西门子6ES7221-1BH22-0XA8使用说明
1 引言
蒸汽发生器(Steam Generator,SG)是核岛内的三大设备之一，核电厂功率损失中有80%是由其损坏引起的。核电厂运行期间二回路系统材料的腐蚀产物进入SG二次侧，蒸发、浓集沉积在传热管、管板和支撑板上及支撑板与传热管隙缝之间，形成硬状泥渣，严重影响了SG的传热管的完整性、传热效率和SG的水位控制，必须得到有效的去除。
2 系统组成
2.1 系统描述
用于SG的水力冲洗装置可以抽象为一个具有两自由度的机器手臂。如图1中所示，图1中:M1:步进交流伺服电机、G1:步进运动减速器、M2:旋转直流电机、G2:旋转运动减速器、EN:增量式编码器、JK:接近开关。冲洗机器手臂顶端喷嘴在旋转电机M2的带动下，将内部的高压水射向远近距离不同的传热管处。为防止旋转部分与SG内部构件发生碰撞导致堵转，设置了接近开关JK进行状态监视。整个机器手臂在交流伺服步进电机M1和PLC的控制下，将喷嘴定位到每排管间处。光电编码器模块EN和控制器PLC组成高精度步进运动，防止高压水长时间冲击传热管管壁，危机蒸汽发生器设备安全。整个控制系统根据设计要求，能进行各种参数设定、运行状态显示和系统自诊断。在故障状态下，具有报警功能和紧急停止功能。根据系统的控制要求，整个硬件的配置和分布如下:
(1) 核岛内高辐射区域(SG旁)
冲洗机器手臂本体:包括松下MINAS A系列伺服步进电机M1、旋转直流电机M2、接近开关JK和编码器EN;
(2) 核岛内低辐射区域(距SG10m处)
现场手操控制箱一个，是整个控制系统的核心部分。包括Siemens S7-200系列CPU224 PLC、交流伺服电
图1 SG冲洗系统工作原理图
机驱动模块、直流电机驱动模块、24V直流电源和控制继电器等;
(3) 核岛外非辐射区域
人机界面Siemens TP7触摸屏、高压供水子系统、泥渣收集子系统;
2.2PLC与电机驱动模块的连接
控制器PLC侧和伺服电机侧连接设计的好坏，直接影响整个高精度伺服运动控制系统。CPU224PLC为14路数字量输入/10路数字量输出，Q0.0和Q0.1产生两路独立的20kHz高速脉冲，输入伺服驱动模块进行经功率放大，控制步进电机工作。输入/输出端口定义如表1和表2所示。根据伺服驱动模块的相关控制信号，形成逻辑判断。
步进电机单次步进行程完成后，若位置偏差计数器内的剩余脉冲数在设定范围内时，位置到达信号(COIN)就被送入控制器。位置偏差计数器大小由伺服驱动模块内参数Pr60适当设置。设定值太小，送出COIN信号时间会过长或造成抖动。设定值过大导致无法完成精度要求。驱动器侧的电机控制时序图如图2所示。
图2 伺服电机启动时序图
3 软件设计
西门子S7-200 Micro PLC提供了上位机编程软件STEP7-Micro/WIN。其强大的功能提供了两种指令集(SIMATIC或IEC1131-3)和三种程序编辑器(语句表STL，梯形图LAD和功能块图FBD)。利用PC/PPI电缆建立S7-200CPU与个人计算机之间的通讯，将上位机的组态程序下装到PLC中独立运行。为顺应目前图形化编程的趋势，程序中采用了梯形图的编程方式。整个冲洗程序流程图如图3所示。控制系统的人机界面(HMI)采用SIEMENSTP7触摸屏，易于实现，操作简单，运行可靠。
图3 冲洗程序流程图
4 精度控制
松下伺服交流电机带有一个增量式编码器(2500P/r)进行位置监控。当起停频率超出时，通过步数丢失可以检测到位置错误。一旦检测出位置误差，就以较低频率进行位置校正，从而构成一个高精度的运动控制系统。
枪体步进一次控制器PLC发出脉冲个数计算:
(1) 已知条件:减速器减速比i: 45; 步进长度: 25mm;
伺服电机编码器精度: 2500P/r;
倍频比(驱动模块内电子齿轮比): 45:2;
减速器输出端齿轮分度圆直径D: 20mm。
(2) 计算:PLC应发出脉冲个数b=25/a=3979(脉冲)
电机脉冲当量a=22.5πD/5000i
=0.006283mm/P(毫米/脉冲)
对控制系统而言，冲洗机器手臂的运动精度主要依赖于枪体的步进运动精度。由以上计算可知步进传动精度0.006283mm/P(脉冲)，采用光电编码器模块，极大程度上克服了步进过程中失步现象产生的运动误差，系统总的误差主要由于机械装配误差和机械传动误差。在调试的过程中，应根据实际的步进长度，调整伺服电机理论计算出的脉冲个数，从而补偿机械部分产生的误差。
5 结束语
