西门子6ES7231-7PD22-0XA8规格参数

西门子6ES7231-7PD22-0XA8规格参数

（一） 绪论
　　在现今的自动化工程中，可编程控制器（PLC）与上位机的结合仍然占据主流，随着总线技术和通信技术的飞速发展，各种计量仪器都具备了智能通信功能，控制器与智能仪表的通信也逐渐成为工程中不可缺少的一部分，各个控制器厂家也相应的扩展了自己产品的接口，使得控制器具有了更广泛的应用性。当前流行的现场总线主要有MODBUS、PROFIBUS、CAN、LonWorks等，由于各个总线的接口技术以及通信协议的差异，使得其传输介质也不同，例如常见的MODBUS接口采用了RS485，通过分极性的双绞线传输数据。80年代后期，美国埃施朗公司（Echelon）开始开发LonWorks技术平台，确信它将成为控制网的通用标准。
　　
　　（二） Lonworks总线简介
　　　　LonWorks控制网在某些方面相似于被成为局域网或LAN的数据网。数据网由结合各种通信介质以路由器连接的计算机组成，它们使用公用协议相互通信。控制网包含类似的、就控制的成本、规模、性能和响应特征优化的部件。实现理想的控制功能的专用网络就叫局部操作网络LON（Local Operating Network）。它的特征使网络系统能扩展到数据组网技术无能为力的一类应用中，控制系统和装置的制造商能通过在他们产品中组合LonWorks的设计缩短开发和设计的时间。LonWorks控制网的复杂程度不一样，可以由几个节点的机器内装小网到几千个节点的楼宇控制系统。

　　LonTalk通信协议是LonWorks技术的核心。该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网络中对其他装置接受或发送数据而无需知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能。该协议能有选择的提供端对端的报文确认、报文证实和优先级确认，是一个分层的以数据包为基础的对等的通信协议，使用类似于以太网所用的“CSMA”算法来处理网上报文冲突。

　　LonTalk控制网中每个节点都分配有自己的逻辑地址，该地址有两部分组成，部分是指定域的域ID，第二部分是节点地址。节点和节点之间的通信要知道逻辑地址，通过绑定的网络变量来实现。网络变量（NV）是任何数据项（温度、压力或者调节阀开度给定等），它们是一个特定装置的应用程序期望从网上其它装置得到的（输入NV）或者提供给其它装置的（输出NV）。装置中应用程序根本不用知道输入NV来自何处或者输出NV走向何处，因为在网络设计和安装期间会有一个变量“捆绑”的过程，这样在一个装置的输入NV和另一个装置的输出NV之间建立了逻辑连接，可以理解成为建立了“虚拟线路”。逻辑地址和每个节点提供的网络变量都固化在神经元芯片中。
　　LonTalk协议在设计上是独立于介质的，这使LonWorks系统可以在任何物理传输介质上通信，常用的信道类型有TP/XF –1250、 TP/XF –78、TP/FL –10、PL-2X（电力线）等，传输的大速率可达1.25Mbps。
　　
　　（三） STEC2000控制器简介
　　STEC2000控制器是北京硕人时代科技有限公司自主研发的嵌入式控制器，是以嵌入式技术为基础，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式实时LINUX操作系统，集现场采集、显示操作、控制、通讯为一体，可广泛应用于市政（热力、自来水、煤气等）、楼宇自动化（空调、安防等）等领域。STEC2000控制器采用模块化体系结构，可根据需求灵活组配几个点到上百个点的现场控制设备。
　　 CPU主控模块采用32位主频为66MHz的CPU，内部嵌入公司自主裁减的实时Linux操作系统，并且带有8M的FLASH芯片，以及16M的电子盘，在背扳上带有8个扩展槽，可根据需要配置不同的I/O模块；模拟输入（AI）模块带有8路模拟量输入通道，每一通道采用差分输入电路，可有效的抑制共模干扰，可接受电流4-20mA电压0-10V等多种常用的模拟输入信号；模拟输出（AO）模块带有4路模拟量输出通道，可以通过跳线选择输出电流或者电压信号，来控制现场的各种设备；数字输入（DI）模块带有12路数字量输入通道，接受现场的干结点开关状态，其中前三路可以当作脉冲计数器；数字输出（DO）模块带有8路继电器输出通道，继电器容量 130VAC/1A 、125VDC/1A；液晶和键盘操作模块带有5寸256色液晶显示器以及薄膜键盘，用于现场人机交互。　　
　　4.3.2.1 测量功能
　　STEC2000控制器采集温度、压力、热量等一次仪表参数并进行坏数过滤。本控制器支持按用户定义的方式将采集的电流电压数据变换为相应物理量。数据扫描周期可以在0.05-2秒之间进行设定。
　　
　　4.3.2.2 存储功能
　　物理量数据每隔一段时间如1分钟（可组态设定）保存一次，掉电后不会丢失。具有不小于8M的存储空间。
　　
　　4.3.2.3 显示功能
　　STEC2000控制器支持一个5寸的彩色液晶屏。用户可以其对显示画面和参数进行自由组态。
　　
　　4.3.2.4 通讯功能
　　STEC2000控制器内置Socket Server, 标准串口（9针）、RJ45以太网接口、RJ11电话接口等硬件设施。控制器支持TCP/IP、ModBus、PPP等协议，Soket连接，232/484通讯，以太网通讯，电话拨号通讯及无线通讯连接（GSM、GPRS等）。
　　
　　4.3.2.5 自检功能
　　STEC2000控制器上电后，自动检查主板、外围设备和I/O设备是否正常，如有异常给出报警。
　　
　　4.3.2.6 控制功能
　　STEC2000控制器支持PID控制、逻辑控制、模糊控制等多种控制方式，可通过简单的组态进行选择。控制器还支持用户以脚本语言方式进行二次开发。
　　控制扫描周期小于200ms（可定义扫描周期）。
　　
　　4.3.2.7 故障报警
　　发生报警事件时，STEC2000控制器会通过相应的通讯方式向上位机报警直至收到上位机的确认信息，报警内容包括：故障发生时间、故障内容、故障参数值（或状态）等信息。会在液晶的报警信息栏显示此故障信息，当多个报警存在时，报警信息会滚动显示。

