6ES7223-1BL22-0XA8参数设置
1 引言
程控变频钢球加工机床是我公司主导产品，产销量居国内首位，并批量出口美、德、日、韩、意大利等国。产品设计吸收了国内外多项先进技术，本文就电气传动控制部分进行阐述。
九十年代以来，变频传动技术日臻完善，其调速稳定，节能降耗，方便可靠等优点突出，已完全取代原来的滑差调速和直流调速。而可编程序控制器易于编程，易实现传统的继电器控制不能实现的许多功能。PLC与变频器的系统集成自动化已成为产品设计时的解决方案。RS485通讯只需用两根线，安全可靠且传输距离远被广泛应用在变频器和PLC上，这就使变频器与可编程序控制器通讯极为便利，低廉的成本也tigao了产品的竞争力。
2 工艺过程简述
研磨机的主要动作为转动研磨盘由主减速电机经一对三角皮带轮，通过卸荷带轮内的花键幅带动主轴旋转获得，输球料盘由减速电机经过一对链轮传递蜗杆减速箱，减速后由料盘内的直齿轮啮合带动料盘旋转。两者均需要选用不同的转速来加工不同系列的钢球，为此均选用变频调速。为了安全期间，在系统中也加上了机床运转保护功能。如主轴运行监控接近开关，装在机床的主轴大皮带轮上，随时监视研磨盘的运动状态，防止皮带打滑造成研磨盘卡死，当转速低于正常值时，就停车报警；料盘除设有转速检测外，还加有堆球时快速停机，在设定时间内若恢复正常则重新自动运行的保护。
3 系统硬件设计
3.1 单自动化平台
艾默生CT的EC10系列小型PLC因其运行速度快、通讯组网能力强、编程灵活、仿真模拟运行方便、程序保密性强、抗干扰能力强、性能稳定可靠，钢球研球机成为钢球研球机PLC的自动化平台。根据工程经验，爱默生EV1000系列变频器故障率能极低，能实现高转矩、宽调速范围驱动，有优越的防跳闸性能，对恶劣电网、高温、潮湿和粉尘有较大的适应能力，能较好满足钢球专用加工设备的多样化的使用环境，可以实现单品牌同平台技术集成，也成为项目设计的。由此项目通过选用爱默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G变频器，达到了单一自动化平台技术集成，例如EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行控制。
3.2 电气原理设计
系统主电机电气原理（料盘电机控制与主电机同）如图1所示。为了用户调速及监控运行速度，电动机转速由电位器调节，其数值由线性数显表显示，不通过通讯控制。主令按钮线直接接于PLC的开关量输入点上。PLC——变频器对电机的启动、停止、点动功能采用通讯控制方式，使用双绞线通过RS485口来实现PLC对变频器的启停控制，这样极少占用PLC的输出点，也无需用接触器控制，降低了机床的成本。EV1000的RS485口直接端子连接，极为方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”极性不能接反，否则将无动作。因变频器本身具备过电流，过电压，欠电压，接地，过热和过载等多项保护功能，一旦异常故障发生，常开点RA，RC闭合，变频器立即停止输出，将断开所有的动作并停车报警，我们将其接入PLC的输入点来控制。变频器故障时可查看变频器屏幕上显示内容，对照变频器使用说明书异常原因及处置方法，采用相对应的措施进行处理即可。变频器多项对输出的保护功能使我们无须对电动机另加保护环节，直接接于变频器的输出端子上即可。针对变频器的输入端保护相对较为薄弱，在输入端加上无熔丝断路器QF实现反时限热保护。
图1 电气原理
4 系统软件设计
