6ES7222-1HF22-0XA8选型说明

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可编程序控制器随着其功能和外围接口模块的不断增加，在工业控制场合的应用越来越广泛，将逐渐取代工业控制中的某些**设备，从而使控制系统的成本降低、体积缩小、控制方式易于改变。plc的功能很强，除逻辑运算外还可以完成复杂的数学运算和完善的通信能力，用plc的功能实现自动张力控制可以减少系统的复杂性，提高系统的性价比。

本文介绍了在某外资企业宽幅六色转移印花机改造过程中，采用欧姆龙cpm2a的计数和模拟输出功能取代放卷装置的自动张力控制器的应用。

2 cpm2a可编程序控制器

cpm2a是一种紧凑的、高速度的可编程序控制器，在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、高速计数器输入和中断、脉冲输出位置控制、模拟量设定、间隔计时器中断和时钟功能，以及完善的通信能力等。cpm2a的基本单元有20、30、40或60点i/o端口，有三种输出方式可选（继电器输出，漏型晶体管输出和源型晶体管输出）和两种电源可选（100/240v ac或24v dc）。cpm2a可以外接扩展i/o单元和模拟量i/o单元，cpm1a-da041就是一个四通道的模拟量输出单元，其模拟量输出有电压型和电流型，其输出信号范围完全满足工业控制的要求，并且输出端子与内部电路之间采用光耦隔离。

3 放卷装置自动张力控制原理

转移印花机的印刷质量，完全取决于放卷和收卷的张力控制，该机器在改造前采用的是手动张力控制，成品率较低，其产品质量完全取决于工人的熟练程度，所以，在整机的plc控制改造过程中，也对张力控制部分一并改造，为了减少改造费用，选用了欧姆龙cpm2a-60cdr-d型可编程序控制器和cpm1a-da041模拟量输出模块构成控制系统。

根据以上原理，选用欧姆龙cpm2a-60可编程序控制器和模拟量输出扩展单元cpm1a-da041作为中心控制单元，采用译码器测量轮的转速，采用接近开关放料卷的转速，通过计算利用cpm1a-da041输出模拟信号以控制离合器达到恒线速的目的。

4 控制软件流程

基于等线速度张力控制原理以及上述分析结果和控制系统接线图，为了实现张力控制将接近开关的输入00004设置成中断输入（计数模式），译码器输入00003设置成计数模式，开始前通过拨码盘输入p值（d2值固定不变，由程序设定），并将pn的值与模拟输出4～20ma（0000～1770hex）相对应，即输出标定。系统软件流程如图3所示。

1 引言

汽轮机危急跳闸系统（ets）是汽轮机保护较重要的一环，它是汽轮机电跳闸的出口，其运行安全与否直接影响到汽轮机的安全运行。ets监测汽轮机的一些重要参数，如：润滑油压力、凝汽器真空、汽机转速、转子振动、轴向位移等，当这些参数越**，输出跳闸信号到跳闸电磁阀，跳闸电磁阀卸掉保安系统的保安油，使汽轮机的主汽阀和调节阀迅速关闭，完成汽轮机跳闸的功能，使汽轮机紧急停机，处于安全状态，以避免发生严重的后果。

过去的汽轮机危急跳闸系统是由继电器、触发器等独立电气元件组成简单的逻辑回路，由分离电子元件组成电子线路板接收模拟量输入（转速）等来实现系统控制功能，其特点是：线路复杂、体积庞大，功能有限;可靠性低，常出现“拒动”或“误动”;稳定性和灵活性差，较不利于系统维护工作。因此，必须对其进行改造。

以耒阳电厂为例， 在2号机组（200 mw）dcs改造过程中，对的汽轮机危急跳闸系统也进行了改造，淘汰了以往的危急跳闸联锁保护柜，采用了以可编程逻辑控制器（plc）为核心的ets。此次ets改造是由笔者负责安装、编程、调试的，现在介绍plc在汽轮机ets中的应用情况。

2 系统组成

耒阳电厂的2号机组（200mw）的ets系统是以可编程逻辑控制器plc为核心的控制柜、执行机构、声光报警和一次、二次外围元件组成，系统装置如图1所示。ets控制柜里主要有双plc、报警继电器、跳闸继电器、保护投切盘等。每一路输入、输出通道都有与之相对应的指示灯，可以检查某一通道的动作情况。且系统具有在线试验功能。

