西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0使用说明
1 引言
由于实验室原有的控制系统使用的是十年前的人机界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在运行的过程中经常出现死机、黑屏、重启动，甚至某些画面参数不能修改;由于无相应的PLC编程器、编程软件和人机界面软件，可维修性也差。为了解决这些问题，我们采用西门子S7-200PLC和北京亚控公司的组态王6.05工控组态软件的控制方案对小丸包衣制粒机的控制系统作了改进。
2 小丸包衣制粒机系统组成
小丸包衣制粒机系统组成如图1所示。小丸包衣制粒机是专门用于实验室或车间小批量生产的。药粉或类似的物料能在流化床中进行干燥、制粒以及包衣等过程。流化床物料容器底部装有筛网，药粉或小丸颗粒等类似的物料被盛放在筛网上。流动的空气经过滤处理后经容器底部的筛网向上流过，当流速达到一定速度时，颗粒(药粉)就会被空气托起，床内粒子就开始流化起来，形成流化床。流化床内的颗粒(药粉)在容器中剧烈搅动，并延伸到容器的扩展区，细微的粉末或轻微的颗粒则被粘附在袋式过滤器上。为了防止袋式过滤器的堵塞，控制滤袋升降的气缸会有一个间歇的抖动操控。空气经过袋式过滤器、控制风量大小的风门和风道被风机引出室外的大气中。在这个过程中，流化床容器内的微粒能完全充分的与空气流接触，并且搅动剧烈，能够很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制药过程。
图1 小丸包衣制粒机系统组成
3 系统主要控制要求
小丸包衣制粒机操作的基本控制要求包括五个方面。
(1) 产品温度控制
通过控制进风温度来控制产品温度。进风温度控制精度为±3℃，产品温度控制精度为±2℃。
(2) 进风风量的控制
控制精度为±40m3/h。
(3) 雾化压力的控制
即喷液装置喷射压力的控制，控制精度为±0.1bar。
(4) 密封压力的控制
产品容器必须与扩展仓密封，形成一个密闭的流化床反应器。采用油压装置进行密封，密封压力在35-70bar之间。
(5) 滤袋的抖动控制
抖动有单滤袋抖动和双滤袋抖动，有手动抖袋和自动抖袋。
4 控制方案的选择
4.1 两种不同方案的比较
小丸包衣制粒机的改进有两种方案可供选择，见表1:
在满足控制要求的前提下，控制系统硬件设备的选择应该追求佳的性能价格比。由于该机器的使用频率不高，平均每月一次，环境良好，采用PC+PLC的控制方案。当机器不用时，PC机可作它用。利用公用PC机即可作人机界面。
4.2 PLC硬件配置
根据前面对控制系统的要求，选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC体积小，重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行可靠、编程简单，具有可观的经济性和更强的适应性，完全可以满足上述控制要求。
4.3 人机界面组态软件
组态软件选择北京亚控公司的组态王6.05。这是一款具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。组态王使用简单，适合各种简单和复杂的任务。只需要进行填表式操作，即可生成适合于用户的“监控和数据采集系统”，可有效用于控制自动化过程,组态王6.05版是在bbbbbbs2000的平台上运行的，选用组态王是较为完善和方便的选择。整个控制系统的构成如图2所示:
图2 控制系统的构成
5系统硬件设计
控制系统选用西门子S7-200系列PLC，选用了中央处理单元模块CPU224、数字量扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231、模拟量输出模EM232、模拟量输入输出模块EM235。其中的中央处理单元模块CPU224外部接线图如图3所示、输入输出地址分配如表2所示。