本文设计的水力冲洗系统稳定性好、精度高、易于维护，已经多次在国内各核电站现场服务。在秦山一期核电站某次正常停堆中，从两台SG共冲出泥渣约120.5kg，能较好满足业主的要求，tigao了核电站的运行和管理水平
1 引言
电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。
电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括:过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化;不对称故障包括:断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。对大型电动机进行综合保护非常重要。
2基于PLC的电动机综合保护
对电动机的保护可以分为以下几类:
在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度，继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下，电机的额定电流可达数千甚至几万安，这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求，微机保护应运而生。
PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、体积小、功耗低、使用维护方便。本文研究了基于可编程控制器(PLC)的电动机综合监控和保护系统的方法。
3 系统硬件设计
3.1 系统的总体结构
基于可编程控制器(PLC)的电动机综合监控和保护系统的总体结构如图1所示。
3.2PLC机型选择及扩展
选择PLC机型应考虑两个问题:
(1) PLC的容量应为多大？
(2) 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输入输出点，见附表,本系统共包括12路开关量，7路模拟量。
SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATICS7-200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系列的强大功能使得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，S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200 CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块，大扩展至168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;1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端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATICS7-200 CPU 224完全可以作为本系统的主机。
CPU224可扩展7个模块，而其本身具有14输入/10输出共24点数字量，已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。
4 系统软件设计
4.1 主程序
程序开始，从输入单元检测输入量，判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保护子程序，若是电动机已经启动，则判断起动是否成功，若是，则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。
如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，检测是否发生短路故障，方法是:检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是:检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障，方法是:检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障，方法是:检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，从条开始，进行第二次扫描，结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。
