6ES7221-1EF22-0XA0详细资料
HZS间隙式混泥土搅拌设备自动控制系统是HZS型间隙式混泥土搅拌设备的核心控制部件，系统是由上位控制计算机单元，可编程控制器三菱Q00CPU，以及配料，称料控制仪表CB920X组成的分布计算机控制系统。系统能够完成各个工作环节的工作状态控制;系统的启动/停止，及故障的连锁控制;物料配方的管理，上传和下载;异常工作情况下的监控，故障解除和对电动装置的保护控制。
该配料计量系统通过固定落差、动态逐次逼近、脉冲精称等控制方法来提高物料的精度。计算机控制系统可以在管理计算机操作界面上设配料生产过程中所需的各项参数，完成对各单元的初始化设置，系统启动后，测量并显示工作过程中的各项参数，对异常情况给以警告。配合控制柜面板上的元器件及监控仪表，可及时切换手/自动状态，修改各项工作参数，达到优化的工作环境。还可以完成工作过程数据的存储,以及生产报表的打印功能。HZS60型混泥土搅拌设备在自动控制系统的支持下可以实现灵活的操作和更加直观全面的自动化生产。
系统配置图：
HZS60自动控制系统是由上位控制计算机，面板功能接口，信号适调接口，信号转换接口，功率转换接口以及可编程控制器PLC组成。单元之间利用标准RS232串行口进行通讯，使之成为一套完整的系统。控制系统采用集中方式对拌和设备的主要工作单元进行直接控制，各模拟信号通过CB920X输入中央控制单元，开关量信号和控制输出信均通过可编程控制器PLC与上位控制计算单元相连接。上位控制计算机还提供生产管理功能和一套屏幕操作界面。
系统组成及功能如下:（可参照系统配置图）
可编程控制器：选用三菱Q系列PLC，此类型PLC比同类型产品具有高水平的应用性和灵活的扩展性能，并且支持目前流行的开放式网络CC-bbbb、PROFIBUS-DP和DEVICENET，为以后的性能提升留下广阔的空间。
物料计量控制单元：选用CB920X-10称重仪表，支持通用的电阻应变片式传感器，内部集成算法，能达到准确的物料计量。支持四种物料的配比，通过累计方式自动分批称量，允许手动强制补料。CB920通过RS485/RS232与PLC通讯，进行配方的对写和存储，并且与PLC配合实现佳的配料方案。
上位计算机管理单元：它通过中央控制单元来管理各单元的工作，为用户提供可操作的人机界面，存储配料清单，与PLC用RS232串行通讯口进行数据监控，接收各单元传送的异常信号，向用户发出报警信号和处理措施，按年、月、日、时统计班次生产资料，以表格形式打印并将数据存盘。
辅助设备控制单元：采用可编程控制器PLC的DC电压输入电压作为开关量信号适调和光电隔离环节，采用继电器输出单元作为开关量输出的功率放大和隔离环节，中央控制单元通过通讯口来控制其工作方式。
动力配电控制单元:选用优质的施耐德电器元件：空气断路器，接触器，继电器，以及电机软启动软停止单元，确保精密控制仪表和电动执行装置的安全，对各负载之路出现的过流，短路和欠压等情况进行监控，各支路设置跳闸反馈保护。
控制模式：
该套控制系统分为控制台手动、控制台自动（REMOTE），及上位机自动（LOCAL）三种操作模式。种操作模式主要用在可编程控制器和上位机均不能正常工作的状态下，而后两种操作则依赖于配料控制器、PLC和上位计算机之间的协调工作和正常运行。
调试体会：
该套控制系统在调试期间因为是单机系统，基本没有遇见较大的问题。设备的运行情况良好，与其他设备之间的通讯稳定，完全能满足现场的生产稳定性要求。
1 前言
烧结矿作为高炉冶炼的主要原料，其质量直接影响高炉生产。攀钢4#烧结机控制系统，由于自动化水平低，生产成本高，作业率低，已不能满足生产的要求。为此在2003年6月大修时，除了对部分工艺设备和工艺流程进行改造外，对自动化控制系统进行全面升级。采用先进的网络结构和硬件设备，并应用先进的烧结工艺优化控制软件技术，实现烧结生产过程自动控制、监控及管理，以达到提高烧结矿的质量，降低能耗，改善工人作业环境及劳动强度的目的。
2 自动控制系统构成
