西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8速发

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在当今的冶金生产工程中，炼铁原料的烧结处理是的一环，而烧结工艺过程的关键参数就是各种原料的配比。对配比的控制是实现高质量烧结矿的关键。
传统的烧结生产，对于各个料种的给料量控制采用了手动方式，或者单料种的给料自动下料，整个系统没有进行集中控制，生产数据也不能及时地反映给生产管理人员，从而造成了生产人员劳动负荷较大，产品质量的优劣不能及早预知。
目前的PLC系统已经发展得很完善，具有各种处理能力，除了传统的顺序控制外，数学运算能力已经接近（奔腾）计算机。PLC在烧结系统中的应用，大大地提高了烧结生产的自动化水平，一些新的控制策略和思想可以很方便地实现，特别是网络技术的应用，为现代钢铁企业对生产过程高层次的管理提供了为方便的实现手段。
1 Modicon Quantum PLC
Modicon Quantum PLC系统是具有数字量处理能力的计算机系统，Quantum具有模板化、体系结构可扩展的特点，广泛用于工业和制造过程中的实时控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用远程I/O的800系列）、I/O接口、通讯模板、电源和底板。

Modicon Quantum PLC软件系统功能强大，符合IEC1131标准的全部规定，提供了多种编程语言供用户选择，用户实现其控制思想的手段大大增强，特别是程序生成的设计与编程与PLC无关，并且带有分布式和多功能PLC系统的现代化硬件体系、与强大的操作员和监视系统（MMI）的接口以及新通讯系统的配置。
2 北钢三烧烧结自动化系统
北钢三烧烧结自动化系统是以高性工业微机、可编程序控制器（PLC）为而构成的全分布式网络化控制系统；变频调速系统以施耐得公司的Altivar 58变频器为组成，整个自动化系统具有90年代末水平。
系统采用MB+网络作为主要连接方式，辅助以远程I／O工业控制网络组成一个完整的自动化体系，由可编程控制器（PLC）操作站、上位计算机组成。PLC控制工艺设备的运行，检测系统中各个生产设备的状态及工艺参数，并按确定的控制程序对各个设备进行控制和调节。操作站主要功能是操作人员通过CRT上的实时动态画面监视现场的生产状况，根据现场的实际情况对生产过程进行必要的控制和调节，以及进行趋势分析等。上位计算机记录、处理生产数据。
3 系统运行方式
根据设计要求，系统从整体上说具有三种基本的运行方式：
现场手动运行
计算机联锁运行
计算机解锁运行
“现场手动运行”是指操作人员在现场的机旁箱上进行的设备的启／停操作以及设备运转速度设定。当一台设备处于现场手动运行状态时，这台设备就从整个系统中脱离出去了，设备的启动、停止受现场操作人员的控制，这台设备也就不能再参与系统的任何连锁了。
“计算机联锁运行”和“计算机解锁运行”从控制方式上讲，可以统称为“计算机自动运行”。
“计算机联锁运行”是指处于自动运行的所有设备每时每刻都参加各自的所有的条件连锁，例如运行联锁、工艺参数连锁、启停顺序连锁等等。当系统处盂联锁状态时，它的启动、停止既受别的设备的影响，也会影响别的设备的启动、停止，系统各个设备的运行环环相扣。
对于烧结配料这样的物料输送系统来说，这一点特别重要，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带的堆料就是“联锁运行”的重要作用之一。
