西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0参数选型
Siwarex U 称重模块 S7-400 PLC 烧结
首钢矿业公司烧结厂始建于1990年，一、二期共6台烧结机，先后于92年投产，此项目是为首钢高炉生产炼铁的主要原料基地，投产后，各项经济指标一直在国内处于的地位，也是国内较大的烧结厂，也是首钢迁安基地的生产烧结原料的重要基地，在当初设计时，其控制系统采用西门子S5-135U可编程控制器，称重系统采用国内生产的称重变送器。系统中共设计料斗称42台，配料称42套。由于当时系统和设备技术水平的限制，称重系统一直存在着很多问题，如：称重变送器原，系统标定繁锁，信号不稳定，抗干扰能力弱，精度不高，备品备件成本也较高。经过我们和厂家探讨，决定对自控及称重系统进行升级改造，由我们进行系统设计，成套供货。自控系统我们选择西门子S7-400PLC，料斗称称重系统选择SiwarexU，皮带秤选择BW500，SiwarexU称重模块替代原来的称重变送器，改变传统的称重方式把SIWAREXU 称重模块置于ET200M中取得了很多的效果，原来系统中称重的问题基本上都得到了解决。
称重系统改造后有如下优点：
1. 系统称量精度比较高可达0.5%
2. 利ET200M，使其为远程I/O，节省电缆，降低成本
3. 秤系统校验方便，可在现场，也可上位监视系统上校验，非常方便
4. 更换模块方便，只需将原来程序下载即可，无需重新标定模块
5. 抗干扰能力强，信号处理方便，其信号直接通过S7-bus给CPU
6. 称重数据交换方便迅速。
由于SiwarexU在烧结厂称重与配料系统中很多的应用，在首钢矿业公司球团厂的改造中也被用户所接受并应用，也取得了很多的效果，西门子动态称重的仪表BW500也在系统中被采用。
西门子SiwarexU称重模块以其优越性能，先进的技术在首钢矿业公司得到了广泛的应用和认可，在今后的改造中，他们将陆续的进行应用。我们公司也非常有信心将SiwarexU称重模块应用于其它相关的市场中。
长期以来,在我国城市建设快速发展的过程中，由于对环境保护基础设施建设重视不够、投入不足，污水直接排入城市水系及相关流域,造成江河湖泊水质和地下水污染,城市水环境污染问题日益突出，污水净化就成为改善城镇居民生活环境、tigao人民健康水平的主要手段之一。为保证污水处理工艺可靠、顺利实施，自动控制系统的设计及控制技术的运用要以可靠性为基础，综合考虑控制技术先进性、可扩展性，兼顾降低系统造价。
在污水处理控制系统中，除了存在分布区域广、设备分散、控制点多及控制信息复杂等要求外，具有控制输入和输出以开关量参数居多，模拟量参数少的特点，而这些都是PLC控制系统的优势所在，以PLC为主体就成为污水处理厂自动控制系统的主要控制模式[1]。本文将以某市的污水处理厂为例，简要介绍honeywellmasterlogic-200 PLC在污水处理控制系统中的应用。
1 系统工艺介绍
某市污水处理厂是省重点工程,近期污水水量为30万立方米/天，高峰污水量16250立方米/小时，远期污水水量为40万立方米/天，采用具有脱氮除磷功能的A/A/O活性污泥法工艺法，污水经二级处理后排入附近河流进行灌溉，污泥采用机械浓缩脱水后外运。该工程还预留了污泥消化处理工段，对系统的扩展性、开放性及该系统的可持续性，具有相当高的要求。系统工艺流程见图1。
2 控制系统组成
污水处理采用分布式计算机监控管理方式，由中央控制室的上位计算机管理控制系统、厂区三个现场控制站组成。中央控制室和厂区三个现场控制站之间以一个冗余的100Mbps光纤工业以太网组成一个有线数据通信网络系统。各个现场控制站可以独立运行，在现场进行工艺检测参数、设备运行工况信号的采集、检测和控制，并通过该站的人机界面对设备运行操作，通过工业总线向中央控制室进行实时传送，以备工作人员监视;中控室的操作人员通过工业总线将必要的控制参数下传到各个现场控制单元，以调整控制和工艺参数。为备现场操作，每个现场监控单元均有手动/自动按钮，可实现现场和远控操作，从而tigao了整个系统的可靠性、安全性以及运行的经济性。污水控制系统还通过Ethernet经厂数据交换机与厂管理网进行互联，实现企业管控一体化。系统组成结构见图2。
图1 污水处理系统工艺流程
图2 系统组成结构示意图
