西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0诚信经营
项目简介：
白灰是炼钢过程中必需的重要原料，它的产量和质量将直接影响所炼钢材的多少和好坏，在冶金企业中白灰窑是非常重要的生产部门。现代化的白灰窑必须具有现代化的控制系统，本案例介绍的是西门子自动化产品在天铁集团五座白灰窑控制系统及其管理网中的成功应用。
系统描述：
五座白灰窑分三期完成，一期和二期项目中选用SIMATIC-S7 300的PLC和WINCC作为监控系统，三期项目中选用的是S7400的PLC。
系统控制要求：
1.逻辑控制比较复杂，对设备运行的连锁条件要求严格，需要有故障保护程序。合理运用定时触发和脉冲沿触发。
2.PID回路调节较多，对调节质量有较高要求。需优化调节参数。
3.通讯负担繁重，PLC站间、PLC与上位机之间都有大量数据交换。需要有高速网络连接。
4.生产网要向管理网提供数据（包括数据和画面）。要保证生产网的安全稳定。
系统特点：
1．依据控制对象的规模，兼顾性能与成本合理选型。
2．生产网与管理网的集成，向管理网提供生产数据和画面。
工程概述：
该工程设计规模为日处理污水50万吨, 主要收集某市区的城市污水及某县极大部分的产业废水和生活污水。该工程由预处理工段、生化处理工段、物化处理工段、污泥堆埋场和公用工程工段组成。
上海西门子产业自动化有限公司负责为某污水处理厂建立全厂自动化控制系统。承接的工程范围包括：硬件供货，系统集成，技术支持,客户培训等。还负责高压配电系统的数据采集工作，其中使用了有联网通讯功能的西门子智能继电保护器7JS6.
控制对象：
控制现场设备（泵、阀门等）的开、关、停、运转; 电动阀门的开启、封闭;关键设备的连锁;实现污水/稳流格栅池/调节池/提升泵房/厌氧池/中沉池/曝气池/二沉池/凝聚沉淀池/污泥浓缩池/污泥脱水/填埋场整个污水处理过程的生产自动化。
系统配置：
采用 SIEMENS公司先进的 PCS 7 过程控制系统作为全厂的自动化系统硬件平台。整个系统由5套PCS7现场控制器（其中一套为AS417H冗余系统），4台操纵员站，1台工程师站组成。在中心控制室，设置一台大型模拟控制屏，通过串行接口由挂接在光纤以太网上的一台S7-400可编程控制器驱动，提供动态显示生产流程实时信息以及全部报警功能。
系统功能：
● PCS7拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库，能大大节省系统编程组态的时间和用度。
● 系统的所有硬件都基于同一的硬件平台, 所有软件也都全部集成在 SIMATIC 程序治理器下, 具有同样同一的软件平台。
● 系统大量采用了新技术, 在网络配置上使用标准的产业以太网和 PROFIBUS 网络。
● PCS 7 过程控制系统消除了 DCS 和 PLC 控制系统的界限, 真正实现了仪控和电控的一体化。
● 通过冗余的 10 Mbps 光纤环网（产业以太网）相连接,分别将信号传送至中心控制室, 全厂主要机泵等运转设备的开、停和故障信号都将在过程控制系统和中心控制室的大型模拟屏上显示。
● 采用 SIEMENS 高速以太网光纤通讯模块 OSM, 大大加强了网络抗电磁干扰的能力, 省往了采用普通双绞线连网所必须考虑的防雷击及过电压保护的措施, 使得控制系统安全可靠, 风险系数大大降低。
● 自动化系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式输进/输出控制站,答应控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔, 而无需停止系统,大大进步了系统的可靠性。
● 系统所有的分布式远程I/O分站和170多套SIPOS 电动执行机构通过PROFIBUS-DP现场总线与系统控制器进行通讯，高通讯速率可达12Mbps。
