西门子6ES7516-2PN00-0AB0详细说明
一、项目介绍
1. 公司的业务范围主要致力于国内外环保产业的BOT 模式建设投资，主要包括城市生活垃圾（工业危险废物）焚烧发电厂、城市医疗垃圾、城市污水处理厂的投资建设，公司下属电气自控工程技术部，主要从事项目整套电气和自控系统的设计、选型和编程调试工作；从“深圳市医疗废物处置中心”项目设计使用S7-300软冗余系统作为主控制系统；医疗垃圾处理项目作为我国近几年来的重点项目，国家环保总局非常重视，对主体设备和自控系统的要求也非常高。
2.本系统主要是通过检测现场烟气温度和压力，通过控制调节风机、水泵以及加药装置的频率和控制开关，从而达到控制烟气温度和含量的目的；通过西门子S7-300系列PLC通过采集和控制模块对设备和现场仪表进行采集和控制，并把信号通过底版总线与CPU处理器传输，由CPU处理器完成处理后，再通过以太网与工控机连接；本系统有两套完全独立的CPU处理系统，通过IM153-2 分别与远程的I/O模块通过PROFIBUS总线通讯，当一套发生故障时，备用系统自动投入运行；
当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行远程控制；并自动把数据转换为OPC的数据传输格式，把需要显示的数据传送给模拟屏。
3.工厂外貌图片
PLC
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二、系统介绍
1. 项目简单工艺主要针对城市医疗垃圾进行处理，医疗垃圾收运后运到处置中心进行焚烧处理，垃圾首**入焚烧炉和二燃室进行配风焚烧，焚烧后的烟气通过锅炉进行降温、除酸喷雾塔和布袋除尘器进行除酸和除尘，通过35米烟囱直接排放；锅炉产生的蒸汽用于发电或其它用途，本自控系统主要控制垃圾燃烧后产生的烟气温度和烟气成本含量，保证减少二次污染。
2. 本项目主要使用西门子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模块选型如下：
中央处理器模块 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2块，工作存储器128KB；
电源模块6ES7307-1EA00-0AA0 2块给CPU供电；
通讯模块6GK7343-1EX20-0XE0 2块与计算机进行网络通讯并进行两个CPU之间的冗余通讯；
接口模块6ES7153-2AA02-0XB0 2块进行PROFIBUS远程I/O通讯和系统冗余通讯；
电源模块6EP1333-2AA00 2块给ET200供电；
DI数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 5块 采集现场设备的运转及故障状态；
DO数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0 3块控制现场设备的启停；
AI模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0 2块采集现场设备的压力、**、烟气成分含量以及风机和加药泵的频率信号；
TC热电偶输入模块6ES7331-7PF10-0AB02块 采集1000度以上的烟气和蒸汽温度信号；
RTD热电阻输入模块6ES7331-7PF00-0AB02块采集1000度以下的烟气和蒸汽温度信号
AO模拟量输出模块6ES7332-5HF00-0AB02块通过程序的PID自动调节控制风机和加药装置的频率；
三、控制系统构成
1．本项目的硬件设备主要分为三个大部分：PLC部分、现场设备以及模拟屏部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的数据传输给计算机并传诵计算机下达的控制命令，并内部通过强大的内部运算国内进行PID自动调节，具体组成和选型依据如下：
PLC 选用西门子的S7-300系列PLC，设计为软冗余系统，PLC本体与远程I/O通讯为PROFIBUS 协议的串口通讯，PLC与计算机采用以太网，并以以太网作为冗余网络；中控室计划设计为两台工业计算机模拟屏等设备，与计算机的通讯采用RS232直接串口通讯，软件选用WINCC.0组态软件。
现场采集和显示控制设备，基本选用国产元件，一般选用的测量1200度以上的温度S分度热电偶，1200度以下500度以上用S分度热电偶，500度以下用PT100热电阻测量，直接与相应的PLC模块连接，不需要任何的变送器元件；压力选用压力差压变送器把压力信号变成4-20mA的标准信号送到AI模块；电机的转速通过变频器调节，频率信号通过AI 模块输入，频率的设定通过AO 模块输出4-20mA的标准信号进行控制，启停控制通过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。
2．附加系统设备主要有变频器、压力变送器、温度传感器、智能仪表和控制继电器等，大部分设备与PLC之间全部采用硬连接，硬件配置及网络结构见下图：
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3.多种方案的比较
