西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8一级代理

一、继电器检测设备控制要求

    1、需要检测10个继电器
    2、每个继电器需要测试8个触点，共80个触点
    3、每次检测需要300个周期，控制输出12ms ON / 88ms OFF的脉冲为一个周期

    4、需要将检测结果保存在PLC中，要求停电保持，共需要保存80个触点x300个周期合计24000个状态，如果将结果保存在寄存器中则少需要1520个停电保持寄 存器
    5、每次检测结束，上位机将结果读出，根据继电器8个触点的吸合情况判断该继电器是否合格

二、该设备对控制系统的要求及海为相应的特点

    1、运行速度快：要求程序扫描周期在1.5ms内，海为PLC由于运行速度快，指令集丰富，程序非常精简，实际运行扫描周期为1～1.1ms

    2、要有大范围的数据停电保持区：海为PLC的停电保持区可以任意设定，允许将所有数据区都设为停电保持，数据程序无须后备电池保护，yongbu丢失。不需要用任何指令就可以实现该功能

    3、具有ms级控制能力：海为PLC提供一个独有的16us精度系统时间，SV49-SV50为系统时间（单位16us）, 系统自动循环计数, 当计数到大值2147483647时归0不断循环计数。利用该系统时间可以方便实现ms级控制，误差仅一个扫描周期

三、初始化脉冲数据

    由于要控制输出12ms ON / 88ms OFF的脉冲，转换为16us时间单位如下：
    12ms = 12000us = 750（16us），存放放在V2000-V2001中
    88ms = 88000us = 5500（16us），存放放在V2002-V2003中

    建立一个名称为“时间间隔初始值”的初始寄存器值表，将ON时间设定为750和OFF时间设定为5500（当然也可以不建立该表而选择在程序中初始化V2000-V2001及 V2002-V2003的值），如下图：

四、实现程序如下：

    本程序扫描周期1～1.1ms，1如下图：

0引言
   中小型工业和民用锅炉，强烈地受控于国家能源和环保政策［1］。多极化的用热格局，尤其是分散式的中小锅炉，改用一次能源中的清洁原料，即油、天然气，近年来发展异常迅猛。环保法规的实施加速了清洁能源的使用，以油、气为燃料的中小型锅炉，在本体结构趋同的情况下，其自控水平已成为衡量锅炉运行好坏的重要法码。
   中小型燃油、气热水锅炉传统的控制方式为：用锅炉循环水出口温度来改变燃烧器的转火、启停。实际外循环管网的水温变化并不能实时反映内循环(锅炉本体和热交换器之间的循环)水温度变化情况，而是有一个非常大的换热延迟。这种间接控制还未考虑环境温度和管网散热损失对锅炉负荷的影响。
   采用单台PLC及触摸屏，用主管网回水温度作为负荷调节温度，通过在北京总参某部四台2.8MW燃气锅炉联控两个采暖期的实际运行，以及信息产业部西安某所贰台5.6MW燃气锅炉的试运行，这种控制方式非常有效。

