西门子模块6ES322-1BH01-0AA0

西门子模块6ES322-1BH01-0AA0

1引言

PLC由于具有功能强、程序设计简介，维护方便等优点，特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力，已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等，会影响系统的正常工作,因此必须重视工程的抗干扰设计。

水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好，系统将无法可靠运行，将会影响到正常供水。因此，有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。

2抗干扰的技术对策分析

为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是较基本和较重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。

2.1电源系统引入的干扰

电网的干扰，频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。

(1)加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中，使用隔离变压器，必须注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。

为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压，可采用开头稳压电源。

(2)分离供电系统

PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。

2.2抑制接地系统引入的干扰

PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地，有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式较好，接地时注意:接地线尽量粗，一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线的长度。

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。

2.3抑制输入输出电路引入的干扰

为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的较有效措施之一。
光电耦合器具有以下特点:首先，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰;其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系;*三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;*四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，因此，应保证被传信号的变化范围始终在线区内。为了保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性较正措施，否则将产生较大的误差。
以上是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。

3结束语

PLC控制系统的抗干扰性设计是一个复杂的系统工程，涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境，在设计抗干扰系统时要求要综合考虑各方面的因素。

一、 自控系统设计要求：
石灰窑生产的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在竖窑的加料口加入石灰石，经过煤气燃烧，煅烧成生石灰，输出到成品料仓。控制系统主要包括石灰石筛选、上料系统，煅烧系统，冷却空气循环系统，助燃空气循环系统，废气除尘循环系统，成品出窑、运输系统以及配套的煤气加压泵站、液压站。新建石灰窑工艺设计先进，自动化程度高，所有设备具备机旁手动、半自动、全自动三种控制模式，并具备设备故障诊断报警功能。
根据用户和工艺设计的要求，石灰窑的控制系统分为三级监控系统。分别为车间生产管理级、窑前生产操作级 、现场控制级。
1、 车间生产管理级
面向生产管理人员，使用微软的SQL 2000作为数据服务器，对生产中的各种数据进行存储、管理、产生各种生产报表。

2、 窑前生产操作级
面向生产操作人员，由两套工业控制计算机作为HMI,在HMI的监控画面上显示各种设备的工况参数，并通过HMI来对生产过程进行控制调节。根据生产情况可选择半自动、全自动工作模式。当生产中出现异常时，在HMI上显示报警信息。正常情况下，两台HMI分别监控两座竖窑的情况，在一个HMI出现问题时，可互为冗余，确保生产的正常进行。

3、现场控制级
面向生产过程，由过程控制器以及现场智能I/O处理器、各种模板构成，为基础测控级。完成生产现场大量压力、温度、流量的采集和处理，对生产过程进行控制。自动控制系统通过对由振动给料筛、板链式提升机、电子秤量斗、单斗提升机，拖板出料机、卸料闸板、振动给料机构成的竖窑筛选、加料、卸料系统的自动控制，实现原料的筛选、加料、卸料的自动化。在出料过程中为保石灰竖窑的密闭型，必须确保上下卸料闸板只有一个同时处于开启状态。煤气加压机、助燃风机、冷却风机是变频器控制下的罗茨风机，通过对煤气压力、助燃空气压力、冷却空气压力的PID调节，达到恒压控制的要求。控制系
统不间断的对煤气压力进行监视，当出现煤气压力过低，危及到生产的安全，立即自动切断煤气截止阀。按照工艺要求窑**废气压力必须控制在-0.2Kpa到+0.2Kpa的允许范围内，控制系统通过对引风机入口阀开口度的PID调节，达到设计要求。控制系统还包括除尘、液压站、带式输送机、刮板机、以及各种电动阀门的控制。

