西门子CPU模块6ES7136-6PA00-0BC0

西门子CPU模块6ES7136-6PA00-0BC0

简介

　　为确保污水处理过程的质量和出水水质符合标准,需要**污水泵站的自动化水平。针对威海污水泵站的控制设备集中、空气潮湿等客观环境,自控系统采用了“集中监测、控制”的设计原则,并结合工艺的需求和自控产品选择遵循的原则,使用力控组态软件作为上位监控软件和西门子S7-300作为PLC控制系统。

系统设计要求

　　根据现场环境和规范要求,要求系统可靠性高、容错性好、易于操作、便于扩展和维护。

实现方案

泵站整个检测仪表与控制系统分为三大层次：
就地控制及现场检测：按扭控制、各种传感器及变送器；
PLC自动控制：西门子(S7-300系列)；
中央控制监视设备：操作站,打印机。

　　控制模式为：格栅运行由格栅前后的水位差值来自动控制,但当超过一定时限后转由时间控制器控制。泵房污水泵的开启根据集水池的水位值自动控制运行泵的轮值。计时累积及备用泵的自动投入均可自动选择或人为重新设定。由各PLC控制设备开、停、各设备的联动联锁。控制层又分手动和自控。手动控制是让操作人员可以操作控制站PLC柜面板上的按键,手动控制设备的开停。自动控制是由PLC按一定程序进行自动控制。手动控制层具有高的控制优先级,当现场控制方式手柄置于“手动操作”时,可在现场控制柜上实现手动控制和检修,控制柜需提供基本的控制联锁或联动。

　　力控负责控制系统的协调通讯,根据工艺要求自动进行调节和控制现场设备。具有操作员界面、历史数据存档、趋势显示、报告生成、安全权限、设定值、故障分析及打印系统等功能。具体功能如下：

①操作员界面

　　系统提供用于操作数据和非正常情况有效地通讯的操作员界面。所有过程变量的数值和状态,动态刷新。

　　通过操作员界面,可以实现：显示和控制现场设备：显示测量值、设定值、输出值和调节方式。对模拟回路可以手动改变设定值、输出值和控制方式等；对离散量可以手动操作设备的启停。画面显示指令状态和实际状态。了解报警信息及其优先级,启动报表打印等。

②历史数据存档

　　系统支持历史数据的记录存档,以实现定期对历史数据的连续记录。当发生数据丢失及磁盘剩下10%空间时报警。系统允许用户自行定义存档间隔以避免不必要的数据存档。

③趋势显示

　　趋势显示包括历史显示和实时显示等功能。趋势显示的形式,包括数字、棒图显示等多种实时或历史的趋势,直观易看,供调度员分析比较,找出泵站的佳运行规律和分析事故原因,改进管理方法。对于每一幅趋势图,操作员能对点、点的数量和时间范围进行在线组态,以及在线缩放趋势曲线。系统提供滚动条用来使趋势曲线在历史记录中间向前或向后移动。单选某一个参数时,可以显示该参数的全部信息以及实时趋势和历史趋势。在同一趋势图上,可显示至少二个变量的趋势记录曲线。

④报告生成

　　泵站参数的运行分析结果会以生成报表的形式送到管理中心供参考。除了这些,系统还提供预先定义格式的标准报告：有格式报表、无格式报表、诊断报告、报警及事件报告、操作员踪迹报告、点踪迹报告、按班、日、月生成生产报表。系统中仅需要输入报告的目录信息,以及其它参数如点的名称或通配符、过滤信息、搜寻时间间隔和目标打印就能完整地对报告组态。系统中不需采用任何编程或编写来形成报告。

⑤安全性

　　工艺过程、档案库和系统设置权限的存取,系统支持大到六级操作员级别以允许从操作人员、系统维护人员到企业设备经理对系统不同权限的操作。每个设备操作时均有权限限制,以防非操作人员的误动。