现场控制站采用honeywell masterlogic-200PLC，CPU采用2MLI-CPUU，配有开关量输入DI模块、开关量输出DO模块、模拟量AI模块和通讯模块，并采用softmaster软件对PLC各个模块的参数进行组态。现场控制站在与设备自带的PLC通讯时，采用工业总线的方式[2]，包括现工业总线现场总线通讯三个部分，现场总线物理层采用EIA-RS-485协议，通信板卡采用FENET模块（2MLL-EFMT），用于主站和从站之间通讯。FENET模块（2MLL-EFMT）的传输速率从9.6kbit/s 到12Mbit/s，每个字符为11个位。在FENET模块（2MLL-EFMT）通信软卡安装时，与Softnet-DP软件配套使用;10KV及各变电所的相关信号，通过智能继电保护装置及智能空气断路器、用PROFIBUS-DP的通讯方式与现场控制站交换数据，每个间隔保护及测量装置均作为现场控制站的从站。
中央控制室的上位计算机采用工业计算机，并用大型电子投影仪作为电子屏，操作系统选用bbbbbbsXP，并配用HONEYWELLHS组态软件。该工控组态软件是一个集成的HMI系统和监控管理系统，具有画面显示、趋势曲线、报警处理、报表处理、数据管理、网上浏览等功能。其特性之一是全面开放，各系统集成商可用HONEYWELLHS 作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。本系统将HONEYWELLHS与SOF．master配合使用。因为在SOFTMASTER中定义的变量可以在HONEYWELLHS中直接使用，从而节省了工程开发时间。HONEYWELLHS中的C语言脚本及提供的与数据库之间的接口更增加了其应用功能，可满足用户的复杂要求[3]。
3 主要控制功能
污水处理控制系统主要有6个子系统组成[4]：粗细格栅程控系统、水泵程控系统、生物反应池空气量调节系统、回流污泥量调节系统、泥温调节系统、清化调节系统。
3.1 粗细格栅程控系统
粗细格栅均采用液位差控制，在粗细格栅前后装有超声波液位探头，由变送器将0～10V的液位差信号送到PLC模拟量输入模块，当液位差超过设定值时，PLC强制启动格栅进行清渣，否则按预定周期清渣。为保证控制可靠运行，需定期对超声波液位计进行维护和校正。格栅程控系统根据格栅前后的水位差，自动控制栅耙，按预定周期运行，以保证格栅正常工作，格栅调节有现场控制（手动）和远程控制（自动）两种模式。
3.2 水泵程控系统
水泵程控系统按水泵池的液位经过MicroMaster通用变频器，并采用数字增量式PID方式控制水泵的转数和liuliang。每台泵房均有主运行泵、备用泵，以备不测。对每个泵的控制，同样有现场控制和远程控制两种模式。
3.3 生物反应池空气量调节系统
生物反应池是污水进行生化反应的场所，主要通过转刷控制污水的曝气时间。生物反应池中设有转刷，并在出水口设有溶解氧仪、氧化还原电位计和污泥浓度计、SIPAN32液体分析仪。溶解氧仪和氧化还原电位计输入信号连接在PLC不同的输入模块上，以免由于模块损坏造成控制失调。曝气空气量的调整，采用控制鼓风机导叶片的方式，即通过改变鼓风机导叶片的角度来改变空气量，从而保证溶解氧的需求量。
3.4 回流污泥量调节系统
回流污泥量的调节是为了将氧化沟中的悬浮污泥浓度控制在规定的范围内，其调节采用数字式增量PID控制方式，按进入氧化沟的水量控制回流污泥泵的开启台数和回流污泥管道上阀门的角度，以保证回流污泥管道上阀门的合适比例，所有泵的调节均由变频器控制。
3.5 泥温调节系统
其任务是为了控制污泥沟中的泥温在允许范围内，以保证其在35℃内充分发酵。泥温调节采用热平衡控制方式，即改变换热器的热水温度或liuliang来改变换热量，以实现污泥温度的调节。对每个泵的控制，也都有现场控制和远程控制两种模式。
3.6 清化调节系统
清化调节系统由沼气搅拌程控系统、消化池配泥程控系统、滤池程控系统等组成，主要完成水质的清化过程，满足环保要求。若以上各现场控制单元PLC任何一台出现故障，现场报警信号立即通过网络反馈到中控监视室，并在监视屏上显示故障位置，声光报警，操作人员便可根据实际情况进行操作，排除故障或自动启动备用泵。
4 控制程序设计
系统有四种控制方式：本地手动控制、单台设备点动控制、成组设备自动控制、全厂设备全自动控制。前三种方式一般只在设备调试或维修时使用，正常状况下系统主要以全自动控制方式运行，在这种方式下，所有各类设备都由PLC按照预先编制的程序自动控制，不需要操作人员干预，各种现场数据通过PLC传至中控室的上位机，中控室可监视各现场站的全部运行信息，并可控制现场设备的启动和停止。生物反应池中的生物处理部分是整个污水处理的关键部分，限于篇幅，仅介绍生物反应池空气量调节系统的程序设计。