“计算机解锁运行”是指处于自动运行的所有设备不再随时判断它的运行和停止条件，该台设备的启动、停止仅仅受操作人员在CRT上对他发出的启停命令的影响，操作人员通过一台CRT就可以随意控制接入计算机的所有设备。这种运行方式，为设备的试车、检修等针对单台设备的操作提供了大的方便。
但是要注意，从系统角度来说，“计算机解锁运行”方式具有一定的危险性，特别是当整个系统处于运行状态时，如果系统解锁，就很有可能造成物料堆积、设备损坏等等十分讨厌的结果。所以，除非真的有必要，一般不要采用“计算机解锁运行”方式，而应该把系统长时间的置于“计算机联锁运行”状态。
4 系统的启动和停止
系统启停方式包括下列4种：
紧急停止
顺序停止
顺序启动
同时启动
紧急停止用于需要所有参与配料的设备立即停止运行的场合，例如发生紧急情况要立即使系统停车时。
当点击“紧急停止”按钮时，系统所有正在运行的给料设备全部立即停止运行，只有处于现场机旁手动的设备不理会，仍然处于它自己原来的运行状态。
顺序停止用于希望长时间停车的场合，这样可以保输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。
顺序启动用于系统的初次运行或者顺序停止后的系统再次启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。
同时启动用于急停后的系统再次启动。
同时启动能够使系统在上一次的“断点”处接着往下进行，就象没有发生过任何事情一样。
5 设定目标量的自动跟踪
配料系统所使用的给料设备具备调速功能，并且已经通过MB+网的形式接入了计算机，这是自动跟踪下料量的硬件基础。
系统实现目标值自动跟踪的软件基础是在PLC中嵌入了调整灵活的PID功能，通过合理的设置PID的参数值，可以在响应速度和调节稳定度之间平衡，优化自动调节和跟踪的效果。
当一个料种的给料目标值被设定或者被自动计算出来以后，作为PID模块的给定值输入到模块中，而现场各类皮带秤的输出作为反馈信号也输入到PID模块中，后计算机按照PID方式作出筛选的响应，这种响应被转换为变频器的设定频率值，从而可以根据设定值与皮带秤的偏差来调节给料电机的转速，终达到稳定给料量的目的。
除了自动方式外，还有一种手动调节给料速度的方式，那就是“PID手动给定值”输入，当选择了这项功能时，可以直接输入给料电机的转速，系统不再使用PID方式进行调节，也不再考虑皮带秤的输出，给料电机的转速用这种方式就可以直接控制。
手动给定的是一个百分比值，它的含义为变频器输出频率的百分之多少，输入范围应在0～100％。目前，批料系统所有变频器的频率都设定为50Hz，当变频器的输出为50Hz时，给料电机达到转速。
画面的下方为皮带秤的实际输出值，当调整手动给定百分比时，可以观察皮带秤的输出值，不断地增加或者减少百分比值，就可以让皮带秤的输出达到设定目标值。
PID的3个参数直接关系到PID的响应特性。
一般的来说，P值是一个比例参数，它没有单位，P值越大，对于同样的偏差，PID的响应输出就越大，但调节输出的稳定性就越糟糕，甚至产生剧烈的震荡；I值的含义是积分时间，它的值越大，系统的响应时间就会越长，当输入有变化时，PID的输出达到后稳定的时间就会越长；D值是一个微分时间，它的值越大，PID对输入偏差就会越敏感。
以下是P、I、D三个参数在实际使用中的取值范围：
P：0.5～20
I：5～40s
D：0～5s
6 结束语
该系统已经于2001年在北台钢铁公司二炼铁厂的烧结车间投入实际生产运行，Modicon Quantum PLC系统非常稳定，软件设计满足现场需要，一改多年来手动操作进行生产的状况，大地提高了生产的自动化水平。