EV1000变频器具有丰富的控制功能。因为研球机的两控制电机均为减速电机，选择做静止自整定，对高操作频率，低操作频率， JOG点动频率，加/减速时间，频率指令来源，运转信号来源，停车方式、过载报警检出及时间等参数进行设定。针对个别机床的共振现象对载波频率，跳跃频率，电机稳定因子等参数进行设定。为实现轻压启动机床及节电等性能，对转矩tisheng、自动节能、AVR功能等参数设定来优化系统性能；对通讯位址，通讯送传速度，通讯资料格式等参数进行设定，以使PLC对变频器实施控制。EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行。
通讯协议采用MODBUS模式，EVFWD为正转，1为COM1通道(EC10只支持通道1)，1为通讯地址，其值必须预先设定，与变频器通讯地址一致，“唯一”且不可覆盖。EVREV为反转指令，EVDFWD为正向点动指令，EVSTOP为停止指令。
5 结束语
该系统应用变频器调速实现无级调速，满足用户工艺多样化的需求。使用RS485通讯口，不占用PLC的输出点，接线少，tigao了产品的可靠性。所选艾默生CT变频器具有较强的自诊断功能，便于维护。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作可靠，尚未出现故障，具有很高的性价比。
1 引言
目前，我国对大型锅炉的给水与蒸汽质量指标要求十分严格，需要对炉水品质连续监控。测量pH值大多采用传统的PID控制算法.但在反应过程中，因其中和点附近的高增益使得难以调整传统PID控制器参数。只能采用很小的比例增益，否则系统不稳定，而比例增益过小，又将使系统的动态特性变坏。对于锅炉给水加药测控装置，已经实现了加药系统的自动化，但无自动配药设备，仍需根据汽水实验室的化验结果人工配药，这样不仅工作强度大，所加的氨、联胺均属有剧毒易挥发物质，会给操作者造成严重危害，并导致环境污染。为此，提出变增益三区段非线性PID和积分模糊控制（IFC）算法的两种新型pH值控制法。通过对带有时滞的pH值中和过程进行数字仿真，结果表明，这两种控制算法均具有鲁棒性强，响应速度快和控制精度高的特点，尤其是IFC算法能克服pH值中和过程中的较大时滞。通过在某电厂的实际应用，已实现了锅炉给水配药、加药系统的全自动控制。
2 pH值控制方法的研究
2.1 常规PID控制
PID控制是按偏差的比例（P—Proportional）、积分（I—Integral）和微分（D—Derivative）线性组合的控制方式。图1为常规的PID控制系统。其中，r为参考输入信号;PID为控制器;P为被控对象模型;d为干扰量;e（k）为系统误差;u（k）为控制量;pH（k）为被控过程输出量。由图可见，常规PID控制中的比例作用实际上是一种线性放大或缩小作用，很难适应酸碱中和过程中被控对象非线性的特点。
2.2 变增益三区段非线性PID控制
将pH值变化按拐点分为：一个高增益区和两个增益系数不同的低增益区。高增益区控制器采用较低增益;低增益区控制器采用不同的高增益，以满足系统期望的性能指标。为防止积分饱和，采用带死区和输出限幅的PID控制算法。
2. 3 模糊控制
模糊控制算法概括为：根据本次采样得到的系统输出值，计算出输入变量;将输入变量的jingque量变为模糊量;根据输入变量（模糊量）及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量（模糊量）;由上述得到的控制量（模糊量）计算jingque的控制量。
3 电厂锅炉给水加药控制系统
