西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8技术介绍

西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8技术介绍

 近年来，我国小型冷轧钢厂发展速度较快。这些冷轧钢厂大多为乡镇民营企业，年产冷轧钢材30万吨以内，生产过程中排放酸洗废水主要为热轧钢材酸洗除锈过程中余酸清洗废水，通常与少量板卷表面处理过程中产生含油碱性废水混合排放。综合废水污染物浓度高，呈暗棕色，含铁盐、油及表面活性物质酸雾净等，酸腐蚀性较强。普遍缺少污染治理措施，小型冷轧钢厂排污问题给方环保工作造成一定压力。

    本文介绍江西某钢厂废酸水处理控制系统设计与实现。众所周知，以PLC为主体控制系统与单片机、牛顿数据采集模块相比，具有运行稳定可靠，控制功能强，网络化等优点，成为工业控制应用主流。本工程采用欧姆龙公司CPM2AH型小型可编程控制器，上位工控机组成控制系统。上位机监控制软件采用北京亚控科技发展有限公司6.5“组态王”组态软件，实现对废酸水处理系统过程监控及数据处理。

2 废酸水处理工艺

    本工程对酸性废水处理采用石灰中和法，而废酸液含和亚铁，可以采用回收工艺。废酸液产出量较小，采用回收工艺投资大，设备维修，回收产品质量不稳定。从投入产出比看，回收工艺投资大，运行成本高，回收产出低，经济性差，不采用。

3 废酸水处理控制系统特点及控制指标

    3.1 PH控制过程特点

    酸碱中和过程通常呈现严重非线性和滞后性，主要表现为PH值中和点附近增益很大，此时添加中和剂略有变化，就能引起PH值较大幅度变化，而当PH值远离中和点时增益很小，PH值变化较缓慢，加入大量中和剂才能使PH值上升或下降。加上处理过程一般大容器和循环管路中进行，使系统存较大时滞，给PH值控制带来大困难，浪费大量中和剂，为此PH值被公认为较难控制变量之一。

    3.2 控制目标

    一级中和反应，出口PH控制为：5～6；
    中和反应，出口PH控制为：7～8；
    较终废水排放PH值控制7～8，COD控制150mg/L，废水排放指标符合国家污水综合排放二级标准。

4 控制系统硬件设计

    4.1 硬件结构

    工艺要求，整个系统采用二级计算机控制方式，基础自动化级采用欧姆龙公司较新推出CPM2AH系列PLC，实现各种工作泵启、停和联锁控制；实现对PH值、石灰乳槽液位进行控制。监控级为中国台湾研华生产工业控制机，完成对系统组态、监控、报警、制表等功能。

    （1）系统检测点配置 

    4～20mA输入5点，4～20mA输出2点;继电器输入信号：30点，继电器输出信号：30点。

    （2）监控级配置

    监控级配置中国台湾研华工控机一台，运行标准组态和软件， 以实现对系统组态与监测。运行环境为bbbbbbS2000，并配置打印机一台，交流稳压电源和UPS电源各一台。

    （3）基础自动化级配置

    基础自动化配置CPM2AH系列PLC一套，2个I/O扩展模块，北京宏拓 PC-7413板卡、PC-7423板卡各一块。运行I/O控制站软件，完成对I/O信号采集以及各种工作泵联锁和控制，由通讯电缆将各工位状态信号送往工控机，并接收监控数据。

    4.2 监控系统

    监控系统完全实现了工艺提出功能要求，可以实现“手动”和“自动”操作两种控制模式，其中“手动”又分为“现场操作”与“就柜操作”两种手动控制。处何种控制模式，都可对工艺参数越限进行报警。控制系统处于自动状态时，系统可操作人员设定指令自动开、停提升泵，泵开关具有顺序锁定作用，防止误操作，达到自动调节加石灰水量,更好控制废酸水品质。