图3 PLC外部接线图
图4 主程序框图
6 系统软件设计
6.1 PLC程序设计
主程序框图如图4所示，其中子程序0为初始化程序，子程序1为检查扩展模块是否正常，子程序2为模拟量采样子程序，子程序3为对各执行设备输出的采样，子程序4为对各被控量和执行设备异常的报警子程序。由于篇幅所限，各子程序框图在此从略。
6.2 人机界面组态
组态软件选择北京亚控公司的基于bbbbbbS2000平台的工业控制组态软件“组态王”6.05版。只需要进行正常通信设置和填表式操作即可完成人机界面组态。运行组态画面程序和PLC用户程序，根据小丸机操作的顺序功能，点击组态画面上的各个按钮，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。组态画面设计了设备控制、过程控制、过程参数等画面。其中设备控制画面如图5所示。
图5 设备控制画面
7 结束语
由于S7-200系列PLC具有体积小、系统集成度高(电源、主机、机架、开关量输入输出等功能集成一体)、配置灵活、接线简单、安装方便、抗干扰性强等特点，与同性能的产品相比，很好的满足了此次系统改造经济上技术上的要求。新系统人机界面友好(全中文界面)，操作简单快捷，运行可靠稳定，受到广大用户的好评。
一、【前言】
为满足“系统稳定可靠、管理操作简便、工程投资成本低，项目运行费用经济”的要求，某公司污水处理工程自控方案将以国际流行的PAC技术为基础，实现系统全自动化处理、人机一体化管理模式，达到系统运行和维护简单方便、系统的目的。
二、【系统需求】
根据客户提供的相关资料，本项目共计：
AI（模拟量输入）点数：16
AO (模拟量输出) 点数：2
DI（开关量输入）点数：160
DO（开关量输出）点数：32
与上位机通讯方式：以太网
开关量输出信号多是控制动力设备或阀门，如：水泵、搅拌机、电动蝶阀；
开关量输入信号则是相关设备手动信号；
模拟量输入是液位、PH值、温度等模拟量参数的采集。
另附系统要求：(均可通过软件功能实现)
（1）所有自控联锁均可人工断开并采用手动操作；
（2）所有液位都以各池池内底为0.00M开始计算；
（3）所有设备运行时间累计并显示；
（4）故障详细内容指示，故障历史记录及查询；
（5）所有设备运行参数设定值可变更输入；
（6）所有报表可人工输出；
（7）系统中“就地操作”指在配电柜选为手动时可以就地手动开停；“配电柜操作”指不符合电气运行参数时，配电柜可以停止（优先）；“中控室操作”指在满足工艺、电气要求时，自动控制。
三、【系统配置】
根据系统需求，以及现场设备的分布情况，控制系统选用基于泓格科技WinCon-8000系列控制产品，集中式控制模式。本方案所选用的泓格系列产品，均可工作在-25℃～+75℃的极限温度范围内，而其储存温度可达-30℃～75℃，无冷凝时湿度可达5℃～95℃；工作电源为工业现场常见的10VDC～30VDC直流电源，并支持电源反接保护；WinCon-8000采用RISCCPU低功耗及无风扇无硬盘设计，具有抗冲击，抗振动的特点。
3．1 控制系统配置如下：
3．2 系统描述
产品I/O扩展如图一所示。
整个系统构架如图二所示：电控设备列于中控室和配电控制室，中控室可通过工控机监视现场所有分散设备状态，以自动或者手动方式发出控制指令通过WinCon-8000驱动相应设备，进行工艺生产。配电控制室主要放置开关柜和控制柜，控制柜内置泓格的WinCon-8000控制器及相关I/O扩展模块。各现场的设备通过屏蔽信号电缆与控制柜中的WinCon-8000相连，WinCon-8000则通过以太网将信号传至中控室的上位机（工控机），供操作人员和管理人员进行监控。如图二所示。
四、【控制流程】
