6ES7231-7PD22-0XA8产品规格
副井提升信号系统是副井提升电控系统的重要组成部分，该系统性能的好坏将直接影响到副井提升机的安全运行。随着计算机技术和电子元器件的发展，产生了一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置——可编程逻辑控制器。它采用可以编制程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。由于PLC及其有关的外围设备易于与工业控制系统形成一个整体、扩展其功能，已成为当今应用场合为广泛的工业控制装置，成为机电控制不可缺少的核心控制部件，随着工业生产自动化程度要求的不断提高，更加可靠的可编程控制器(PLC)已应用到煤炭行业的各个系统中。本文提出了一种以PLC为核心的矿井副井提升信号系统的设计方案。
1 总体设计
以PLC为核心的矿井副并提升信号系统设计框图如图1所示。本系统主要由PLC控制器、信号输入、信号输出、井口信号箱、井底信号箱、绞车房信号箱、保护系统等几部分组成。
PLC控制器是整个系统的核心部分。具有功能变化灵活、编程简单，自动检测故障点，噪音低，可靠性高，抗干扰能力强，硬件配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。
信号输入主要包含提升机去向、提升机位置、功能信号等部分。其中提升机信号包括提矿、提物、提人、上行、下行等信号。
信号输出主要包含下行音响、显示信号，上行音响、显示信号，提物、提矿、提人计数信号和电视显示器信号等。
井口信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成对本水平各种信号的闭锁功能及对井下信号的闭锁功能，完成向绞车房发送相应的信号。
井底信号箱主要包括各种提升信号的汉字显示及声音提示，各种信号的按钮检测。完成向井口发相应的信号，完成对本水平各种信号的闭锁功能。
绞车房信号箱主要完成井口、井底提升信号的数字和汉字显示及声音提示，前一次或前几次信号的存储记忆和显示。完成急停信号对安全回路的闭锁，换程信号的发出，停车信号的闭锁等功能。
保护系统主要包含故障信号预报、事故停车信号、紧急停车信号等。当提升机控制系统发生故障时由保护系统发送信号到，由PLC控制器发出信号到绞车房，并进行相应的操作，对煤矿的安全起到很重要的作用。
2 系统分析
2.1 系统功能
设计出的以PLC为核心的矿井副井提升信号系统可以实现以下功能：1)提升信号有数字显示功能;2)提升指令有汉字显示功能;3)急停报警功能和急停扩展功能;4)井上下信号必须一致方可开车;5)井下信号只能通过井上信号才能传至绞车房，不能直接传至绞车房;6)事故点个停车点，均由井上、下直接传至绞车房，停止绞车运行;7)实现方向闭锁功能;8)实现快慢连锁功能。
2.2 系统工作原理
该系统的工作原理图如图2所示，其打点信号的分配见表1。
系统的工作过程如下：
提升机到位后，井口电磁传感器通过信号输入向PLC控制器传送1个到位信号。经PLC控制器处理后向绞车房发出操作指令，信号工此时可进行操车作业，打开安全门，落下摇台，开启zucheqi。发信号顺序：下井口→上井口→绞车房。提升机装载完毕后，解除井口所有闭锁：关闭安全门，抬起摇台，关闭前zucheqi。
1)提升机快上
下井口先打点2次，经PLC控制器的作用后输出，X1动作2次，移位寄存器左移2位，内部继电器R20接通，X1触发“Y8”2次，在下井口显示器上显示本次信号点数“2”，上井口、下井口电铃打铃2次;上井口接到打点信号后，开始打点。上井口打点器X3打点“2”，左移指令也向左移2位，Y0接通，电机做“正上”快速运动;由于Y0互锁，电路Y7接通，红色指示灯亮。
