西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8全年质保
西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8全年质保
西门子自动化产品在城市供水中的应用 |
| 城市供水作为城市管理工程的一个主要设施，它直接影响着一个城市正常的生产和生活，随着科学的发展与进步，人们对饮用水的要求越来越高，相应对供水系统的自动化程度要求也越来越高，所以，近几年来自动化产品在供水行业中的应用较为普及。 一、工艺描述 安徽省六安市第二自来水厂座落在该项市南郊的淠河旁边，因自来水厂已经停用，所以该厂目前成为六安市唯一的供水厂。该厂原设计供水能力10万吨/天，通过扩建改造达到14万吨/天。 同大部分水厂一样，其工艺流程图如下图所示： ●源水泵房：用来将源水送到预处理的沉淀池中 ●加药：将配好的矾液添加到源水中进行混合 ●平流沉淀池：添加矾液经混合后，用于将水中絮凝物沉淀出来的池子 ●滤池：池内的主要物质为石英砂，对从沉淀池来的水进行过滤，加氯之后，流入清水池 ●加氯：将水中通入氯，主要作用是杀菌、消毒 ●送水泵房：将清水池的水通过恒压供水装置送入自来水管网 二、控制任务 为提高供水系统的安全性、可靠性，采用了以下的改造方案 ●加药系统，使其具有自动加药的功能 ●通过对滤池反冲洗的改造，使其具有自动反冲洗的功能，省去繁索的人工操作 ●增设了自动加氯机，使其根据出水余氯值，自动控制加氯量 ●改造低压配电系统，使之对电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数具有远程监测、记录、报警的功能 ●建立水厂中控室，实现三级自动化监控，通过中控室的通讯工作站一方面将数据送到模拟屏上，另一方面通过无线数传电台将数据送到市自来水公司 三、控制方式介绍 整个六安二水厂的控制网络如下图 2台上位机监控主站通过5613卡与下面3台PLC分站通讯，通讯方式采用PROFIBUS-FMS总线方式，每个PLC分站选用S7-300，CPU为315-2DP，FMS通讯模块选用的是CP343-5，并且每个分站通过MPI口连接一个TP27-10”的触摸屏。 滤池分站PLC1通过集成的PROFIBUS-DP下面连了16个S7-200滤池子站和1个S7-200反冲洗子站。每个滤池子站通过编程口挂一个TP070触摸屏，每个滤池子站控制每格滤池的运行。反冲洗子站的S7-200通过自由口协议与反冲洗泵变频器MM430进行通讯。 出水泵房分站PLC2通过接口模块IM360和IM361扩展了两个机架，在CPU的MPI口又连了一台工控机，作为泵房的监控站，工控机的通讯卡为CP5611卡。通过集成的PROFIBUS-DP口连了一个ET200M分布式I/O和一个S7-200，ET200M安装在取水泵站，用以对取水泵及进水阀的控制，S7-200为CPU226，通过自由口与出水泵的变频器通讯。CP340模块利用RS485口与配电中心的电量监测仪表HC6000相连，通过Modbus协议进行通讯。将采集的电量参数送给监控计算机。 加药分站PLC3配置了一块CP340、一块CP341及一些I/O模块。CP340与10台电机保护仪通过RS-485口进行通讯，CP341与二台加氯机进行通讯，加氯机的通讯波特率为19200bit/s，而CP340的大速度为9600 bit/s，所以选择了CP341与加氯机通讯。 两台监控主站通过网络交换机与通讯工作站组成以太网，通讯工作站的计算机采集监控计算机的数据。一方面通过串口1与模拟屏（6×2.8米）通讯，将水厂参数实时在模拟屏上显示；另一方面通过串口2与数传电台相连，将数据经电台传送至自来水公司的通讯主机上。 整个水厂的控制方式分三级，现地、分站控制、远程控制。