西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8一级代理

西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8一级代理

1引言

可遍程序控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机，通信与联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。它在结构上采用了可编程序的存储器，可以在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作指令，并通过数字式，模拟式的输入输出，控制各种设备和生产过程。其具有可靠性高，抗干扰能力强（MTBF达20万h）坚固环境适应性好，确定性控制，实时性好，编程方便，简单易学等一系列的优点[1]。

可遍程序控制器(PLC)进入我国是在20世纪70年代中期到20世纪80年代初。在宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台PLC，这些PLC用于原料码头到钢管厂，高炉，轧钢等整个钢铁冶炼及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统并部分取代了模拟控制和小型DDC系统。随后逐步在各个工业领域得到应用[2]。

2 可编程控制器

2.1可编程控制器硬件组成

可编程控制器的基本组成部分包括中央处理单元(CPU)，内存扩展，电源，输入输出单元，通信接口，智能输入输出和扩展接口，还有编程器，过程控制站打印机等外部设备。CPU是PLC的中枢神经，它的作用是通过数据总线，地址总线，控制总线以及辅助电路连接储存器，接口及I/O单元诊断PLC的硬件状态，借助编程器接受键入的用户程序和数据；读取解释并执行用户程序等。储存器用于存储程序和数据它包括系统程序存储器和用户系统程序存储器。输入输出单元它是PLC与现场I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。编程器是PLC常见的外部设备也是PLC中唯一不需要通过功能模块而直接与总线相连接的外设，它通过主机上的编程器接口直接与主机相连[3]

2.2 PLC的软件系统与编程语言

2.2.1软件系统

包括系统程序和用户程序。

系统程序是是PLC赖以工作的基础，采用汇编语言编写，固化在ROM型系统程序存储器中，不需要用户干预，系统程序又分为系统监控程序和解释程序。系统监控程序用于监控PLC工作，而解释程序用于把用户的程序解释为微处理器能够执行的程序用户程序是用户为完成某一特定的控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序通过编程器输入到PLC用户程序存储器中

2.2.2编程语言

各个型号的PLC都有自己的编程语言。通常使用的有梯形图，语句表，逻辑符号图，顺序功能图以及编程语言等，这其中又以前两者使用较多。

梯形图语言是类似于继电器控制线路图的一种编程语言。它是面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用多的一种语言。语句表是一种与汇编语言类似的助记符编程语言。顺序功能图是一种用功能表图来描述程序的编程语言，功能表图可以将一个复杂的控制控制系统分解为若干子系统，从功能人手，使系统的操作具有明确的含义。便于设计人员和操作人员的沟通，便于程序分工设计和检查调试[4]

2.3 PLC的工作过程

PLC采用循环扫描的工作方式每次扫描用户程序之前都先执行故障自诊断程序，扫描用户程序之前，也要检查是否有与编程器，计算机等的通信请求，有则进行相应处理。

PLC的工作过程一般分为三个主要阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式按一定顺序将所有输入端的状态读入输入状态寄存器中。在该阶段。采样结果的内容不会改变，并且这个采样结果将在下一个阶段PLC执行程序时被使用。在程序执行阶段PLC按顺序对程序进行扫描，一般按照从上到下，从左到右的顺序。并对输入和原输出状态进行处理，将输出结果送到输出状态寄存器中。但这个结果在整个程序未执行完毕之前不会送到输出口上。执行完所有的用户程序后，PLC将输出状态寄存器中的所有状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。上述三个阶段的工作过程被称为一个扫描周期[3]。

3 可编程控制器在除尘系统中的应用

3.1可编程控制器在除尘器中的应用

除尘器的种类很多，但布袋除尘系统是处理粉尘好的除尘方式之一，以其高除尘效率和运行稳定可靠而被广泛采用。布袋除尘的工艺要求主要在温度、压力、流量几个方面。当温度高于布袋使用温度时，降低布袋的使用寿命，严重时会烧毁袋子；低于设计温度时会引起袋子结露，影响过滤性能。对于清灰而言如果清灰不及时，则将造成运行阻力增大，甚至造成滤袋损坏。而清灰过度又会使粉尘初层被破坏，使除尘效率下降。以上这些实际运行中容易出现的状况在使用了PLC控制器之后得到了较好的解决[5][6]。