上井口打点时，Y4、Y5、Y6继电器接通，下井口、上井口、提升机房电铃晌，响铃次数与打点数相同，此时Y9接通，触发上井口显示电路显示“2”;当达到井面时，停车开关地X4打点寄存器复位，线圈失电，提升机停车、显示器复位。
2)提升机快下
下井口先打点3次，经PLC控制器的作用后，移位寄存器移位至R2，R0～R2接通，R1、R20失电，R21带电，其相应的触点动作闭合，上井口、下井口电铃响，下井显示“3”。上井听到指示后开始打点，过程与上相同，提升机开动。
3)提升机慢上
即正方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”，通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。
4)提升机慢下
即反方向开慢车，下井打点“4”为慢车，经PLC控制器处理后在显示器显示为“4”。通过R4的互锁作用，使其余继电器不工作，通过ZJ3所接外部触点来转换电路工作。
3 结束语
该系统设计出之后，已经在平顶山市部分煤矿初步试用，试用以来，系统运行正常，性能稳定，信号发送准确，显示屏显示可靠，有力地保障了提升安全的可靠性，为煤矿安全生产奠定了坚实的基础。
1、引言
聚束器NB2是重离子加速器系统中，提高束流品质的一个高频系统。其工作原理如图1示，
图1：工作原理图
速度不同的带电粒子经过耦合有大功率高频信号的真空加速腔时将受到速度调制，终粒子的速度趋于一致。即如粒子1以V1，粒子2以V2的速度在束线中运动，其中V1小于V2，经过相同的时间，粒子2到达高频信号的负半周期，粒子1到达高频信号的正半周期，二者都受到由电场力产生的加速度a的作用，由式1-1可知经过相同的时间，粒子速度趋于一致，以达到改善束流的品质。
V2-a.t=V
V1+a.t=V 式1-1
高频发射机系统如图2所示，主要由高频放大、槽路、冷却系统和供电系统四部分组成。高频放大部分是由固态宽频带放大器、电子管构成的二级放大系统;供电系统主要负责电子管的灯丝、栅极、帘栅极、阳极和宽频带放大器的供电;加之整个发射机是一个以分布参数为主的系统，槽路是改善发射机参数和性能的重要组成部分。考虑到发射机工作在一个有高压、低压、交流、直流、脉冲和模拟信号混合的电磁环境中，为保证控制系统的稳定性和可靠性，采用了西门子S7-300系列的PLC、触摸屏，并结合Ethernet(工业以太网)技术设计了NB2发射机控制系统，实现了发射机的远程控制。
Ethernet网络是采用商业以太网通信芯片和物理介质，利用以太网交换机实现各设备间的点对点连接的工业以太网技术。能能支持10M和100M的以太网的商业产品。它的一个数据包多可达1500字节，数据传输可达10Mbps或100Mbps;从而实现数据的高速传输[1]。
图2：发射机框图
2、控制系统组成
该控制系统要实现发射机的连锁保护，即发射机的冷却、电源、电子管、槽路中任一个参数出现异常，系统都能实现报警并采取相关的应急措施，确保系统的安全。现场控制的HMI(人机界面)是用西门子TP270组态设计的，可以实现本地操作如报警、记录、打印、参数的读取等。还能在控制室实现对冷却系统、电源、电子管的各极偏置、以及激励的远程操作;并且能在处于控制室的工业PC的HMI中显示系统的运行状态、加速电压(D电压)等相关参数。
2.1、控制系统的硬件配置
为实现以上要求，该系统采用了如图3所示的结构。现场以西门子S7-300PLC和触摸屏TP270作为高频发射机的本地控制器和人机接口，经Ethernet和交换机接入已有的控制网络，后通过以太网卡连到控制室工控机，完成远程控制。
图3：系统结构和S7-300PLC配置图