自动控制系统实现对整个烧结机生产设备的联锁控制，实时数据的采集与分析，过程与设备状态的监控与报警，过程趋势数据的采集与处理，报表打印，画面显示。完成了生产设备的基础自动化及过程计算机控制，并使用网桥技术，实现4#烧结机计算机系统与3#、5#之间数据传输，构成烧结生产线综合监控网络。
根据烧结工艺对自动化系统的要求，4#烧结机采用Modicon
Quantum 140系列PLC,实现配混系统、烧冷系统、成品整粒系统、卸灰及电除尘系统的逻辑顺序控制，对主风机、点火炉等生产工艺的数据采集、处理及回路控制。系统配置简图如图1
系统由3台PLC、4个工程师站和8个监控站组成，基础控制层采用Quantum 140 系列PLC，采用Modicon公司工业控制局域网络（Modbus Plus）。令牌总线结构，通过PLC上网络接口模板（Controller bbbbSystem）与工程师站或监控站的网卡进行通讯，对等通讯方式及远程I/O扩展。传输速率为1Mpbs，传送介质为屏蔽双绞线。系统具强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板等。监控系统（HMI）采用Inbbblution公司的iFIX3.0监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。iFIX3.0支持其于因特网的远程在线组态，嵌入式VBA(VisualBasic For Application)。操作系统为bbbbbbs2000，编程软件采用Concept2.2，它支持5种IEC标准语言，系统提供了派生功能块(DFB)，并可在Concept2.2应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。
3 系统功能
3．1电气控制
根据工艺要求和现场实际情况，系统从整体上分为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是指操作人员在现场操作箱上进行设备的启动、停止及设备运转速度设定。当一台设备于机旁操作状态时，不再参与系统的其它联锁。计算机联锁运行是指处于自动运行的所有设备每一时刻都参入各自联锁条件，如运行安全联锁、工艺参数联锁、启动或停止顺序联锁等，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带堆料。以配料系统为例，阐述控制原理。圆盘配料工艺简图如图2。
在圆盘配料系统中，给料量主要由圆盘的转速决定，并且与圆盘的转速成线性比例关系。采用西门子数控直流调速装置（6RA70系列），来控制圆盘电机的转速，由PLC设定参数作为数控调速装置的给定信号来改变瞬时流量。料流检测由核子称（JR2系列）信号与主皮带信号换算得出，作为该圆盘系统的反馈信号。累计流量Q=K*T*∑G，G为瞬时流量，T为皮带速度，K为比例系数。根据每一采样时刻的瞬时流量计算出采样时刻前一段时间（10S）的平均流量，将其与上位机流量给定值比较，得出偏差，进行PID运算，得到控制量，后通过D/A模板输出4~20MA的直流信号，作为直流传动控制单元的给定值，改变电机的转速，达到控制物料流量的目的。
3．2仪表控制
（1） 信号的采集与处理
利用Concept软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、数字滤波、偏差、上下限报警等各种信号处理的DFB，在控制程序中可直接调用这些功能块。实现了混合料矿槽料位测量及上下限料位报警，混合料温度的检测，煤气流量、氧气流量的累计及瞬时显示，煤气与空气压力测量，低压报警及低压煤气切断，负压测量与显示，烧结料层厚度检测。实现了抽烟机入口流量检测，进口废气负压、温度测量，电机轴承及定子温度测量和超温报警等。
（2） 点火炉温度控制
点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节，有比例自动控制和单回路控制两种方式。当选择比例自动控制时，计算机以点火炉的炉温为主调参数，以煤气流量和空气流量为辅调参数。由温度调器的输出作为煤气流量调节器的设定值，温度调节器的输出经配比计算（空燃比）后作为空气调节器的设定值，进行PID调节，实现煤气调节阀和空气调节阀开度的自动控制。当选择单回路控制时，根据现场输入流量的设定值，与实际测量值进行单回路PID计算，分别控制煤气和空气流量调节阀，分配其流量来控点火炉温度。单回路控制图见图3。
