西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8参数方式
据报道，日前施耐德电气推出了PlantStruxurePES解决方案，这款解决方案中，过程控制系统能一个能一并解决能效、生产率和柔性问题兼具PLC和DCS的优点。施耐德电气工业事业部工厂自动化解决方案副总裁DavidOrgazD‘Hollander先生曾表示PlantStruxurePES是PlantStruxure解决方案中偏向过程自动化控制的系统方案，也是施耐德在过程自动化朝智能化发展的新重量级的一块新的产品拼图。近日，有媒体采访了David，就PlantStruxurePES进行了相关探讨。
传统的PLC和Scada的优点和优势包括开放、灵活，简单实用，但对系统集成管控有所欠缺。而传统DCS阵营，它优点是单一的数据库，集成性非常好，但开放性不足，与一些电气系统、设备，比如能源管理方面的系统集成做得不是特别好，另外就是执行层面上稍微比较复杂一点。当然现在的DCS或PLC架构都在不断进步，而PES就是把这两者相关的优点优势完全整合到了一起。PES开放、灵活、易于执行，同时又兼顾DCS的集成性，全局数据变量、全局行业库等等，同时把过程控制和能源管理紧密的联系在一起，这就是面向未来下一代过程控制系统PlantStruxurePES。
PES的系统都是遵循相应的工业标准，开放性工业标准的，在设备层，系统都是基于(MPT和DTM)技术，现场设备和设备类型的管理性，只要符合(MPT和DTM)的认证的设备、仪表，都可以直接集成到我们系统里面来。在通讯层，Ethernet/IP工业以太网协议这是我们通讯的中枢，Ethernet/IP大的优点就是跟商用的以太网的协议和标准是完全兼容的。在软件方面，比如我们的系统库数据也是开放性的，可以直接用这个库，或者是在这此基础上做二次开发，生成自己相应的工艺过程控制的程序，来优化提升你的产能生产力。
同时未来，我们将面临着提高设备性能和底线，优化能源使用和提高可持续性，减少停机时间，提高操作员的效率，提高工程和维修效率等挑战。汇集了好的PLC/SCADA和DCS的优点，并结合与集成的能源管理功能，可在整个生命周期提供卓越的价值。
系统概述
水箱式拉丝机：是由多个拉拔头组成的连续生产设备，通过逐级高速拉拔，并将拉拔头置于水箱中，后将钢丝拉到所需的规格的一种高速拉丝机，适用于钢帘线、胎圈钢丝等金属制品行业、不锈钢制品行业。
系统原理
通常水箱拉丝机钢丝在拉拔过程中与卷简之间产生了不同程度的相对滑动，并且工作时钢丝、卷筒、拉丝模都浸泡在冷却润滑液中或被其喷淋。
水箱式拉丝机一般配置了多个拉拔头。通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。在整个拉拔过程中，根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化，拉伸系统各级之间依靠拉伸轮的转速差别和线上张力来控制同步协调工作。其控制部分的关键是要保证将拉丝机出线与工字轮收线机之间统一协调的高速、稳定的张力控制。
图：系统结构示意图
系统配置
基于和利时专用控制器的水箱式拉丝机电控的典型配置:
图：电控系统配置图
解决方案
统一控制
传统方法：变频器只实现张力控制；PLC实现简单的排线功能
问题：变频器与PLC协调衔接不好，导致高速拉细线（0.1mm左右）时，收卷效果不佳。
和利时解决方案：采用一体化控制器，将张力与排线等功能，统一控制实现，速度快，调节效果好。
张力检测
传统方法：模拟量方式----接近式传感器。
问题：检测精度低，响应慢，在速度发生变化时，例如启动加速段，无法有效保持稳定
和利时解决方案：模拟量反馈做为初始化定位使用。在“跳舞轮”轴上，加装增量式编码器，可以根据需要选择高精度的编码器。从根本上解决上述问题。
排线
传统方法：采用普通PLC控制。
问题：处理慢且缺少专用排线算法，普遍有塌边现象。