静电除尘器是利用强的静电场捕集烟气中的灰尘粒子。除尘系统采用传统的继电器—接触器控制系统组成。该系统可靠性差，出现问题处理时间长，反应慢，控制灵敏度低，常常达不到理想的控制效果，影响了除尘质量。采用PLC控制后，解决和改变现状，提高了除尘质量，适应了生产的需要[7]。高压供电设备是电除尘器两大组成部分之一，其供电质量的好坏直接影响到电除尘器的工作性能，不同的供电和运行方式以及控制管理水平的高低，对除尘运行的效果、能源的利用率、运行的可靠性和稳定性等都具有重要的影响。高压控制系统的设计，必须以电除尘器实际运行时的负载特性为依据，才能使机电一体化获得佳收尘效率。电除尘器作为高压控制整流设备的负载，其负载特性很复杂，可能处于正常运行状态，也可能处于短路、开路或偏励等故障状态，由于工况及粉尘特性的不同，其负载抗值、起晕电压、闪络电压、火花频率等均有很大差异。电除尘高压供电系统采用可编程逻辑控制器，其控制精度高、可靠性好、通讯能力强，使得电除尘高压控制水平和自动化程度都较过去发生了质的飞跃[8]

3.2除尘系统中的PLC设计

现以某小型冶金企业所使用的正压布袋除尘器为例，简单介绍PLC控制系统在除尘系统中应用。该系统使用的是Siemens公司S7-200型PLC控制器。该PLC系统的设计分三个阶段，即功能设计、基本设计、详细设计和上位机监控功能设计[9]：S7-200型软件系统功能主要控制全套除尘设备，如风机的起动保护、温度控制、风量调节、压缩空气压力控制、卸灰阀顺序起停差压监控、反吸清灰等输入输出控制及上位机数据传输，软件性能可靠性及运行方式。结构设计：采用功能分割，模块化结构设计。分为主程序块、功能块、数据块。主程序块完成各功能块及数据块的调用及数据处理；功能块由温度控制块、风机起动保护块、差压监控块、卸灰顺序块及反吸清灰等逻辑控制；数据块主要实现数据转换、数据传输及上位机通讯功能。程序设计：程序设计工作主要遵循软件设计的要求和方法进行设计。为确保除尘效果及可靠运行，PLC软件设计非常重要，为此软件设计重点结合正压除尘工艺要求，根据功能划分进行设计，后形成程序集，完成工艺要求内容。为了调试方便增加手动控制，以便在特殊情况下实现无扰切换[10]

图1  系统流程图

图1为系统流程图 控制系统具有反吹清灰、卸灰和排灰，设备单动和联动运转功能。设备单动为设备单体调试时在除尘器现场手动操作。设备联动为除尘器清灰系统采用定时或差压控制，并与刮板机联锁，只有在刮板机运转时，方可清灰清灰的周期，清灰程序中过滤、反吹和沉降时间，能根据运行状态进行调整。 为确保除尘效果及可靠运行，PLC软件设计非常重要，为此软件设计重点结合正压除尘工艺要求，根据功能划分进行设计，后形成程序集，完成工艺要求内容。为了调试方便增加手动控制，以便在特殊情况下实现无扰切换。S7-200编程采用STEP 7-Micro/Win软件编程。该软件可以在 bbbbbbs平台上运行，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务[11][12]。

3.3 仍存在的问题及对策

现有的PLC编程语言仍较多使用梯形图或自由文本方式的语句表编程（STL），应开发指令功能更加强大，编写的程序更易于阅读理解和调试的编程语言。工业PC以及嵌入式系统迅速发展，使PLC面临严峻挑战。前者的优势在于功能可靠，低成本，体积小以及功耗小，实时性强。PLC也需不断发展，加强系统开放性，向Ethernet扩展，提高运行速率，与IT世界相连，发展集成化软件，加强安全技术。在这些改进方面中，笔者以为又以引入现场总线为重。

4 结束语

PLC在除尘系统中的使用越来越广泛，它的使用使除尘器的运行与管理上了一个新的台阶，减少了操作人员的频繁操作，减轻了工作量，并且节约能源，使除尘系统长期稳定，高效的运行。创造了良好的社会效益和经济效益。将有更为广阔的应用前景。

　1 轮南站输油工艺简介
轮南站是轮库输油管线的输油首站，也是东轮输油管线和塔中－轮南输油管线的输油末站，主要站区包括4座1万m3双盘式浮顶油罐，6座5万m3双盘式浮顶油罐（包括新建的2座），共计储油能力34万m3。是目前西北地区大的原油库。成套引进从美国进口的5台拜伦*杰克逊泵主泵和相配套的5台给油泵。设有1万m3罐区阀组区、5万m3罐区阀组区、轮库线出站阀组区，塔中4进站阀组区和轮库复线阀组区，装有电动阀门和输油泵进出口（带开关指示）阀门100多个。
　　轮南站的输油生产过程中包括各关键点的数据采集和记录、工艺流程的切换、收发球清管控制、输油泵自动紧急联锁停泵控制、储油罐自动切换控制、出站压力自动调节、生产设备运行状态的监控等，如此多数量的输油设备和复杂的工艺运行操作，需要复杂的自动化系统。下面就轮南站自动化控制系统的核心部分即GEPLC可编程控制器系统进行说明。
2　系统结构
轮南站GE90-30系列可编程控制器的系统配置图如图1所示。