4 系统特点
（1） 实现了三电一体化。该系统现场检测信号直接进入PLC，电气控制去掉了中间联锁。操作方式分为自动和机旁，取消了控制室内操作台、模拟屏及显示表，改为CRT监控，所有数据全部在上位机上显示，用鼠标和键盘操作。
（2） 建立了3台烧结机的局域网。通过网桥使4#烧结机的PLC系统与3#、5#烧结机的PLC系统实现数据交换，从而实现对烧结生产线的统一监控。
（3） 故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，控制柜发出电铃报警声，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便，自动生成日报、月报及旬报。
（4） 通讯及电源模板冗余，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。仪控系统采用先进的检测方式，大量使用智能仪表和智能执行器，使设备检测趋于智能化。
（5） 上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度满足生产工艺要求。
一、 摘要
以云南大唐红河电厂辅控网系统为例，论述施耐德电气QuantumPLC在火电厂辅机系统中的应用。对Quantum系统的硬件、软件结构、工作原理进行了说明，阐述电厂辅控网模式在经济、管理上的合理性和技术上的可行性，并且根据江边取水系统重点介绍QuantumPLC的具体应用。
二、 概述
随着工业自动化技术的飞速发展，电力系统的深入改革，电厂对辅控网系统自动化程度的不断提高。在火力发电厂的辅机系统的设计中，一般是根据辅控设备的功能，按“水”、“灰”、“煤”三个系统设立了独立的集中监控网。但为了保证设备优质高效的运行、提高劳动生产率、提高运行人员整体素质，满足减员增效的要求，取消一般的“水”、“灰”、“煤”三个独立的监控网，只构建一个电厂集中辅控网的新思路，并把辅控网数据并入SIS系统中。
三、 工程描述
大唐红河电厂辅控网包括江边取水、生水石灰预处理、次氯酸钠、锅炉补给水、工业废水、凝结水精处理、炉内加药、含煤废水、输煤、燃油泵房、制氢、气力除灰、电除尘一共十三个子系统，全部使用QuantumPLC系统。辅控网对PLC有较高要求，主要有以下几个特点：
1、 由于电厂控制水平要求高，根据工艺段的重要级别，大部分子系统选用Quantum PLC双机热备系统；
2、 在满足工艺、控制要求的前提下，提高性能价格比，对点数不太多的子系统选用了CPU11303双机热备系统;
3、 为保证电源的可靠性，子系统选用了冗余电源；
4、 对I/O模块的选型，设计进行了优化；
在开远大唐红河电厂辅控网中，我们充分利用了QuantumPLC强大的功能，很好解决了控制系统中存在的问题和难点。在通讯上，我们使用工业以太网，用TCP/IP协议加光纤远距离传输，构建百/千兆网络。NOE通讯模块至交换机采用双绞线，厂区内各系统到辅控网基本上没超过2公里，用多模光纤；江边取水系统距离较远，用单模光纤，网络速度好，信息传输方法机制合理，实时性相当强。网络结构图如（图一）所示：
图一
四、 PLC介绍
QuantumPLC模块采用现代大规模集成电路技术，经过严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。QuantumPLC还带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。可以在Concept中编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，使整个系统有极高的可靠性。所有模块都可以带电拔插，无需停止系统，减少工作量，维护方便。LED状态指示器，直观地显示CPU及其I/O模板通道状态，为快速检修故障提供了极大方便。