系统中所采用的PLC的配置如图3所示的配置。电源模块是PS305，能提供DC24V的电压和DC5A的电流。CPU是313-2DP，此CPU模块自带32点DI/DO，有两路硬件产生高频率为30KHZ的脉冲，以满足系统中脉冲调制和拖动槽路中步进电机所需的脉冲。采用SM338模块读取通过SSI总线传来的电机位置编码数据。为了便于通信，配置了通讯处理器CP3413-1模块，可以直接用双绞线与交换机SWITCH相连接入已有的控制网络。为了产生高精度的模拟量控制信号，采用了16位精度的SM332模块。采样信号都是4-20mA的信号，系统配置了SM331模拟量模块，以完成参数的测量。
2.2、槽路微调电容的控制
当调节激励以改变发射机输出能量即改变D电压时，需改变微调电容，使耦合网络匹配，以减小反射系数[2]。对微调电容的控制采用了如图4所示的闭环控制结构。当PLC收到来自本地TP270触摸屏的动作信号(本地控制模式);或者收到来自Wincc的动作信号(远程控制模式)时，就调用相应的功能块FC，产生脉冲和方向信号，经驱动器放大，拖动步进电机，改变电容板间距离，从而实现对电容容值的改变和耦合网络的匹配。其中位置传感器采用的是SICK的ATM60 SSI位置编码器,电容板的位置编码数据以SSI协议的格式，传送给S7-300的SM338模块，通过Ethernet上传给处于控制室的工业PC，在Wincc组态的HMI中显示;通过Profibus把位置编码数据传给本地的触摸屏TP270，在Protool组态的本地人机界面中显示。
图4：槽路微调电容拖动控制简图
2.3、调理电路
为保证发射机各个系统参数的监测，采用了如图5所示的以TP521为核心的光隔离模拟测量调理电路[3]，只要调节图中的可变电阻，并适当的设置SM331模块的系数因子，就能实现参数的准确测量;并在组态的HMI中显示，达到发射机参数远程监控的目的。
图5：参数测量调理电路
3、软件设计
系统的软件设计主要包括PLC软件设计、工业PC的上位的HMI设计以及本控触摸屏TP270的HMI设计。PLC的程序设计，主要实现现场的数据测量、状态监控、控制策略的判断和与上位机的Wincc数据通信。
在Wincc组态软件环境下，分别设计了发射机的操作流程图、状态监控图、参数测量显示图、参数趋势曲线图;并具有报警记录、报表生成、打印等功能。本地控制的触摸屏TP270的HMI设计是在Protool环境下组态完成的，其功能和Wincc组态的HMI大致相同。如图6所示其人机界面(HMI)，分成了操作流程区域，发射机参数测量监控区域，发射机状态监控区域和功能选择区域。
图6：操作界面
Step7中程序循环组织块是OB1，通过判断来自上位工控机Wincc或触摸屏TP270的操作变量状态和PLC输入接点的状态，循环调用开关机功能块FC20，脉冲宽度调制生成块SFB49及背景数据块DB20，参数测量功能块FC21，激励信号调节功能块FC22，系统连锁保护块FC23，与DB通信的功能块FC24,整个程序结构如图7所示。当PLC加电初始化完成后，进OB1主循环块，并扫描功能块FC24实现与Wincc和TP270的通信，获取操作信息并接合PLC的输入接点和辅助节点如M1.0，调用相应的功能块FC，完成相应的控制操作;把相关数据和参数状态通过FC24上传给Wincc，实现远程监控。在任何时刻系统参数出现异常，PLC都会调用连锁保护块FC23，使系统处于保护待机状态，并把故障显示到Wincc和TP270操作界面中告知系统运行者[3]。
图7：软件结构图
4、结束语
该系统采用了西门子S7-300PLC作为本地控制器，具有抗干扰能力强，运行可靠等优点。接合Profibus现场总线，以触摸屏TP270作为本地控制的人机接口设计，取代了以按钮、数码管、模拟表头等作为人机接口的方案;减少了系统的布线，简化了接口电路的设计等工作，并且具有设计简单、运行可靠、显示直观等优点。采用Wincc组态HMI，使上位机操作界面友好，状态显示直观，降低了操作难度，提高了自动化水平，节省了人力资源。