● PROFIBUS-PA使得用一对双绞线即可完成仪表数据上传及供电。
● 系统开放性强，易于连接到企业治理网，可与常见的办公软件进行数据交换，可大幅度地降低工程设计，维护用度。
一、项目简介
烟台美极玻璃现在为一中型玻璃加工企业，以生产中空玻璃，玻璃加工为主，于2006年5月正式新上一套平板玻璃钢化生产线。其重要性，不仅在很大程度上，满足了市场的急需，也决定了全厂的生产水平和效益。该设备整体近30M长,连续不断生产，除了需要有制造精良机械部分外，自动控制的优劣是其性能和可靠性的关键部分。洛阳西菱自动化设备有限公司长期从事化工自动化开发研究和系统集成的公司，承接该项目后，在充分了解该平板玻璃制造工艺的控制全过程和厂方的需要，精心设计了包括由10.4”液晶人机界面，S7-200PLC控制系统和多台SRR加热控制柜组成的集中式控制系统。经安装和调试，实施投产，经过半年多的实际运行，为企业创建了巨大的效益。
二、系统扼要工艺先容
平板玻璃钢化工艺一般采用优质玻璃为原料，以平钢化生产线为主要生产设备。该生产线约宽2.5M,长25M，依次分布为上片台，加热段，风栅冷却段，下片台，各工段均有不同材质的辊子运送玻璃。辅助设备有鼓风机，风道，控制柜等。其生产过程分成上片，自动往复加热，往复急冷，往复吹风，取片五个工艺阶段。开车前逐步使加热段呈矩阵分布的上下电炉升温至650℃，做好生产预备。在一定的时间段，人工将原料片玻璃在上片台排放好位置，至前炉门前光电开关止。当确认可以进炉时，启动按钮，前炉门打开，放片断和加热段按进炉速度同步前进。炉前光电开关与编码器配合，开始丈量玻璃长度，加热时间计时开始。当玻璃到进炉间隔减速到位，管前炉门并放片停止。加热主传动按加热往复速度，炉内有效间隔，反向行进，如此形成往复摆动。当加热时间剩20秒，启动冷却风机到高速。一但加热时间到，打开后炉门，加热主传动和风栅主传动按出炉速度同步高速出炉，炽热的玻璃快速进进风栅急冷钢化，同加热炉动作类似，并按往复速度摆动，急冷时间到后，冷却风机改低速继续摆动。直至冷却时间到，风机减速停，风栅转动和取片转动按取片速度同步出栅，钢化玻璃至后光电开关处自动停止。生产过程，周而复始，连续进行。碰到某些工艺情况，对局部阶段需要增加或减少顶部或底部阀门开闭，改变或跳过一些阶段，系统具有多种报警。紧急停时有安全位置，运行时有安全连锁。
平钢化系统是一个既有大量开关量和大量SSR温度调节回路（数目达30－60个温度检测点和调节回路），又有多个编码器和变频器组成的速度间隔丈量控制回路，及人机界面和少量仪表模拟量组成的涉及面复杂的控制系统。它是通过人机界面和现场众多键控，能够灵活多变，适应多种不同钢化工艺需要的顺序控制。画面要能清楚地显示主要工艺流程，方便灵活地控制大量参数。各阶段间隔和时间，速度，以及不同的玻璃规格工艺指标，要求能在不同情况下灵活调节，连续显示各时间段，温度值和玻璃动态位置。其主要控制对象有三个要点：其一是各阶段时间设置和控制；其二是温度检测和调节回路；其三是速度丈量控制和间隔丈量控制。由于过程中含有大量的工艺指标，运动速度高，如出错，导致大量的废品，甚至损害设备，对安全性要求极高，控制必须正确无误，极为可靠。设备整体外观见下面图：
选定硬件配置如下, 共计S7-200 CPU 1个，各类模块6个。温度模块6个，变频器5个。
CPU226XP CN 6ES7216-2AD23-0XB8 1个
电源模块 6EP1 3311-SH02 3个
DI/O数字扩展模块6ES7223-1BL22-0XA8 3个
AI/O模拟扩展模块6ES7 2350-KD220XA8 1个
AO数字扩展模块 6ES7 232-0HB220XA8 2个
M440 2.2KW变频器 6SE644 2DU222BA1 2个
M440 1.5KW变频 6SE644 2DU215BA1 1个
M440 3.0KW变频器 6SE644 2DU230BA1 1个
康沃 220KW变频器 CVF-G2-4T2200 1个