借助dcs系统的强大功能，使ets系统的人机界面成为dcs系统的一个子系统。可以方便地对整个ets系统进行直观的状态监视分析，对系统状态和众多过程量设置声光报警。并且把汽轮机跳闸的首出原因送进了事故追忆系统（soe），可以方便的查找汽轮机跳闸原因。这样丰富和完善了对ets系统的检修、维护手段，提高了自动化水平。

ets选用了西门子公司的s7系列plc，选用了电源模块、cpu模块、di模块和do模块。由plc的*处理单元cpu完成所有输入信号的逻辑处理和输出信号的逻辑控制。由于系统对该装置的可靠性要求特别高，即保证在任何可能发生的紧急情况下，都能准确无误地使汽轮机组停机，所以该套装置设置为双plc运行方式。由于双plc是并列运行，互不干扰，并具有“或”的关系，不需要在线热切换，所以不存在切换扰动的问题。若其中任意一套发生故障，另一套可编程控制器还是正常运行，此时，汽机运行的保护功能仍是完整的。这种双plc控制方案比通常所讲的双冗余控制方案的可靠性更高一些。

3 程序设计

输入信号要求设定并组合，如三选二（确保误停机现象）、四选二（适用于需要在线试验的情况），编程过程中可编程逻辑控制器的特点尽较大可能的发挥。通过编写功能“子程序”、“中断”程序等，达到控制功能完整，运行快捷的目的。传统控制方式中某一功能的触点的可靠性受器件的限制，而改用可编程控制器后，该功能的触点就变成控制器的一个内在虚拟的，它的使用完全可以根据需求来确定。

输出信号选用带隔离、独立回路的do输出卡件，输出触点的带负载的能力完全满足系统中执行元件的要求。

4 系统性能特点

应用plc的ets系统具有如下性能特点：

（1） 正确性、可靠性高

正确性、可靠性是汽轮机ets系统的关键，本系统采用了双plc运行方式，确保整套装置在任何情况下，都能正确可靠地实现汽轮机跳闸功能。以往装置中重点关注的汽机“拒跳”或“误跳”的情况，在设计过程中得到充分合理的处理，这在技术上保了系统的高可靠性。在plc选型方面，充分利用质量上乘的产品，选用了较具有实力的西门子公司的s7系列plc，这在硬件上保了系统的高可靠性。

（2） 系统功能强

由于可编程逻辑控制器体积小，集成化程度高，运算速度快，逻辑控制容量大，所以整套程序中除了状态报警、遮断停机等常规功能外，还添加了在线试验功能。该功能的作用在于：在机组正常运行时，检查压力开关、电磁阀等外围元器件的状态， 提高整套装置的自身安全系数。

由于原控制系统具有精确、灵敏，但抗干扰性差的特性，部分强电输出的控制部分无法直接完成，而可编程逻辑控制器在器件的选配方面已充分考虑到这一点，所以在ets系统中增加了这部分功能。

增加汽机跳闸首出原因记忆功能，帮助运行人员在**时间知道停机的**起因，避免了以往或者显示面板上有多项报警指示，分析不出**起因，或者随着现场情况的瞬息变换，指示灯的熄灭，也找不到**起因。同时，该功能的存在也为事故追忆系统（soe）的提供了验手段。该功能完全通过程序编写完成，不需要增加任何硬件设备，而且完全应用编程技巧。在没有发生停机条件时，该功能不需要执行，不占用系统监测的时间，使系统的监测、停机功能得到较大程度的实现。

（3） 自动化程度高

对于信号处理，如“延时”等功能，原来要求运行人员一直“按着”的按钮，现变成“按一下”软按钮，蜂鸣器一响即可，原来需要持续若干秒的要求可在程序中通过“秒脉冲”逻辑完成。该功能可多处使用，编程时不存在“资源紧张”的问题。同样的还有“定时器”、“rs触发器”、“pid调节器”等分离元件所具有的器件功能。这些器件在plc中均成为虚拟器件，能充分完成这些功能的要求。对该系统而言它们的使用数量是微不足道的，完全可以尽情使用。编程逻辑控制器中di、do卡件面板上的状态指示灯上，各种状态一目了然，故障排查简便易行。

（4） 制作程序化

整套装置的硬接线部分只涉及到确定所需输入和输出可编程控制器的信号，而控制逻辑部分完全固化在eprom中。对于功能增减的要求，通过修改程序后，下载程序，完成在eprom中的内容修改即可。监视整个装置的工作情况，包括信号的状态模拟、控制逻辑功能的“脱机”或在线调试等，均可在pc机上完成。

5 结束语

经过改造之后，耒阳电厂的2号机组（200mw）的ets系统的设计完全性可以达到大机组（300mw以上）的安全水平，应当说是很完善的安全系统设计。现在该系统已经安全运行一年半了，**出现过任何问题，效果非常好。

1 引言

控制系统广泛存在于化工、石油、造纸、制糖、制药等工业部门，从控制的角度来说，其过程的纯滞后时间与主导时间常数之比往往**过0.5，是大纯滞后过程。在设计控制系统时，需要对过程进行系统辨识，建立对象的数学模型。本文以中药提取罐作为控制对象、以s7-200 plc作为控制器和辨识器硬件，对中药提取温度控制对象进行系统辨识，建立其数学模型。