1联控基本原理及方案设计
1.1联控思想的形成
   随着能源系统的分散化和多样化，中小型锅炉及锅炉房配置日益增多。小区、企事业单位的集中供热、工业生产等，大都将锅炉集中在一个区域，便于司炉和管理［2］。在燃油(气)中小型锅炉控制领域，热水型锅炉较多用传统的控制方式。目前，集中在一起的锅炉，其控制系统都是独立的，即“单炉单柜”。在“单炉单柜”控制系统中，锅炉的运行工况仅由该台锅炉出口参数的设定值控制。由于热水锅炉采用的是内外两个循环系统，用锅炉的出水温度作为参照来调节外管网负荷明显滞后，即当负载一定时，外管网的温度升高或降低某一温度值时，内循环需要较长的时间来响应这一变化，造成负荷的跟随性差和能源浪费。可以用外循环的回水温度来控制内循环负荷；还注意到，这类系统的内循环是并联于内循环母管上的，当某台或几台锅炉不用时，未投入使用的锅炉相当于散热器。为使各台锅炉投运的频度相近，减少设备运行损耗和燃烧器启停次数，对多台锅炉的联控很有必要。
   如何将独立的锅炉运行模式协调起来，既方便操作运行，又能很好地调整单台锅炉的出力，节省投资和运行管理费用，这就是锅炉联控的初步设想。
1.2联控功能描述
    (1) 每次从冷态启动时要求每台锅炉以大负荷开始运行，使管网快速升温；
    (2)当系统运行基本稳定后，检测回水温度，若回水温度达到设定回水温度值，进行逻辑判断，停止先运行的那一台锅炉；
    (3)经过一段时间的稳定后，若回水温度继续升高时，经逻辑运算再停一台，依此，直至使回水温度稳定在某一设定范围内；
    (4)当系统的回水温度下降到设定的转火温度时，必须马上增加运行锅炉台数或增大已运行锅炉的负荷。若此时多台锅炉已运行但还没有使每台锅炉达到大负荷，则先启动的那台锅炉应先增大负荷，依此类推；
    (5)每次增加一台锅炉运行，都要经过一段时间的平衡，待增加的锅炉内的炉水参与循环后，才进行回水温度的测控，根据回水温度实时情况，决定是否还要增加锅炉的运行负荷或台数；
    (6)运行原则要求当只需要一台锅炉运行时，尽量只用一台，使单台锅炉的设备利用率达到或接近，减少锅炉设备的运行损耗；
    (7) 每台锅炉的运行燃烧状态要根据该台锅炉的出水温度的高、低，自动调节该燃烧器的起停；
    (8)在系统的出水管道上装设有液体流量开关，只有检测到循环水在流动后，才允许该台锅炉系统中的燃烧器起动，确保系统安全、可靠运行；
    (9)每台锅炉均单独设置有炉水超压、炉内缺水、气体泄漏、燃气低气压、出水超温等保护功能；
    (10)每台燃烧器控制起动回路，均设置有短路、超载、缺相等保护功能，保障燃烧器安全运行；
    (11)系统还可对外循环回路的温度、环境温度、卫生热水系统温度及管网压力进行测控，在触摸屏上分屏设置显示相应状态，采用主、辅菜单调用方式进行屏幕信息切换；
    (12)运行原则是，冬夏季节性使用、主用及增补、分时段运行等功能，由屏上功能开关实现选择；
    (13) 每台锅炉主要运行状态及参数动态显示在屏幕的功能状态画面上；
    (14) 每台锅炉均设置能独立手动运行的功能；
    (15) 任何一台锅炉出现故障时，不影响其它锅炉联控运行。
1.3控制系统选型
   PLC和触模屏是目前中小型工业及民用锅炉较多使用的控制设备。本系统选用OMRON公司CQM1H系列小型PLC控制器，它采用积木式拼装，易于扩展，预置通信模块可实现本机与上位机间的通信。选用富士公司的UG320-SC4C真彩触摸屏作为人机对话界面，通过PLC的RS232串口与触摸屏通讯。该触摸屏对比度强，有各种标准接口，其动画制作简单，采样形式多样。为了采集故障、漏气、低气压、缺水等数字量信号，并驱动现场执行机构动作，这类信号进出PLC进行了强弱电的转换。联控设备主要配置见表1。

2控制系统实施
2.1节能算法
   在供暖系统中，锅炉、建筑物和供暖管道的热损失是导致锅炉系统热效率降低的主要因素，锅炉系统温度越高，热损失越大。为大限度地降低锅炉系统的热损耗，采用室外温度来控制循环水温度的算法。随着室外温度变冷，管道散热量增加，用户的用热需求加大，系统应根据负荷要求自动调定供水温度。
    供暖曲线［3］如图1。
   不同的环境温度，对应着不同的采暖温度。通过触摸屏选定供暖曲线后，PLC将自动调整外循环的回水温度。例如：选用2.0曲线，室外温度每降低1度，供水温度要提高2.0度。如果设定温暖天气关闭点为22℃，室外温度为-1℃，则供水温度为68℃。
2.2输入输出及外围执行机构控制原理设计
   四台锅炉本体的测点，如：进出口水温、集汽罐温度、排烟温度、管道流动开关、炉水压力变送器、水位探头等一次仪表测控点，有的不能直接进出PLC或者不能直接驱动执行机构，必须经过中间继电器转换。
2.3触摸屏程序设计
   触摸屏是人机对话界面，本系统设计了八大功能模块，即手控运行方式、联控运行方式、动态测点显示、事件历史记录、常见故障处理、操作说明、口令修改、使用与帮助。采用FUJI高分辨率的彩色液晶触摸屏［4］，屏上设置汉化的菜单、按钮、指示灯及功能开关；画面之间采用翻屏形式进行选择切换；运行界面以动画形式显示，图文并茂(如图2)；设有开机密钥和主要参数设置权限(如图3)，以及紧急求助画面，方便了用户操作、使用与维护。