泓格温度模块 I-7018 6个
人机界面 MT510TV4 1个
三、控制系统构成
改造前的PLC的选型工作是一件非常关键的事。PLC是核心部件，决定系统的功能，适用性，安全可靠性和价位。根据现有各制造厂方的经典作法，上述系统均采用PC+OMRON中型PLC+专用电路板＋OMRON变频器，或是PC+S7300系统＋施奈德变频器，已有相当数目的工程实例。但本工程是为一家私营企业配套，价格既不能高，又不能降低控制性能和安全可靠性，这当然有相当的难度。经过再三斟酌和周密思考，选择西门子S7-200PLC作控制系统。
本方案是选用S7-200系列 CPU226XP作主控制，温度控制有大量的DI/DO,增加3块I/O数字量模块。 5台变频器用电压信号作调速控制，选2块AI/AO模块。系统需要测速和控制转速，以及间隔控制，硬件为编码器，利用PLC固有的2组A-B高速计数。由于温度点实在太多，温度模块数目系统无法容纳，另采用泓格串口温度模块解决,用自由口通讯。电源用SITOP模块。
人机界面的选择，一是流行的做法，由PC机＋组态软件＋大屏幕显示器，效果。其缺点是bbbbbbS操纵系统的故障，造成系统的不可靠，且本钱较贵。另一个方案是使用西门子的人机界面OP270，可靠性极高，组网方便，但本钱更贵。人机界面选e-VIEW 10.4”彩色, 经济实惠，满足需要。
整个控制系统由4台控制柜和一个立柱式人机界面操纵箱组成。操纵箱装有人机界面，旋纽开关，信号灯，及蜂叫器等,相距30M,通过PPI通讯电缆与PLC相联。PLC控制柜装有PLC,模块, 小型断路器,开关电源模块,继电器等,是整个系统的控制中枢。另一台是传动控制柜，装有AOP面板，温度表、电压表、控制开关、信号灯等，柜内安装小型断路器、接触器、热继电器、开关电源、变压器、电磁阀电源、及4个变频器。中间2个加热控制柜，装有大型断路器开关，大量SSR模块，快速熔断器，异性铝材散热器，散热风扇等。硬件品质对整体设备可靠性有重大影响，必须坚持选择有认证的优质产品。选择有ISO认证的厂家通过OEM形式整体制造控制箱，控制柜。只有从整体制造的各个环节严格把关，才能打造设备整体的可靠性。控制设备整体外观见上面图：
四、控制系统功能及要点
平钢化控制个特点是具有大量的加热炉温度检测和温度控制调节回路。平钢化工艺中温控系统呈矩阵分布，是一个具有36个热电偶检测点和36个SSR（固态继电器）温度调节回路的系统。与一般系统相比，的确很庞大。大量的温度点使我们检测只能选择现场测温模块。6个测温模块在现场贴近热电偶分布式安装，以降低干扰，节约补偿导线。利用CPU226XP 通讯口1与6个测温模块组成主从式自由口通讯网络。根据测温模块提供的通讯协议，进行专用的通讯程序编制，实现通讯。PLC通过轮询，现场各点温度实时值进进PLC储存器。输出的控制对象为SSR,进行固定周期的通断比控制，占用数字输出点36个。由于CPU226只能开启8个PID通道，假如交替使用，反应速度慢，程序冗长，效果不见得好，改用模糊控制。将给定温度和丈量温度相比较，查表，得到相应的通断比控制值输出。作出一个带参数的温控子程，可方便多次调用。整个生产过程中，温度基本保持恒定不变。通过硬件和编程的结合，系统解决了多温度点控制回路的技术难点。
平钢化控制第二个特点是具有能够灵活多变，适应多种不同钢化工艺需要的顺序控制。生产过程的上片，自动往复加热，往复急冷，往复吹风，取片五个工艺阶段，决定本系统是按一定时间顺序为基础和外部给定为条件的顺控程序。PLC的编程根据平钢化工艺控制的特点， 5个主要工序形成步序核心控制。S7200顺控（SCR）指令为编制顺控提供理想方式，简化程序，条理清楚，实现结构化，模块化，安全可靠，增加程序可读性。在不同的步序段中，各阶段时间设置和转速，间隔控制是通过人机界面和现场众多键控，能够方便灵活地进行多种设置组合，来确定要完成的工艺。在不同的步序时间段，根据不同情况，控制传动电机的启动、加速、运动、减速、间隔到时反向、正向，控制风机的启动、加速、高速运转、减速、停止，调用多个子程及中断程序，完一个接一个的单项功能。步序象是一个传送链，当一批玻璃进进往复急冷后工序后，程序控制又一批玻璃开始进炉加热步序，形成一个连续不断的生产线。顺控程序的编程并非难点，重要的是步序必须安全可靠，有时单一转移条件是不够的，需要采取一定的措施和多重判定，增强保护。一些关键部分，增加了必要的连锁。