某发电厂共有4台300 MW的发电机组，分为两个单元，一单元为1#、2#机组，二单元为3#和4#机组。每个单元加药计量泵包括锅炉补给水（生水经各种水处理方式净化后.用于补充火力发电厂的汽水损失）和炉水两种用水。现以二单元为例，加药系统采用两用一备共3台加药计量泵，即3#和4#机组各用l台加药计量泵，当其中l台出现故障时切换到备用泵。在该系统中通过检测pH值来控制炉水中磷酸盐的加入量，pH值要求控制在914～9.78，当其中1台机组的pH值低于9.4时，启动相应机组的加药泵。此时，磷酸盐加药箱内的磷酸盐溶液经过管道（管道上的阀门都为手动阀，正常时为打开状态）被泵入相应机组的除氧器出水管加药点。若3#机组的加药计量泵出现故障，则打开备用泵与其相连管道上的阀门，备用泵接替3#机组的加药计量泵，为3#机组的炉水加药;4#机组亦然。由于炉水中加入了适当的磷酸盐及氢氧化钠，可tigao炉水的缓冲性能，并有利于维持炉水pH值的稳定性，从而防止锅炉水冷壁的结垢和腐蚀。
该系统将炉水水样经过减温减压装置引入磷酸表及pH表探头进行测量，经过模拟量转换，再经控制系统PID运算后控制变频器输出，控制加药泵转速，从而实时控制炉水的加药量，使炉水的磷酸根浓度与pH较好地保持在合格的范围内。图2给出其控制流程图。该控制分为调节器、执行器、被控对象及变送器4部分。其中，调节器由S7-200 PLC和相应控制软件组成;执行器由变频器、电机和计量泵组成;被控对象为炉水;变送器采用分析仪表，即pH表。
3.1 控制流程
图3给出3#机组的炉水加药控制系统。该系统从在线分析仪表（磷酸根表、pH表）中提取4～20mA信号，根据运行工艺参数和确定的数学模型进行窗口式PID复合运算，中间结果送变频器，控制加药泵加药量以实现加药的自动闭环调节。
3.2 控制系统组成
该控制系统选用上位机软件WinCC+西门子PLC的组合方案。PLC系统通过PorfiBus总线方式与上位机WinCC连接。如图4所示。其中上位监控部分由工业计算机（WinCC）来完成。监控工作人员可通过CRT实时监控系统的运行状况.设定或修改系统的运行参数，通过CRT远程软件控制系统运行。上位工控机进行数据处理和管理，并与MIS系统等联网。上位机可对控制器进行组态，组态范围包括控制器的网络地址和时间、选择控制算法、设定算法参数、设定控制量的设定点、选择算法中输入量及输出量的通道等。下位控制部分由安装在现场的一套可编程控制器（PLC）来完成。它是自动加药控制系统的核心，用于采集相应的水质数据。由于化学加药系统具有纯滞后性质，会导致控制作用不及时，引起系统产生超调或振荡，而利用计算机可方便实现滞后补偿。采用改进的数字PID控制算法和模糊控制算法，使控制器利用输出控制信号调节现场的交流变频器，进而控制电机的转速，以调节加药泵。电气部分的控制方式设计为远程和本地两种，以实现手动/半自动/自动三种功能，后两种功能由上位机切换。
4 IFC算法的滤波处理应用
控制系统中.滤波程序的基本原理是在周期内连续采样5个数值，并求出其平均值采集当前值，并求出采集值与平均值的差值△=Xi一X;若|△|>0.2，则舍弃Xi，取X=0.2作为按实际情况设定的信号波动范围值;若|△|≤0.2，则Xl出栈，X2替换X1，X3替换X2，X4替换X3，依次递推。用当前采样的X6替换X5，用这5个新数值再求X，进行比较，如此循环执行该程序即可实现滤波功能。图5为采用滤波程序后，放大了的pH值趋势，滤波效果良好。图6给出控制操作界面图。
5 结语