 1、概述
空调是对建筑物内空气进行调节的系统，它通过对风机、阀门、泵等设备的开、关及连续调节来控制室内温度、湿度，使之满足一定要求，从而提高人体的舒适度。随着人们生活水平的不断提高，越来越多的大、中型建筑采用空调系统，以达到夏季致冷、冬季取暖的目的。
为提高空调系统的经济性、性及可维护性，需采用控制产品对空调系统的各个设备进行控制。早期的空调控制器多为就地式控制器和DDC控制器，它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的空调系统都倾向于采用、实用、的可编程控制器(PLC)来进行控制。本文介绍用和利时公司小型一体化PLC产品HOLLiAS-LEC G3控制空调的实例。
2、控制系统介绍
烟台荏原空调设备有限公司为一建筑面积2.5万平方米的楼提供了一套空调系统，该空调系统包括1250000kcal/h蒸汽型化锂吸收式制冷机3台、吊式新风空调器11台、立式空气处理机组18台、风机盘管327台、管道式通风扇180台、消声型管道斜流风机2台、吊式空气处理机组32台。该空调系统的全套控制产品采用和利时公司生产的G3系列小型一体化PLC，应用40点的晶体管输出型CPU模块LM3108和其它扩展模块。
2.1系统组成
控制系统包括上位机集中监控和各机组本地PLC控制两部分。
上位监控系统由一台计算机和相应的软件组成，用于监控各机组的运行参数，并对PLC发出各种控制指令，以控制三台机组的协调运行。上位组态软件选用和利时公司的组态软件Focsoft3.1，上位机通过RS-485串口与各机组的PLC进行联网。上位机不仅显示各机组的运行参数及状态，还保存相关历史数据。
各机组PLC的I/O点数均为DI 20点、DO 20点、AI 14点、AO 1点，PLC在数据采集的基础上对相关设备发出控制指令，控制各机组的、经济运行。同时，PLC将机组运行数据实时送往与之连接的人机界面(HMI)和上位监控计算机。另外，PLC需接收上位计算机的协调控制命令。
为了满足以上控制要求，每套PLC包括一个40点CPU模块LM3108、一个8点DO模块LM3220、4个4点AI模块LM3310和1个2点AO模块LM3320。CPU模块自带2个串行通讯口，一个串口(RS-232)用于连接人机界面，采用标准的Modbus从站协议。另一个串口(RS-485)组成网络，与上位监控机进行通讯。
3、控制系统主要功能与特点
3.1 系统功能
上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务，下位PLC主要完成数据采集、现场设备的控制及连锁等功能。
◆ 数据显示
显示3台机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。
◆ 历史数据的存储及检索
对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。
◆ 控制
根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据 (如室内温度)进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高空调系统的性和经济性。
◆ 连锁与保护
各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的运行，对相关参数的越限采取保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。
3.2 系统特点
◆ 灵活性
本控制系统选用和利时公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。
◆ 高性
控制HOLLiAS-LEC G3 PLC能够在恶劣的环境中长期、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。
◆ 强大的功能
HOLLiAS-LEC G3 PLC的编程语言遵从IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。除了具备传统PLC的助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。
◆ 优良的开放性
上位软件Focsoft3.1支持DDE、OPC、ODBC、SQL，并提供丰富的API编程接口，方便接入其它系统。
4、结束语
以PLC为的高的监控系统实现了对空调主机的控制及三台主机之间的协调控制，具有、、经济、灵活的显著特色

1 引言
中国石化股份有限公司广州分公司6号罐区监控系统于2001年由常规仪表改造为PLC系统。其中工艺要求在监控系统中对瞬时流量FI101进行累积显示。经过对该流量累积的运算方法的多次测试，找到了在运算中大限度减少误差的方法，并在逻辑梯形图成功实现累积运算。
2 监控系统简介
广州石化6#罐区监控系统采用ROCKWELL公司的可编程控制器和人机界面软件，用于实现对该液态烃罐区的24个球罐的各种工艺参数的实时监控、报警、联锁等功能。该系统从2000年10月开始设计，2001年4月系统安装、组态、调试工作完工。
该系统人机界面采用Rockwell software公司开发的RSView32软件。RSView32基于Microsoft bbbbbbs NT和bbbbbbs 95/98平台设计，是一种易用的、可集成的，基于组件的人机对话系统，在编制人机交互界面方面具有大的灵活性和强的功能。
控制器采用ControlNet PLC-5/40C处理器热备系统。ControlNet PLC-5/40C处理器是PLC5系列中的新技术产品，处理器及I/O系统可以通过Redundant ControlNet总线交换数据。6#罐区监控系统将1号PLC和2号PLC配置为冗余控制器。在正常状态下，只有主处理器的输出数据对I/O系统进行控制，主从处理器通过ControlNet交换数据及状态保持同步，如果主处理器出错，从处理器将接替主处理器对网络及对I/O系统进行控制。
该PLC系统DI点采用1771-IBD开关量输入模块，DO点采用1771-OW16开关量输出模块，AI点采用1771-IFE模拟量输入模块，16点单边输入。采用1785-CHBM作为处理器热备模块，1771-ACNR15为带冗余网口的ControlNet适配器模块。
本系统有3台上位机，其中2台为操作站，1台为工程师站。每一台上位机都能通过ControlNet单对PLC进行数据采集和控制。上位机还通过以太网实现文件和其他数据的共享。
ControlNet的组态使用软件RSNetWorx，PLC系统组态及控制逻辑组态使用软件RSLogix5。在ControlNet 网络中，可以组态预定的数据传送操作。这样要实现在处理器和外部设备之间的数据交换，如在1771-IFE卡和处理器之间，主备处理器之间的数据交换，并不需要在逻辑梯形图中使用块传送指令。

