西门子6ES7223-1BF22-0XA8选型说明

西门子6ES7223-1BF22-0XA8选型说明

大连大发供热公司作为大连市*二大供热企业，现有集中供热面积1700万m2，由2个热源单位供热，分别是发电公司、泰山热电公司，另有四座事故备用锅炉房，共有2个中继泵站、270余个换热站，承担着大连市约15万户的供暖。集中供热由二个热源分别供给，二个热源的主干管已联成环状，主干管之间设隔离门，运行方式目前为双热源独立运行。该项目从2012年6月开始实施，现以对80余个换热站进行改造，原有换热站在循环泵及泵系统增加了变频器，并增加、温度、压力传感器，以西门子公司生产的PLC（可编程控制器）作为主控设备。

1、工作原理

1.1变频器工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

1.2PLC工作原理

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式：⑴每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新；⑵输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入；⑶一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新；⑷元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。⑸扫描周期的长短由三条决定：①CPU执行指令的速度；②指本身占有的时间；③指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。⑹由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

2、配置组成

2.1系统组成

该系统由可编程控制器（PLC）、输出继电器以及触摸屏监控画面组成。

2.2硬件组成

以西门子公司生产的可编程控制器（PLC）为主控设备，本系统硬件型号如下：

电源模块： 6ES7 307-1EA01-0AA0

CPU模块： 6ES7 314-1AG14-0AB0

以太网通讯模块： 6GK7 343-1CX10-0XE0

开关量输入： 6ES7 321-1BH02-4AA1

开关量输出： 6ES7 322-1BH01-4AA1

模拟量输入： 6ES7 331-1KF02-4AB1（8通道）

模拟量输出： 6ES7 332-5HF00-4AB1（8通道）

输出继电器： 欧姆龙 DC 24V

2.3软件组成

系统的软件是由编程软件STEP 7，组态软件wincc comfort。本系统触摸屏画面是用西门子公司的wincc comfort画成，系统主要由以下画面组成：主画面、一次网参数总览、二次网参数总览、循环泵泵操作、调节阀控制、系统画面、清零操作、巡检记录、内部参数。

3、功能介绍

3.1变频器功能

传统的换热站内二次网循环泵都是以孔板或者阀门调节来控制泵出口流量及压力，对设备损耗、电能的浪费以及人力要求很高。对外部流量的调节造成很大的困扰。

变频器的使用可以选择根据外部要求进行简易调节，通过设置频率达到控制循环泵的转速，进而达到控制泵出口流量及频率或者通过压差控制方式控制泵的出力，达到节能（节电）的效果。传统的换热站内二次网泵的控制方式都是以压力指针判断泵的启停，频繁的操作造成设备的损耗及人力的浪费。变频器对泵的使用是以恒压控制方式控制，当压力即循环泵入口压力低时进行，恢复需要压力时停泵。

以大连大发供热公司一年的采暖期为比较，使用变频前与使用后作为比较，节约电能20%—40%。

3.2 PLC功能

PLC系统主要针对换热站相关设备进行设备控制，数据采制，及监视等。换热站系统控制设备一般有：循环泵、泵，以及调节流量的调节阀等。显示温度、压力、流量等各种参数。远程控制循环泵以及泵的启停、手动控制调节阀的开度、自动定压、调节阀自动定温调节开度、循环泵自动定温调节频率、考察看站人员的工作情况。

PLC的选用可以实现工艺控制的自动化，由CPU、输入/输出模块接收测量信号（如温度，压力，流量等转化来的电信号）、远程扫描模块、中间继电器、光电转换模块等组成，通过专用软件编程（梯形图或语言命令），利用网络（以太网或局域网等）实现对执行元件（如阀门的开闭，马达的启停，调速等）的控制来达到供热平衡的目的。

长期以来.PLC与DCS控制系统各自在离散和过程行业风骚。然而.随着自动化技术的进步，尤其是自动化系统通信技术的飞越式发展，两者正在呈现融合与集成的趋势。这篇来自ARC咨询集团的专业报告对这一热点加以了较为全面的探讨。