实践证明.基于PLC的化学自动加药控制系统可灵活满足各类化学加药系统的在线监控。该系统投运以来，运行稳定、可靠、锅炉及辅机设备能全面实现自动调节，达到了预期效果，解决了以往手动控制难保证水质指标稳定的问题，减轻了运行人员的工作强度，得到。
一、锅炉系统概述：
锅炉的电气控制系统包括锅炉本体、鼓风系统、引风系统、进煤系统、输煤系统、除尘器系统、省煤器系统。结构框图如下：
二、系统结构：
控制系统以Haiwell（海为）PLC为核心元件，上位机由组太王6.50软件、视频监视卡组成
采用MT506L触摸屏、VFD-B/F系列变频器，利用Haiwell（海为）PLC的主机自带的RS485通讯端口控制5台变频器，完成鼓风机、引风机、进煤系统、输煤系统、水泵系统的控制，利用PLC的PORT1完成与MT506L的通讯，由于Haiwell（海为）PLC具有强大的通讯功能，可以非常方便的扩展通讯端口，利用扩展端口完成与上位机的通讯。
电气自动控制系统包括如下部分：
1） 异常情况报警：高限报警、高高限报警、低限报警、低低限报警、锅炉超负荷报警、锅炉超压报警、变频器通讯质量报警、电动机接地、电动机缺相报警、电动机超载、变频温度过高报警等
2）过程参数测量： 沸上温度、沸下温度、沸中温度、燃尽室温度、旋风室温度、出气温度测量、进水温度测量、上水压力测量、上水liuliang测量、上汽包压力测量、上汽包液位测量、炉膛负压测量、引风负压测量、鼓风压力测量、蒸汽liuliang测量等
3）自动控制系统：
上汽包液位控制、鼓风压力控制、引风负压控制等
4）电气系统
鼓风机、引风机、进煤系统、输煤系统、水泵系统、除尘器控制系统
三、电气控制系统的特点：
由于系统采用了Haiwell（海为）PLC，具有编程简单、硬件系统稳定可靠、通讯功能强大，非常轻松地完成了PLC与变频器、人机屏、和上位机的通讯控制。
1 引言
近年我国不少矿山企业为了实现高效、节能、环保等各方面日益增长的要求，积极进行设备的更新改造。某金矿在碎矿生产环节引进了Nordberg HP圆锥破碎机，以优化生产指标和tigao效率。该矿原先采用的碎矿生产控制系统是以人工操作为主的常规继电器控制方式，自动化水平低，对生产过程的各种信息缺乏有效的监控手段，不能及时响应各种情况，加上电气设备老化，故障率高，维护频繁，严重制约了新装备生产效率的发挥。需要对原有控制系统一并进行改造。可编程控制器（PLC）作为一种先进的工业自动控制装置，具有功能强大、编程灵活、调试使用方便，且等众多优点，特别是它适应各种工业环境的能力和高可靠性，使它得到广泛的应用。在本改造项目中，决定采用PLC来改造并扩展原有控制系统的功能，并且运用组态软件，设计生动直观、功能丰富的监控流程画面，实现生产过程信息的集中显示和处理。
2 工艺与控制要求
某金矿碎矿工艺为三段一闭路流程：原矿从原矿仓通过重型板式给矿机送入鄂式破碎机进行粗碎，由1# 皮带给入标准圆锥破碎机进行中碎，再经2# 皮带给入振动筛，筛上产品经3# 皮带返回短头圆锥破碎机进行细碎，细碎产品汇入2# 皮带，与振动筛构成闭路;筛下合格产品由4# 皮带送至粉矿仓。在控制上主要是对破碎、筛分及输送设备的起/停控制、联锁控制及保护，以及对设备运行状态和关键参数的监测记录，包括：①重板给矿机、鄂式破碎机、2台圆锥破碎机、振动筛及4台皮带设备的电机起停控制、电机过载（热继电器状态）的监测及自动联锁;②2个圆锥破碎机稀油站、自动除铁装置、及3台除尘风机起停控制和工作状态监测;③粉矿仓超声波料位计的信号监测;④控制室与现场各车间联络的声光警示信号。