2 阶跃响应法

在经典的控制系统分析与设计中，通常采用传递函数来描述系统的动态特性。系统辨识就是要建立系统的传递函数。经典的传递函数辨识方法可以分为时域法和频域法两种。传递函数辨识的时域方法又包括阶跃响应法、脉冲响应法和矩形脉冲响应法等，其中以跃响应法较为常用。阶跃响应法利用阶跃响应曲线对系统传递函数进行辨识，阶跃响应曲线即输入量作阶跃变化时，系统输出的变化曲线。利用阶跃响应曲线来确定传递函数的方法很多，常用的有近似法、半对数法、切线法、两点法和面积法等。两点法中较古老也是较**的方法是küpfmüller方法，一阶惯性环节加纯滞后环节传递函数的模型参数k、t、τ可以直接从阶跃响应曲线上求得。

3 s7-200 plc

s7-200 plc是西门子公司开发的小型化的plc，它的用户程序中可以包括位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等的指令，对于8个以下闭环的小型控制系统，它也能提供较具价格竞争力的解决方案。step 7icro/win软件中包含了一个pid整定控制面板，它能够以图形的方式来监视pid回路，用于启动自整定序列，取消自整定序列，还可以将推荐整定值或者设计的整定值应用到实际控制中去。本文利用step 7icro/win软件中的pid整定控制面板来输出阶跃信号，采集对象的阶跃响应信号并绘制阶跃响应曲线。

4 中药提取罐温度控制数学模型的建立

4.1温度控制对象的传递函数

温度控制系统的实质是控制温度对象的热能吸收和或释放（本系统是通过蒸汽加热溶媒从药材中提取，可忽略化学反应及其可能的放热或吸热效应），由热能工程学以及传热学可知，温度对热能传递而言是一个大滞后量。忽略工业生产中的一些次要因素，设计控制系统时，可采用一阶惯性环节加纯滞后环节作为控制模型，其传递函数如下式：

img］yjtgongshi-1.jpg“/》（1）

4.2阶跃响应法中的两点法

接着，在y（t）上选取两个坐标值（t1，y（t1））和（t2，y（t2）），只要求0， y（t1），y（t2）这三个数值之间有明显的差异即可。

4.3阶跃响应曲线的获取

采用step 7icro/win软件编制包含pid控制器的 s7-200 plc应用程序。连接step 7icro/win电脑与实体s7-200 plc，启动plc运行，进入pid整定控制面板。pid整定控制面板图形显示区中用不同的颜色显示了过程变量、设定值和输出值相对于时间的函数。过程变量和设定值共同使用左侧的纵轴，输出值使用右侧的纵轴。pid整定控制面板中的设定值要设定为阶跃信号，过程变量即为阶跃响应信号，输出值为plc输出到执行器的命令信号。通过设置pid整定控制面板的相关参数，保设定值及输出值均为阶跃信号以获取真实可靠的阶跃响应曲线。中药提取罐温度控制的阶跃响应曲线

红线是过程量即阶跃响应曲线，绿线是设定值即step 7icro/win软件给plc的指令，蓝线是输出值即plc输出给辨识对象的阶跃信号。

4.4模型参数的计算

型参数计算图中，有效的辨识时间范围是120s~870s之间，阶跃信号plc内存储的值为：

δu=17408.00-6400.00=11008.00

模型参数计算图系统稳态温度值对应plc内存储的值：

y（∞）= 17408.00 -14368.00=3040.00

于是：

k=0.276163

根据两点法选取点y（t1）=0.284以及点y（t2）=0.632，换算为plc内存储的值分别是：15231.16和16289.28；从图上读出相应的横坐标时间值大约是：434和298；据此计算：

t1=870-464=406s

t2=870-328=542s

较终得到：

t=204s，τ=338s

5 结束语

系统辨识采用的是阶跃响应法中的两点法。从本质上说，两点法是一种图形的方法，在绘图读数时会带来误差，影响模型的精度；项目采用s7-200plc绘图，图形精度可以保证。但仍存在读图误差。

的pid控制器基于识别出来的对象模型进行设计，通过现场的调试，达到了由环境温度（调试投运时是21℃）上升到目标温度85℃历时17分钟，仅仅有0.8℃**调，温度误差±1℃的技术指标

1 引言

电厂锅炉进行补给水处理，需要结合不同的水质情况而运用相应的处理技术开展工作，未经处理的水中含有多种固态杂质和液态杂质，形成水垢和大量沉积物，影响锅炉的使用寿命。因此必须经过物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等去除杂质。规范电厂锅炉补给水处理工作，不但可以有效防止和减少锅炉结垢、腐蚀及其蒸汽质量恶化而造成的事故，而且有利于促进电厂锅炉运转的安全、经济、节能、环保。电厂锅炉补给水的洁净处理在锅炉整体运转中起着至关重要的作用。