4.2 欠压保护子程序
在该程序段中，采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障，则直接结束本次循环。
4.3起动时间过长保护子程序
在该程序段中，采集三相电liuliang，若发现在起动过程中，电流大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值，则跳转至保护动作子程序段，起动时间过长保护动作，警报响，并且起动故障指示灯亮。
1 引言
随着火力发电厂单机容量的不断增大，系统越来越复杂性，出于机组安全性和使用寿命的考虑，对水汽品质的要求越来越严。实现化学水处理设备的自动化，是当今电厂化学技术发展的必然趋势。
火电厂水处理监控系统随着自动化控制技术的发展而发展。目前，火电厂水处理系统的控制手段各异。大致可分为:(1)手动操作，机械劳动强度大，已逐步淘汰;(2)有继电器触点控制系统，接线复杂，维护工作重大;(3)以计算机为基础的专用工业计算机-PC程序控制。这一技术目前在火电厂中应用量为广泛，基本上能满足生产需要，也是当今乃至今后研究发展的方向。
水处理系统的控制朝着高程度、高可靠性、智能化和无人值班方向发展，目前在生产现场运用得比较好的为数不多。电厂大多采用步序操作方式，少数好一点的采用半自动方式，是不得已而为之，其直接后果是造成部分控制功能闲置、人力资源的浪费和水质合格率不高。
为了解决这个问题，本文提出一种对原有水处理系统进行改造的方案，将PLC控制与现场总线技术相结合，全面tigao了该系统的自动化程度，使更有效更可靠更安全的运行。
2补给水处理系统的工艺流程
天然水经过混凝沉淀处理后，已经将其中大部份悬浮物除掉，从外观上看也常常是透明的，但实际上水中免不了残留少量细小的悬浮颗粒，还需对其进行处理，否则，当进行离子交换处理时，会污染交换剂，影响出水水质。
水经混凝和过滤处理后，可除去其中的悬浮物和胶态物质，但硬度并没有改变，且碱度一般仍然较高，在水的预处理中采用了沉淀软化，水中残留的硬度和含盐量仍无法达到锅炉补给水的要求，还必须作的软化、除盐处理。阴、阳离子交换除盐是常用的处理方法，工艺流程图如图1所示。
3化学水处理程控系统的软件实现
汉川电厂补给水处理控制系统由下位机和上位机构成两级集散控制系统(DCS)。现场的数据采集、预处理、过程控制及向上位机传送数据等任务由下位机完成，上位机负责全系统的控制、管理和信息综合。
基本方案采用3台西门子公司的SIMATICS7-300可编程序控制器控制现场设备，依次为过滤器单元及泵、化学仪表等数据;一级除盐单元;混床单元。改造方案见图2。
操作站选用1台研华工控机，软件开发平台选用亚控公司的组态王6.02。组态王是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，具有很高的可靠性，是目前中国市场应用多的组态软件。
该方案配置体现了分散控制系统的优点。即控制功能分散、操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散、操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。
PROFIBUS总线是当今国际上比较流行的一种现场总线，具有很好的灵活性和可靠性，在性能价格比上也有很大的优势。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、效率高、成本低等特性更适合本系统要求，选择了PROFIBUS-DP方案作为现场通信方式。PROFIBUS现场总线将工业设备(传感器、开关、可编程控制器等)通过标准接口连接到工业控制网络上，从而减少了繁琐的硬接线，现场总线改善了设备间和通信以及tigao了系统的精度及实时性，提供了相当重要的设备级诊断功能。
3.1下位机控制程序设计
将控制系统分为四个大的功能块:整体投运、设备切换、清洗再生和整体停运。
(1)除盐水箱水位控制在5~10m，当水位低于5m时，自动按流程顺序投运一套制水设备(包括一台清水泵、两台过滤器、一套一级除盐设备和一台混床);当水位低于3m时，自动投运另一套制水设备。当水位高于10m时，进入设备的整体停运，将所有设备按严格的操作顺序停运后，一级除盐设备进行再生。