    离散控制系统(DCS)在过程控制行业中占有支配的地位，而可编程逻辑控制器(PLC)在离散制造行业中占有统治的地位。在过程控制行业中，过程控制的功能基本上通过采用专有的离散控制系统(DCS)来进行调节控制，而其停止运行的功能寻址则由可编程逻辑控制器(PLC)完成。本文将对DCS与PLC系统的集成应用前景进行探讨。过提控制行业和DCS轰统炼油厂、化工厂、发电厂、造纸厂和金属冶炼厂等一类过程控制行业，总是离不开采用DCS作为过程中的控制系统。其主要的一类控制功能特性，例如:控制器、历史状态、显示、现场输出数据等都是“分布式”的。包括处理器、v0卡分布、通路和现场连接装置(用于执行命令)在内的分布DCS系统流程图可保证灵活地添加、修正或取消控制点的连接。在某种意义上来说，它们能起到隔离的作用，不致使系统上某单部件的故障影响到其他部件的功能。例如，一个控制闭环的故障不致影响到其他相连闭环回路的功能特性。其工作性能和可靠性确立了DCS系统在过程控制行业中的应用地位。

离散行业和PLC

    PLC是来源于离散行业中的应用。PLC不同于典型的DCS系统选项的地方主要在于，它与控制一个系统的逻辑程序有关。PLC采用物理装置代替硬连线逻辑，并借助于处理器来阅读所有的输入值，并执行程序，向编程状态发出输出指令。这一切都是在重复的扫描过程中完成的，每次扫描约持续几毫秒的时间。一般来说，像汽车和建筑自动化、电子和半导体、机械和运输等一类的离散行业传统上都采用PLC可编程逻辑控制器。

OCS和PLC的共同功能特牲

    典型的DCS系统除了能起到控制功能以外，还可将其顺序控制的功能特性，应用于逻辑编程之中。在过程控制功能中发挥作用的同一个处理器也能用于逻辑控制。在连续的过程生产工厂中，逻辑控制和工艺控制是要求互相分离的。这也正是典型的PLC可以获得接受的地方(与DCS系统一起使用)。对于逻辑应用而言，采用DCS系统的方案相对要比采用PLC可编程逻辑控制器更昂贵些。何况，过程的安全停产需要采用一种能独立于过程控制系统的专用系统。一个时期以来，在连续过程控制行业的生产中，DCS系统变成了过程控制的同义词，而PLC的功能特性则适合于停工时使用。其中，DCS系统和PLC系统分别用于过程控制和逻辑功能特性，PLC接收来自DCS系统的数据(连续的输人数据)以及来自于现场的数字和模拟输人数据。

     PLC驱动现场各装置的情况(工厂过程中的一部分)纯粹是响应其接收的来自现场的硬接线输入数据，其反应动作完全独立于DCS系统的控制动作。由于PLC接收来自DCS系统的连续输人数据，因此PLC起到了一个数据汇集系统的作用。

3C功能通用的硬件、综合性的技术、加强的通信功能

     DCS和PLC系统的处理器始终在不断更新换代，与其所鼓吹的强大处理功能保持同步。与这两者控制器连接的I/O卡也有很强大的处理器。工厂在控制器和I/O板上同时安设模拟和数字信号处理功能是完全符合逻辑的，这是一个它们可以共同发挥作用的地方，两者既“统一”但又“相互独立”。在某些情况下，这一目标已经实现。在较近一届的德国汉诺威博览会上，Yokogawa,ABB、西门子等一类生产厂越来越多地展示了这些产品。DCS和PLC系统的控制器都具有相类似的功能特性，但从应用来看则又是不同的。

    在过程生产工厂中，PLC的安全性是安全自动化仪表系统(SIS)运行中的一个主要因素。诸如IEC 61508, IEC 71511和ISA SP85一类的标准事实上已经代替了T它V认证机构所采用的DIN 19250标准。这涉及到对整个自动化仪表系统的认证，而不光是逻辑控制器部分。整体安全水平(SII,)的认证关系到额外的成本，因此，这使得企业用户会尽量设法去降低开发费用，尽t选用较佳的“通用”硬件。对于用户来说，这样做的结果就是节省每一处系统访问的费用。