当现地的转换手柄置于现地操作方式时，此时的优先级高，禁止上位对其操作；当转换手柄转换至远程时，此时由中控室的监控主机进行控制，主机可以选择是否让触摸屏操作，也可随时取消触摸屏的操作。 四、控制难点 自动加药一般是水厂控制的一个难点，因为加药控制主要是控制加药量，也就是控制计量泵的转速，本方案采用出水浊度仪的输出信号（4~20mA）作为计泵泵的反馈，但因从加药到出水，中间需要较长的时间，所以在控制方面有较大的滞后，为解决这个问题，通过对过去的加药经验和现实已知的对象状况（原水浊度、温度、流量、PH值等）的分析，推断出目前实际需要的加药量，根据出水浊度对投药量作微调，结合实际水流量将数据送至执行机构，该方案充分利用工控机的运算能力。 中控室两个监控主站的应用软件采用的是WICC组态软件，利用Profibus-FMS与下面3个PLC分站通讯，当运行一台监控主机时，只能读到PLC1和PLC3子站，PLC2的数据读不到，检查线路也没有问题，如果两台上位机同时运行，有一台主机能读到PLC1和PLC3站，另一台主机却只能读到PLC3站。经咨询西门子技术支持和查阅有关资料，判断可能原因是CPU的通讯资源有限，选用的CPU为6ES7 315-2AF03-OABO，我也做过一个试验，如果将PLC2的触摸屏去掉，监控主机就可采集到该站的数据，所以证实上述的分析。 解决的办法：更换新的CPU（6ES7 315-2AG10-OABO）后，并在编程软件STEP7 5.1的硬件配置中更换CPU的配置，随后将CPU的属性打开，在Communication选项中将OP Communication中的默认值1改为4，S7 Standard默认值12改为8即可。后将硬件配置下载到CPU后，下面每个站的数据都能读取，因为新的CPU支持大16个连接点， 四、结束语 该自动控制系统充分利用了西门产品分散式结构和多界面的网络功能，应用十分灵活。经使用一年多的使用，系统运行较稳定，未出现异常。 |
一、 概述
近年来广播电视发射技术有了飞跃的发展，发射机朝着高效率、全固态化、智能化方向发展，新型发射机的控制系统多以单片机为核心构成，具有高度的智能化和可靠性。随着自动化技术的高速发展，PLC的可靠性也是很高的，使得对发射机的操作做到无人值守已可以实现。
本文以我曾做的某电视台发射机房实时监控系统为例，介绍西门子PLC在广电系统中的应用。系统采用1台西门子S7-300作为主站，5台S7-200作为从站，主站通过稳定的工业现场总线(PROFIBUS-DP)将从站采集的所有PLC的数据传送给上位机画面，从而给工作人员的管理带来了方便。
二、 系统硬件
该控制系统共需开关量输入93点，开关量输出35点，模拟量输入62点。为尽可能减少电磁干扰，根据发射机分布情况，系统共分一个主站和五个从站。选用西门子S7-300系列CPU315-2DP作为主工作站，S7-200系列CPU224加开关量输入输出模块EM223和模拟量输入模块EM231以及Profibus-DP模块EM277组成从工作站，并为每一个从站配置了一个TD200文本操作显示面板用于本地实时显示发射机工作参数。在发射台监控室设置了两台装有西门子WinCC组态软件的研华工控机。整个系统通过工业现场总线(PROFIBUS-DP)联接而成。系统网络结构见“系统原理图”。
6台PLC(培训)工作站完成底层的控制动作，包括：开关信号的采集，模拟信号的采集，以及由PLC给发射机发出控制信号。选用一台S7-300是为了实现上位机冗余、底层PLC CPU时钟校正、自动开关发射机数据存储和所有采集的数据的快速集中处理。
2台上位机通过工业以太网(TIP/IP)，完成互相冗余;同时，通过总线将6台PLC的数据全部采集上来，在画面上显示。冗余的上位机增强了整个系统的可靠性。
