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商品详情

Siemens S7-300 PLC在电厂锅炉排渣改造工程中的应用设计

　1、PLC控制系统的特点及组成
　　
　　PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言，具有严谨、方便、易编程、易安装、可靠性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入/输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和高级应用指令，它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外，PLC即有自身的网络体系又有开放I／0及通讯接口，很容易组建网络并实现远程访问。
　　
　　PLC采用的Siemens公司生产的S7-300系列，由于现场的PLC系统与控制室的上位机距离较远（800米左右），因此通讯系统需成对加装RS-485中继器，确保系统运行的稳定性。
　　
　　（1）系统结构及硬件配置
　　
　　根据控制需求，CPU模块采用CPU314、数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出（DO）采用 SM322模块，模拟量输入（AI）采用 SM331模块，模拟量输出（AO）采用 SM332模块以及IM365等模块组成，IM365实现机架扩展，上位机采用Easyview公司MT510T真彩触摸屏进行显示和控制，整个干渣系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态等均能够清楚地显示在触摸屏上，当参数越限报警或控制对象故障或状态发生变化时，以不同的颜色进行显示，使操作人员能够一目了然地了解到系统的运行情况，并实时地根据工艺要求进行系统参数进行调整。
　　
　　（2）控制系统的功能实现
　　
　　PLC程序的编制直接关系着底渣系统能否正常工作，而程序设计的关键在于编程者对工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。因此，在程序设计中首先考虑了供气压力调节系统的特点，将程序设计细化，分成多个程序模块，实行模块化编程。这样既可以方便的增加或删除程序模块，便于现场对工艺的调整，又可针对配套设备可控性对不同程序模块进行完善。
　　
　　PLC的编程软件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V6软件平台用来完成硬件组态、地址和站址的分配以及编制整个生产过程的控制程序的。上位机监控软件采用国产软件组态王，全部采用汉化界面，便于系统的开发与操作，该系统运行于Windows2000中文平台，可实现对生产过程的全面监控，对重要参数形成历史记录，以报表或曲线的形式显示给操作人员。通过VB语言脚本，可以在主控室的上位机显示重要参数的历史趋势、实时趋势，实现联锁调节的手自动切换、操作、压力的高、低限报警、流量数据的显示与累计，满足高生产率的调度需求。
　　
　　（3）现场显示
　　
　　现场采用MCC屏进行参数控制，触摸屏程序由组态软件来完成，人机界面采用中文菜单，界面友好，操作方便，功能较强，主要用于现场压力、流量、阀位的显示与操作。可作为操作人员现场操作的依据。
　　
　　二、系统实现排渣系统的自动控制和监控
　　
　　主要包括如下功能：
　　
　　（1）灵活的操作方式以及强大的系统控制功能：系统可以实现上位机操作、控制柜操作和就地手动操作；
　　（2）报警功能：当温度超过工艺要求，可在现场、就地实现越限报警；
　　（3）简单、方便的参数设定：压力调节的压力设定值、P、I、D等参数可以在上位机中设定。
　　

　对于系统中的逻辑控制选用梯形图（LADDER）编程，直观、方便；对于PID回路控制流量温压补偿计算以及流量的累积计算部分则采用语句表（STL）编程，结构紧凑而又灵活。 PID调节是该系统中最为重要的控制程序，因此特将PID算法作一重点介绍。
　　
　　1、PID算法
　　
　　STEP7提供了两种常用的PID算法：连续型PID（FB41）和离散型PID（FB42），根据实际要求，选用的是FB41。并在组态王中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。
　　
　　PID算法的输出实际上是比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分作用之和：
　　
　　Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ
　　ＭＰｎ＝ＧＡＩＮ（ＳＰｎ－ＰＶｎ）
　　ＭＰｎ＝ＧＡＩＮ  ＴＳ／ＴＩ（ＳＰｎ－ＰＶｎ）＋ＭＸ
　　ＭＤｎ＝ＧＡＩＮ  ＴＤ／ＴＳ（ＰＶｎ－１－ＰＶｎ）
　　Ｍｎ：第ｎ次采样时刻的输出值。
　　ＭＰｎ：第ｎ次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。
　　ＭＩｎ：第ｎ次采样时刻的积分作用，可以消除静差，提高控制品质。
　　ＭＤｎ：第ｎ次采样时刻的微分作用，根据差值的变化率调节，可抑制超调。
　　ＳＰｎ：第ｎ次采样时刻的设定值。
　　ＰＶｎ：第ｎ次采样时刻的过程值。
　　ＭＸ：第ｎ－１次采样时刻的积分作用，每次采样计算后自动刷新。
　　ＧＡＩＮ：回路增益，P参数。
　　ＴＩ：积分时间常数，即I参数。
　　ＴＩ：微分时间常数，即D参数。
　　ＴＳ：采样时间。
　　
　　从上面的公式中可以看出，参数P（GAIN）与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢；Ｉ参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，唯一的衡量标准就是被控参数（压力）的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到最佳的控制效果。