(2)运行中机械过滤器达到规定过滤时间要切换到下一台备用机械过滤器。一级除盐的切换为阳床出水Na+>10PPb或阴床出水电导>5us/cm、SiO2>100PPb中的任何一个。混床的切换条件为出水导电度大于0.2qus/cm或SiO2>100PPb。
(3) 一级除盐运行20个周期后要进行大反洗再生，设计为全自动步序进行。
(4) 混床再生过程间隔时间长，故设计为半自动步序进行。
机械过滤器设备采用并联运行布置，运行及清洗操作实行遥控步序操作。混床设备采用并联运行布置，运行及再生操作实行遥控点操作。
一级除盐设备采用单元连接方式。设备的运行和再生采用西门子S7系列可编程序控制器控制。阳床出口装有电导表和硅表监督终点，其运行和再生操作采用遥控手动操作。
再生设备采用计量箱加喷射器，CTN-1型音频电磁式酸碱装置，再生液浓度及中间水箱液位人工调整。
各项操作由一个转换开关控制，可实现设备手动、步操、半自动和全自动四种操作方式，也可在监控系统上用软件实现。
3.2上位机监控程序设计
本监控系统是以微软公司的bbbbbbs98/NT/2000为工作平台使用组态王6.02开发出来的。组态王是完全基于网络的，是一种客户/服务器模式，可在在配置其网络时绑定TCP/IP协议，即可利用其网络功能实现远程控制。操作人员可在控制室向下位机发出各种控制命令，将生产过程中各种信息数据采集过来，反映在屏幕上的各种画面中，使操作人员一目了然。
我们按工艺过程作出了各幅监控画面，对每一个工艺处理过程都可监控及操作;根据电厂实际操作运行需要设计了四种操作运行方式:全自动、半自动、步操和手动。全自动运行方式即是无需人员干涉，当一个阴、阳床或混床水质取样仪表检测水质失效，程序自动进入下一个工艺流程;半自动运行方式则是连续自动地完成一个工艺流程;步操运行方式则是对于每一个工艺生产过程可由人工进行单个步序的操作;手动方式即是可由人工对每一个受控设备进行一对一的启/停、开/关操作，尤其适用于设备初调或维修阶段。在这四种运行方式之间设计为无扰动切换，这样极大地方便了工厂运行人员的操作维护。
各监控界面可用于监视流程状态也可在画面上对流程实施强制操作。将整个工艺流程在监控画面上反映出来，该画面以虚拟仪表的方式实时显示现场的信息，具有直观、动态、实时的效果。在画面中，受控件(如阀门等)状态及反馈均可在受控件上直接显示出来，我们通过不同的颜色表明设备的各个状态，画面流程随工况的不同而动态变化。画面上标有系统所有控件，在有模拟量输入的控件(如阴床电导值、定时器所余时间)旁显示即时值，供用户监控。还可对现场仪表进行参数设置。在运行过程中发生异常情况时,操作员可直接在上位机按下急停按钮,设备立即停止运行;操作员也可以在现场直接手动操作。
4 控制系统实现功能
此计算机监控系统的控制方案是使用工业计算机代替原有手动控制系统。上位机、下位机与现场之间达到同步控制，实现远距离监控及操作，节约人力资源，tigao劳动效率，实现效益大化，在大程度上保障人员的安全，方便了工厂运行人员的维护。
此系统具体实现以下功能:
(1) 实时监视工艺流程
将整个工艺流程在监控画面上直观实时的反映出来。本系统提供了精美的显示屏幕、汉字菜单、加速键、按钮等标准的窗口界面对象,对一些重要参数的输入提供了汉字提示的填表式输入对话框。在进行重要操作或退出时均会提示确认，人机界面做到人性化。
(2) 趋势画面及历史曲线
各模拟量参数则用棒状图画面动态显示，并有相关的实时趋势图和历史趋势图供操作人员参考，随时查询历史数据。
(3) 报警项目及打印
在每幅系统图上都有报警标志，设备故障、无阀位反馈信号或模拟量参数报警信息除控制柜有声光报警外，上位机画面上亦有报警信号，在配置的报警打印机中即时打印出来供运行人员维修参考。
a)无阀位反馈报警:根据用户要求，无阀位反馈只用报警，不影响程序运行。阀位反馈按单步报警，报警项目列出无阀位反馈的成组阀门，操作员应到阀门现场查看，确定故障阀门并清除故障。
b)泵故障:报警项目列出故障泵，提示操作员报修。因各泵均有备用泵，一旦在用泵出现故障则PLC自动将系统切换到备用泵，不影响系统运行。
(4) 参数显示及参数设置
在系统可调出工艺过程中各种参数，操作人员可查看并进行修改。
(5) 权限安全设置
在系统中，对操作人员设定一定的权限。操作人员输入自己的密码，可进行自己权限以内的操作，有效的防止了误操作。
5 结束语
本文将PLC控制结合现场总线技术应用于化学水处理程控系统上，保证了整套水处理设备安全、高效、稳定运行。投入运行以来，效果良好，受到用户的好评。此系统为国内新建火电厂水处理程控系统设计和老火电厂进行水处理技术改造，提供了一种理想解决方案，具有很好的借鉴推广价值。