4.3.2.8 人机交互
　　用户可以通过STEC2000控制器的键盘进行人机交互：选择控制方式，设定参数值，取消报警等。
　　
　　4.3.2.9 Web访问
　　STEC2000控制器内置Web Server对控制器运行状态进行网页发布，用户可从任何地方通过电话线或以太网等方式登陆浏浏览网页以了解控制器运行情况。本功能受用户密码保护。
　　
　　4.3.2.10 远程配置
　　STEC2000控制器支持远程配置更新和程序控制。例如，用户可以通过电话、以太网等方式与控制器建立连接，就如同本地一样对控制器进行组态。本功能受用户密码保护。
　　
　　4.3.2.11 灵活配置
　1个CPU主控模块多可以支持8个扩展模块。用户可以根据所要采集数据的类型自由配置I/O模块。
　　
　　4.3.2.12 完善的组态功能
　　STEC2000控制器提供bbbbbbs操作平台下运行的可视化图形组态环境以支持数据、控制程序、显示操作、报警、通讯管理、数据存储等各种功能的组态。
　　
　（一） 实际工程应用
　　宁夏哈纳斯天然气热电有限公司宁夏哈纳斯天然气热电有限公司在银川市内兴建60座（暂定）天然气锅炉房，为了实现无人值守，需在每一个锅炉房内建立本地控制室，并建立一座中心主控机房，对这60个本地控制室进行集中监控。
　　为了实现集中监控，除了现场的温度、压力以及各个水泵的控制外，需要同燃气liuliang计以及锅炉控制器进行通讯。燃气liuliang计采用了浙江天信仪表，具体的通信协议同厂家联系，这里不再赘述。锅炉采用德国菲斯曼的锅炉，锅炉控制器是Victronic 333，采用Lonworks通讯总线，STEC2000没有哪个神经元芯片，要想办法转换总线接口，现把实现方法介绍如下。Modbus总线是常用的，可以用一个网关实现Lonworks总线与Modbus总线的转换。网关里面嵌入神经元芯片，使用专门的软件可以实现锅炉控制器与网关变量的绑定，比如说室外温度可以绑定在网关中的第25、26个字节，系统供水温度绑定在第7、8个字节等，网关的一个接口是RS485接口，可以实现与STEC2000的通讯，具体的编码如下所示：
　　 ….. 
　　send 0x01,0x03,0x00,0x00,0x00,0x0c,0x45,0xcf
　　 loop(300)
　　 6*6
　　 endl
　　 recv(29)
　　 if(db(2) :: 0x18)
　　 outdoorT = (db(25)*256 + db(26))/100
　　 PM1 = (db(11)*256 + db(12))/100
　　 PM2 = (db(13)*256 + db(14))/100
　　 PM3 = (db(15)*256 + db(16))/100
　　 SystemT = (db(7)*256 + db(8))/100
　　 HCCT = (db(19)*256 + db(20))/100
　　 trace outdoorT=,%f,outdoorT,PM1=,%f,PM1,PM2=,%f,PM2
　　 trace PM3=,%f,PM3,SystemT=,%f,SystemT,HCCT=,%f,HCCT 
　　 sxv(200,outdoorT)
　　 sxv(201,PM1)
　　 sxv(202,PM2)
　　 sxv(203,PM3)
　　 sxv(204,SystemT)
　　 sxv(205,HCCT)
　　 …..
　　　　系统的液晶屏显示画面如下：
　　