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2.4PLC软件设计
   PLC实时监测各测点的温度、压力和输入量，经逻辑运算后，由输出模块控制每台锅炉及炉前泵的启停、负荷比例开大或关小以及报警等。程序设置思想是：先初始化PLC及触摸屏，检测每台锅炉的输入信号是否正常，再设置锅炉的运行参数，通过可修改时间的定时器TIM0和上升沿触发指令DIFU(13)、功能指令等等，依回水温度、采暖曲线来实现对四台锅炉的联控。OMRON公司的PLC可支持梯形图和助记符编程［3］。采用助记符编程的部分程序如图4所示。

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   根据需要，系统可设定任意工作时间或若干个时段，每时段里可分别设置锅炉的起动和停止，实行无人操作。也可配置网络通讯模块，通过互联网实现远程通讯和异地监控。
3结论
    (1)改变了热水锅炉控制中以锅炉出水温度来控制锅炉负荷的方法，采用系统回水温度控制，出水温度仅作为该台锅炉的联锁保护，锅炉负荷调节具有很好的跟随性；
    (2)采用联控方式运行，能自动分配参与运行的单台锅炉的负荷，锅炉运行的工况变化平稳，节省投资和运行管理费用，减少设备运行损耗；
    (3)在电站锅炉的配风、给料等协调控制中，采用滑动比例调节执行器开大关小信号，有重要的参考价值。

　引言
　　随着火电厂规模和单机容量的扩大，许多大型工矿设备在输煤系统得到广泛应用，且多数具备自动或半自动功能，如翻车机、斗轮机、入场煤采样机、入炉煤采样机和环式给煤机等都有各自的PLC控制系统。如何组织和管理好这些大型设备，使整个输煤系统在高效率状态下运行，是国内火电厂输煤发展中需要解决的首要问题。全集成化的输煤过程控制器网络是能够满足对输煤设备的管理与控制要求的好途径。
1　PLC联网的目的
1．1　提高控制范围及控制规模
　　可编程控制器（PLC）多安装于现场，用于当地控制；如果进行联网，则可实现远程控制。联网距离可以为几十至几千米或更远，大大提高了PLC的控制范围，联网后还可增加PLC可控制的I／O点数。
1．2　实现综合及协调控制
　　要使各设备协调工作，较好的办法是将分别控制各设备的PLC进行联网。而设备间的工作协调，则靠联网后PLC间的数据交换解决。
　　对于若干设备及装置组成的生产线，PLC联网后则可进行综合控制，把对设备级的控制提高到对生产线的控制。
1．3　实现计算机监控及管理
　　由于计算机具有强大的信息处理及信息显示功能，工业控制系统已越来越多地利用计算机对系统进行监控与管理，而要计算机实现这个功能，则必须将PLC与计算机联网，从而实现以下功能：a．读取PLC工作状态及PLC所控制的I／O点状态，并显示在计算机的屏幕上，以便于人们了解PLC及其控制设备的工作状态。b．改变PLC工作状态，以及向PLC写数据。这样做可改变PLC所控制设备的工作状况或工作模式，起到干预控制的作用。c．读取由PLC所采集的数据，并进行处理、存储、显示及打印。
　　计算机与PLC联网后，再使用相应的编程软件（如梯形图或流程图）及其它语言编程，比较方便；可简化系统布线、维修，并提高工作的可靠性；可对现场智能装置（包括智能设备、智能仪表、智能传感器等）进行管理，充分发挥这些装置的效益，推进生产自动化、智能化。
2　PLC网络的结构
　　以国内输煤系统应用较多的SIEMENSS7／S5系列PLC器件为例阐述PLC网络的结构。
2．1　生产金字塔结构
　　PLC制造厂家常用生产金字塔PP（ProductivityPyramid）结构来描述它的产品所能提供的功能。图1为SIEMENS公司的金字塔。它表明SIEMENSPLC及其网络在工厂自动化系统中由下到上、在每层都发挥作用：金字塔顶部负责生产管理，金字塔底部实现现场测量与控制，金字塔中间层负责生产过程监控及优化。
2．2　SIEMENSPLC网络的复合型网络拓扑结构
　　PLC网络的分层与生产金字塔结构中的分层不是一一对应的关系，后来的几层功能可以合并由、1层子网去实现，只要这几层功能中传送的信息对通信的要求基本一致。采用复合型结构不仅使通信具有适应性，具有良好的可扩展性。