系统运行时，厂区污水进入到格栅井，WinCon-8000控制器（W-8747）按照工艺流程设计的时间要求（运行1小时停0.5小时）来控制数字量输出模块（I-87064）的数字量输出，从而实现对集水井中一级提升泵（J102abc）的控制。一级提升泵（J102abc）的启停还将受到集水井内的液位仪(LIS11)的控制，当液位高于3.2m的时候将高限报警，低于0.6m的时候将底限报警，0.8米的时候两个一级提升泵低限连锁，2.5米的时候两个一级提升泵高限连锁，3.0米的时候两个一级提升主泵和备用泵都将高限连锁。
水质在线检测仪（AIS11）将对集水井中的PH值进行检测，将检测得到的值传入到模拟量输入模块（I-87017RC）中。IPAC控制器(（W-8747)对传入的PH值进行判断：当PH值﹤5时低限报警，PH值﹥10时高限报警，PH值=9时则通过数字量输入模块（I-8040）启动出水电动蝶阀(F102)，在PH=6时低限连锁启动回流电动蝶阀(F101)。
在集水井的处理过程中，一旦出现了问题，事故池中的事故泵(J110)将根据集水井中的液位计（LIS11）信息做出启停动作；为保障此判断可靠准确，事故池采用同样原理，设置对应的液位计，从而判断事故泵的运行状态是否准确，并根据此时的液位做出相应的控制调整。
此后，污水进入预沉池，并有一部分流入调节池。控制室中的WinCon-8000控制器同样根据时间来控制潜水搅拌机（J103ab）的启停。而在污水经过了调节池进入酸碱调配池后，池中的水质在线检测仪（AIS12）会将酸碱调配池的PH值采集并发送至IPAC控制器中，IPAC控制器根据PH值的强弱发出不同的控制指令，如：PH=9的时候高限报警，并通过对数字量输出模块（I-8040）发出命令停止水泵（J104），PH=8.5的时候高限连锁并加酸，PH=8的时候中间连锁加酸碱，PH=7.5时低限连锁加碱，PH=7时停水泵(J104)；池中的二级提升水泵(J105a-f)也将根据酸碱池的液位和PH值的信息联合控制水泵的启停：液位为5.8米的时候高限报警，液位为0.6米的时候低限报警，在5.7米时高限连锁，0.8米时低限连锁。
当一部分污水进入污泥浓缩池，整个池的操作采用全手动的方式。池中装置有水质监测仪，操作人员可以根据监测仪的显示参数，通过手动方式控制污泥浓缩池的污泥进料泵等设备和仪器，而过滤的上清液将回流到格栅井中。
当污水进入EGSB反映塔的时，其中的内回流泵（J106abc）与酸碱调配池中的潜水搅拌机（J105a）进行联动。由于处理过程中有沼气的产生在反映塔顶部设置的有一个沼气自动点火燃烧装置，该燃烧装置直接受中控室WinCon-8000控制器（（W-8747）直接启停控制。
污水在EGSB反映塔处理后流入到耗氧反应池，操作人员在现场通过手动的方式按键，按键信息随后会发送到中心WinCon-8000控制器（（W-8747），控制器判断处理以后会发出相应的指令来启停鼓风机。
后，处理过的水流进入二沉池，池中的中心传动刮泥机将按照控制系统程序中的时间设置对污水进行后的沉淀处理，终通过加药装置以实现消毒杀菌，达标以后即可以排放。
五、【软件功能】
5．1开发软件
W-8747控制器的开发模式和传统PLC开发方式基本一致，完全符合IEC61131，编程软件为罗克韦尔公司旗下的ISaGRAF。它可以支持梯形图、顺序功能图等5种通用编程语言。该软件与传统的PLC厂家的编程软件（如西门子的STEP-7）相比属于开放类的通用性软件，是建立在通用平台之上的软件，软件的兼容性和可移植性更强，用户使用ISaGRAF开发的程序，当其需要移植到其它系统时，只需要更改参数，拷贝既可；软件程序掌握不再局限于固定的厂家，用户在使用ISaGRAF后，可以把这种技术掌握在自己手中，而不必再依赖厂家。泓格科技也针对所选用的I/O模块提供了相应的功能框图函数，客户可以方便的在程序中直接调用，程序编写将更加方便快捷。ISaGRAF软件也和传统的PLC软件一样可以支持在线调试和仿真功能，客户可以方便的对预编的程序进行在线调整。
用户可以把它当成PLC，来进行系统开发；但实际效果，它的开发和使用比PLC更方便。
5．2与上位机软件的衔接