　　锅炉的控制数据采集到STEC2000控制器后，经过宽带送到监控中心的上位机软件，实现远程监控锅炉。
　　
　　（五） 工程
　　　　STEC2000控制器支持多种通讯方式，可以应用于不同的环境中，实现与多种总线的通讯，并且通讯脚本开发简单，得到了甲方技术人员的认可。有了与Lonworks总线的稳定通讯，再加上原有的热网监控经验，比较完美的实现了甲方的设计。

1  硫酸生产及余热发电工艺

2  DCS结构及组成
2.1  DCS系统结构图

2.2  管理监控层 
    该DCS控制系统上层共配置了五个操作站，按工段划分，硫酸生产工段三个操作站：一个工程师站（兼操作员站），两个操作员站。其中把工程师站和一个操作员站配置在硫酸生产总控室，一个操作员站配置在焙烧工段控制室。余热发电工段两个操作站：一个工程师站（兼操作员站），一个操作员站，两个站都配置在发电控制室。所有操作站监控软件均采用浙大中控实时监控软件包AdvanTrol作为监控平台，且运行独立工程，其中一台退出不会影响其他计算机运行。在工程师站上还安装了AdvanTrol组态软件包，用来对系统进行组态维护。
2.3  现场控制站
    该DCS控制系统共配置了三个控制站：硫酸生产工段两个控制站，余热发电工段一个控制站。每个控制站的主控制卡、数据转发卡、供电单元及有重要控制回路的I/O卡件都采用1：1冗余配置。
2.4  网络冗余
系统采用双高速冗余工业以太网SCnet Ⅱ作为其过程控制网络。它直接连接系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等. JX-300X DCS系统SCnet Ⅱ网络采用双重化冗余结构。在其中任一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输。系统内部采用SBUS冗余高速数据网络，是主控制卡、数据转发卡等卡件的信息通道，主要功能是扩展I/O机笼单元和机柜。
2.5  I/O模块配置
按照硫酸生产的工艺要求（以设计图纸为主），我们在经过对现场各个设备测点考察后，统计出了各个工段的测点数量，按照制酸系统和余热发电系统划分，如下表所示：
系统I/O点统计（表1）：

按照自动化工程设计的原则，我们在设计配置中充分考虑了测点余量。
根据测点的设计配置，结合浙大中控JX-300X DCS系统I/O模块的特点，我们给出该DCS系统I/O模块的配置，如下表所示：
控制站I/O模块配置（表2）：

3  系统控制功能  
   该DCS系统实现了工艺要求的各工段重要测点数据在上位机的实时采集和显示，对现场几十台调节阀和三台变频器的自动控制，和工艺要求的安全生产联锁控制，以及与其他厂家PLC和模块通讯。
3.1   净化工段增湿塔温度联锁控制
    净化工段增湿塔T301气体出口有三个温度测点，位号分别为TE-301a,TE-301b,TE-301c，实现温度报警及三取二温度联锁控制。即当温度指示TIA-301a,TIA-301b,TIA-301c中有两个温度为≥70℃时，去开电动阀门TV-301和停SO2风机。控制原理图如图3所示：

3.3   余热发电系统安全保护ETS联锁控制
    该联锁控制是整个DCS系统重要，也是复杂的联锁控制，实现该联锁的控制，余热发电系统才能安全有序地投入生产，否则后果不堪设想。简单介绍一下该联锁的控制原理：对工艺要求的条件分别联锁，即对现场仪表采集的数据按照工艺要求的参数（高低限报警）进行设置，利用逻辑关系实现条件联锁。利用条件联锁实现报警首出联锁，即发现先产生报警的参数。后实现因报警而产生的安全动作联锁。保证整个发电系统的安全。联锁图如图4所示：