本次改造还增加了以下项目：⑤鄂式破碎机、2台圆锥破碎机和轴瓦温度监测;⑥2台圆锥破碎机的电机工作负荷电流监测，以实现恒定负荷控制;⑦1#和3#皮带安装电子皮带秤和变频器，以实现给矿量控制;⑧控制室原有集中操作台和设备就地开关保留，和PLC控制系统通过转换开关进行工作方式切换。
3 系统硬件配置
根据前述控制要求，在充分考虑了系统的可靠性、稳定性、通用性基础上，确定本监控系统采用集中式的控制结构，分为3级：过程监控站、PLC控制器和现场电气驱动和信号检测。PLC控制器选用西门子SIMATIC S7-300，该型PLC技术成熟可靠，应用广泛，具有功能强、速度快、模块化等特点，具体配置为：CPU314，带有MPI接口，配64k EPROM存储卡做程序掉电保护;16通道DI模块SM321，5个;16通道DO模块SM322，3个;8通道AI模块SM331，2个;4通道AO模块SM332，1个;考虑系统的总点数和今后扩展的需要，配置了1个扩展机架，主机架和扩展机架之间通过通信模块IM360和IM361通信。监控站采用研华工控机，运行澳大利亚的CitectSCADA过程监控组态软件。S7-300和监控站计算机的通信采用MPI接口，在上位机中安装CP5613通讯卡，通过MPI电缆进行连接。
4 PLC控制功能设计
PLC程序是实现整个系统功能的核心，设计内容较多，下面主要介绍生产设备的起停联锁逻辑控制和破碎机恒定负荷控制。
4.1设备起停联锁逻辑控制
碎矿设备控制具有以下特点：逆流程起动，即先起动4 # 皮带机，后起动重板给矿机;顺流程停机，即先停重板给矿机，后停4 # 皮带机，并根据皮带速度、长度加以延时间隔，以免发生堆料的现象。为保护设备及人员安全，还需要满足较为复杂的联锁关系：①当皮带机、振动筛、圆锥破碎机、颚式破碎机中任一设备发生非正常停车或严重故障时，立即停止上游设备的运行，下游设备保持原工作状态不变;当重板给矿机、除尘器和除铁装置等辅助设备发生故障跳闸时，只向主控室发出故障信号，而不中断系统的运行;②重要设备如圆锥破碎机等受到监测的轴瓦温度、电机负荷电流和稀油站工作参数信号也参与联锁，在信号超限时自动停机，以防止设备受损;③根据皮带机系统的故障性质，进行紧急停机、顺序停机或发出声光报警;④在监控站画面上及操作台都设有“紧急停止”按钮，当出现重大险情和故障时，操作“紧急停止”按钮能立即停止全线设备。
系统从安全可靠、灵活高效的原则出发，设置3种控制方式：①计算机控制方式，正常生产时使用，操作员在监控站画面实现设备联动或单动;②操作台控制，是保留系统原来的操作方式，作为监控站失效时的备用;③就地控制，可以用机旁电气开关实现设备的起/停，满足设备检修、试车、紧急事故处理的需要;在PLC柜上设有转换开关和转换预置按钮，可在3种控制方式间进行任意转换。
通过对上述控制功能和PLC各个输入输出信号的仔细分析，确定出单台设备的控制逻辑，利用西门子STEP7编程软件编写出梯形图（LAD）程序，见图1。其中，K为控制设备起/停的PLC输出信号，Y为启动逻辑信号，T为停止逻辑信号，由以下信号按一定逻辑关系产生：L ，与该设备有联锁关系的其他设备运行状态;S1，上台设备启动后延时触发信号;S2，转换开关处于计算机控制方式;S3，监控画面单动/联动方式选择按钮，“1”为联动，“0”为单动;S4，监控画面单动按钮;S5，控制方式预转换按钮;S6，转换开关状态，为“1”表示处于就地控制;S7，设备正在运行状态，是中间继电器信号;B1，联动停止信号，由上台设备停止后触发产生;B2，监控画面停止按钮;D1，预转换过程结束信号，“1”表示转换结束，由定时器延时触发;B3，监控画面紧急停止按钮;B4，操作台紧急停止按钮;S8，与该设备存在联锁关系的其他设备运行状态;S9，该设备PLC控制输出状态，为“1”表示PLC控制线路接通。