由于发射台有着强磁场干扰和发射机的模拟量信号不在PLC标准范围之内，在工作站PLC与发射机之间使用了信号调理电路联接;信号调理电路的作用是将发射机的模拟量信号转化为标准的4-20mA模拟信号作为PLC的输入，并且从电磁兼容的角度考虑，也保证了采集信号的准确。
三、 系统软件
整个软件系统分为PLC工作站应用软件和上位机人机界面组态软件两大部分。本系统中采用西门子公司的STEP7和MicroWin_3.2编程软件进行了PLC工作站的应用软件编程，同时还采用了西门子公司的WinCC组态软件进行了上位机人机界面的组态编程。
四、 系统功能
本系统主要实现了下述功能：
1. 自动监测发射机系统运行状态，实时监测、记录各参数量值(包括模拟量和开关量值);对异常情况和参数越限进行记录报警;自动记录各机器开关机的时间及累计运行时间。
2. 按各频率每周播出时间表，定时(或随时)开机、关机、倒机;
3. 报警功能：有故障，即时显示报警。本地采用语音声、光报警方式，并可根据故障程度自动开启备用发射机;
4. 根据不同用户的权限实时控制发射机各种操作。
5. 自动生成报表功能：可根据用户的要求，生成各类报表(如日报表、季报表、故障记录、维修记录、检修记录、指标记录、交接班记录等)。报表可根据需要进行定时或随机打印;
6. 键盘功能
1) 可通过小键盘对前端机进行人工干预或修改某些参数;
2) 可修改开关机时间、当前时间、倒机时间;
3) 可通过键盘操作实现开机、关机、倒机等操作;
4) 为了避免频繁倒机，可屏蔽某一部发射机的使用。
7. 遥控操作主要是对发射机的工作参数进行设置或直接控制发射机，主要的命令有：开机(包括高开、低开)、关机(包括高关、低关)、倒机、复位等。值班员通过这些功能，控制设备的工作状态。
为了保证系统的安全有效运行，系统提供口令管理机制来限定值班员的操作权限和操作范围。值班员的权限由系统管理员设定。
系统运行过程中的操作情况都被自动记录，包括值班员的编号、时间、命令等。系统可以对记录进行查询、检索，以便了解值班员对系统的操作
8. 数据查询
1) 历史曲线：查询设备的模拟量，每五分钟取一点数据，画出昨天和的两条曲线。
2) 事件查询列出设备发生故障或越限这两种事件，并显示故障代码及含义，发生故障设备的数据、状态。
9. 数据存储：
1) 一类是五分钟数据，它只包含模拟量，因为数据量较大，只需保存三个月，五分钟数据以曲线的方式显示;
2) 一类是例行数据(整点数据)，包括模拟量、开关量，整点数据是各类报表的依据。
3) 另一类是故障数据，包含故障前后十秒内的所有数据。
4) 所有历史数据亦可存入光盘长期保存。
10. 数据库的通用性和安全性
1) 历史数据存放在主服务器数据库中，在从服务器中建立该数据库的镜像备份，两者通过定时校验，发现问题及时自动恢复。
2) 对数据库的查阅、修改、删除设置不同级别的权限，以防数据库中的信息被破坏。
11. MIS系统(管理信息系统)是监控系统中的一部分，是一个小型的数据库，主要是对机房内的器材、图纸资料、技术档案进行统一的、规范的、科学的管理。MIS系统具备一般数据库所具有的各种功能，包括对器材、图纸资料、指标记录、维修记录、交接班记录进行显示、查询、检索、统计、打印报表等功能。
12. 远程访问采用网络操作系统、内置Web Server软件，利用Web 信息发布技术，通过局办公网，为上级领导和相关职能部门提供有关的信息。
为了保证系统的安全，减少系统入侵或人为破坏的可能性，应设置实时数据网关，使监控网能共享办公网资源，办公网不能直接访问监控网，只能按权限取得约定的实时信息。
西门子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有强大的指令，丰富的CPU类型和扩展模块，尤其是CPU模块内部集成了实时时钟，使其适合于广播发射机的自动控制应用。西门子公司提供的编程软件包和WinCC组态软件，功能强大，使系统开发变的更容易