2 controllogix系列plc应用设计

锅炉补给水监控系由电源柜、plc控制柜、操作员站组成。

锅炉补给水系统选用rockwell公司controllogix系列plc。所有通过背板进行通讯的模块均是基于生产者/客户（producer/consumer）的模式。每个模块占用一个单独的槽位，并且模块可以插在各种1756框架的任意槽位。更换模块时*断开接线，用户配线时将连接线接到可拆卸的端子排（rtbs）上，并将端子排插入模块的。所有模块均可以带电插拔。光电隔离和数字滤波可有效地减少信号干扰。作为一种故障诊断帮助，在模块的还设有状态指示器，用于指示输入或输出以及故障状态。i/o模块可直接将故障情况报告给处理器。数字量i/o模块覆盖了从10v到265vac以及10v到146vdc的范围，提供的继电器触点输出模块的范围从10v到265vac或者5v到150vdc。模拟量信号的电压范围包括标准的模拟量输入和输出，以及直接的热电偶及rtd温度输入信号。模拟量模块的可选特性包括适用于干扰源及干扰环境下的数字滤波，以及每个i/o通道的量程选择，以增加用户的灵活性。模拟量模块的综合自诊断功能可以监测：

输入开路/开环监测，板级故障监测，针对上限的2个报警级别（hi和hi-hi）外加一个**物理量程报警，针对下限的2个报警级别（lo和lo-lo）外加一个低物理量程报警。工程单位换算使得输入输出模拟信号更容易使用。用于模拟量模块故障的用户配置输出响应（终值或任何用户自定义值），以保证安全。模拟量模块的状态区可以为处理器提供用于报警和故障诊断。每个模块针对rtb的机械钥锁可防止对模块施加不适当的电压。每个模块与logix5555处理器之间的电子钥锁可防止用户将错误的模块类型或不同版本的模块插入到该槽位。模块是通过软件来进行通道组态而不是通过拨码开关或跳线器。模拟量模板数据精度可以达到ieee32位浮点或16位整数数据格式。

3 系统工艺流程界面设计

3.1 工艺流程

工艺系统采用预处理系统由化学除盐系统和加药系统三部份组成。此外，预处理加药系统和加系统的控制也纳入锅炉补给水处理控制系统。

预处理系统工艺流程：主厂房来生水→机械搅拌澄清池→生水箱→生水泵→纤维过滤器→活性炭过滤器。

化学除盐系统工艺流程：经预处理的清水→强酸阳浮床→除二氧化碳器→中间水箱→强碱阴浮床→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。

加系统加药系统是指化学除盐系统中各离子交换器再生用酸碱的贮存和计量设备。加药系统流程为：低位酸槽→高位酸槽→酸计量箱→酸喷射器→强酸阳浮床（和混合离子交换器）；低位碱槽→高位碱槽→碱计量箱→碱喷射器→强碱阴浮床（和混合离子交换器）。

3.2 工艺控制

（1）阀门控制逻辑

（2）阳离子交换入口调节阀的控制：调节阀采用pid负反馈闭环自动控制，当中间水箱水位比设定值高时，减小阀门开度，当中间水箱水位比设定值低时，增大阀门开度，

3.3 工艺界面

就地阀门控制箱上面自动/手动转换开关从手动位到自动位之前，须把阀门的开/关转换开关置于中间位。主画面下含实时数据显示画面，报警画面，报表画面和历史曲线画面。

（1） 过滤器控制界面

过滤器控制界面如图5所示。画面上每个过滤器入口阀的左侧，实时地显示过滤器工作时的瞬时流量。就地操作箱转换开关打到就地，相对应过滤器的电磁阀在电脑上不能操作。打到远方，相对应过滤器的电磁阀在电脑上可以操作。

（2） 加药控制画面

加药控制画面如图6所示。聚凝剂、助凝剂加：点击加药控制方式按钮，弹出控制画面，选择工作方式。手动加药：点击手动按钮，按照设定频率加。自动加药：点击自动按钮，按照自动加药。关闭画面，点机电机图标，弹出电机控制画面，启动电机。加药泵工作。加：电机加药机图标，弹出控制画面，启动加药机，厂家设备自动工作。

4 结束语

通锅炉补给水监控系采用上位机和可编程控制器（plc）相结合的方式，锅炉补给水监控系统共设操作员站，作为系统调试及运行时的人机接口。其中操作员站设置在化间控制室内。操作员站兼有工程师站功能。锅炉补给水监控系统的控制由plc实现，plc控制器为双机冗余热备，即可编程序控制器（plc）整套带有双机热备*处理单元（cpu），冗余的电源模件，冗余的通讯模件。通过plc对整个化学水处理系统实现自动、半自动、远方手动或就地手动控制。