和利时解决方案：采用专用的排线算法，高效，稳定，并且能够智能化探测工字轮变形，自动排线补偿。彻底解决塌边问题。
系统评价
基于和利时公司高速拉丝机的控制解决方案，有效解决了传统方法在高速拉丝机上控制效果不佳的问题，拉拔线速度可以达到1200m/min以上，是水箱式为代表的高速拉丝机行业的控制解决方案
本文介绍了大同市黄河给水工程40×104m3/d净水厂综合自动化控制系统，描述了基于“沉淀过滤+臭氧活性炭”净水处理工艺和“重力浓缩池+板框压滤机”废水处理工艺下的净水厂工艺、自控系统设计及自控系统特点等，并着重介绍了和利时LK系列PLC在此净水厂自控系统中的应用特点。
关键词 净水厂综合自动化；控制系统；LK系列PLC
1 引言
大同市黄河给水工程净水厂设计规模为40×104m3/d，厂址位于大同市南郊区口泉乡堡子店村和辛寨村。根据城市集中供水和服务城市生活和生产用水的性质，水质目标执行国家颁布的现行标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》，为满足用户终端水质低于1.0NTU的浊度要求，此水厂的出厂水浊度要求低于0.5NTU。和利时公司作为自控系统承包商，不仅要配合其他达到净水厂的出水要求，完成此水厂的综合自动化控制系统，还要将LK系列PLC与其他品牌PLC、控制软件和仪表充分融合，达到无缝衔接。
2净水厂的水处理工艺
大同市黄河给水工程净水厂净水处理工艺为“沉淀过滤+臭氧活性炭”，处理后水泵送至城市管网。如图1所示。废水处理工艺为“重力浓缩池+板框压滤机”，脱水后含水率低于40%的泥沙由车辆运输至12km外已经建成的城南垃圾处理厂集中处理。净水厂内主要设置调流及安全阀间、格栅配水车间、混合絮凝沉淀池、V型滤池、鼓风机及反冲洗水泵房、清水池、送水泵房、加氯间、加药间、粉末活性炭和高锰酸钾投加间、沉淀池排泥水调节水池、泥沙浓缩车间、泥沙脱水间及变配电间、滤池回收水池等构建筑物。净水厂内同时考虑中间提升及臭氧接触池、炭滤池车间、臭氧发生车间等深度处理系统构建筑物。
图1净水处理工艺
3净水厂自控系统的设计
大同市黄河给水工程净水厂综合自动化控制系统由中央监控计算机、服务器、工业以太网及各控制子站组成，如图2所示。中央监控计算机通过通讯适配器与工业以太网相连，配置实时监控软件，实现对生产现场设备状态的实时监测、远程控制、生产过程数据存储分析、报表报警打印等功能。
中央监控室配置2套冗余热备的中控监控主机、3台操作员站，光纤网通讯接口适配器、生产过程数据服务器、管理主服务器、管理数据服务器、工程师站、报表打印机和事故报警打印机，DLP投影组合，中央控制台，不间断电源(UPS)等。
通讯网络采用10M/100Mbps工业以太网，主干网为光纤环网，控制站下一级为链型分支。
各控制子站采用PLC控制系统，根据水厂的生产管理、工艺流程和构筑物位置分布特点，在生产现场设置8个现场PLC控制站（1#PLC~8#PLC），59个现场ECU控制单元（ECU101、ECU201~ECU234、ECU401~ ECU424）。 各现场PLC控制站分配如表1所示。
表1 PLC控制站功能分配
图2系统结构图
4净水厂自控系统的特点
大同市黄河给水工程净水厂的自控系统融合了和利时公司的LK系列PLC、AB公司的ControLogix系列PLC、亚控科技的KingSCADA3.0上位组态软件及哈希、E+H 、科隆等厂家的在线仪表等。PLC控制系统作为整个自控系统的核心部分，具有以下特点。
（1）高性能
系统组件的设计符合真正的工业等级，控制系统能在严格的工业环境下长期、稳定地运行，尽可能降低控制系统故障风险，保证能源收益，确保水厂7×24小时的不间断供水服务。
LK系列PLC配置了工业级的处理器，其主频可以达到533MHz，同时具有纳秒级的处理速度，单条指令快可以达到13ns的处理速度；具有大容量的内存，程序容量可以达到16M，数据容量可以达到64M，而掉电保持数据的存储则可以达到1M；还拥有非常大的系统I/O容量，数字量I/O可达57344点，模拟量I/O则可达3584点；LK系列PLC的定时器和计数器是超长不限点的，只要在程序容量允许的范围内用户可以随意使用。
