西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0选型说明
1 简介
生物质高温空气气化技术是燃料利用和能源供应领域内的一项高新技术，对提高资源利用率、缓解能源危机和改善环境质量具有重要意义。生物质高温空气气化系统主要由高温空气预热器、卵石床气化器、余热锅炉、气体湿式净化装置、汽轮机等动力供应装置及空气压缩机等辅助装置组成。高温低氧弥散燃烧为核心技术的高温空气发生器是生物质高温空气气化技术研究实验研究系统的关键部件之一，其主要功能是产生温度为800-1500℃的空气。四通阀的周期切换是高温空气发生器正常工作的关键，本文介绍采用可编程序控制器（HLC）实现四通阀周期切换的控制方案。
2高温空气发生器的组成及工作原理
高温空气发生器是获得高温空气的关键设备，其关键技术在于采用了一对蜂窝陶瓷蓄热体，该蓄热体具有比表面积大、传热性能好、阻力小、能实现极限余热回收等特点，是一种紧凑的高效换热器。高温空气发生器主要由燃烧室、燃烧器、蓄热室、四通阀、鼓风机及排烟机组成，其中燃烧室、燃烧器、蓄热室各两个，呈左右对称布置。高温空气发生器工作原理如图1所示。
高温空气发生器工作时，燃料在A侧燃烧室内燃烧，产生1300℃左右的高温烟气，高温烟气通过蓄热室时，与蜂窝陶瓷蓄热体进行热交换，蓄热体被加热，烟气则冷却到120℃左右经四通阀排人大气中；常温空气经四通阀后进入B侧的蓄热室，吸收蓄热室内高温蓄热体中的热量，迅速升温到1000℃以上，加热后的高温空气分成两部分，其中大部分输入到卵石床气化器中作气化剂，另一部分用于A侧燃烧室燃气的燃烧。经过一段时间后进行切换，B侧燃烧，A侧产生高温空气，切换周期为15～30s。通过这种交替运行方式，实现极限余热回收和燃烧空气的高温预热。
3 控制方案
四通阀的周期切换是高温空气发生器正常工作的关键，四通阀的切换采用齿轮齿条摆动气缸驱动，由压缩空气推动气缸产生旋转力矩，使四通阀在1-1，2-2位置之间进行切换，压缩空气则由电磁阀S1进行控制；A，B两侧烧嘴燃气和空气由电磁阀S2－S5进行控制，其控制系统如图1所示。
3.1控制要求
根据工艺要求，四通阀切换的要求A，B两侧的烧嘴燃气和空气同步切换，当系统启动时，四通阀在1-1位置时，A侧燃烧，B侧产生高温空气；为了保证高温空气清洁，尽可以能减少空气中含烟量，燃气阀应先关闭，四通阀切换的另一侧点火燃烧；设计燃料阀供气时间为28s，四通阀的切换时间为30s。A侧烧嘴28s后关闭，2s后四通阀切换到2-2位置，B侧开始燃烧，A侧产生高温空气；B侧烧嘴28s后关闭，2s后四通阀切换到1-1位置，A侧开始燃烧，并重复上述过程，四通阀和燃料阀切换工作时序如图2所示。
3.2PLC的选择
由于四通阀的切换控制是一个小型的逻辑控制系统，没有特殊的要求，选用一般小型PLC就可满足控制要求，其控制接线如图3所示。根据控制功能要求和I／0端子编号编制的四通阀切换控制梯形图如图4所示。
3.3工作过程
当起动开关合上时，X400接点接通，Y430线圈得电，电磁阀S1打开，四通阀切换至1-1位置；Y431线圈得电，电磁阀S2，S4打开，高温空气发生器A侧点火燃烧。Y431常开触点闭合，T552开始计时，28s后T552常闭触点打开，Y431线圈失电，电磁阀S2，S4关闭，A侧停止燃烧。30s后，T551的常闭触点打开，T550常闭触点打开，线圈Y430失电，电磁阀S1关闭，四通阀切换至2-2位置；Y430常开触点闭合，Y432线圈接通，电磁阀S3，S5打开，B侧点火燃烧；Y432常开触点闭合，巧52开始计时，28s后T552常闭触点打开，Y432线圈失电，电磁阀S3，S5关闭，B侧停止燃烧。30s后完成一个循环过程，并周而复始地重复上述过程。其控制命令程序如表1所示。
1 前言
目前在烟草物流条烟自动分拣系统中大量使用西门子公司的控制产品，其中PLC编程软件STEP7已被大多数工程技术人员熟悉应用。基于STEP7开发环境下的PLC必定成为本行业的主流产品。其优点是广大的工程开发人员熟悉此编程，开发周期短，各种控制功能易于实现。在从项目成本及技术性能指标等因素上考虑，VIPA公司基于SPEED7技术的PLC控制系统与西门子PLC相比有一定优势和新特点。我公司在烟草物流自动分拣项目中，尝试引进了具有高性价比的德国VIPA公司的PLC产品，取得了很好的效果，也提高了我公司在承接项目中的技术指标和竞争力。
2 系统组成
在某市烟草物流自动分拣项目中，使用了德国VIPA 公司的300S PLC系列的控制系统，取得了很好的效果，其主要配置如下：
1） VIPA 317-4NE12 CPU及I/O模块作为主控系统，它自带有PROFIBUSDP主站接口；CP343以太网接口和PG/OP以太网编程口；MPI接口。