二、系统硬件选型及特点
为了满足以上的设计要求，在本项目中我们选择了美国OPTO22公司推出的基于以态网的过程自动化控制器SNAP-PAC-S1。
SNAP-PAC-S1过程控制器CPU为主频266MHz、32位、带浮点协处理器，内存为32M的RAM、8M电池后备RAM、16M的Flash EEPROM,提供强大的处理能力和运算功能。PAC控制器可以同时运行32个任务，现场智能I/O单元完成PID功能，适应实时工业控制、远程监控、数据采集的要求。能够处理多种自动控制任务，包括开关量、模拟量、串行数据处理、PID调节。PAC控制器有支持多种通讯协议，带有2个RS-232接口、1个RS-485接口。
PAC-S1控制器带有两个独立的10/100M自适应Ethernet网络接口，通过软件配置及可以实现控制器、智能I/O处理器的冗余，也可以通过网络分段的办法把控制网络和生产管理网络可靠隔离。
由于本项目使用的开关量I/O点比较多，开关量选择的是32通道输入模块SNAP-IDC32和32通道输出模块SNAP-ODC32，以及配套的信号转接板SNAP-IDC-HDB和SANP-ODC-HDB。根据工艺的需要智能I/O处理器选择了带PID调节的SNAP-B3000-ENET。


控制系统共有输入、输出信号近800点，其中包括开关量输入/输出信号、4-20mA输入/输出信号热电偶、热电阻信号。
1.控制器 SNAP PAC-S1 1块
2.智能I/O处理器 SNAP B3000-ENET 2块
SNAP ENET-S64 4块
3.底板 SNAP B16M 2块
SNAP M64 4块
4.开关量模块 SNAP IDC32 14块
SNAP ODC32 6块
5.热电偶模块 SNAP AITM 11块
SNAP AITM-2 9块
6.模拟量输入 SNAP AIMA-4 11块
7.模拟量输出 SNAP AOA-23 6块
8.热电阻模块 SNAP AIRTD 20块

三、软件开发及系统功能
本项目使用得工业组态软件是OPTO22公司的SNAP PAC控制器软件开发包ioProject Professional。ioProject Proessional是一套功能齐全的控制器和HMI开发软件包，快速、的OPC SERVER和硬件配置诊断工具包，使用该软件包可以完成控制项目的全部功能。其中包括控制策略开发软件ioControl,HMI开发软件ioDisply，硬件配置诊断软件，同时提供的OPC Server为第三方软件提供数据接口。
1、ioControl是OPTO22的可视化编程、调试工具，是一种基于流程图的语言，它使开发控制程序变得容易而且直观。同时还提供完整、强大的命令集以及Optobbbbbb编程语言用于复杂的工业控制应用。使用ioControl用户很方便对硬件进行组态、编程、下载、在线跟踪调试。

在本系统中不仅要对竖窑生产过程中的各种工况监视，还要对各种设备进行控制。这里对主要的加料出料系统的工艺及控制流程图加以说明。

竖窑加料设备和工艺
竖窑的上料设备包括原料振动给料筛、电子称量斗及控制箱、单斗提升机。原料通过给料筛---〉电子称量斗---〉单斗提升机---〉竖窑的工艺流程，完成石灰竖窑原料的筛选、称量、加料过程。

在生产过程中，当系统通过窑**料位计监测到窑**料位低于设定值时，通过控制振动给料筛把合适的原料加入电子称量斗，在加料过程中通过电子称量斗控制箱上的称重二次仪表对加料量进行监测。当加料量预计达到窑**料位设定值时停止加料。具体的窑**料位设定值、一次较大加料量可根据实际情况在一定的范围内进行调节。由于提升机料斗的容，一次加料量不能**过1.5吨。