图1 6#罐区监控系统结构图概貌

3 FIQ101的累积实
3.1 流量FIQ101概述
广州石化6#罐区需要对进出罐的液化气流量FI101进行计量。就地仪表采用Micro Motion质量流量计。该流量计准确度±0.12%，除了可以就地显示外，同时可以将瞬时流量值输出为4-20mA信号。该信号接入PLC系统的1771-IFE模拟量输入模块，经过12bit 的模数转换后转换为0-4095的值。在1771-IFE中，还可以将0-4095的值定标为-9999到+9999的工程单位值。工艺要求在操作室除了可以监视瞬时流量值外，还要求有准确的流量累积值显示。我们在PLC中用梯形逻辑来实现流量累积的运算。
3.2 流量累积的原理
如何把瞬时流量(又称流率)经过累加运算为总流量，一般有如下一个公式:
瞬时流量×时间＝总流量
我们知道，设一个流量值为5m3/s在1min内不变化，则在这1min内的的总流量为:
(5m3/s) * 60s = 300m3
现在设流量变化如下:
4m3/s有 30 s
5m3/s有 10 s
6m3/s有 20 s
则在这1min内的的总流量为:
(4m3/s)*30s＋(5m3/s)*10 s＋(6m3/s)*20s=290m3
设随时都可能变化，那么就不能用上面的公式来计算总流量了。我们可以按一定的时间间隔采样流量值，然后计算这些值的总和。流量的采样时间越短，计算的结果就越准确。请看图2和图3。
在上面2个例子中，曲线下面的区域就是总流量。采样间隔时间越短，计算误差就越小。
在实际应用中，由于PLC计时器的限制，短的时间间隔只有0.01s。然而采样间隔时间越短，计算次数就越多，这样就增加了PLC的程序扫描时间。

图3 短的采样间隔时间

3.3 在PLC 5/40C中流量累积运算的方法
我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在PLC 5/40C中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。
我们也可以计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。计时器的精度不可能它的时基，因此每次计时器时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。
我们也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。我们采用长的时间计时来作。例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次(PLC 5/40C的计时器的预置值范围为0-32767)，其时间计算将是300s正或负10ms。在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基(100ms)以上。每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔过预定时间(例如:100ms)，就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作为累加量。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。
另外要考虑的是运算所用到的数据格式。PLC 5/40C数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是N文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767，占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会出+32767，所以我们尽量不用N文件。
另外是F文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号 x=指数 m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，考虑有效位数问题。举例如下:
设A代表计算的总流量，F代表计算上一次累加的流量，把F加到A上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
3,632,523,000
+ 4,978
3,632,527,978
因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不过7个有效位。4 结束语
流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现的累积运算，满足了工艺要求。