1 引言
特殊钢冶炼vd炉抽真空设备在整个生产中处于重要的地位，它直接关系到特殊钢的质量及生产成本等诸多方面。而抽真空控制系统是否稳定运行，直接影响电炉的生产顺行。因此解决抽真空系统的稳定性、防止抽真空时间过长，造成钢水温度低而进行二次升温，影响生产及防止造成漏包事故等方面由为重要。本文就北满特钢2#vd炉为例，对vd炉抽真空设备的电气控制系统的组成及控制原理进行讨论，技术基于西门子simatic s7-300系列plc自动化平台。
2 vd炉原理及工艺概述
vd炉抽真空是将电炉或精炼炉处理完成的高温钢水（约1650℃-1700℃）在密闭的真空罐内通过全蒸汽式抽真空系统或水环泵+蒸汽式抽真空系统进行真空处理，去除钢液中的气体。整个抽真空时间一般控制在20-25分钟结束。水蒸气喷射真空泵是利用于饱和蒸汽或过热蒸汽作为动力，来取得真空的一种装置。具有一定压强的工作水蒸气通过拉瓦尔喷嘴，于是工作水蒸气减压增速（蒸汽的势能转化成为动能），以超音速喷入吸入室，使吸入室产生一个负压区，炉气由吸入口进入吸入室，蒸汽与炉气成为混合气体进入扩压器后减速增压并进入冷凝器内，在冷却水的喷淋冷却作用下，高温状态的水蒸气与冷却水进行热交换，水蒸气被冷却水冷凝成为冷凝水并随冷却水一起由冷凝器底部的下水口流至水封池内，而被抽炉气则由冷凝器上方的出口排至下一级喷射泵或大气中。
3 控制系统设计
3.1 总体设计
vd炉电器控制系统（如图1）主要包括：水环式真空泵控制、各级蒸汽式真空泵控制、给水泵及循环泵及冷却系统控制、真空盖车控制、氩气控制及破空控制等。为了保证整个系统的运行可靠，本系统利用西门子可编程序控制器s7-300实现了对现场数字信号状态，模拟信号采集并将采集信号通过cp5611卡mpi网络传送给上位机中，上位机在根据需要将控制信号通过cp5611卡mpi网络传输给plc，通过plc完成各个控制对象的输出。同时利用wincc5.2组态软件实现对设备的实时远程监控，包括对现场开关量的实时显示、对模拟量的实时显示、下位机运行参数的实时修改、故障报警、运行参数记录等等。
3.2 硬件配置
本系统采用的cpu为314-1af10-0ab0版本。配64kmcc存储卡，i/o模块配置为64di 32do 16ai2ao。系统压力、流量全部采用川仪公司eja变送器转换为4～20ma标准信号送plc。温度采用铂电阻信号送plc。
主、辅水环式真空泵电机功率90kw；罐盖车行走电机功率11kw；真空罐盖升降电机功率30kw；给水泵三台，每台电机功率37kw；循环泵三台，每台电机功率30kw；冷却风机两台，每台电机功率11kw。
3.3 真空泵步进（自动）控制系统控制原理
控制系统分为手动控制及步进（自动）控制。步进控制受手动控制连锁，随时可在步进状态下转入手动控制模式。下面重点就步进模式为例对控制系统进行简要的说明。
步进（自动）控制总计七步控制指令，受“步进”按钮信号控制，其中步、第二步不受真空度控制，第三步受32kpa连锁，第四步为8.6kpa，第五步为2.5kpa，第六步为0.53kpa。当达到67pa时保压。第七步为破空自动程序打泵。当外部条件，（通知锅炉房供汽，开平衡蒸汽阀、汽包放散阀、总进水阀，30秒后，开蒸汽总阀、60秒后关汽包放散阀）准备好时，启动冷却水系统和真空泵给水泵。步进控制受三台给水泵中任意两台的组合开启，三台冷却循环泵的任意两台的组合开启；两台冷却风机之一开启联锁控制。当上述信号准备好后“steout_end ”作为步的初始脉冲触发信号使下面的步进得以正常开展。