QuantumPLC的配套齐全、功能完善、适用性强，江边取水、凝结水精处理等重要系统采用双机热备、冗余电源、冗余远程I/O、再加上双以太网，确保系统安全连续运行。尤其是先进的双机热备系统，组态简单，操作方便。通过两套配置完全相同的模块，形成主备的形式。在正常状态下，主机CPU负责处理程序运行，进行I/O通讯，通过热备模块更新备用机CPU的状态及数据，备用机则监视主机的运行状态。当主机发生故障时，备用机马上进行切换，变成主机接替故障机的处理工作，切换时间短，不会超过PLC的一个扫描周期，不会影响逻辑运行。
五、 工程实例
1、 工艺描述
云南大唐红河电厂水源地江边取水系统处于离主厂房17公里外的南盘江畔，一共分囤船取水、沉沙池、澄清池和二级泵房四个子站。江边取水系统由囤船三台取水泵将南盘江水抽到沉沙池进行泥沙沉淀，再自流到澄清池，加如凝聚剂助凝剂沉淀杂质，再由生压泵打到山顶水池蓄水，自流到电厂作为电厂补给水源。流程如（图二）所示
2、 控制方式
江边取水系统操作运行分别设有“远程自动”、“远程手动”、“就地手动”三种工作模式。“远程自动”模式为正常的主要运行方式，根据系统满足自动顺序运行的条件，在操作员站上操作完成整个工艺流程。在程序编写中注意自动顺序执行期间，出现任何故障或运行人员中断信号，都能使正在运行的程序中断并回到安全状态，使程序中断的故障或运行人员的指令都将在画面实时显示。“远程手动”模式为运行人员在画面上点操一个被控对象。在远方手动模式下，系统提供了丰富帮助操作指导和反馈信息，指引操作人员的操作，以防止误操作。“就地手动”模式是运行人员通过就地控制箱操作被控对象，就地操作与远方程控操作之间有相互连锁。
3、系统配置
控制系统采用耐德电气QuantumPLC系列，整个系统开关量输出192点、开关量输入252点、模拟量输出8点、模拟量输入93点。设计时在需要的点数上还留有15%的余量。本系统模块数量如下（表一）
系统配置采用140 CPU 43412控制器，双机热备、冗余电源、冗余I/O通信、双以太网，各子站通过同轴电缆通信。开关量控制信号用24V直流电源，开关量反馈用48V直流电源（防止压降），模拟量用都24V直流电源，4～20mA信号，分辨率采用4095。系统电源UPS为3KVA，实际整套系统只用到30%的容量。
系统配置图如（图三）所示
4、编程软件
本系统的编程软件使用施耐德电气Concept2.6软件，运行在bbbbbbs 2000系统下。上位监控软件用Wonderware公司Intouch9.5，与Quantum系列PLC完美的结合在一起。Concept2.6编程软件完成对硬件组态、子站和地址的分配，编写整个系统程序的控制逻辑。Concept编程软件采用的IEC61131-3编程语言，通俗易懂、直观简单，强大的编程环境基本可以满足一切工业逻辑要求。尤其是ConceptDFB块功能，可以自己编写一些基本功能块，比如泵、阀等的数据转换，在编程时直接调用，大大提高工作效率，也使程序看上去简洁明了。程序中要对阀门监视的信号有开到位、关到位、过扭矩、超时、远方／就地切换等，泵有运行，故障、远方／就地切换等，实现了数据准确采集和工程量转换。有些调节阀需进行PID操作，PID操作由程序中的PID功能块完成，还能完成手动／自动的无扰切换功能。
六、 应用
施耐德电气QuantumPLC具有强大处理能力的大型控制系统，可以满足大部分离散和过程控制的经济和灵活的硬件控制平台，极高的性价比也是在同等PLC中屈指可数的。云南大唐红河电厂辅机全部采用QuantumPLC，各系统运行情况十分理想。其优异性能、稳定可靠的运行电厂辅机设备提供了优异的技术保障，也给运行、维护人员提供很大的便利。
七、 建议
在满足工艺、控制要求的前提下，对点数较少但又是重要岗位的子系统，选用CPU11303系列双机热备控制器，只能采用LL984编程，一是编程麻烦，二是功能较差，三是不利于整个电厂编程的一致性和维护，能否升级也用IEC编程，这样小系统也具有很强的竞争力！