    上位机采用研华工控机，CPU为PIV2.4G、256M内存、80G硬盘、32M显存、19英寸大屏显示器。上位软件采用亚控6.5版“组态王”256点运行态软件,负责废酸水处理系统监控界面显示、数据处理、保存、信息交流等。上位机Modbus协议与PLC进行双向数据交流。上位机可读取PLC采集泵启停状态，可输出开关量控制信号给PLC。上位软件可对加药实行远程手动CRT操作及远程自动、就手动CRT全程监控。具有历史曲线、报表、报警等界面。其中，SB1～SBS1：手动模式时，中控室电气柜面板上停止与启动按钮；SB2～SBS2：手动模式时，现场机旁控制箱面板上停止与启动按钮；KM：接触器及接触器常开触点；KA：中间继电器常开触点（自动控制时，由计算机控制中间继电器是否电）。

    4.3 PLC控制单元 

    PLC控制单元是自动控制核心部分,采集加药计量泵、废水提升泵等泵运行工作状态信号，同时上传到上位机。并实时执行上位机输出指令，控制泵起、停。1、引 言

    莱钢8#氧气压缩机是12000m3/h空分装置的关键设备，其作用是将气态氧产品压缩成中压氧，通过管道输送到用户。8#氧气压缩机工作正常与否，对莱钢的生产大局和经济效益影响很大。它主要采用三菱MELSEC A1S PLC实现自动控制，控制效果良好，运行稳定可靠。

2、工艺简介

    莱钢8#氧压机的工艺流程，纯度达到99.6%以上的氧气，经调节阀PCV 3922和入口截止阀PV 1501进入压缩机，进行**级、第二级、第三级压缩，每级压缩后经过一次冷却；一级压缩后气体经调节阀PCV1 1510形成一级回流，三级压缩后气体经调节阀PCV3 1510形成三级回流；气体回流引起入口压力PI 3922升高、流量FI 3920降低，由调节阀FCV1 3920和FCV2 3920进行机前放空，使压力PI 3922和流量FI 3920保持在设**附近；从氧压机出来的氧气经截止阀PV 1537通过管道输送到用户，或根据实际生产需要通过截止阀PV 1536放空。为确保安全，每一级压缩排气侧分别装有安全阀，超压时紧急排放部分气体，以降低压缩气体压力。

3、系统配置

    莱钢8#氧压机自动控制系统主要采用三菱MELSEC A1S PLC和CC-bbbb现场总线实现。系统配置有1块CPU主基板（A1S38B）和1块扩展基板（A1S55B-S1），共有1块电源模板（A1S62P）、1块CPU模板（A1SCPU）、4块数字输入模板（A1SX80）、3块数字输出模板（A1SY80）、3块模拟输入模板（A1S64AD）、1块模拟输出模板（A1S62DA）、2块PT100多路转换变送器（PT-62），1个操作员面板通过CC-bbbb现场总线与PLC控制器相连。系统共有数字量输入信号63 点、数字量输出信号43点、模拟量输入信号9点、模拟量输出信号2点、RTD信号18点。

4、主要控制功能

    氧压机控制功能主要包括防喘振控制、压缩机启/停联锁控制、辅助设备的启/停联锁控制，以及重要工艺参数的实时显示、报警等。

    4.1 防喘振控制

    压缩机出口流量与压力不匹配，即流量低或压力高时，会造成压缩机喘振。该氧压机防喘振控制包括入口压力调节、入口流量调节、一级回流调节和三级回流调节。

    （1）入口压力调节

    入口压力采取常规PID调节，调节器为PIC 3922，由入口压力调节阀PCV 3922完成。

    （2）入口流量调节

    入口流量采取分段调节，由机前主放空调节阀FCV1 3920和旁路放空调节阀FCV2 3920完成。
 
    调节参数为氧压机机前流量，测量值有温压补偿。当PID调节器FIC 3920的输出在0-10%之间时，旁路放空调节阀FCV2 3920起作用，对应开度为0-**，主放空调节阀FCV1 3920处于全关状态；当调节器输出在10%-**之间时，主放空调节阀FCV1 3920开始起作用，对应开度为0-**，旁路放空调节阀FCV2 3920处于全开状态。