本文作者创新点：结合Profibus总线技术和触摸屏，改变了传统以按钮、数码管、模拟表头等作为人机接口的设计思路，在EMC(电磁兼容)恶劣的情况下，可靠的实现了发射机系统的控制。
一、引 言
20世纪中期，我国引进了一批先进的大型火电机组，也把分散控制系统和PLC引进了中国。一般在汽机、锅炉应用DCS，在电厂辅助系统中使用PLC控制。近年来，随着网络技术的发展，现场总线的概念越来越多的应用到各种领域。一个新的名词-FCS(FIELDBUS CONTROL SYSTEM)已深入到各种过程控制领域，在国外的电厂已开始广泛应用。使用现场总线技术，可以减少用于连接分散的I/O设备的电缆，可以减少用于连接仪表的电缆并增加可靠性，可以大量的节省机械安装、连接和布线的成本、并增加了系统的可靠性。
二、现场总线技术
2.1 现场总线的概念
现场总线是用于过程自动化和制造自动化，连接传感器、控制器和执行器等现场设备的一种全数字化、全分散化、智能、双向、多变量、多站的通信系统。现场总线的特点:可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通信速率快，系统安全，符合环境保护要求、价格低、维护成本低。
传统的4-20mA信号连接，信息量有限，严重制约了企业信息集成和企业综合自动化的实现。现场总线技术把孤立的现场级设备带进了企业信息网络中。
2.2 Profibus 技术介绍
当前现场总线的标准很多，如Profibus、FF、Lonworks、WorldFIP等，目前的现场总线技术正趋于统一，国际电工委员会制定了IEC 61158的。
Profibus是德国于90年代初制订的国家工业现场总线协议标准，代号DTN19245，目前是IEC 61158中的Type3部分。现在它成为不依赖于设备生产商、开放的、国际化的现场总线标准之一。广泛应用于制造自动化、流程工业自动化、楼宇、交通、电力等领域的自动化控制系统中。
Profibus网络协议也是以ISO的OSI七层参考模型为基础，对第三层到第六层进行了简化。
TEC61158中Type3的部分定义了Profibus的物量层和链路层协议，其技术指标如下:
物理接口标准：EIA RS-485
网络接口：sub-D9 芯插头
网络拓扑：线性总线两端加终端电阻
存取方式:链路层采用混合介质存取方式，主站间按令牌环方式，主站和从站间按主从方式工作。
站点数:主从站多127个，每段多32站，段间采用中继器连接。
电缆:屏敝双绞线截面>0.22mm2，阻抗120Ω
传输波特率：9.6k---l2M
传输距离:1200m以下，与传输波特率成反比，可用Repeater(中继器)增加传输距离。
TEC61158中Type3的第二部分定义了应用层协义，称为FMS。FMS提供强有力的通信功能。
TEC61158中Type3的第三部分定义了DP协议，用于传感器和执行器级的高速数据传输:其传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。
TEC61158中Type3的第四部分为PA协议，用于安全性较高的场合，设备行规定义了设备自有的功能，设备描述语言及功能块允许对设备进行完全的内部操作。
IEC61158中Type3的部分分别与第二、第三、第四部分构成了Profibus的三个兼容部分，即:Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA,分别应用于不同的场合。
图l为Profibus通讯协议的结构示意
PROFIBUS总线具有下面特点:
1.用一根串行的数字总线替代传统的并行24V信号和4～2OmA模拟信号
2.通过一根双芯屏蔽电缆连接中央控制器和现场设备