由多个编码器、光电开关和变频器组成的给定同步速度控制和长度、间隔丈量控制系统，是平钢化控制的第三个特点。丈量一批被加工玻璃的总长度，是在加热段和风栅段往复运动控制的基础。用炉前光电开关，编码器与PLC高速计数口，及软件配合可丈量玻璃长度。首块玻璃前沿通过光电开关时起，编码器从零计数，到进炉间隔到位前，后一块玻璃后沿通过光电开关时结束，记录编码器脉冲数，乘系数（mm/脉冲），可得到玻璃总长。如同计算玻璃长度，炉内所有间隔在PLC中是以脉冲数为单位来计算。高速计数判定进炉间隔（脉冲数）到位后，通过中断，控制改变变频器运动方向和速度，玻璃反方向运动，高速计数变向作减计数。炉内可设定的有效间隔与玻璃总长之差，即玻璃的反向运动间隔。当计数器检测到这一间隔（脉冲数），产生中断，改变变频器运动方向和速度，玻璃重新改正方向运动，多次的翻来覆往形成玻璃在炉内的多次反复摆动。为保持运动的平稳和到位正确，在正反向到位前的一段间隔，有一段匀减速运动。当加热时间到达时，风机高速运行，程序停止摆动控制，控制主传动和风栅传动同步向风栅段方向运动。在进进风栅段往复急冷步序开始计时，风栅编码器开始清零计数，玻璃在风栅平台上，以在加热炉内同样的方式，反复摆动，急冷使玻璃迅速钢化。当急冷时间到，玻璃继续摆动，风机减半速。冷却结束时间一到，关风机，风栅传动和下片传动同步向前运动，玻璃直至到光电开关处停止运动，完成一批玻璃钢化。
系统需要有一个直观方便灵活的人机界面进行人机对话。平钢化工艺不算特别复杂，但仍需要有一个能清楚地表达主要工艺流程，玻璃的运动动态位置，方便灵活直观地设置大量参数的画面。各阶段间隔和时间，速度，以及不同的玻璃规格工艺指标，要求能在不同情况下灵活设置和调整，数值是便于理解的常用物理单位，如速度米/秒，间隔mm,时间s，风压KPa等。而PLC内部运动控制的基础是脉冲数，这需要人机界为我们建立沟通的桥梁。需要连续显示大量温度值和各段时间动态变化。36个温度控制，即可集中给定，又能分别给定，还可单独开停测试。各个传动电机，除满足自动控制要求外，在画面里也均可手动开停试验。为此我们选用10”彩色触摸屏通过中心画面，温度画面，控制画面，设置画面等来完成上述任务。通过PPI通讯方式，完成与PLC连接对话。 应用中的监视画面见图：
五、系统评价及
自2006年5月份投进使用，至2005年9月，系统历时长期连续不中断的运转，显示了该装置运行可靠，安全稳定，功能强大，适应性强，价格经济等优点。项目调试完成后，连续生产，至今为止，尚未提出过要进行任何维修和处理,说明质量非常可靠。厂方以为，该项目为企业创建了巨大的效益。进步了本厂的自动化水平，集中控制，明显进步操纵水平和工艺水平。可靠性大大增加，系统安全稳定。单耗大幅度降低，在同行创出高水平。
六、应用体会
通过这一项目全过程的设计、编程、调试及反复实践，对S7-200 PLC应用特点有了更为深刻的熟悉：
1．S7-200 PLC价格经济实用，体积轻巧，功能强大，扩展模块齐全。特别是CPU22X XP CN系列出世，同等规模系统，性价比更高。更适合大量采用到较复杂的项目当中。
2．通讯能力超强，形式简单，并有多种扩展方式，自由口能力强，可与多家串口产品通讯组网，足以完成项目的特殊需要。本项目即一种具体应用。
3．烟台平钢化控制系统的成功实现，为平钢化控制实现低本钱自动化，开辟了一条低投进，高效益、易普及的新路。
4．由于项目时间的限制，硬件和技术预备的不足，本项目中原打算变频器用USS通讯形式控制转速的方式，未能实现，实在遗憾。唯有今后更加努力。