竖窑卸料设备和工艺
竖窑系统的出料设备主要包括托盘式出料机、上部卸料闸板、下部卸料闸板、振动卸料机。因为上部储料斗的容量为1.5吨，决定了每次单板出灰机出料量不能**过1.5吨。为了保上部、下部出料闸板的可靠动作，每次出料保1 吨左右。在托盘速度一定的情况下，每次换向出料70公斤左右。根据上面的数据以每座竖窑每天产量150吨，每小时出6吨白灰计算，每10 分钟出1吨料比较合适。出料的时间和频率可根据产量进行适当的调整。由于本出料系统的特点 ，在出料过 程中严禁上部、下部卸料闸板同时开启。通过上、下闸板的连锁动作，确保竖窑内部和竖窑外部的隔离。

当系统需要出料时出料系统动作顺序如下：
托盘出料机换向14次左右出料1吨到上部储料斗。
首先确认托盘出料机已停，然后关闭下部卸料闸板。
确认下部卸料闸板已正常关闭到位后，开启上部卸料闸板。
确认上部卸料闸板已正常开启到位后延时20秒，保证上部储料斗的石灰全部倒入下部储料斗。
关闭上部卸料闸板
确认上部卸料闸板关闭到位后，开启下部卸料闸板，同时打开振动卸料机，通过带式输送机把成品送入后部料仓。

2、ioDisplay是OPTO22在bbbbbbs操作系统下的人机接口、报警、趋势软件开发工具，与Opto22运行在SNAP系列控制器上的ioControl控制策略共同工作。让你很容易的创建图形化操作界面，去监视、操作、管理运行在Opto22工业控制器上的应 用程序。能够及时显示控制器上的实时信息，通过设置报警点去监视关键量的变化，使用趋势图来反应相应量的变化趋势 。ioDisplay共享ioControl的变量数据库，在ioControl定义的内部、外部变量可以直接使用。可以根据不同的用户设定不同的权限，可以很方便进行管理。

在本项目的 HMI中包括如下的功能：

竖窑加料出料监控画面
竖窑煅烧监控画面
竖窑除尘系统监控画面
原料、成品输送监控画面
报警、趋势图画面

四、总结
通过SNAP PAC控制器在石灰窑自动控制系统应用，加深了对PAC系统的理解。提高了生产的自动化水平，在减轻劳动强度的基础上，大大提高了生产效率。

系统概述
在环保事业飞速发展，地球上的可用水资源日趋减少的今天，人类对水资源的保护和合理利用已成了一个非常重要的课题。用controX(开物)2000通用软件做水处理工程，使得对水资源的合理利用和保护变得简单而自然。
整个工艺流程分为八个控制子系统：
1） 加氯系统：分为原水加氯和滤后水加氯两部分，分别根据原水余氯，流量和滤后水余氯,对加氯机进行控制及调节
2） 加药系统：根据原水浊度，流量和加药流量控制加药变频泵进行调节以达到合乎标准的参数
3） 配药系统：把原液和水按照一定的程序配成一定比例的溶液
4） 排泥系统：控制排泥机对沉淀池进行排泥
5） 滤池系统：控制滤池反冲洗和滤池恒水位调节
6） 回用水系统：控制回用水泵调节回用水液位，控制排泥机，刮泥机和污泥泵对回用水池进行排泥，刮泥
7） 给水系统：控制给水变频泵调节出厂清水压力
8） 污水系统：控制污水泵调节水位高低

