西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8参数说明

西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8参数说明

1　概述

随着网络技术的发展,现场总线技术不断在信钢450m3、600m3 高炉自动控制系统中使用,它使用一类传输介质将分散的现场设备连接到中央控制或管理系统。

我公司600m3 高炉自动控制系统中,由槽下上料系统、高炉本体、热风、布袋四个站点组成,炉顶配有意大利产型旋转编码器。该套系统电器设计分部区域广、阀门多、煤气区域易燃易爆的特点不容忽视,在此采用数字量、模拟量、即输入输出点进入站点模块,通过一根总线传入主控室PLC,以此来控制各阀门及电机动作,该套系统采用德国西门子400PLC系统和PROFIBUS - DP工业现场总线技术,实现了高炉自动化控制。

2　PROFIBUS -DP总线通信原理及系统组成

PROF IBUS由三个部分组成即PROF IBUS -DP(分布式外围设备) 、PROF IBUS - PA (过程自动化) 、PROFIBUS - FMS (现场总线报文规范)。

600m3 高炉采用PROF IBUS -DP是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROF IBUS - DP可取代24VDC或4～20mA信号传输。它定义了层为物理层,第二层为数据链路层提供总线存取控制和保证数据的可靠性。其用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,这为系统兼容提供了便利,便于调试和维护。 

在600m3 高炉控制系统中, PROF IBUS -DP采用的是单独供电的总线设备,每站点有自己的稳压电源,如果网络节点电源不稳,通信若隐若现甚至彻底消失时,系统会启动旁路功能以避免对其他接点的影响。炉顶槽下、热风、布袋及高炉本体以站点形式挂在总线上,信号通过总线传送到主控室的PLC,每台总线设备必须有一个唯一的网络地址和物理设备位号,当有站点出现故障时,通过主控室PLC可以诊断出具体站点,实现对各站点的检测。

3　600m3 高炉系统软件硬件的组成

系统硬件:

( 1 ) 集成了DP 接口的西门子400PLC(CPU414 -2DP) 。

(2)两台西门子OSM交换机用于各站点之间的数据通信。

(3)插有工业以太网卡的(CP1613通讯卡)的计算机。

(4) ET200M的主站模块。

(5) 数字量模拟量输入输出模块(D I/DO,AI/AO)。

(6)工作站6台研华工控机。

系统软件配置:

(1) 在这套系统中,控制基本上由集中的PLC完成。在PLC软件控制中要对外部的总线结构进行硬件组态,让系统识别总线结构,各站点有自己的逻辑地址,分别挂在哪条总线上,采用的总线协议方式及速率、产品类型等进行具体组态设置。PLC程序在上位机的编程工具STEP7V5.3中组态后进行编译,编译通过后下载到CPU414 -2DP,并存储其中,CPU414可自动运行该程序,根据程序内容读取总线上的所有I/O 模块的状态字,控制硬件设备。

(2 ) 上位机监控软件为西门子公司的Wincc610,它基于Windows的对象链接和嵌入,部件对象模型和分布式部件对象模型技术,并创建一开放式接口,具有良好的图形界面和人机交互性,系统在成熟的bbbbbbs2000下运行。

利用总线在监控画面中实现功能如下:

(1)控制操作

在控制室能对被控设备进行在线实时控制,如启停阀门设备,调节上料种类,设定物料重量等。并能够在现场限位开关或雷达料位计等发生故障时,模拟到位信号,使上料正常进行,在线设

定PLC的某些参数。上位机是总线上的一个站点,与PLC进行实时通信。

(2)显示功能

在画面中通过编程实现模拟显示整个高炉系统各阀门实际动作状况,以及现场的仪表温度、压力、重量、状态参数等。各阀门位置指示用不同颜色指示开到位、关到位、正在开或关等。

(3)数据管理

依据不同的运行参数的变化和重要程度,建立生产历史数据库,存储生产原始数据,供统计分析使用。如料批记忆可记录每批料实际的料种、料重、上料时间等。可从中得出一些有用的经验参数,改进工艺,使生产效益越来越好。

(4)报警功能

可根据不同的需要发出不同等级的报警,通过画面闪烁报警,并用文字提示,对快速确认故障,排除故障起到很好的作用。利用总线模块诊断功能,可直观的看到现场站点故障报警状态。