该厂自动化系统以德国西门子公司的SIMATIC S5-115U型PLC作为控制站，用PROFIBUS现场总线实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的数据通讯，并在国内采用西门子的SINAUT无线通讯技术，实现了取水泵站与中控室通讯控制站之间的远程数据交换。上位机通过以太网与公司总调度室实现远遥。
同时，该厂还采用了西门子公司的800KW大功率变频调速系统、FIX DMAC上位机监控系统、美国W&T的全套自动真空加氯系统、ALL-DOS自动投矾系统、德国E+H和美国HACH、德国Krohn公司等的仪器仪表系统。
该厂全套自动化仪表系统、加氯、加矾系统的设计、施工、调试由武汉自来水工程公司自动化工程技术公司承担，在项目实施过程中，得到西门子（中国）有限公司自动化与驱动部的大力支持。
上述系统在1998年7月1日成功投入运行之后，在1998年特大洪水淹没了九江市区的危机关头，刚投入运行的新水厂运行稳定良好，发挥了其的作用，事后受到了国内的一致高度评价，被电视台誉为长江沿岸的一个有现代化水平的水厂。
一、 系统结构配置：
全厂按工艺流程分为四个PLC子站进行数据采集和控制：
1#PLC站：取水深进泵站；
2#PLC站：厂区净化部分；（加矾、加氯、反应沉淀池、滤池）
3#PLC站：送水泵站；
4#PLC站：中控室通讯控制站；
其中：取水泵站与中控室通讯控制站是采用SIEMENS的无线通讯SINAUT系统进行远距离无线传输，2#PLC与3#PLC、4#PLC则是通过PROFIBUS现场总线相联。
二、 系统功能简介：
1． 取水泵站：
PLC除采集监视泵机、阀门、配电设备的运行状态和相关数据外，对水泵、阀门、开关柜、800KW变频调速等设备可进行远距离操作及全自动优化操作。
通过取水、无线通讯系统SINAUT，将所有的数据采集并传到厂中控室进行处理，由中控室发指令对现场设备进行远遥操作。
2． 厂区净化部分：
反应沉淀池部分：
— 反应池为PLC自动投矾，由游动电流仪检测SCD值，反馈到加矾间变频调速计量泵，通过PID调节投矾量，排泥方式为PLC控制进行周期排泥。
— 沉淀池为行车排泥，全过程由PLC程序控制，排泥方式为检测泥位值与周期排泥两方式。
滤池部分：
— 所有滤池由声波水位计检测水位，PLC根据水位设定值对清水阀门进行连续PID调节，达到衡水位过滤运行效果。
— 滤池反冲洗全过程由PLC程序控制，冲洗条件为水头损失值与周期反冲洗相结合两种方式。单口滤池冲洗设备程序联动。滤池之间冲洗互锁，达到合理调度的效果。
加矾部分：
加矾间的成品矾配制。成品矾浓度测量和耗矾量均由PLC完成。投加计量由沉淀池的SCD反馈控制，控制方式分调频率和调冲程两种，运用合理的数学模型使沉淀水出水浊度长期保持在0.5-3NTU之间。
加氯部分：
整套加氯系统分为氯库，切换系统、加氯机、及水射器部分，除人工换氯瓶外，其它过程由PLC来完成；加氯系统配有漏氯报警器和余氯分析仪，以确保加氯全过程，，出厂水指标准确合格。前加氯为流量配比型；后加氯为余氯反馈型；
3． 送水泵站：
PLC采集泵机、阀门配电设备的运行状态、相关数据，对各类泵机、阀门、配电设备等可操作设备进行远距离操作或优化调度控制，对全厂变电站的所有数据参数采集传到中控室工作站上（如：电压、电流、电度、有功功率、无功功率、功率因素等）。
4． 中控室通讯控制站：
本站PLC专门负责PLC1-PLC3的网络管理，并直接与工作站相连并进行全厂的数据交换；本站的SINAUT无线通讯系统与取水泵站PLC1组成无线通讯网。
5． 工作站：
工作站采用FIX DMAC人机界面软件，可浏览所有工艺过程画面，能完成各类数据的记录、存盘、报警；处理打印各种生产报表、曲线图和直方图等。同时，全厂所有可操作的设备均可通过操作员在工作站上通过鼠标和权限进行遥控操作，完成生产指挥调度过程；同时，它还通过以太网将水厂的到公司总调度室，让公司总调度室能实时地掌握水厂的生产情况。

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