西门子模块6AV6648-0DE11-3AX0详细说明

西门子模块6AV6648-0DE11-3AX0详细说明

以来我国城市集中供热事业发展，促进了城市经济与社会发展，改善了北方地区人民的生活条件。但是部分城市集中供热管网也存在技术落后、浪费热能、事故时有发生等等问题，因此城市集中供热自动化监控成为城市集中供热的发展趋势。   
    本文以北京某区供热厂供热系统为例，该供热厂有5台10吨燃煤锅炉供热和1台5吨燃气锅炉，二次系统有9个换热站。  
系统控制要求 
    一次系统监控要求 
5台燃煤锅炉供热和1台燃气锅炉的运行设置手动运行和自动运行。  
锅炉的各运行参数由PLC实时采集，并且在调度室IPC的机上显示。监控画面要求动态模拟锅炉运行过程。  
锅炉自动运行时，保证炉膛负压在的范围内。炉膛负压可以通过调节鼓风机或者引风机频率来保证。  
锅炉自动运行时，保证炉内的煤得到充分燃烧，提高锅炉热效率。炉膛内含氧量可以通过调节鼓风机频率来保证。  
当室外温度降低，当前运行的锅炉满负荷运行也不能满足用户需求时，自动增加一台锅炉投入运行。  
循环泵根据出回水温差来调节频率，泵变频运行来保证锅炉的回水压力。  
   二次系统监控要求 
通过PLC实时采集换热站各运行参数，如：换热器的出水回水温度和压力、回水电动调节阀开度、水泵和电动调节阀运行状态等。  
循环泵和泵运行频率根据相关温度压力的变化由PLC实现自动调节。  
电动调节阀的开度由PLC根据用户的回水温度来自动调节，以达到用户室内温度不16℃的要求。   
所有换热站的相关运行数据都要在调度室的IPC的监控画面上显示。  
由于燃煤锅炉自动运行的控制较为复杂但是单台锅炉输入/输出量不多，换热站比较多而且距离调度室较远；控制器选择TrustPLC CTS7-200系列PLC，性价比很高。TrustPLC CTS7-200 PLC包含丰富的指令，PID算法指令方便使用；自由口通讯模式可轻易的实现PLC与三方设备的通讯。 
系统描述 
该系统控制系统选用TrustPLC CTS7-200系列PLC，上位软件选用力控的组态软件PCAuto 3.62 。一次系统控制器与上位机由RS485总线的PPI协议实现通讯。二次系统1＃和2＃换热站离调度室比较近，故 TrustPLC CTS7-200 PLC与上位机直接使用PPI电缆进行通讯，其他的换热站离调度室约500到3000米，距离较远，因此上位机采用GPRS通讯方式与PLC进行通讯。  

西门子S7-1200plc的IEC格式的定时器属于功能块。在插入定时器指令时，要求创建一个16字节的IEC_Timer数据类型的DB结构（即背景数据块），来保存有关的数据。在功能块中，可以事先创建一个IEC_Timer数据类型的静态变量(多重背景），然后将它给定时器指令。
    CPU没有给任何特定的定时器指令分配专门的资源。每个定时器使用DB结构和一个连续运行的内部CPU定时器（我的理解是一个硬件定时器）来执行定时。 
    在定时器指令的输入IN的上升沿启动定时器时，连续运行的内部CPU定时器的值将被复制到为该定时器指令分配的DB结构的元素START（起始值）中。
    该起始值在定时器继续运行期间将保持不变，以后将在每次新定时器时使用。以下条件时将会执行定时器新：
    1）执行定时器指令（TP、TON、TOF 或 TONR）；
    2）定时器结构的元素ELAPSED（经过的时间）或位输出Q作为其它指令的参数，该指令被执行。
    新定时器时，将从内部CPU定时器的当前值中减去上述起始值，得到经过的时间ELAPSED。再将ELAPSED与预设值PT进行比较，以确定定时器的位输出Q的状态。然后新该定时器的DB结构的元素ELAPSED和Q。达到预设值PT后，定时器不会继续累加经过的时间ELAPSED。
    STEP 7 Basic的V11版与V10.5版相比，增加了类似于S7-300/400的定时器线圈指令。
    从上述的定时器内部的定时机制可知，在使用定时器时，其定时精度与CPU的扫描周期有很大的关系。在CPU两次新定时器之间，定时器的输入、输出参数保持不变。
    为了验证上述结论，在FB1中调用定时器指令TP，在OB1中用I0.1作为调用条件，调用FB1。用监视表格监视定时器的输出Q和经过的时间ET，用输入IN的上升沿启动定时器后，如果I0.1为0状态，没有调用FB1和执行定时器指令，定时器的输出Q和经过的时间ET保持不变。只有在调用FB1，执行定时器指令时，ET的值才会变化。