（2）高可靠性
PLC控制站一般设于高电磁干扰环境，如提升泵房、鼓风机房等。
LK系列PLC的控制系统具有较强的电磁兼容性，系统采用各种隔离、抗干扰设计，保证系统能在强电磁干扰环境中稳定运行；还具有通讯事故时的输出保持或输出预置功能，并且采用低功耗无风扇的设计结构。
（3）易用性和易维护性
PLC控制系统一经安装完毕，控制系统便可进入自动运行状态。在自动运行过程中需要PLC控制系统在不影响整个系统运行的情况下进行模块的更换及系统维护。
LK系列PLC的模块支持带电插拔，更换模块时无需中断系统运行，新模块将会自动进行数据的初始化设置，并快速与CPU建立通信；背板上设计有防混淆，以避免插错模块；灵活的SD存储卡，可进行工程恢复及备份复制，使系统维护更加方便、快捷。
（4）开放性和兼容性
基于标准协议的通讯网络可非常方便地将第三方设备接入，如加药系统、加氯系统及泥沙脱水系统等，允许大量过程反馈信息传输，支持设备参数访问功能，可提高系统的性能与诊断能力。
LK系列PLC不仅支持与各种品牌PLC的通讯，例如西门子、GE、AB、施耐德等公司的PLC，此工程完成了与AB公司的ControLogix系列PLC的通讯；而且支持与上位监控软件的通讯，例如iFIX、INTOUCH、组态王、MCGS、力控等，此工程完成了与亚控科技的KingSCADA3.0上位组态软件的通讯；还支持与主流品牌触摸屏的通讯，例如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTou。只要HMI支持标准的通讯协议，都可以很方便的进行连接。
强大的扩展功能可为远期扩容、升级改造预留接口及容量。
（5）过程诊断和在线维护
提供的强大诊断功能，能够方便、高效访问相关信息，发现导致故障的根本原因以及需要修正的过程参数等，以便提前发现生产过程中存在的问题，可以避免设备意外停机，从而降低运营成本。
LK系列PLC支持在线下载、在线修改以及离线仿真调试等功能。
5结束语
和利时公司作为整个厂区综合自动化控制系统承包商，将LK系列PLC与其他品牌PLC、监控软件、在线仪表等控制设备在工程实施中充分融合，完成了综合自动化控制系统的自动监视与控制、计算机管理网络、综合布线、闭路电视监控、安防门禁等系统。LK系列PLC配置灵活、控制可靠、开放性强和在线维护方便等优点，为整个控制系统的安全稳定运行提供了可靠保障。
随着石油、煤炭、天然气等矿物能源的日益枯竭，以及使用矿物能源带来的环境污染问题严重，发达国家开始征收能源税和碳税，环保对常规发电提出新的、严格的要求，在这种情况下，人们将目光投向了新能源。随着绿色能源的大力发展，风能作为一种清洁的可再生能源，储量丰富，越来越受到的重视，一些国家对风力发电给予政策扶持，以减税、抵税和价格补贴等经济手段给予激励，推进了风力发电的发展。风电领域中，使用PLC（可编程控制器）作为风力发电机组控制器进行风力发电机组控制，由于国外整机厂家控制系统核心技术对外保密，提供维护服务费用较高，所以风力发电机组控制系统的国产化势在必行。
本文主要介绍使用和利时公司LK系列PLC进行风力发电机组控制系统的改造工作，结合实际项目介绍改造过程中PLC的选型、配置，通讯的设置等。使用LKPLC改造的风力发电机组在现场工作正常，发电量与附近风力发电机组相当，功率曲线与风力发电机组设计要求基本吻合，满足用户需求。
关键词 和利时，风力发电，PLC，主控系统
1 引言
当今使用多的燃料是煤、石油、天然气等，被称为化石燃料，这些燃料在地球上的蕴藏量是有限的，终会枯竭，故节约能源与开发新能源是当今各国研究的课题。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。其中风能是储量巨大的新能源，风电的发展一直是新能源发展的重点。