3.同样适用于防爆环境和有安全要求的应用:一个系统适合于不同的应用
4.数据和电源通过同一根电缆传输(PA)
5.对于所有的设备，只需要一个通用的组态和工程工具
6.连接不同厂商的设备
7.开放的、不依赖于厂商的现场总线，并符合IEC61158(Type3)
三、Profibus系统在循环流化床锅炉控制系统的应用方案
在下面的论述中，我们将以电厂循环流化床锅炉机组控制系统为例，介绍一下现场总线技术在电厂的应用。
电厂控制分成:过程控制系统和辅机控制系统
主机控制系统:
· 数据采集 (DAS)
· 模拟量控制 (MCS)
· 发电机-变压器组和厂用电源系统顺序控制 SCS(G/A)]
· 锅炉炉膛安全监控系统 (FSSS)
· 汽轮机电液控制系统 (DEH)
· 辅机控制系统:
· 输煤程控:
· 化学水处理:
· 除尘除灰:
· 脱硫系统:
近年来，循环流化床锅炉在国内外都得到了广泛的应用，其高效、节能、环保等优点是众所周知的
3.1 系统构成
控制系统选用了西门子公司的过程控制系统。采用西门子工控机，配有STEP7 V5.2 编程软件，WinCC6.0监控软件为上位机监控系统。
下位机监控系统组成:两套西门子PLC—CPU 417-2DP,四个ET2OOM工作站。以PROFI-BUS-DP和PROFIBUS-PA作为其现场总线，CP连接的以支持Profibus协议的PROFIBUS作为系统总线。
3.2 监控系统:
监控系统由一个操作员站和一个工程师站组成。操作员站主要完成与下位机的数据交换(数据采集)，显示各种已组态好的系统流程画面、参数显示画面、控制画面、趋势曲线、报警画面，报表打印及控制参数设置等功能。使操作员可以及时的了解整个锅炉的运行情况，并采用有效的控制，以保证生产稳定运行。工程师站主要完成整个监控系统的运行组态，监控数据库组态及显示，各种显示及控制画面的组态，报警组态，事件纪录及显示和实事及历史趋势显示。
3.3 控制方案说明
在控制方案中床温及锅炉负荷采用模糊控制;锅炉液位、过热蒸汽温度，炉膛压力、料床高度、除氧压力、除氧器液位都采用了传统的PID调节回路。
在WINCC中建立模糊控制规则输入表。通过多变量模糊控制设计工具，并且在WinCC画面中编辑了脱硫配方的计算及锅炉效率，水、煤、气、电等参数累计及瞬时的显示。WINCC中建立模糊控制规则输入表建立连接，即可将模糊控制规则下载到PLC中去。规则控制表可根据锅炉的实际工作情况进行适时修改。
由于西门子冗余系统采用了时间同步的专利技术，可以保证以快的速度进行主从切换，其现场总线网络也采用了冗余的PROFIBUS技术，保证了系统的可靠性。对于仪表总线可采Y-bbbb连接到Profibus PA仪表上。
系统过程控制级的硬件结构如图2所示。
在这个系统中，充分体现了西门子新一代过程控制系统的优势。使用的组态软件是西门子的STEP75.2，由于其友好的用户功能，标准化的PLC编程语言，结构化的编程思想，优良的测试功能，用户带来了很大的方便。利用其集成的标准PID控制软件包，能很好的实现传统的PID调节。利用模糊控制软件包可建立模糊系统。模糊控制可用于自动化的所有层次，从单独的控制器到整个系统的优化。将模糊控制与经典的PID控制器相结合，可以达到优的控制目的。
对于系统的监视和控制，西门子的WlNCC 6.0，它是在PC基础上的全面开放的新一代的人机界面监控系统。WINCC提供成熟可靠的操作，无论简单、复杂任务，都能有效的组合，恰当的处理。
四、结束语
Profibus技术从2000年开始已成功应用于辅机程控中，特别是在四川厂安电厂辅机控制系统中，现场设备的控制全部采用了Profibus技术，得到了用户的高度评价。尤其是与传统集中控制比较，从系统设计、安装调试、维护及扩展上，现场总线技术的优势十分明显，为实现无人值守的自动化远程监控提供了技术装备基础。