主要功能实现
1、在各下位子系统节点上运行controX(开物)2000软件的运行版，控制系统硬件由各种单回路，多回路调节器，远程I/O，现场开关，指示灯等组成。上位监控站与下位操作站通过RS-485组成MODBUS。两台热备冗余监控站以EtherNet连成局域网，并接入管理中心网络，实现数据共享。监控平台具有WEB浏览功能，可通过IE浏览被监测对象。
2、可进行实时数据采集，实时工艺流程动画模拟监控、报警处理、报表处理、数据统计、事件纪录、在线故障诊断报警、登录**级控制及与第三方软件通过DDE、ODBC、SQL、OPC等进行动态数据连接和数据交换等大量工作。
3、可进行现场控制，数据采集，PID回路调节，可对每台现场设备进行手动/遥控方式切换，以备中央控制系统及设备故障，时进行人工干预与调试。
监控系统性能指标
网络传输正常时，系统告警响应时间，数据响应时间，命令执行时间不**过1秒。
故障报警准确率为**
整个系统全网系统时钟保持同步，时钟误差小于0.5秒
所有监测采集原始数据存储时间不小于3个月，告警数据存储时间不小于1年
网络系统采用客户机/服务器结构
所有系统用户根据权限可以共享信息：监测数据，统计数据，图文
系统平均故障时间MTBF>100000小时
系统具有自诊断功能，对数据紊乱，通信干扰等可自动恢复，对通信中断,软硬件故障等能及时诊断并告警。
系统采用双冗余结构，在发生故障时可自行切换。系统自身故障不会影响被监测系统和设备的正常运行
系统具有内部安全管理机制，能防止非法用户的访问。
在系统断电，复电后可自启动运行。
上位监控平台具有强大的开放性和容错能力，软件系统在运行时可提供详细的在线。开物软件采用分布式的模块化结构，对将来系统的扩容和升级没有任何困难可言。

抚顺新抚钢炼钢二部（即新二炼）厂房始建于85年，89年正式投产，拥有公称15吨氧气**吹转炉3座（现已扩容至公称20吨），2001年产钢量71万吨，2002年预计产量100万吨，2003年产钢170万吨。

转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有易燃气体和金属颗粒，按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996），对烟气必须冷却、净化，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。新二炼生产采用“三吹三”方式，每个转炉都配有一套除尘系统，除尘系统采用二级文氏管烟尘净化方式，烟道直径Φ1.6m,烟气输送管线820mm，风机型号D700，电机功率440KW/6KV。由于转炉周期性间断吹氧，为满足节能和环保要求,要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行，吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。原来采用液力耦合器调速，高速2700r/min（设计2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技术的局限性，使得：

·调速范围在30%～90％之间，转速不稳定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪费，高速运行时，液力耦合器有时丢转，转炉炉口冒烟；
·经过10多年的使用，液力耦合器已严重老化，需经常更换轴承，造成转炉停产，不能满足连续生产的需要。
·电动机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率较低；
·调节精度低、线性度差，响应慢；
·启动电流仍比较大，影响电网稳定；
·液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，必须停机检修；
·漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重；

鉴于液力耦合器存在上述众多问题，对其进行改造已成当务之急。

2001年底，二炼钢开始扩容改造。为了提高风机的运行效率，解决使用液力耦合器带来的众多问题，新抚钢决定进行变频改造。

二、变频器改造方案

·要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。
·要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
·调速范围要大，效率要高。
·具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
·有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。

经过多方调研、比较，最后新抚钢同北京利德华福电气技术有限公司合作，共同制定了1号转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下：

1、设备配置

KM：变频器供电的高压真空断路器
KG1、KG2、KG3： 真空接触器
BPQ：HARSVERT-A06/080变频器
DJ： 440KW/6KV异步电动机。
KM为原有高压开关，KG1、KG2、KG3。

DJ为原有异步电机，如果将来扩容到630KW/6KV普通三相异步电机，变频器必须具备驱动能力。

风机高速运行时，如果变频器出现严重故障，应将电机自动切换到工频电网运行，当前吹炼周期结束后，自动断开KG3，检修变频器，变频器检修完毕后，通过复位按钮，自动返回原变频调速状态。如果在低速运行，则立即断开KG3，开始检修。这样，在变频器出现严重故障时，系统能够自动转入工频电网中，负载不用停机，满足现场不能停机的要求。

2、电机及风机参数

电机参数： 风机参数：
型 号： JK134-2型号：D700-13-2
额定功率： 440KW 进气容积流量：700m3/min(混合煤气)
额定电压： 6KV 压力增加值： 2600mmH2O
额定频率： 50Hz进气温度： 35℃
额定电流： 50A 主轴转速： 2975rpm
额定功率因数：0.89 轴功率： 370kw
额定效率： 92.5%
额定转速： 2970rpm