⑥报警管理

　　为了让操作人员迅速而**地得到过程中异常情况的信息,该系统支持完善的报警监测和管理功能,显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件报警。报警有多种显示方法可选,按照时间、日期、优先级等有多种选择。

结论

　　该系统很好地满足了设计要求,并具有良好的性能价格比,目前已正式投入使用。本系统对行业中同等规模的污水处理厂有很好的借鉴意义。

设备介绍：
　　该模温机是协助一OEM客户开发的，用于配合注塑机运行。开始OEM客户采用传统的电器设备控制方式做了一台样机，根据系统要求，控制水泵、水阀及一些报警显示需要相应的一系列开关和指示灯，还需大量各种继电器，接线也非常麻烦。样机的调试及试用结果并不理想，于是决定采用PLC来实现设备的运行控制。很明显，在能达到系统控制要求的情况下，客户优先选择了价格便宜的西门子224CPU加上UniMAT的4TC模块和16DO模块来实现控制。
 
控制要求：
　　1.  根据路温度反馈或设定的时间控制热水或冷水的排送。
　　2.  控制流程分为手动控制和自动控制两种方式，两种控制方式不能进行，所有动作必须在水泵启动的情况下完成。
　　3.  通过触摸屏监视和控制设备的运行情况，有报警显示。
　　4.  要求能保存几组设定好的各时间、温度参数，并能读取直接用。 

 

　　地址分配表：

控制流程图： 

触摸屏主要界面：

　　采用西门子PLC作该设备的核心部分，不仅编程控制简单、布线简单，维护也很方便，在西门子CPU的基础上使用UniMAT的扩展模块，不但保证了控制的稳定，更节省了成本。

一、采用恒温恒压供水的好处

     恒温恒压供水系统对于生活是非常重要的，例如在房屋供水过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响居民生活。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大损失和人员伤亡。恒温供水则能保证供给用户的水保持在设定的温度范围内。生活小区采用生活/ 消防双恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

      基于上述情况，我公司为一酒店开发供水系统，采用西门子224CPU加上我们自己的UniMAT数字量模块和温度模块作为主控单元，利用西门子变频器，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的。

 二、供水控制系统的基本控制策略

      采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网**变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(4－20mA)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。

      变频器与PLC的通信只需要调用USS库程序，编程简单明了。UniMAT温度模块（231.7PD22）的测温误差控制在1℃之内，能有效的保证水温的检测工作，各数字量输入通道检测低水位信号，输出通道按设定好的程序控制各开关和水阀的动作，保障系统正确无误的运行.

      三、供水系统的基本构成

      变频恒压供水系统采用一台西门子变频器拖动四台0.5KW功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行。用户通过人机界面对水压设定，并可通过触摸屏对电极转速，频率，运行状态和水压等参数进行监视。

      启动方式:为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。

      变频调速:根据供水管网**、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号泵投入变频运行。

      多泵切换:根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。

      供水系统分三部分储水，一部分为冷水，一部分为加热过的热水，两部分的水通过水阀控制汇集到第三个储水部分，该部分装有水温探测器，回馈温度信号至UniMAT温控模块，再通过PLC控制前两部分水阀的开关，把第三部分水的温度保持在一设定的范围。

      为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。

      故障处理:能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。PLC故障，系统从自动转入手动方式。

      监控程序：系统主窗体四个按钮控件，分别为参数设置、实时监测、启动和关闭系统，用户可根据实际情况修改压力、温度设定值。

      主要控件功能包括:

     (1) 压力设定值范围:0.30-0.60Mpa；水温设定值范围：5℃-60℃。

      (2) 校正系数:主要是对压力显示进行校正，使压力显示与压力表显示一致。

      (3) 复位按钮:运行中按下，将使系统重新启动，各参数回到初始设置。

      (4) 设定按钮:在文本框输入压力设定值和校正系数后，按下此按钮，压力设定值和校正系数才能通过串口发送给下位机