设置双向脉冲计数器c1作为步进的计数控制，计数复位受 ① 步进按扭控制，②t7在第七步结束时被触发，延时1秒后复位c1，同时t7将c8（step7计数器）复位。c1的正向计数脉冲由network1发生。逆向计数为step6—3。步计数由steout_end信号的上升沿触发，计数值=1。此时置步程序中的比较器被激活，当外部的“步进”指令到达时，s1_sta（s）被置位，同时后一步s7_end（r）被复位。同理，不同的计数值激活相应的比较器使得下一步的使能被置位而上一步的使能被复位关闭。允许置步外部“步进”指令脉宽处理。步进按钮信号被钳在1秒的脉宽上。同时steout_end信号的到达使步进按钮信号灯以一秒速率闪烁，按下步进按钮时t6使步进指示灯在脉冲展宽期间灯亮。置步计数器c1的当前值将被识别后激活（置位）其中的第n步的“开始”标志锁存（sn_sta）和复位n-1步的“开始”标志和“结束”标志的锁存。
step1分步计数器c2受来自“置步”的置位而被“允许”，秒脉冲使得计数器得以计数。累计数值使得各比较器依次开通，每一分步以一秒节律下行。分步的后一步#s1_end（s）的激活使c2执行复位，同时位于脉冲发生器的第二步连锁接通一旦“步进”指令到达即可发生step2的上升沿脉冲。“自复位/步进完毕”step2分步计数器c3受来自“置步”的置位而被“允许”，秒脉冲使得计数器得以计数。
真空泵步进（自动）控制系统控制流程如图2所示。
其分步为启动主水环泵，其输出中还受到外部“禁止启动”信号“m1_esatr”的连锁。主泵启动的分步指令到达1秒后ec泵（启动泵阀）启动，同时15秒后辅泵启动，上述时间由系统的秒脉冲通过c3计数在比较器上设定的计数值来完成输出控制，第四分步为结束标志输出，同时将本步的计数器c3复位。step3～6的原理与以上相同。step7作为停泵执行步对正在运行的10个被置位锁存的对象依次执行复位，完成停泵的全过程。第11分步是s7_end（s）；在将本步的计数器c8复位的同时激活的t7，对下述对象执行1秒钟的输出：总步进计数器复位；对“允许置步”的触发器#opt_enable复位。第11分步s7_end（s）同时对被“置步”激活的第7步的s1_sta进行复位。
3.4 氩气流量控制
氩气搅拌强度必须与炉内真空度相配合，因为当钢包炉内真空度提高，即炉气压力下降。氩气的相对压力就高了，其流量就会增大，对钢液的搅拌强度就要增加。所以，随着真空度的上升，要适当降低氩气的压力。以确保合适的搅拌强度。通过调节氩气压力，流量控制吹氩搅拌强度；氩气控制采用fb41/db41程序块进行连续pid调节，采样周期1sec死区带宽3%。设计氩气流量上限为400nl/min；下限为133nl/min。在自动调节状态，氩气流量将根据罐内的真空度变化情况自动调节阀的开度从而完成脱气过程中的自动供氩。流量积算以每分钟累加积算，并在wincc画面上进行显示。氩气系统监控画面（如图3）
（1） 氩气流量范围计算（图3）
qmax-qmin=qs=400-133
=267nl/min
真空度范围计算：
pmin-pmax=ps=101-0.067
=100kpa
常数计算：
k1=qs/ps=267/100=2.67
（2） 氩气流量给定值的计算：
sp=pv×k1+qmin
qmin=1/3q=133
pv=真空度当前值
（3）
调控原理：当pv值较大时（低真空度）有较大的sp值（见3.4.2分式）即氩气流量与真空度成反比。到达脱气状态时，氩气流量则被恒定在1/3q的区间。
3.5 其他设备控制
主、辅水环式真空泵采用施耐德公司的软启动控制器控制，两台泵互为备用。罐盖车行走采用日本富士公司变频器控制，真空罐盖升降电机功率30kw，采用直接启动控制。罐盖提升和盖车行走连锁，当罐盖在提升位置，行走才有效。给水泵及循环泵各三台，两投一备分别采用串联自藕变压器降压启动。冷却风机两台电机采用直接启动控制，氩气控制采用电磁流量计控制。
3.6 系统功能设计
（1） 按照生产需要的不同可选择手动控制和步进（自动）控制设备的顺序启动、顺序停止、故障自动停机等。