为了延长plc控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件容易出故障，以便采取措施。现以我厂特种水泥1号线的PLC过程控制系统为例，对PLC过程控制系统故障分布规律进行分析，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和U常维护有所帮助。
    1.系统故障的概念
    系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括处理器、主机箱、扩展机箱、I／O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I／O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。
    2.系统的故障统计及分析处理
    （1）我厂特种水泥1号线过程控制系统简介
    2000年该系统改造时采用日本二菱公司的A2系列PIC为组成的PLC过程控制系统。
    该系统有2个集中控制室：窑尾控制室和窑头控制室，其中窑头控制室为主站；2个现场工作站：窑尾生料自动配料工作站和窑尾成球盘自动加水成球工作站；2个电视监控系统：预热器进口下料监控和窑头电视看火。现场工作站是立的微机自动控制系统，它与主站只进行模拟量的通讯和开关量的联锁。主站与从站间采用帧同步全双工通讯方式：
    （2）系统
    故障数据的统计
    经统计，系统故障共计126次，其中PLC的故障比例约为4．7％，现场部分故障比例约为95．3％，：对照其他PLC过程控制系统的故障数据，并考虑该系统运行时间不是很长，该比例比较接近一般PLC过程控制系统的故障分布规律，有一定的普遍性。一般来讲PIC部分的故障比例约为5％，现场控制设备的故障比例约为95％。
    （3）系统故障分析及处理
    PLC主机系统
    PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统，电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的大因素之一。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的处理器目前都采用的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。
    PLC的I／O端口
    PLC大的薄弱环节在I／O端口。PLC的技术优势在于其I／O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I／O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的环节。要减少I／O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。 
    现场控制设备
    在整个过程控制系统中容易发生故障地点在现场，表2列出了现场中容易出故障的几个方面。
    1) 类故障点(也是故障多的地点)在继电器、接触器。如该生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。在该生产线上所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以减少此类故障应尽量选用继电器，改善元器件使用环境，减少换的频率，以减少其对系统运行的影响。
    2) 二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上，因为这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。
    3) 三类故障点可能发生在开关、限位置、保护和现场操作上的一些元件或设备上，其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如该生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构动作不灵
敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。
    4) 四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。
    5) 五类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。
    6) 六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声(干扰)，问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。
    要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和操作规程，在日常的工作中要遵守工艺和操作规程，严格执行—些相关的规定，如保持集中控制室的环境等等，同时在生产中也要加强这些方面的霄理。

plc在工业现场实际使用的过程中，由于工业现场环境较恶劣，接线工作量较大，难免会有接线错误，往往会将有功率限制的I/O端口，误接短路，造成端口过流烧毁，因此，PLC的每个I/O端口都很有必要设计过流保护措施，放置自恢复保险丝PPTC在每个I/O端口处，以避免误接短路事故的发生。

PLC即Programmab lelogic Controller，意为可编程逻辑控制器，它是一种数字运算操作的电子控制系统，专门为在工业环境应用而设计，具有高的抗干扰能力和和性。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算顺序控制及定时计数等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入/输出控制各种类型的生产操作过程。

PLC的一个显著特点就是I/O多，这就意味着PLC的适应能力强，即使用户因为产品新换代等因素，造成控制流程图改变了，通常也只要修改控制流程图，修改PLC硬件的接线，因此PLC在工业控制现场得到了大的应用。

从组成结构形式上可以将PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，其特点是电源、处理单元、I/O接口都集成在一个机壳内。另一类是标准模板式结构化的PLC，其特点是电源模板、处理单元模板、I/O模板等在结构上是相互立的，可根据具体的应用要求，选择合适的模板，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统。

PLC在工业现场实际使用的过程中，由于工业现场环境较恶劣，接线工作量较大，难免会有接线错误，往往会将有功率限制的I/O端口，误接短路，造成端口过流烧毁，因此，PLC的每个I/O端口都很有必要设计过流保护措施，放置自恢复保险丝PPTC在每个I/O端口处，以避免误接短路事故的发生。这样，如果调试人员不小心在I/O端口短路，自恢复保险丝PPTC将会立刻启动保护，限制了I/O端口整个回路的工作电流，保护了PLC的主板。当故障排除，自恢复保险丝PPTC又很快自动恢复到低阻值状态，PLC又可以正常工作。

PLC使用中，I/O端口分数字量和模拟量端口，对于输入端口，又分数字量输入端口和模拟量输入端口。对于PLC电流模拟量输入端口，还需注意过压保护。因为在电流模拟量I/O口中，有一个取样电阻，通常为的250欧姆，当PLC输入电流比如4~20mA的电流信号时，电流通过I/O端口250欧姆电阻后，在PLC内部形成1~5V的电压信号。由于PLC的DC电源通常为24V，PLC测试或者在现场调试的时候，调试者很容易将24V电源接到PLC的模拟量输入I/O端口，如果没有保护的话，250欧姆取样电阻长时间接24V电源，在取样电阻上的功耗就会大量增加（由公式V2/R决定），这样取样电阻就会损坏。一个可能的保护解决方案就是电路中增加一个Zener管（或者TVS管）和取样电阻并联，由Zener管来保护取样电阻。但是随之而来的问题就是，Zener管（或者TVS管）它们是瞬态电压抑制器，对于瞬态电压，它们有良好的保护特性，但是对于长时的过压保护，它们也无能为力。