2） VIPA 200V 系列模块组成的3个远程DP从站，其中两个远程DP从站分别配置一块VIPA250-1BA00高速计数模块，计数频率可达1MHz；这样组成的远程站结构紧凑，节省安装空间，系统运行可靠。
3） 8个SIEMENS的ET200S作为远程DP从站；
4） 2台DANFOSS公司的FC300系列变频器采用Profibus DP总线控制；
5） 1台VIPA触摸屏TP 612C做操作员终端；
6） 1个SIEMENS EM277接口模块用于与自动热缩包装机通讯。
系统结构方框图如图1所示
图1 系统结构方框图
该系统在现场经过不到一个月的调试，就已进入正常生产阶段。节省了安装调试的时间。整个控制系统运行状态正常，安全可靠。和以往使用过的SIEMENSS7 400系列PLC相比较，VIPA 300S的PLC表现出很高的性能和运行速度，其技术指标可见一斑。从执行同等程序的循环周期来看，将近缩短了两倍。可见VIPAPLC在对程序循环周期有苛刻要求的环境下，有着的优势。
2.1 主控系统，CPU 带有PROFIBUS DP主站：
主站配置如下：1.PS307稳压电源：307-1EA00；2.CPU：VIPA 317-4NE12
3.数字量输入模块（32DI）：VIPA 321-1BL00；4.数字量输出模块（32DO）：VIPA 322-1BL00。
其排列如图2，图3所示。
图2
图3
2.2 PROFIBUS DP远程从站：
3个VIPA 200V组成的从站系统控制主要输送设备和10个ET200S控制单机设备。其中VIPA 200V从站均采用：
1）DP现场总线从站接口模块VIPA 253-1DP01；
2）数字量输入模块（8DI）VIPA 221-1BF00；
3）数字量输出模块（8DO）VIPA 222-1BF00；
4）高速计数功能模块 VIPA 250-1BA00
组态示意图如图3所示。
图3 系统硬件组态图
图4 VIPA 200V DP从站图
VIPA 200V DP从站的用法和SIEMENS ET200S 类似，使用前只需安装VIPA 200VGSD组态文件即可。该总线从站模块支持DP-V0，DP-V1。每个站点多可带32个模块，安装在35mm标准导轨上。与SIEMENSET200S 区别的是VIPA 200V 从站无需单独配置PM-E电源模块。
2.3 2台DANFOSS公司的FC300系列变频器：
2台DANFOSS FC300 变频器通过Profibus DP 总线与PLC 通讯，对两台输送设备进行控制。
2.4 1台自动热缩包装机：
1台自动热缩包装机自带控制系统，由SIEMENS S7 200 PLC 控制。该设备通过SIEMENS EM277接口模块挂接在Profibus DP 总线上，与上位PLC进行通讯和连锁控制。
2.5 1台VIPA TP612C触摸屏：
1台VIPA 触摸屏：VIPA 612-1BC01做操作员终端。该触摸屏通过以太网直接与PLC进行通讯。该触摸屏基于bbbbbbsCE 5.0 Professional Plus的操作系统，通讯接口除了支持串行接口RS232,RS485/RS422通讯，还提供以太网 TCP/IP; MPI; CANopen 和 Profibus-DP从站通讯,支持与多种品牌PLC的通讯协议。它还带有USB_A/B接口。所有这些标准的接口，给用户提供了极高的灵活性和开放性，它保证了连通几乎所有领域的操作。VIPAHMI与西门子对比来看,VIPA的HMI的色彩更丰富,灵敏度更高,软件使用更方便。它具有合金铝的外壳和90°自动螺丝锁扣的专利技术，使安装更快速便捷。实际外观如图5。
图5 VIPA TP612触摸屏
3 应用经验
在该项目的调试过程中，基本上和以往使用的西门子S7 系列PLC在编程组态和操作上无太大区别。VIPA PLC调试编程都可以使用STEP7，或者使用VIPA公司自己的WinPLC7编程工具。以往西门子PLC使用的程序可以完全移植到VIPA PLC 上使用。VIPAPLC除了兼容西门子自带的功能块外，还自带一些其它特殊的功能块可以方便调用。在硬件组态中，对于VIPA200V的远程从站，只需安装相应的GSD 文件即可，使用方法和HW组态上和西门子ET200S相同。VIPAPLC内部集成了工作和装载存储器，无需外加程序存储卡即可运行，但CPU也带有标准的MMC卡接口，可用于保存程序和数据，及扩展工作存储器。这样就带来了使用上的方便性和灵活性。
在该分拣项目运行后，发现VIPA PLC 具有很高的性价比，兼容性及可靠性极高，可以推广使用到其他中型到大规模的应用场合。