4　总线诊断方式

在高炉自动化系统中,一个站点一旦出现故障也将严重影响上料,造成减风、休风,快速诊断故障尤为重要。利用0B块把CPU中的硬件信息读出来,如OB86为机架故障组织块,当扩展机架、DP主站系统、分布式I/O中从站故障时,CPU的操作系统调用OB86。在OB86组织块中编写程序,把CPU中的故障代码读出放入数据库中,根据数据库中的代码意义,可诊断出总线上站点故障。

5　结束语

在高炉自动化系统中,生产条件特别复杂,设备区域分布多,造成电气自动控制系统故障率高,

维护量大的缺点。而该网在本项目的运用中避免了大量点对点的电缆敷设,降低了线路敷设的难度和施工的复杂性,其实时性远远高于其它局域网,特别适用于工业现场。

　商场中央空调系统主要负责卖场楼层的冷暖供给，其中下层主要为商铺和车库，其它楼层为卖场区域。因卖场商品分区摆放，各区域功能不同，造成人流密度分布不均，导致各区域温度与CO2浓度差异，考虑到超市空调为悬挂式安装，冷（暖）风分区供给、就地回风，本系统采用通过DeviceNet现场总线网络进行区域控制、局部微调、集中管理的控制策略。商场的特点是不间、不段人流量差异较大，温度以及CO2浓度也伴随人流量的变化而变化，如人流量在、节假日增多，温度、CO2浓度也相对较高，平时相对较少。项目设计要求控制系统根据现场环境对温度、CO2 浓度自动调节。

2 商场中央空调自动化系统

2.1总体结构设计

　　　项目选用台达机电自动化技术平台集成实现。根据空调机组分布特点，对于CO2浓度和室内温度采用区域控制。冷（热）水和风机采用VWV（变水量空调系统）、VAV（变风量空调系统）混合控制模式，由此达到舒适和节能目的。整个大楼共分为三层，一层3台AHU（空调机组），二层3台AHU，三层2台AHU、1台PAH，每层都由不同的功能区域组成。所有AHU和PAH（柜式空气处理机组）由1台总控制器来负责整体控制。每台AHU、PAH都有1台各自独立的控制箱。整体架构如图1所示。

2. 2 总控制器结构

　　　总控制器主要由台达触摸屏、PLC以及DVPDNET主站模块构成。总控制器通过台达的DeviceNet总线与现场控制器通讯，进行数据交换。触摸屏通过RS485总线以MODBUS协议与总控制器通讯，监视各台AHU的运行状态。现场控制器的温度与CO2浓度可以通过总控制器的触摸屏来设定，设定好的数据通过DeviceNet通讯分发给各现场控制器。通过台达DVPDNET主站模块对整个网络进行管理，并通过人机界面显示各网络节点的状态。当网络上的节点发生异常时，相应的指示灯点亮。实时显示主站模块的状态，当主站模块发生错误时，显示主站模块的错误代码。

2.3 现场控制器

　　　现场控制器主要由台达MODBUS/DeviceNet转换模块DNA02、PLC、变频器、接触器等部件构成。现场控制器接受总控制器的温度、CO2浓度设定指令。现场控制器之间还可以通过总控制器实现数据共享，将采集到的温度、CO2浓度等信号传送给与该区域相关的其他现场控制器。现场控制器控制AHU、PAH空调机的风机转速、冷（热）水阀门开度和新风阀开度来调节室内温度和CO2浓度。

2. 4 AHU的控制流程

　　　空调机组AHU操作箱可以选择自动控制或手动控制。自动控制时，现场温度及CO2浓度由台达PLC智能控制在允许的设定范围内；当操作箱出现故障时(如传感器损坏、出现通讯故障等)，可以选择将变频器以固定频率运行或者工频运行，以便检修。

2. 5 对于CO2的浓度和人流量的处理

　　　在卖场中，根据空间区域布置CO2传感器位置，主要在人员集中密集处采集CO2浓度值。CO2传感器就近接线于现场控制箱的PLC，此信号经过集中控制器发送给本区域相关的空气处理机组的控制器，由各台AHU通过调整新风阀门开度来引进新风量，调节室内CO2浓度。新风阀门的开度的大小是通过CO2浓度、室外温度的目标值依据其权重的大小来进行PID控制的。