《西门子PLC在水处理工程中的运用》

摘要：详细叙述了GLM-8型行架式刮油刮渣机工艺流程、自动控制系统说明。同时，总结了采用GLM-8型行架式刮油刮渣机进行污水处理所取得的经济效益和社会效益。

关键词：刮油刮渣机、CPU224[1]、驱动机构[2]

Application of Siemens PLC in water handle
Author: Chen long Unit Name: Wuhan Cigarette Factory
Abstract: It was detailed to described the type GLM-8 pares off the oil and the mud machine craft process, automatic control system elucidation. At the same time, Tallying up the adoption type GLM-8 pares off the oil and the Mire machine handling acquisition the economic performance and the social performance.
Key words: pares off the oil and the mud machine、CPU224 [1] 、Drive the organization[2]

引言
在钢铁厂污水排放中，水中含有大量的废渣和油，如果将废渣和油从水中分离出来后，水就可以进行第二次利用，提出的废渣还可以送到下一个工序进一步将里面的铁提炼出来，这样就大大地节约了水资源，又防止了环境污染;利用GLM-8型行架式刮油刮渣机是对钢铁厂污水处理方法中的一种。下面将对该污水处理系统做简要论述。

一、工艺流程
GLM-8型行架式刮油刮渣机主要由驱动机构、行架、刮油耙，刮渣耙、自动控制系统、定位器组成。
沉淀在平流池池底的泥渣在刮渣耙的带动下，逆水由平流池出水尾端向进水首端行驶，将泥渣带入首端的集泥坑，刮渣机行到首端时，自动控制系统指导抬落耙机构的电动推杆进行工作，由于刮油耙和刮渣采用联动，当刮泥耙抬出250mm高度时，刮油耙自动下降250mm，刮油刮渣机实行反向行驶，将浮在平流池上的油由平流池首端向尾端推动，将油刮入设在尾端的集油槽内排出平流池。从而实现一次全过程工作，刮油刮渣还可根据平流池的沉降过程进行半程工作两到叁次再进行一次全程工作，具体运行轨迹见图一，该系统可以根据需要通过面板上的选择开关选择三种运行轨迹，图一中只画了一个周期。

图一：运行轨迹图

自动控制系统设有现场手动、自动和远程控制接口。当刮油刮渣机出现故障时，设备现场声报警装置进行报警，并通过信号通信系统将信号送到中控室报警。
设备的输电系统采用电缆输入电源和信号控制电缆输出信号，电缆在运行过程中悬挂在空中的电缆滑车上，电缆滑车在行架式刮油刮渣机的带动下沿着滑车轨道进行往返工作。
当设备的自动控制系统出现失控时，刮油刮渣机行驶到端头而不能实行反程工作时，可通过设在首尾两端的限位控制装置切断电源，如上述系统全部失控时，设在首尾端的车挡强制将设备控制在限位范围内，从而控制了设备出轨等事故的发生。

二、控制系统说明
3.1硬件说明
该控制系统所用的中央处理器为西门子公司的CPU224 AC/DC继电器输出。S7-200系列是一种可编程逻辑控制器（Micro PLC）。它可以控制多种多样的自动化工业的应用，它紧凑的设计，低廉的价格，以及强大的指令，使得S7-200控制器可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的自动化问题时，具有很强的适应性，该控制系统所用的是S7-200系列，不过也可通过该模块上的 PROFIBUS-DP接口，通过现场总线将该小系统组态到大系统中。该系统中的CPU224的I/O分配如下表：

控制系统原理框图见图二。

图二: 控制系统原理框图

3.2软件说明
该控制系统软件采用西门子公司的STEP7-MICRO/WIN32的软件编写，PLC控制系统使用功能控制语言，可用多种方法，如梯形图（Ladder）、语句表（STL）、功能图块（FBD）进行设计，软件开发、调试和维护采用多种方法，可有效利用软件资源。
该系统主要用到了子程序调用指令，在主程序中根据用户需要对三种运行轨迹的三个子程序进行调用，从而让刮油刮渣机在不同的条件下运行不同的轨迹。
每一种运行轨迹都是通过软件完成，充分利用了计数、定时等指令，程序流程图如下（图三）：

三、应用效果
该控制系统从安装调试成功后，于2001年8月通过甘肃酒钢集团的验收。目前控制系统运行稳定可靠，且操作简单、直观；可实现远距离维护功能，从而减轻了维护强度，故障处理更方便、快速。