3.5　与其他厂家PLC和模块通讯
    浙大中控JX-300X DCS系统通过在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU）可实现与PLC等数字设备的连接。在该项目DCS系统中，实现了与SO2风机房GE PLC和循环水工段泓格采集模块I7188XA和M7017的通讯。通讯方式为485总线，协议为MODBUS。
    还配置了两台UPS电源：SANTAK 10KVA，15KVA不间断电源。DCS系统所有用电都通过UPS电源供给，在市电停电时，UPS电源仍然能够提供1小时以上的供电，保障DCS系统操作、监控的顺利进行。
5  
    该硫酸生产和余热发电DCS自动化系统从2005年10月投入生产以来，运行情况良好，达到了预期目标，充分发挥了DCS控制系统运行可靠，检测灵活，维护方便的优点。系统操作简便、开放性强、性能价格比高。DCS系统的应用大大tigao了生产效率,节省了人力,降低了硫酸制造成本,并改善硫酸的质量。实践表明DCS在工业生产中是大有作为的。

1  原控制系统的不足 
    我厂2号机立窑和粘土烘干机分别于1992年、1993年选用了LFEF型玻纤袋除尘器。该除尘器采用了分室反吹、定时定阻清灰、温度检测显示等技术,可不停机分室换袋,除尘效果明显,是较理想的除尘设备。除尘器控制系统应用Z—80单板机进行控制。经过一段时间使用后,发现该控制系统存在以下不适应我厂运行条件和环境的问题。
    (1)系统中的转换开关、中间继电器过多(转换开关7个、中间继电器达20～30个)。由于触点开关受运行环境影响大,故障率高,据统计两台除尘器因控制系统故障停机占整个除尘器停机时间的2/3左右。
    (2)系统设计中程序控制可调性差,停电后记忆功能易消失,送电后,需重新修改参数值,给岗位操作工带来不便。

    鉴于上述原因,在对3号机立窑、矿渣烘干机采用LFEF型玻纤袋除尘器进行除尘改造的在该除尘器控制系统应用了日本立石(OMRON)公司生产的可编程序控制器(即PC)代替原设计中的单板机。经过近三年的使用,取得了满意效果。 

    2  PC机控制系统设计 
    2.1  控制过程分析
    除尘器的控制,是一种延时控制过程。PC机上电10s,卸灰螺旋输送机开;5s后卸灰阀动作开始卸灰,每室卸灰时间为5s,室间卸灰间隔2min,后一室卸灰后20s,卸灰螺旋输送机停。10s后,反吹风机开;5s后清灰阀动作开始清灰,每室清灰时间为5s,室间清灰间隔为3min,后一室清灰后10s,反吹风机停,除尘器一个工作周期结束。20min后第二个工作周期开始。当废气温度超过上限,为防止烧毁滤袋,冷风阀打开;当废气温度低于下限,为防止糊袋,PC机发出音响报警信号,通过调节烘干燃烧室加煤量或减少被烘物料下料量来tigao废气温度;当废气温度恢复正常后,冷风阀自动关闭,燃烧室加煤量或被烘物料下料量即可恢复正常。 
    2.2  系统功能设计
    现以矿渣烘干机用8室袋除尘器为例说明。为满足生产要求,设计了手动/自动控制方式。当开关K1处在“手动”位置,可在控制屏中用手动完成除尘器清卸灰动作;当K1处在“自动”位置,系统进入自动工作状态。选用C28P—CRD—A+C16P—DR—A型PC机即可满足系统功能要求。系统中有4个输入信号,23个输出信号,内部信号采用TIM计时器和CNT计数器。

    2.3  程序设计

    程序设计采用梯形图语言。该设计共分三个部分:一是机器系统及检测报警系统;二是卸灰控制部分;三是清灰控制部分。为适应生产工况变化,设计中为所有参数可随时调整并有记忆功能。

    为tigao系统可靠性,对反吹风机、冷风阀等控制输出,增加了阻容保护回路。 

    3  控制系统调试 

    本系统先采用模拟调试,即模拟各种输入信号并对所有输出信号进行测试,看其是否符合控制过程要求,用以考察PC机的控制程序的完整性和可靠性。再现场进行空载联动试车,后进行带负荷联动试车。 

    4  使用效果 

    (1)简化了控制系统,节省了大量有触点控制元件,工作性能可靠,降低了控制系统的故障率。除尘器的运转率比改造前tigao二十六个百分点。

    (2)时间参数可根据工艺要求随时调整,且不受停电等因素的影响。修改参数简单易行,还可灵活进行各室清灰顺序的组合,对含尘气体通过量较大的室和粉尘滞留过多的室可有重点地进行清理,保证了过滤效果,满足了工艺变化的要求。 

    (3)减少了维修工作量,降低了维修费用,系统操作简单,岗位工人容易掌握、调整。