图1 单台设备起/停控制梯形图
4.2 破碎机恒定负荷控制
Nordberg HP 圆锥破碎机是本次项目改造中的关键设备，为使其稳定在佳工作负荷状态，达到大处理能力，采用恒定功率控制方式，以主传动电机的功率（电流）作为被控参数，通过变频调速，动态调整给矿皮带给矿量的大小。经实验分析发现，若仅以电机功率作为被控参数构成单回路控制系统，由于给矿皮带的传输需要一定的时间，即存在纯滞后，当给矿量扰动发生后，将导致调节作用大大滞后，且易发生振荡，系统动态品质难以保证。为了克服系统的纯滞后，决定采用串级控制：在给矿皮带上安装电子皮带秤，以给矿量为副参数，主传动电机的功率为主参数构成串级控制系统，见图2。
图2 圆锥破碎机恒定负荷控制方框图
由图可见，当粒度、硬度、黏度等因素发生变化引起给矿量扰动发生时，给矿串级控制系统多了一个副回路，不等扰动影响到负荷功率，副回路立刻进行调节，从而具有较强的抗扰动能力，tigao了系统的动态特性和主参数的控制质量。
5 监控站人机界面设计
监控软件采用澳大利亚的CitectSCADA组态软件。CitectSCADA采用开放式结构，支持多种型号的PLC和I/O设备，只要在组态时设置PLC类型和通信参数，并在监控画面的控件属性中设置正确的PLC位地址或字地址，监控软件就能建立起与PLC内部地址的连接和通信。我们利用它强大的图形组态技术和丰富的用户函数，设计了以下功能：①流程监控画面（见图3），通过动态、变色、闪烁、数字、棒图及曲线的方式实时监视各电气设备、工艺参数的工况，操作人员点击画面按钮可以实现全线设备单动起/停、联动起/停、紧急停车、现场询问等控制功能;②生产数据统计，对设备的起/停时间，班运转时间、起/停次数累计等信息自动记录并显示，对于合理安排生产和设备检修具有重要意义;③自动报表，将生产统计数据按生产班次定时打印;在监控画面设计了报表打印按钮，可以在任何需要的时候进行打印;④在线操作指导，采用bbbbbbs超级链接文本帮助的形式，向操作人员提供了方便、快捷的查找关于生产工艺操作、软件使用方法和设备维护等信息;⑤报警功能，在每幅画面上都有报警标志，设备故障、工艺参数异常都会触发相应的报警，每个报警都有详细的说明和原因解释，并有完善的报警确认、报警屏蔽和报警历史记录;⑥权限安全设置，通过设置工程师和操作员2级权限，明确了生产操作和管理职责，防止了误操作，有效的增强了系统的安全性、可靠性。
6 运行效果
目前本控制系统已成功投入使用，取得了良好的效果：①生产效率显著tigao。破碎机恒定负荷控制后，挤满给矿率由人工操作的60 %左右tigao到90 %以上，主机运行负荷功率由人工操作的170 kW（主机电流28 A）左右，稳定tigao到200 kW（主机电流33 A） 以上，处理能力得到充分发挥，台时处理量tigao15 %，综合电耗降低了13%;②设备得到有效保护。破碎机负荷电流和轴温信号受到监控，一旦超限会及时报警和联锁制动，从而解决了因为堵料造成电机超载、皮带烧毁以及爆轴的问题;③系统故障率明显下降，维护工作大大减少，设备稳定运转得到充分保障;④减少了人员编制，仅需要2人就完成相当以前5人的工作。
7 结语
本文作者创新点：采用S7-300 PLC和CitectSCADA过程监控组态软件，对金矿碎矿生产控制系统进行了设备改造，实现了生产设备操作的自动控制、联锁保护、数据集中显示和处理等较为全面的功能。从实际运行的效果来看，该系统设计合理，稳定可靠，显著tigao了生产效率。