参考文献：
1、S7-200编程手册[P] 1998版……………………西门子公司
2、电机拖动[M] 1996版……………………………冶金工业出版社

《西门子PLC在油田工程的运用》：联合站是采油厂对从地下开采出来的原油进行油、水、气分离的场所 ,其控制系统对外输原油的质量起着决定性的作用。大庆油田以往的联合站控制系统主要有以霍尼韦尔为代表的DCS系统、以OMRON为代表的PLC系统和以研华工控机为代表的内插I/O卡的计算机系统等三种类型。这些系统各有优缺点 ,如DCS系统处理速度快 ,人机界面好 ,但其全部信号集中接入控制室 ,成本造价高。PLC系统数字逻辑处理能力强 ,可靠性高 ,但处理速度低 ,功能模块较单一 ,和其它设备兼容性不好。工控机内插I/O板则适合于较少点数的应用 ,其成本低、灵活性好同 ,但故障率高 ,不可靠。由于以上特点 ,在油田的联合站控制领域中还没有一种能使用户满意的控制系统。随着工业自动化控制理论和计算机技术的发展 ,以及生产工艺对控制系统的可靠性、运算能力、开放性等方面越来越高的要求 ,西门子公司在原来S5系列可编程控制器的基础上 ,结合最先进的电子制造、网络通讯、现场总线等技术 ,推出了新一代可编程控制器S7系列PLC。

CPU
6ES7 211-0AA23-0XB0 CPU221 DC/DC/DC,6输入/4输出
6ES7 211-0BA23-0XB0 CPU221 继电器输出,6输入/4输出
6ES7 212-1AB23-0XB8 CPU222 DC/DC/DC,8输入/6输出
6ES7 212-1BB23-0XB8 CPU222 继电器输出,8输入/6输出
6ES7 214-1AD23-0XB8 CPU224 DC/DC/DC,14输入/10输出
6ES7 214-1BD23-0XB8 CPU224 继电器输出,14输入/10输出
6ES7 214-2AD23-0XB8 CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7 214-2BD23-0XB8 CPU224XP 继电器输出,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7 216-2AD23-0XB8 CPU226 DC/DC/DC,24输入/16输出
6ES7 216-2BD23-0XB8 CPU226 继电器输出,24输入/16输出

USB-PPI USB接口的西门子PLC S7-200编程电缆,带指示灯,对应西门子产品:6ES7 901-3DB30-0XA0 ,通信距离达2公里,电缆长度为3米。
USB-PPI+ 隔离型USB 接口的 S7-200PLC 编程电缆,带指示灯,对应西门子产品:6ES7 901-3DB30-0XA0,通信距离达2公里,电缆长度3米。
PC-PPI RS232 接口的西门子 S7-200PLC 编程电缆,RS232/PPI 接口，对应西门子产品号： 6ES7 901-3CB30-0XA0电缆长度为2米(2-50米可供选择)。
USB-MPI+ 隔离型USB接口的西门子 S7-300编程适配器,带通信指示灯，对应型号6ES7 972-0CB20-0XA0 通信距离可达1公里（187.5Kbps 时）长度5米。
PC-MPI+ 对应西门子产品号:6ES7 972-0CA21-0XA0，西门子S7-300PLC编程通信适配器，光电隔离型，外观同西门子,含RS232电缆（5米）。
PC-TTY 西门子S5系列PLC编程口（DB15）通讯接口电缆，对应西门子的型号：6ES5734-1BD20，电缆长度3米（3-20米可供选择）。
6ES7901-1BF00-0XA0 PC/MPI模块用RS232电缆/TP27触摸屏下载电缆,5米,对应西门子产品号:6ES7901-1BF00-0XA0。
6ES7 901-0BF00-0AA0 S7-200/300PLC到西门子触摸屏连接电缆,5米,对应西门子产品号:6ES7 901-0BF00-0AA0 。
6XV1 440-2KH32 西门子OP触摸屏编程电缆，3米，对应西门子产品号：6XV1 440-2KH32
6ES7972-0BA41-0XA0 PROFIBUS 总线连接器不带编程口 35度电缆引出线。
6ES7972-0BB41-0XA0 PROFIBUS 总线连接器带编程口 35度电缆引出线。
6ES7972-0BA12-0XA0 PROFIBUS 总线连接器不带编程口垂直电缆引出线。
6ES7972-0BB12-0XA0 PROFIBUS 总线连接器带编程口垂直电缆引出线。
6XV1-830-0EH10 SIEMENS L2电缆 2芯屏蔽（总线电缆或PROFIBUS电缆）。
6ES7 390-1AM00 40针前连接器螺紧型,特有的定位槽可以防误插。
6ES7392-1AJ00 20针前连接器螺紧型,特有的定位槽可以防误插。

ACS800-04-0100-3+P901

ACS800-04-0120-3+P901

ACS800-04-0135-3+P901

ACS800-04-0165-3+P901

ACS800-04-0205-3+P901

ACS800-04-0140-3+P901

ACS800-04-0170-3+P901

ACS800-04-0210-3+P901

ACS800-04-0260-3+P901

ACS800-04-0320-3+P901

ACS800-04-0400-3+P901

ACS800-04-0440-3+P901