过于系统选型方案的比较，由于以前工程的冗余控制系统一直使用国内的DCS系统或者PLC的硬冗余系统，但从使用效果以及造价成本方面考虑，国外DCS系统价格非常昂贵，国内DCS系统又不是特别稳定；用PLC硬冗余系统也存在价格比较贵的原因；通过比较，决定用价格相对便宜而性能又比较稳定的西门子软冗余系统尝试使用。
四、控制系统完成功能
1．本系统的主要工作分以下几个方面：
Ø 软冗余功能的完成
软件冗余是西门子公司实现冗余功能的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中，节约成本。但在垃圾焚烧项目中对设备的控制要求非常严格，也就是说控制设备在冗余切换中不能断开，本人根据西门子公司的软冗余手册进行调试和编程，后效果非常好，不会出现切换设备中断的现象，给下面的工作带来了巨大信心，具体调试过程在西门子的“软冗余文章”全部有描述，在此不做过多的描述。
Ø控制功能的完成
本系统的自动控制功能主要分以下几个部分：
一次风机、二次风机以及引风机的联动控制
在本系统中，焚烧系统的焚烧炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机以及引风机的运转频率全部联动控制；当引风机开启后，一次风机、二次风机才能开启，根据温度和烟气的氧气含量控制炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机的频率进行调速控制，直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；一燃室的烟气温度控制到850度，二燃室的烟气温度控制到1200度，使之不产生二恶英；一燃室温度过高时增大进料电机速度，减小一次风风机速度，要保证烟气的氧气含量在19-21之间，亦然；二燃室温度过高时增减小一次风风机速度，增加二次风风机速度，要保证烟气的氧气含量在19-21之间，亦然；并且在控制一二次风的时候，必须自动调节引风机速度，保证烟道压力保证在-150PA左右。
碱液站的自动控制
在除酸喷雾塔中需要喷洒碱液以保证烟气的酸碱度，同上面一样直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；
布袋除尘器的自动控制
设定温度值，利用PLC 内部的比较指令，温度范围在130-190度之间时，启动布袋除尘器，超出范围时，通过PLC程序启动旁通阀，保护布袋。
锅炉给水自动控制
锅炉汽包水位是确保安全生产和维护正常供汽的主要条件，一般要求水位维持在设计水位的±50mm 范围内；设定锅炉给水水位，通过PID 模块自动调节给水阀门的开度，从而达到控制锅炉水位的功能。
系统终检测结果：
PLC 系统采集正常，数据显示和动作控制的时间不超过500ms ,数据交换的准确率为；
PROFIBUS 传输正常，没有掉落模块的情况出现；
PLC 数据传输**，模拟量的**度可以达到13BIT；
冗余系统正常，没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等；
模拟屏显示正常、数据刷新正常，数据刷新速度为1000ms；
2．在本项目的调试过程中，应该说是非常顺利的，只是在开始的时候由于软冗余系统在深圳比较少用，在刚开始调试时比较担心，但经过西门子公司的技术支持，调试非常顺利，在刚开始就确认冗余切换没问题。
1 引言
罗克韦尔（Rockwell）是全球的电子控制和通讯设备制造商，旗下的艾伦-布拉德利（Allen-Bradley）品牌以其可靠性著称于工业控制和自动化领域。
普洛菲斯（Pro-face）是世界上个生产触摸屏的厂家，在人机界面领域里一直充当领头羊的角色，产品不断升级，推陈出新。目前的GP2000系列，性能好，功能强，是同行中的佼佼者。
DeviceNet具有成本低廉、安装快捷、故障时间少的特点，它是在控制器局域网（CAN）技术的基础上，加入了生产者/消费者通讯模式，从而形成的现场总线网络。它允许您通过网络将现场设备与控制器连接在一起，这样就不再需要将每个设备用硬接线的方式连接到I/O模块上，从而降低了花费在接线上的时间和金钱。
本文基于自来水厂投加系统的设计，着重介绍通过A-B PLC、Pro-face触摸屏、A-B变频器等组成的自动投加系统的实现方法。
2 投加系统简介
目前，自来水厂在净水工艺上经常采用原水投加净水材料的方法，投加物的均匀度、投加量的控制能力都将直接影响到出厂水的水质。众多的净水材料有不少是粉末状的，传统的人工直接投加不能满足科学生产的需要，急需一套稳定可靠的自动投加系统。为了更好的**投加的均匀度，一般采用先把粉末开成溶液，再投到水里的。如图1所示，先通过溶配机把粉末状的净水材料和水混合开成溶液，再输送到储液罐进行充分的搅和，后才通过螺杆泵把溶液投放到水里。这样均匀度和投加量就能得到很好的控制。
图1自动投加系统示意图
3系统联网方案
本系统对溶配机采用了PLC直接控制，这样既减少了电气元器件又简化线路，还通过触摸屏把相关的过程变量准确及时地显示出来，供值班人员作参考之用。为了能够准确地控制投加量，采用变频器控制螺杆泵来实现投加量的线性可调，对频率的设置及一些相关量的控制就是通过触摸屏在现场来实现。系统的部分网络结构如图2。