我国风电技术从引进就直接过渡到大规模生产，在大规模风电场建设中，现有国外风电技术与我国国情的不适应越来越突出。面对高成本、售后技术支持跟不上、产品故障率高、维护难等问题，使我国风电事业发展遇到瓶颈。
因此，大力发展自有技术，开发的风电机及控制产品，让大型风电设备得到推广普及，将成为我国广大工程技术人员和研发生产企业的共同努力的目标。只有这样才能让我国的风电产业大力发展，才能使风电成为重要的新能源，才能保证风能技术的开发领跑世界风电产业。
2 需要改造的风机介绍
该风机为变速恒频风电机组，三叶片、迎风、水平轴向的风机，叶轮的直径为 70.5米。风机的叶轮和机舱安装在圆锥筒状的塔架顶部，轮毂中心距地面的高度为 64.78米。风机采用主动偏航控制（使风机按照风向调整转向），主动变桨矩控制（用来调节风机叶轮转速）和发电机/功率电子变换系统（用来产生标准50Hz 690V 的电能）。[1]
控制系统采用某品牌 PLC，配置如图2-1所示，包括塔底柜和机舱柜。
图2-1 需要改造风机原始配置图
由于该型号风机使用过程中故障率高，并且存在元器件损坏后，需要购买国外整机厂商的配件，或请原厂家人员进行维修，配件价格与维护费用高昂，原因在于用户无控制系统核心程序，不知道配件配置，只能用指定的配件，自己无法选择与维护，故风场用户需要改造该型号风机，使其具有自主程序，便于工艺研究与维护。
3 和利时控制系统LK PLC配置
和利时主控系统采用风电专用控制器作为主控制器。由CPU模块、I/O模块、CANopen主站模块、电量采集模块、通信模块、计数模块、电源模块、背板和HMI等组成，以满足风力发电机的控制要求[2]。
主控制柜，安装于风电机组塔筒底部，与机舱柜通过现场总线进行通讯；与远程监控系统和人机界面通过工业以太网进行通讯，对风电机组整体运行进行控制和监视；并发送指令到偏航系统、变桨系统以及变流控制系统。如图3-1所示。
机舱站，采用远程I/O方式，设置成控制分站。用于采集电网电量信息，记录风向、风速、发电机转速及温度等数据，控制偏航、扭揽。机舱站通过光纤介质与塔底主控站进行通讯。
人机界面，安装于风电机组塔底和机舱，通过工业以太网与主控制器通讯；用于完成系统运行状态控制和显示、风电机组参数设置、故障记录的查询等工作。通过设置用户访问权限，保证风电机组操作的安全可靠。
SCADA系统，安装在中控室，便于远程操作控制风机，包括完成系统运行状态控制和显示、风电机组参数设置、历史数据的查询和统计、故障记录的查询等工作。通过设置用户访问权限，保证风电机组操作的安全可靠。
图3-1 和利时LK PLC配置图
4 和利时控制系统软件组成
风机控制系统由图4-1所示几部分组成：
图4-1 和利时LK PLC控制系统组成
风机控制系统使用的通讯协议如下所列:
(1)与变流器通讯，采用CANopen通讯协议；
(2)与变桨系统通讯，采用CANopen通讯协议；
(3)塔底与机舱通讯，采用Profibus-DP通讯协议；
(4)与电能表通讯，采用MODBUS RTU通讯协议；
(5)与HMI通讯，采用MODBUS TCP通讯协议；
(6)与SCADA通讯，采用OPC通讯协议；
5 结论
风机使用和利时LKPLC改造后，根据现场维护数据分析，风机报故障次数和其他风机相比少，正常情况下发电量和周边风机相当（考虑风机位置不同，导致风速大小不同），功率曲线如图5-1所示，功率曲线与风机设计标准吻合。
图5-1 和利时LK PLC控制系统2012年3月与4月功率曲线
由于使用自产PLC及控制程序，可根据风机运行情况调整程序或参数，使风机运行达到优，满足用户使用要求；同时可自由选择风机中使用的各种设备，如风速风向仪、风扇、加热器、测频模块等，这在之前从国外整机引进中是不可能的，只能由国外厂家指定。
使用LK PLC改造的风力发电机组在现场工作正常，发电量与附近风力发电机组相当，功率曲线与风力发电机组设计要求基本吻合。
现场风机运行数据验证了和利时LK PLC满足风力发电机组的控制要求。