用户在PC机上根据工艺要求编写好相应的控制程序，将此程序进行编译并通过PC机上的串口或网口下载到WinCon-8000主控制器（（W-8747）中，开机运行后，IPAC主控制器就可按照此程序，以类似现场总线的方式对厂区的各种设备进行监控。通过modbus或者其他协议方式与上位机软件实现通讯，由于上位机组态软件通常支持modbus通讯，可以很方便的与用户的组态软件联接，用户也可以通过调用泓格提供的功能块函数，实现PAC主控制器与上位机的通讯。上位机中用户可以选择组态软件（如组态王）或者VB等编程语言开发的监控组态平台，从而以图像化方式显示和记录现场的数据信息，并将需要的现场信息存入数据库中并保存；中控室中的工作人员也可以根据现场设备反馈的数据，通过组态软件来发出各种命令，命令通过以太网传后递给WinCon-8000主控制器（（W-8747）,主控制器通过接收到的不同命令，编译成相应指令控制各I/O模块的输出，以实现对现场设备的控制。
六、【方案特点】
6．1软件开发、售后维护方便
泓格科技提供所有I/O模块的函数功能块，用户可以直接使用相应的I/O模块，而不用单独对各个模块进行大量的设置，从而节省大量初始化时间，使系统在运用和使用上更加容易，在系统维护时，也无须单独对各模块进行设置，极大的节省了系统维护的时间和人力。
6．2标配以太网络接口，降低通讯成本
WinCon-8000控制器直接实现以太网通讯而勿需添加专门的以太网通讯模块，从而大幅度的降低成本，在程序上实现以太网通讯上也更加的方便快捷，而不必再编写专用的通讯程序。
6．3强大的通讯能力，方便实现与标准设备或非标准设备通讯，或者通讯扩展。
由于W-8747属于模块化结构的产品，它除了本身自带的3串口，一网口外，还可以根据用户的需求，进行多串口或者多网口的扩展，而不必去做硬件和软件大量的更改工作，在通讯上为用户提供了更大的选择和扩展空间。
6．4方便实现系统扩展，为系统变更或升级留有空间
W-8747控制器预留了一个插槽供用户系统扩展。也可以采用总线的方式来进行扩展，对于由于工艺或设备的更改而导致自控配置变更，优势巨大。
6．5控制器提供加密功能，保密用户工艺信息
控制器提供64位唯一的硬件序列号，可以保密客户程序信息。如水处理中重要的工艺算法，在编译成程序来计算某些参数的时候，用户可以通过硬件序列号的功能，加密此程序，从而有效的保护公司机密。
6．6本地数据保存、掉电保持、实时时钟、防止数据丢失
WinCon-8000有本地存储的EEPROM、电池后备SRAM，可以保存本地需要存储的一些数据，并且具有掉电保持功能，在停电的情况下也能够将一些重要的数据进行存储，配合实时时钟功能，为后期jingque分析事故原因和发生时间，提供了重要的判断依据。
6．7看门狗功能，加强系统稳定可靠性
WinCon-8000控制器和I/O自带的双看门狗功能（硬件看门狗和软件看门狗），能在系统死机情况下，快速自启，提高了系统的可靠性和稳定性。
6．8可以实现复杂工艺算法的程序开发，满足用户高技术的水处理自动化
WinCon-8000产品由于其软件平台的公用性，故它不但可以使用传统PLC方式进行程序开发，还可使用如C语言等计算机语言进行程序开发。在水处理工程需要复杂算法的时候，采用C语言进行开发将比着传统PLC开发模式更节省开发费用，有些程序还是PLC梯形图所不能编写的。
七、【小结】
在选取自控产品阶段，考虑到客户以往使用PLC方式进行系统开发的习惯，以及对于水处理工程可靠稳定的要求，再综合整体性价比的衡量，终我们选取了泓格科技的W-8747控制器搭配相应I/O模块的方案。此方案以PAC控制器件为核心，它除了具备PC强大的控制计算能力、通讯处理、广泛的第三方软件支持外，还结合了PLC可靠、坚固、易于使用的特性，也为用户节省了工程项目开发时间，简化了现场布线的麻烦，提高了系统的可扩展性，为现在乃至将来降低了整体成本。
泓格科技的WinCon-8000系列产品，经过市政水治理项目以及工厂、工业园区生产、生活污水项目的多次成功案例运用，已经证明了它在可靠、稳定的；还以其独特性能，让用户有了一个更具市场竞争力的水处理自控方案