图2系统网络拓扑结构示意图
由图可知，PLC在这里起到桥梁的作用，向上接收触摸屏发出的指令，向下把这些指令发送到相应的元器件（变频器、继电器、指示灯等），PLC又把接收到的信号（压力、液位、按钮信号等）向上传送到触摸屏供显示之用，其中参与控制的信号，已经在底层程序中实现了。系统指令的流向如图3所示。
图3系统指令流向示意图
4 系统硬件介绍
可编程控制器（PLC）选用A-B微型系列中的MicroLogix1500，这是一种功能强大的小型控制器。它使用罗克韦尔编程软件RSLogix，具有和MicroLogix1000，SLC系列控制器相同的指令集。
人机界面（HMI）选用Pro-face具有信息技术的GP2000系列，型号选用GP2301-LG41-24V，因为它功能齐全价格低廉。画面编辑使用GP-Pro/PBⅢ软件，该软件简单易用，非常适合初学者。
变频器选用A-BPowerFlex变频器家族中尺寸小并且效率高的PowerFlex40交流变频器。PowerFlex40具有强大的通讯功能，只要配置不同的通讯卡就可以能组成DeviceNet、EtherNet/IP、Profibus网络，本系统就是选用22-COMM-D通讯卡来组成DeviceNet网络。因为PLC选用的是MicroLogix1500，在通讯模块上选用DeviceNet扫描模块1769-SDN来配置DeviceNet网络。
DeviceNetRS-232转换器——1770-KFD，它的作用是将个人计算机、工作站、笔记本电脑等接入DeviceNet网，从而可以直接在计算机上对现场设备的操作进行编程。
以太网通讯模块——1761-NET-ENI，它的作用是把该系统连接到厂的以太网上，方便远距离访问各种重要数据。DeviceNet网络的配置：
(1)配置计算机接入DeviceNet网络。硬件使用1770-KFD，软件使用RSLinx。当计算机通过串口与1770-KFD的RS232接口连接好后，则软件的配置过程如下：启动RSLinx，点击“Communications”——“ConfigureDrivers”，则会出现“Configure Drivers”的对话框，在上方的下拉表里选择“DeviceNet Drivers(1784 PCD/PCIDS,1770-KFD….)”此项，接着在出现的驱动选择对话框中选择“Allen-Bradley1770-KFD”，再简单地设置一下就行了。又当1770-KFD的DeviceNet接口接到DeviceNet网时，在Rslinx就会出现类似本系统的画面（如图4）。
图4计算机接入DeviceNet网络图
(2)配置接入DeviceNet网络的设备参数。图4只能看到接入DeviceNet网络的设备，不能对这些设备进行参数的设置，实现这一步要通过DeviceNet网络配置软件RSNetworxForDeviceNet，配置过程非常直观，只要开启了RSNetworx并依次点击“Network”——“Online”选择图4的1770-KFD的链接后就会出现如图5的画面，就可以通过1769-SDN对各DeviceNet网上的设备进行设置了，主要是地址映射的建立。
图5 RSNetworx配置DeviceNet的网络图
(3)程序的开发
对A-BPLC进行编程，用的是Rockwell的RSLogix系列编程软件，对MicroLogix 1500而言，就要用到RSLogix系列的RSLogix500，因为本系统用的PLC处理器单元是具有两个串口的1764-LRP，要用到RSLogix 5005.0版本。编程如图3所示，主要包括对溶配机、变频器的控制，压力、**的读取以及为触摸屏、远程监控计算机提供数据和接收它们的指令等。
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(4)以太网的设置
本系统是通过以太网接口模块1761-NET-ENI接入厂的以太网，那么就要对1761-NET-ENI进行配置，主要是通过ENIUtility软件来为1761-NET-ENI配置一个IP地址，设置过程比较简单，当然远程监控计算机就是通过RSLinx来连接1761-NET-ENI模块的，从而就可以对MicroLogix1500进行读写操作了。
(5)远程监控画面的编辑
在水处理行业，很多都是使用A-B的PLC，监控画面的编辑就是通过Rockwell组态软件RSView来实现。本系统使用RSView32，该软件被评价为目前好的人机接口产品之一。主要功能画面有：反映所有设备运行状态的主画面，反映各设备运行状态的子画面，记录投加量实时的历史趋势画面等。
(6)人机界面画面的编辑
Pro-face的人机界面画面编辑软件是GP-Pro/PBⅢ，该软件集画面创建和逻辑编程于一体，特别适合初学者的简单编程，本系统人机界面的作用有：
·对变频器的开、停、频率设置、故障清除等的控制;
·对溶配机的一步化及各部件的单独控制，以及故障的显示及报警;
·对各储液灌液位进行监视报警。