警或跳闸等必要的处理。避免了爆炸性的气体燃料混合物在炉膛及烟道内聚积，在危及锅炉安全的工况时，迅速切断进入炉膛的所有燃料，有效地防止了锅炉事故的发生。
    近几年随着我国工业规模的不断拓展，电力工业也得到了飞速发展，大容量、高参数火电机组相继建设投产，机组安全运行的重要性日益提高。煤粉锅炉灭火爆燃是火电厂的常见事故，锅炉灭火时，若不及时采取紧急保护措施，切断燃料来源，则有可能使燃料在不受控的再点燃条件下瞬间爆燃造成事故。因此，采用锅炉炉膛安全监控系统，有利于锅炉的正常运行，保证了正常的生产需要。
    1技术指标
    燃烧不稳报警：报警值设定（每层是否满足4取3逻辑）
    清扫计时时间：3 min
    跳闸条件：
    （1）炉膛灭火3/4逻辑，延时3S
    （2）炉膛压力高2/3逻辑，延时2S
    （3）炉膛压力低2/3逻辑，延时1S
    （4）送风中断，同时失去2台送风机
    （5）引凤中断，同时失去2台引风机
    （6）燃烧中断：同时失去给粉与供油，延时4S
    （7）水位异常（高，低），延时10-20S
    （8）手动跳闸：同时按下2个手动按键
    报警条件：燃烧不稳报警（加给粉证实或负压证实）
    故障引起动作：跳排粉机
    跳给粉机
    关燃油电磁阀
    去热工信号
    保护投切：（1） 4个给粉层在工作且持续5 min以上；
    （2）灭火保护压板投入。
     不同现场锅炉设备运行条件：设置了压力及其他保护投切开关（K1）和火焰投切开关（K2）；对于运行较差的锅炉，在点火状态下先投入K1，待负荷增加到50%以上时，再投入火焰保护K2，保证点火的顺利进行。
    节点故障报警：对6个跳闸压力开关进行在线自检，发现某一压力开关出现故障，延时15S发出节点故障报警。
    注意：炉内无火（3层火焰全无）且八台给粉机全停，主机认为正常停炉，不发出灭火跳闸信号，需要加入给粉证实。提供某一路给粉信号，主机延时3S，炉膛灭火灯亮。
    2项目功能
    炉膛火焰监视
    燃烧不稳报警
    灭火保护逻辑
    跳闸原因
    打印跳闸原因
    事故发生时间
    炉膛清扫计时
    无需点火时间
    保护全程投入（设有保护投退开关）
    节点故障巡检
    火焰探头巡检保护和自检功能
    3 硬件配置
    SIMATIC S7-200 系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200 系列具有极高的性能/价格比。
   S7-200系列的特点：
●极高的可靠性
●极丰富的指令集
●易于掌握
●便捷的操作
●丰富的内置集成功能
●实时特性
●强劲的通讯能力
●丰富的扩展模块
    S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床，机械，电力设施，民用设施、环境保护设备等等。如：
●冲压机床
●磨床
●印刷机械
●橡胶化工机械
●中央空调
●电梯控制
●运动系统
    S7-200 系列PLC 有4个不同的基本型号的8种CPU可供使用
    本设计使用CPU226 ：集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

    扩展模块：
    根据需要的模拟量输入输出点数本设计选用EM235
    EM235特点：4AI/1AO，0-10V，0-5V，0-20mA。

    触摸屏：
    本设计采用MT500触摸屏。
    该触摸屏具有功能强大的中文编辑软件，轻松完成复杂的人机界面设计；具有手写留言板功能，具有实现三级用户口令保护的功能；具有标准内置的RTC和配方功能,支持一机多屏和一屏多机的系统连接；双通讯口和独立的打印接口（MT506产品不支持打印接口）；可为OEM用户的专用控制器开发专门的通讯协议驱动。

    通讯：（1）S7-200 与PC 通讯通过PC/PPI电缆，该电缆是西门子200专用电缆。
    （2）S7-200 系列与MT500触摸屏通讯（CPU226 的通讯口）：
通讯口类型   RS485
数据位       8
停止位       1
波特率      9600
校验       偶校验
人机站号     0
PLC站号     2
人机互连通信速度 115200
PLC 超时常数     3.0

    4  FSSS 的工作过程
    （1）系统结构图

    （2）控制设备图