反应池空气量调节系统用来控制从污水进入反应池到处理后的污水流出反应池的整个过程，在这个过程中，包括控制各种阀、泵、风机的顺序及定时开关和风机的转速调节等。污水在池中是通过微生物的生物氧化作用来去除有机物的，水中氧的含量对污水的处理效果是至关重要的，根据工艺要求，曝气池内的溶解氧含量通常控制在1～3mg/L范围内，在曝气阶段未溶解氧含量应不超过2mg/L，含氧量过低或过高，均会影响出水质量，每隔5min检测一次曝气池内的溶解氧值，根据溶解氧的平均值来控制风机转速，若溶解氧低于设定下限时，调频风机转速增加5%，若溶解氧高于设定上限时，调频风机转速降低5%，这样就实现了反应池供氧量的自动调节，既避免了不必要的能源损失，又优化了运行工艺。反应池溶解氧控制程序流程图如图3所示：
图3 反应池溶解氧控制程序流程图
根据上述控制过程要求，应用程序主要由5个程序模块组成：
（1）公用程序模块（OB1），包括初始化部分、反应周期设定、工艺时间设定、溶解氧设定、调用条件设定等。
（2）开关量顺序控制模块（FC10），其功能包括协调控制各个阀、泵、风机等设备的运行及相关故障的报警，池的进气阀、进水阀、出水阀、回流泵、剩余污泥泵的控制。
（3）断电保护模块（FC16），功能是系统断电后，将所有状态锁存，待加电后使PLC恢复所保持的状态继续运行。
（4）通信模块（FC20），用来完成PLC与上位机的各种数据传送。
（5）溶解氧值自动调节模块（FC5），主要功能是根据溶解氧值来调节风机转速以及相关故障的报警。
5 结语
系统采用了工业总线技术，将honeywellmasterlogic-200PLC、变频器MicroMaster和工控机等主要控制设备有机结合，具有组网简单、运行速度快、通信稳定性强等特点，通过与变频调速技术在污水处理系统中的配合使用，tigao了整个污水处理系统的自动化水平。由于其模块化特性，若处理规模加大，只需增加相应的功能模块，增加适当的软件功能就可在较小的投入下很方便地实现规模扩展，对我国污水处理的自动化建设具有一定的推广价值。
MPI适配器 PLC 触摸屏
持续的经济波动和不断增加的价格压力，作为灌装和包装机械在全球市场的，克朗斯集团依然可以持续其增长战略。基于机械制造、系统控制和安装服务为公司立足根本的巴伐利亚州诺伊特劳布灵工厂全年的营业额达到15亿欧元，这个销售额已好于以往的任何时间。
“克朗斯不仅制造独立的机械装备，可以安装整体紧凑的设备系统。”来自监控研发部的自动化专家安德斯告诉我们。其中的一个例子就是“克朗斯紧凑型路线”的概念。这个概念在2003年11月在该公司的内部集会上被次提出，这个方式相对于安装传统装置可节省30％以上的使用面积。
在克朗斯的PET瓶灌装厂，管理的标准化和灵活性相结合，使其成为行业国际市场的者。
灌装设备为紧密的空间结合
基于标准化的灵活性
这个概念是基于对灌装和包装线小空间的设计要求，并满足设备操作、维护的佳工况条件，以及终的调试。在克朗斯工厂设备中使用的模块，均经过长期的审核、测试和jingque调制。这些将不可回收的PET瓶进行灌装，热缩包装或装托盘，后码垛堆盘的工厂设备，在极大程度上适应了客户的需求。设备产量25600瓶每小时（0.5升瓶）和24000瓶每小时（1.5升瓶）。这些设备不仅进行充气灌装，并且粘贴所需的标贴在塑料瓶上，后打包码垛。项目的管理者R.Anders先生解释说：“这就是由输送系统连接的独立设备。”
一个功能强大的标准化厂房，仍然需要应用范围广泛灵活、要求复杂的自动控制技术。“为了设备特殊的需求我们精心挑选自动化设备元件。”致力于通信工程研究并在克朗斯负载工业通讯的R.Anders告诉我们。这意味着：一个供应商不可能提供完整的解决方案，仔细调整组件可以让设备供应商提供佳的性价比和大的技术优势。
一个高性能的标准化厂房，如果要为高度的灵活性提供可能，需要一个精心制作的自动控制技术。
来自每一部件优化的自动化控制
根据客户的需求，无论是SimaticS7-300或艾伦布拉德利Controllogix控制器都会在设备上使用，前者占多数。“我们甚至也使用S7-416序列的SimaticPLC为我们的一些高端机械设备”克朗斯的专家补充说。