　在图中可以看出轮南输油首站的可编程控制器系统的基本结构和联接方式，该系统由两台工业PC机与PLC通过网络交换机构成物理结构为10BASE-T的Ethernet局域网，工业PC机与PLC之间通过以太网进行数据通讯，数据传输速率为10Mbps，PLC1和PLC2是整个系统的主要部位，其中PLC1由主系统和扩展系统组成，PLC2只由主系统组成。两套PLC负责与现场测量和控制部分之间的数据传输，装有整个自动化系统运行的主程序，肩负着全部生产运行工艺流程的逻辑控制、安全报警、停泵联锁系统等，上层为两台工业PC机，bbbbbbsNT操作平台，运行GE的组态软件Cimplicity6.0。配置结构采取双机热备的形式，指挥着整个自动化控制系统的运行，从而保证了自动化控制系统运行的连续性，提高了设备运行的可靠性，保证了安全生产。
2．1 硬件配置
控制中心采用DELL工控机，它具有足够的能力完成数据采集、过程监控数据储存和运算功能，技术指标：
●CPU Inbbb PⅣ 2.0G，内存512MB，硬盘80G，软驱3.5″，光驱40X，总线PCI+EISA，接口RS232C+EPP/EPC并口，彩显DELL21”纯平，1600×1280，101键盘+鼠标
PLC部分选用GE90—30PLC系统，具体如下：
l CPU模块——IC693CPU350：内存 32K、后备电池/时钟、每K语句处理时间 0.22ms。
l 以太网通讯模块——IC693CMM321：协议：TCP/IP，传输速率：10M
l 模拟量输入模块——IC693ALG223：通道数：16路，信号类型： 4—20mA，刷新速度：13ms所有通道，精度：0.25%at 25C0(770F)，输入阻抗：250欧姆
l 开关量输入模块——IC693MDL645：通道数：16路，信号类型：输入电压0——30VDC，
刷新速度：7ms所有通道
l 开关量输出模块——IC693MDL940：通道数：16路，信号类型：继电器输出，刷新速度：15ms所有通道
2．2 软件设计
操作站（上位机）部分：Win2000Professional操作系统，Cimplicity6.0组态系统，SQL数据库，Office2000应用系统
PLC（下位机）部分：PLC可编程控制系统的编程软件Versapro2.01。
2．3 PLC控制程序设计
PLC采用GE公司的Versapro2.01梯形图软件编程，该软件面向用户，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图非常接近，控制过程形象、直观，系统维护人员容易掌握，程序易于修改。该软件还备有功能强大的指令系统，包括继电器指令、控制指令、比较指令、算术指令、数据操作和处理指令、数据传送指令和特殊功能指令等。丰富的功能使得PLC可以很好地满足系统的各种要求，输油首站的PLC控制程序包括站控主程序及流程切换、电动阀控制及状态、模拟参数传送、收发球控制、连锁停泵等子程序。每一条程序指令都考虑到所可能发生的各种情况。下面以其中一个电动阀的控制为例。（限于篇幅，对程序细节不做介绍）

3　系统具有先进灵活的通信功能　　
轮南输油首站的各个PLC可编程控制器利用其先进灵活的通信方式，方便地组成了PLC处理器与就地机架、远程机架、计算机工作站及其它的电子设备之间的通信，其通信方式是多渠道、多方式的。工程中使用了6台瑞典生产的雷达液位计，系统使用ALG223模块与雷达液位计提供的信号模块相联接，完成该部分的储油罐温度和液位的数字数据传输。
4　系统具有先进的多种数据处理功能　　
GE公司为工业应用提供了可在通用框架上安装的80多种数字及智能I／O模块，诸如数字I／O模块、模拟量I／O模块、通信模块、定位模块等等。　　轮南输油首站的系统使用了开关量I／O模块、电流模拟量输入模块、热电阻模拟量输入模块、以太网通讯模块等智能模块，这些模块给定的精度为0．01％，经过每年实际测试均能满足要求。　　
丰富的指令集和强大的软件功能是GE公司系列可编程控制器的显著特点。安装上该公司提供的Versapro编程软件就可以方便的进行处理器编程，该系列处理器和软件可以使用在线和离线两种方式进行编程，装入或取出数据文件，在计算机上监视设备运行情况。　　组成人机信息交换界面，操作员发出命令的场所，有效的控制着输油生产的运行。
5 系统操作功能
系统采用两级控制，一级为现场就地手动，二级为自动方式，正常情况下使用自动控制方式，当自动方式出现故障时使用就地手动方式。
自动控制方式完成的主要功能包括以下方面。
5．1 数据采集和处理
PLC通过其I/O模块，实时采集过程参数，如温度、压力、液位、电动阀等主要设备状态的信号，经运算处理后作为联锁、控制、显示信息供PLC及工作站使用。工作站中运行的Cimplicity组态软件提供良好的人机交互界面，实时接收PLC所传送的数据，并将控制信息通过PLC下发给执行机构。Cimplicity可将其所采集到的数据写入数据库，所有数据库中的数据，都可用于生产报表，可随时用趋势画面显示，以分析生产过程。
5． 2 控制及联锁保护
（1）、来油进罐和出罐进泵及倒罐，可在Cimplicity工作站上控制运行，正常密闭输油流程的执行与切换由PLC控制程序自动完成，操作人员只需点击相应的按钮即可。整个过程可靠、简单明了。
（2）、当输油泵的出口压力大于设定压力（具体数值由操作人员根据实际情况设定）时，PLC控制程序将停止输油泵的运行，保护设备的安全。整个过程无需人工干预，都由PLC控制程序自动完成。
5．3 画面显示
工作站显示的主要画面有流程、阀控制、参量显示、历史趋势、泵运行及报警画面等。各画面显示的文字均为汉字，可通过工作站的菜单调用，也可由操作员键盘的自定义键调出，整个画面操作使用，色泽柔和、美观。下图以阀控制画面为例。