3、除尘风机工艺要求

1）吹炼工艺周期

A到B为兑铁加废钢时间。
B到C为风机升速时间，可以调节。
C到D为吹氧时间。
D点风机开始减速。
D到E为倒炉测温取样时间。
E到F为出钢时间。
F到G为溅渣时间。

整个吹炼工艺周期约21分钟，其中高速时间（C到D）12分钟。高速定为45Hz,可以调节；低速定为5Hz,可以调节。

2）变频器和现场接口

在B点，由现场提供一对闭合节点（氮氧转换点），变频器从低速向高速启动。在C点，变频器到达高速后，给现场提供一对闭合节点（高速状态节点），以便现场操作工进行下氧工作。在D点，现场向变频器提供另一对闭合节点（风机减速点），变频器开始降速，降速时间不作具体要求，但在减程中如果需要提速，变频器应能满足提速要求。

风机转速、氮氧切换节点、氧位置节点三者满足如下关系：

现场提供给变频器的两对节点（氮氧转换点、风机减速点）及变频器提供给现场的高速状态节点均为无源节点，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。

3）变频器技术指标

输入电压 三相交流有效值 6.3KV±10％
输入频率 50±5Hz
输出电压 三相正弦波电压0-6KV
输出频率 0-50Hz
频率分辨率 0.01HZ
加速时间 可按工艺要求设定
减速时问 可按工艺要求设定
频率设定方式 高低两级速度，可在0-50Hz范围内调整
故障诊断及检测 自动检测，自动定位
网侧功率因数 0．95（高速时）
过载保护 120％l分种（每10分钟）、150％立即保护
防护等级 IP20
环境温度 0-40℃
环境湿度 ,无凝结
海拔高度 1000米以下

三、设备运行情况

2001年底我公司向北京利德华福电气技术有限公司定购了一台高压变频器，型号为HARSVERT-A06/080，2002年3月14日变频器正式投入使用，我们认为该变频器的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，为1号转炉按时投产提供了有力的保。

1、 同原来使用液力耦合器比较，北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器有以下优点：运行稳定，。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。HARSVERT-A变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。
2、节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。
3、电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机长期在共振点运行，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机、风机的使用寿命和维修周期，提高了风机的利用时率。
4、变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。在变频器调试期间，变频器自动保护，报电机过流。经检查发现电动机有一相线鼻子发生断裂，电机缺相运行，造成过流。我们及时进行了检修，避免了事故的扩大化。
5、变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要。变频器内置PLC，现场信号接入灵活。转炉为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；将以前仪表柜中的转炉的烟气流量、烟气温度信号接入变频器，把仪表柜拆除，大大节约了场地。变频器自带转速测定，原来同电机相连的测速器也被取消，由变频器为现场直接提供电机转速指示，
6、适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9KV，变频器仍能正常运行。
7、同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承，减少了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了较大改善。

四、节能分析

改造之前，1＃2＃3＃转炉的工况均相同，改造后1＃转炉可以同2＃、3＃转炉作对比，较终以吨钢除尘电耗来分析节能数据。

同液力耦合器比较，吨钢除尘电耗平均减少2.76度/吨；
1＃转炉年产钢量今年预计为35万吨，电价为0.44元/度；
年节电总额为：35万吨×2.76×0.44＝425040元，节电率为39.2%。

同时由于HARSVERT-A变频器的可靠性，避免了原来液力耦合器发生故障时，转炉停炉造成高炉甩铁的情况发生，其经济效益、社会效益也是是巨大的。

五、结束语

从几个月的运行情况来看，北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A06/080高压大功率变频器性能好，可靠性高，节能效果明显，满足连续生产对调速系统的要求，我公司决定在2＃、3#转炉改造中继续使用，目前2＃、3＃转炉配套的变频器已达现场，正在安装调试中。

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