2. 6 火警连锁

　　　系统与安防系统连动，当发生火警时，总控制器上人机出现报警画面，空调机停止工作，水阀、风阀关闭，排烟系统启动，排出烟雾。本系统提供一个干接点与安防系统连动。

3 DeviceNet网络配置设计

按照表1分别对网络上的节点进行设置。使用DeviceNet网络配置工具配置网络。
表1 网络节点设置

3.1 DeviceNet从站配置

（1）打开DeviceNetBuilder软件，软件界面如下所示。

（2）选择『设置（S）』功能点『通讯设置』，选择『系统通道』指令。

（3）在此对计算机与 SV主机的通讯参数进行设置。如”通讯端口”、”通讯地址”、”通讯速率”、”通讯格式”。设置正确后，点击『确定』按钮，返回主界面。
（4）选择『网络（N）』菜单点『在线』指令。
（5）弹出下所示窗口：

（6）按『确定』对DeviceNet网络进行扫描，正常情况下弹出扫描进度条，如下图所示。按『取消』返回主画面：

（7）如果上述对话框的进度条一直没有动作，则说明 PC 和 SV PLC通讯连接不正常或PC上有其他程序使用串口。扫描结束后，会提示”扫描网络已完成”。此时，网络中被扫描到的所有节点的图标和设备名称都会显示在软件界面上，在此例中DVPDNET的节点地址为01，如下所示：

（8）用鼠标双击VFD-F Drives节点，弹出下图所示窗口：

（9）在此对 VFD-F变频器的识别参数以及IO信息进行确认。确认配置无误后，点击『确定』按钮。返回主界面。
其它从站（如PLC等）的配置与节点1操作步骤类似，这里不再赘述。

3.2 DVPDNET主站模块（主站）的配置

（1）双击DNET Scanner（节点0）的图标，弹出” 主站模块配置…”对话框，可以看到左边的列表里有当前可用节点VFD-FDrives 230V 50HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-F Drives 230V20HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-M Drives 230V 5HP，DVP-SS/SA/EH PLC……。右边有一个空的”扫描列表”：

（2）将上图中左边列表中的 DeviceNet 从站设备移入主站模块的扫描列表中。具体步骤为：选中 DeviceNet从站节点，点击" >"，如下图所示。按照此步骤，即可将 DeviceNet从站节点依次移入到主站模块的扫描列表内：

（5）点击『是』按钮，将配置下载至主站模块，确认PLC处于RUN模式。

3.3 DVPDNET-SL主站模块和从站的IO数据映射

DVPDNET-SL主站模块→DeviceNet从站

DeviceNet从站→DVPDNET-SL主站模块

3.4保存配置数据
选择『文件（F）』菜单中『保存(S)』命令，将当前的网络配置保存。b

4 DeviceNet网络监视

4.1 实现原理

　　　主站模块对扫描列表中的节点进行实时监控，并将扫描列表中的每个节点的状态映射到一个位，使用者可以通过监控D6032~D6035的内容获取各网络节点的状态信息。PLC装置与网络节点的对应关系如表2所示。

表2 装置与网络节点的对应关系

　　　当扫描列表中的节点正常时，相应的位为OFF状态，当扫描列表中的节点发生异常时，相应的位为ON状态。用户通过监控D6036的内容实时获取主站模块的状态信息。当主站模块正常工作时，D6036的内容为0；当主站模块处于初始化时，D6036高字节内容为1，低字节内容为0；当主站模块发生错误时，D6036高字节内容为2，错误的详细信息参考D6036低字节的错误代码：

4.2 PLC元件说明

4.3 PLC程序（DeviceNet网络监控部分）设计

4.4 DeviceNet现场总线控制系统特点
与传统的控制系统相比，基于现场总线产品的空调系统具有以下特点：
（1）布线简单，节省安装费用。DeviceNet通过一根通讯线实现整个网络各节点之间的通讯，相对于传统的点对点控制系统，节省大量的电缆，缩短的安装时间，降低了安装费用。
（2）可靠性高。DeviceNet通过一根通讯线控制整个网络。主站模块对整个网络实时监控，通过监控主站模块，能够迅速的获知发生故障的节点设备，便于快速排除故障；当网络上的某一节点发生故障，不会影响其它节点的正常工作。