流程图用于动态显示输油首站的流程走向，过程参数显示和参数报警状态，电动阀的开关状态，油罐液位指示及输油泵等设备的运行状态。当条件改变时，管线、参数和设备的颜色会发生变化；输油泵的详细参数和运行参数，显示在其单体运行画面上；过程控制画面用于输油首站的流程控制和流程切换，可手动或自动控制电动阀，实现流程的控制；参数表用于显示每程区域主要参数的数值显示及状态列表；趋势图有实时趋势和历史趋势，通过该画面，操作人员可以直观形象地了解系统的运行状况；报警画面显示系统事件和发生的报警。
丰富的画面功能对操作人员监控生产过程、保证安全输油，完成各种操作是十分便利的。
5．4 报表功能
结合输油首站生产需要，利用Cimplicity内嵌的VBA语言开发报表功能，对系统实时数据、历史数据库数据、office2000及数据库软件SQLServer、Access、等进行访问和操作。报表即可调用系统数据库测量数据，又可按生产基础参数进行复杂计算，生成生产日报表，提高工作效率。
生产日报表包括记录六个5万m3储油罐中收油、付油罐整点油高、温度等系统测量值，并根据视密、K值、含税率及各罐的罐容积表、小数表、静压力表计算罐容积、混油、扣水及纯油值。
6 结束语
轮南输油首站控制系统功能全面，可靠性高，操作简单实用，对提高输油首站管理水平，保证设备安全平稳运行起到了很好的促进作用，并取得了良好的经济效益。

变频器的具体应用： 
　　1、在变频器没有使用在粗纱机之前，粗纱机在起动和关车时，由于牵伸和卷绕两个传动系统的传动链不同、转动惯性不一致，使前罗拉引出粗纱条的线速度与锥轮传递纱管的卷绕线速度不同，这种不匹配的速比具体表现为起动时卷绕时间快于引纱时间，关车时引纱时间快于卷绕时间，于是在开关车时就会产生大量细节。而粗纱机在纺纱过程中频繁的开关车是不可避免的。 
　　我公司JBA变频器可以通过控制主电机，调整电机电源的频率使电机启动到设定值时间(启动)或者关车时间进行认为设定，达到实现慢启动、慢停车，取消了设备中电抗器和电磁离合器等不容易维修的部件。在设定启动时间(加、减速时间)不可过分追求慢速，否则电机容易发热、损坏，因为增加停车时间，增加电能损耗、影响效率。 
　　2、在纺纱过程中，粗纱的卷装直径要经历一个由小到大的变化过程，在前几百米和后几百米粗纱断头率很高，质量容易产生变化。在传统的纺纱中，“恒定”的电机转速在纱径中时需要加速却又无法加速。企业便时常陷入要产量顾不了质量，要质量又顾不了产量的两难境界。 
　　我公司变频器的多段速控制便会弥补这些缺点。如多段速设定可按1000m长度为一段，将一落粗纱设定为若干段，如7000m长的一落粗纱就为7段，每一段编辑为一个功能码，通过对变频器的调整可以任意设定这每一段的频率。这样便可以在纱径小、纱径中和纱径大时使电机获得不同的转速，从而达到电机转速按纺纱进程的需要而作相应变动的目的，真正实现粗纱机的优质、高产。 
　　通过PLC和人机对话，使变频器的调速功能得到更为简易的操作。实现高效、节能和达到工艺的效果。