　　以一个典型的工厂自动化系统3级网络结构为例。基于现场总线PROFIBUS－DP／PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级与车间级。现场总线PROFIBUS是面向现场级与车间级的数字化通信网络。
    各层的主要功能分述如下：
　　a．现场设备层：主要功能是连接现场设备，如分散式I／O、传感器、执行机构、开关设备等；完成现场设备控制及设备间连锁控制，如1台加工设备控制、1条装配输送线或1条生产线上设备之间的连锁控制。主站（PLC，PC机或其它控制器）负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。
　　b．车间监控层：用来完成车间主生产设备之间的连接，如1个车间3条生产线主控制器之间的连接；完成车间级设备监控，包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室，有操作员工作站及打印设备。车间级监控网络可采用PROFIBUS－FMS，它是一个多主网，这一级数据传输速度并不是重要的，而在于能传送大量信息。
　　c．工厂管理层：车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。车间管理层采用以太网，即IEC802．3，TCP／IP的通信协议标准；厂区骨干网可根据工厂实际情况，采用如FDDI或ATM等网络。
3　输煤控制系统PLC网络的配置
　　整个输煤程控网络的配置如图2，整套网络全部采用SIEMENS的设备，这样可以使用现场总线技术，实现完全的分布式结构，并充分获得这一先进技术所带来的好处。
3．1　网络上层为以太网，2台PLC直接挂接在网上，实现双机热备，以便可靠地将输煤系统的状态和参数传送至全厂MIS。通过以太网将化验站、分炉计量和皮带秤来的信息也送至MIS。

3．2　网络第2层为PROFIBUS－DP网，5台PLC分属输送机子系统、翻车机子系统、斗轮机子系统1、环给子系统、斗轮机子系统2，在运行各子系统的通过PROFIBUS－DP网络与PLC1和PLC2进行通信，以便接收参数或发送状态。操作员站和工程师站连接在PROFIBUS总线上作为监控站，可完成远程编程、修改参数及在线监控功能。
3．3　网络第3层为远程I／O链路：AS－i接口层，远方现场的一些执行器、传感器或小型模块（LOGO！）通过DP／AS－I链接器和PROFIBUS－DP网络进行通信，以便接收参数或发送状态。
3．4　网络具体配置如下
　　PLC1，PLC2：采用S7－400系列CPU415－2DP，外加以太网通信模块CP342－1；
　　PLC3，PLC4，PLC5，PLC6，PLC7：采用S7－300系列CPU315。
　　操作员站和工程师站：采用PG760，它是一种功能强大的台式计算机，与通常的AT／Micro DOS／bbbbbbsPC机兼容。PG760有集成的MPI接口。选择CP5411网卡可连接到PROFIBUS－DP上。配置STEP7编程软件包可作为编程设备使用。使用PG760通常还要配置WINCC等软件包作为监控操作站使用。
4　结　语
   一个面向整个输煤过程的并能满足整体协调、管控协调、可靠性高、组态灵活且简单实用的PLC网络，是当前大型火电厂自动化控制工作中的重要环节，也是为达到提高生产效率、节能降耗的目的所势在必行的。