（2）报表打印功能。可以在每次抽真空结束后将，抽真空时间、保持时间、极限真空度、循环水温度压力、氩气压力流量等参数以报表形式打印出来。
（3）报警功能。本系统可以在生产过程中实时监控各种关健设备的运行状况，若设备的运行参数超出事先预定的上下限，则在主控的上位机上发出报警信息，提醒操作人员采取相应的措施。
（4） 故障记录功能。本系统可记录在运行过程中出现故障的设备，记录故障时间及简单的信息，方便维护人员维修系统设备。
4 结束语
系统自2005年4月调试投入运行以来，运行可靠状态良好。使用方便，对北满特钢的生产顺行起到了重要作用。
摘 要：采用 西门子PLC和旋转编码器作为自立袋罐装机的控制系统，通过西门子PLC的高速计数器将旋转编码器的转角读取，根据转角位置发出控制信号，简化了自立袋罐装机安装调试工作，同时增加了自立袋罐装机的柔性，提高了可靠性和工作效率。
1 引言
传统的自立袋罐装机多采用继电器控制，随着执行机构的增多，功能的增强，使得机器越来越复杂，给制造、调整、使用和维修均带来不便，并且会使故障率增加。
由于目前罐装机行业竞争激烈，企业要在竞争中站稳脚跟，需要不断的改进产品质量，向自动化、高效化发展。PLC由于其抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，等优点被广泛应用于各种工业控制领域。利用PLC实现对自立袋罐装机的控制，结构简化，维护方便，可以节约调整时间，增加设备的柔性，同时运行稳定可靠。本系统采用西门子S7-200PLC，文本显示器和OMRON增量型旋转编码器对原系统进行改造，取得了令人满意的成果。
2 生产流程图
本系统是集灌装、旋盖、清洗于一体的生产线，适用于有嘴软包装袋的自动定量灌装、旋盖，可以灌装液体、酱料等流体产品。本机采用特殊灌装头，可分二次灌装，当灌装位置没有包装袋时，灌装头不会流出灌装液体，保证了包装袋产品外观的干净整洁。具体流程图如图1所示。
图1 生产流程图
3 控制系统
原系统采用凸轮系触发控制信号，利用五个调整好的凸轮，来实行工作循环及节拍，控制各执行机构的动作。在执行灌装过程的五个步骤，即：电器联锁，泵工作，阀工作，旋盖和清洗，要求凸轮在达到一定角度时五个凸轮配合工作。此方法虽然也能满足控制的要求，但是凸轮位置要求较高，调整麻烦，设备的装配、调整带来困难，而且，当生产过程中的工艺参数发生变化时，调整起来相当困难。原系统凸轮系结构如图2所示。
图2 凸轮系结构图
新设计采用PLC和旋转编码器实现对各执行机构的jingque控制，使控制系统模块化，设备的零部件数量、结构大为简化。同时通过与文本显示器相结合，还能根据包装产品的不同，方便快捷地修改工艺参数，省去了原始控制面板的设计与生产，具体结构如图3所示。
增量式旋转编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角，利用西门子S7-200的高速计数器指令(HSC)来实现jingque读取旋转编码器的转角，从而实现对空间凸轮所转过的角度进行检测。当脉冲数表明空间凸轮转过所要求的角度时，PLC就发出指令，要求各执行机构执行相应的动作，即实现灌装、旋盖和清洗。高速计数器的高计数频率取决于CPU的型号，CPU224有6个高速计数器，6个单相计数器，均为20kHz的时钟速率。
1.电机2.旋转编码器3.减速器4.凸轮分度器5.出袋口6.清洗装置7.旋盖装置8. 文本显示器9.灌料装置10.压注装置11.料箱 12.加热水箱
图3灌装机主要结构图
4 控制系统时序图及程序流程图
控制系统的时序是非常重要的，既要紧凑，又要满足各个工序要求，只有安排得好，各执行机构才能合理执行各自的动作。原系统采用凸轮系对设备各执行机构进行控制，改造后采用PLC、位置传感器及旋转编码器等来完成控制。