    ARC咨询集团已经注意到了现场总线基金会(Fieldbu: Foundation, FF)和Proftbus国际用户组织Profibus Nutzer-organisation，PNO )将安全应用放在优先的位置上。FF已将其安全自动化仪表系统(FF-SIS )提交TVV认机构审批，并希望该系统能够在2005年底以前到位。 PNO组织在安全规范方面也做了类似的努力，较近也送交TiJV认机构审批，以便使工厂的产品能够在相同的时间内发货。这些规范的要点就是要求享用共同的平台、公用的网络以及与DCS系统共享软件工具。但PLC系统仍然保留其停工关闭时的功能识别特性，同时，还要保证可以避免的停产时间。

    制造企业倾向于采用一种公用的平台解决方案，以代替不同系统单元连接和各自拥有的总线.DCS和PLC系统的工程功能始终处于分离的位置，并根据不同的访问控制模式进行必要的改变，这主要是因为一直受到传统的系统总线概念的影响。可以通过以太网设备那样的通用通信平台，从而采用单一的工程工作站来配置DCS和PLC系统，这样也可使公用报警和事故监控系统安装在单一的位置上，以避免租用昂贵的第三方设备来完成源自DCS和PLC两大系统的数据流汇总。通用工程工作站概念有利于公认的标准编程语言(I E C 61134)成为主流语言。PLC与DCS这两种系统在配置的方式上(例如在功能块方面)有许多共同的特点，这为培训人员降低费用方面铺平了道路。事实上，DCS和PLC系统的操作员通用工作站正在不断地得视。至今为止，DCS和PLC系统之间的传统串行接口—Modbus RTU协议接口继续延长向PLC开放，以便从DCS系统提取数据后做进一步处理。在大部分情况下，PLC将能够从DCS系统进行“阅读”，但不用于作为对DCS系统的“写入”。这是因为除了数据的传输速度之外，当数据从PLC写入DCS系统时，通信数据的丢失也可能会影响过程的控制功能。PLC和DCS系统之间的接口通常通过一个位于DCS系统终端的附加“网关”硬件来完成。较新的发展趋势是将DCS和PLC系统建立在像以太网那样的公用平台上，并使用TCP/IP协议进行数据交换。这样，不但可省去DCS系统终端的附加硬件，而且还可以保以更高的速度来传输系统之间的数据，并将这些数据更可靠地建立在系统之中。我们可以想象.具有共同功能特性、应用于不同场合的DCS系统和PLC设置到同一“底板”上，更大地发挥两大系统相互之间的潜力。

工厂资产管理

    ARC资源公司还特别注意到:“……许多供货商已经开发了有效的工厂资产管理(Plant Asset Management，PAM)解决方案，为用户提供了一个进入过程的有力窗口.使他们能够预先制订维修和操作策略，辨别发生事故前的一切问题，为提高工厂的生产性能和操作优化特性(OpX)提供一个关键的方法。”许多来源于PAM的数据将很有效地从FF HSE或Profibus DP一类的公用总线平台获得，而不是分别通过DCS和PLC系统的通道获得。例如OPC的连通性.保OPC服务器驻留在PLC/DCS操作员工作站上，为一个典型的PAM(客户OPC)提供连续的或历史性的数据。DCS和PLC系统在功能特性方面的结合连同其统一的构建风格，为较大程度地发挥PAM优越提供了一个机会。

PC-Based

    操作员工作站能够支持基于bbbbbbs风格的工业PC。这种情况在DCS和PLC系统中都是实际存在的。控制方式继续以各自拥有的硬件和软件为基础，而所采用的网络体系是一种更为公开的标准。其本身不会转化成以PC机为基础的控制方式。用户仍然对传统的控制系统充满信心，同时还吸收了操作终端和网络部分的变化。然而，目前正在出现追捧和推销PC-Based控制器的情况。尤其对于单个控制器应用，这种情况更为显著。PC-Based控制器是否会挤占传统PLC和DCS系统的应用空间还是一个值得讨论的问题.只是不知道PC-Based控制器的市场推销是否将进一步促进DCS和PLC技术走向融合?