“基于控制器的不同级别，S7PLC可以灵活的适应设备的需求” R. Anders先生说。通过Profibus DP这些传感器与执行器进行通信。ProfibusDP连接AS-I接口的网关被安装在现场接线柜中，通过AS接口或I/O一些传感器也可以直接被连接。“AS-I使我们能够实现灵活的模块组合。”
在输送和机械设备中的自动控制体系
“这意味着我们可以准确的装备客户需要的机器设备。使用不同的传感器和执行器是制造灵活机械设备的方式。”R.Anders补充说：“只有AS-I可以提供我们所需的灵活性。”
由Provit5000工业PC组成的可视化系统。这些功能强大的紧凑型工业PC是模块化设计的完整装备，它们有定制的面板。可视化软件Zenon已被安装运行在工业PC的XP操作系统。作为原设计方案，我们初设计了使用集成Soft-Logic的WinCE面板。使用VBA和activeX技术能够实现智能化链接，是我们之选择了这种工业PC作为解决方案的原因。
来自B&R的Provit工业PC组成可视化系统：这些高端工业PC可以使用直到奔腾Ⅲ处理器和多配备512MB内存。图片显示了一系列Provit不同的可视化系统。
克朗斯工厂每年需要约2000次的设备操作，克朗斯公司的R.Anders先生说：“我们为手头的任务谨慎的选择自动控制元件。”
更加灵活的通讯
对于可视化系统和控制器之间的接口，克朗斯的专家门在寻找一个更加有效和廉价的解决方案，有一种的可行性是来自SimaticS7序列的CP通讯处理器，克朗斯后选择了由Systeme Helmholz制造的MPI总线适配器。
使用这些适配器可以让操作终端和可视化系统快速方便的链接到S7PLC控制器，使用RK512协议SSW7-RK512适配器完成从串行接口到MPI总线的转换，它们传输数据、标记、输入输出字节，RK512协议传输数据使用3964/R程序。
适配器上的连接电缆可直接插入到可编程控制器CPU的插座上或MPI网络上的任何节点。在RS232接口RK512适配器执行从9.6K到115K自动波特率检测，使其能够适应连接设备，该适配器还可以提供一个RS-422接口。
“比起CP的解决方案，使用MPI适配器为我们节省5倍以上” R.Anders强调。对于这样一个巨大的系统，价格的差异并不是唯一决定的原因。“相对于RK 512标准，这种扩展了RK512报文的MPI适配器对S7数据块可以访问全部的地址范围，这个地址范围通常受限于RK512标准，高255可设定地址的字节地址和高254字地址（大可以到512字节），对于S7PLC仅可实现有限的通讯。克朗斯的专家们也没有准备使用HMI适配器连接PLCCPU的数据通讯通道，相比MPI-RK512适配器这个通讯效率不高”
通讯工程师继续解释：“作为这个解决方案，我们现在的选择使我们能够为可视化传输所有的数据块。这种专用的Helmholz扩展协议使通讯更加灵活，这是一个有很多技术优势的产品。该产品的响应时间可以与一个中等产能利用率的以太网连接相比。”在3964/R驱动软件上略作修改，从而让Zenon可视化系统也可以适用MPI适配器的协议扩展。
SystemeHelmholz公司的Karsten Eichmüller说：“凭借针对S7PLC的一系列创新产品，我们能够解决所有的通讯问题。”
克朗斯公司的R. Anders先生说：“我们自1999年以来一直使用Systeme Helmholz公司的产品。”一种用来作为远程维护的SSW7-TSMPI适配器也在克朗斯使用，它可以让一个项目在短时间内得到解决，这是另一款Helmholz创新的产品。“使用内部集成了调制解调器的SSW7-TS适配器，这意味着我们可以更方便的进行远程维护应用。”
传统的远程诊断解决方案，必须由几个部分构成：一个远程服务适配器实现从MPI总线转换到串行协议；针对不同的应用需求，必须具备不同的调制解调器。除了复杂的接线和为多个组成设备进行供电，还导致与客户选择的调制解调器兼容性的问题。
使用内置modem的SSW7-TS就排除了这些问题。一个集成在适配器外壳内的56K模拟调制解调器，可以在世界各地使用。这个集成的modem不需要预先设置和外部供电。
在此所描述的自动控制解决方案，在克朗斯公司几乎所有的机器设备都在使用。并且，所有的公司内部的标准，都可以灵活的适用于不同的机器设备和所有的客户要求。“既有量身定制，又有标准化。”这个定义同样应用于自动控制和克朗斯的机械设备中。