    （3）回流调节

    回流调节采取分段调节，由一级回流调节阀PCV1 1510和三级回流调节阀PCV3 1510完成。

    调节参数为氧压机机前流量和管网压力，二者分别进行PID运算。当管网压力正常时，机前流量调节器FIC 3921的输出作为回路输出；当管网压力超过某一值时，管网压力调节器PIC 1510的输出作为回路输出；当氧压机卸载时，回路输出选择一个时变函数，时变函数为50%+（t/240）×50%（其中t为时间变量），即在240s内，回路输出由50%逐渐增大到**。当回路输出在0-50%之间时，一级回流调节阀PCV1 1510起作用，对应开度为0-**，三级回流调节阀PCV3 1510处于全关状态；当回路输出在50%-**之间时，三级回流调节阀PCV3 1510开始起作用，对应开度为0-**，一级回流调节阀PCV1 1510处于全开状态。

    渐变选择器能根据一定条件选择不同的输入，从一种输入切换到另一种输入的过程是按指数规律渐变的，需要经过5倍时间常数的时间，时间常数可由编程人员设定。

    渐变选择器1和3的切换条件是管网压力超过某一设定值；渐变选择器2的切换条件是氧压机卸载（通过截止阀PV1536放空）。回路输出返回到渐变选择器1的目的是实现无扰动切换。

    4.2 压缩机启/停联锁控制

    （1）压缩机启动

    压缩机启动前，系统应具备以下条件：

    ① 冷却水管已打开；
    ② 压缩机进气管和排气管上的手动阀已打开；
    ③ 将排放压力调节器PIC 1510置于自动，设**2900 kPa；
    ④ 将入口流量调节器FIC 3920置于自动,FIC 3921置于手动，且0%的输出信号，打开回流调节阀PCV1 1510和PCV3 1510；
    ⑤ 将入口压力调节器PIC 3922置于自动，设**40 kPa，进气压力调节阀PCV 3922 打开。

    当上述条件和供电等外围条件都满足时，在现场控制盘上按下用“压缩机启动”按钮启动氧压机，入口截止阀PV 1501自动打开，在主控室DCS操作画面上增加调节器FIC 3921的输出信号，从而使回流阀关闭。

    如果外供用户量小于装置氧产量，机前放空阀自动保持打开。将调节器FIC 3921置于自动，设**150-200m3/h，**调节器FIC 3920的设**。

    （2）压缩机停止

    正常停止：
    在压缩机正常运行情况下，有就地停止和远程停止两种方式。就地停止方式下，按下现场控制盘上的“压缩机停止”按钮，压缩机即停止；远程停止方式下，在主控室DCS操作画面上按下“COMPRESSER SHUT DOWN”按钮，压缩机即停止；无论采用哪种停止方式，在压缩机停止的同时，入口阀PV 1501都自动关闭。

    故障停止：
    当启动主电机时，如果系统在5/s内收不到“主电机运行反馈”信号，系统会自动停止压缩机的启动过程。在压缩机正常运行期间，发生电机保护开关失灵、严重喘振等故障，压缩机将自动停止运行，并且所有的系统设备将处于停止状态。

    4.3 辅助设备的控制

    氧压机辅助系统主要有冷却水系统和润滑油系统。冷却水系统都是手动操作；润滑油系统一般总处于自动状态，当油压低于一定压力时，辅油泵自动运行；当油压**某一值时，则油泵自动停止。润滑油还带有加热器，当油温低于某一值时，油加热器自动投入；当油温超过某一值时，油加热器自动断开。

    4.4 操作员面板的功能

    操作员面板通过先进的CC-bbbb现场总线与控制器相连，实时采集并显示重要的工艺参数、故障状态、报警信息，调整重要的PID参数，启/停主电机及辅助设备等，实现机组的较优控制。

柴油发电机常作为独立电站和应急电源应用广泛。本文介绍了：利用西门子可编程序控制器(PLC)，实现市电电源与柴油发电机供电的防并联自动切换供电。详细论述了系统的组成结构，利用简单的控制线路，实现复杂的柴油机组与市电切换供电系统的自动控制。
关键词：PLC 供电 柴油发电机组

柴油发电机组是自备电站交流供电设备的一种类型，是一种小型独立的发电设备，以内燃机作动力，驱动同步交流发电机而发电。柴油发电机组又称移动电站，是一种备用电源，当外部电网发生供电紧张、故障或检修暂停供电时，可通过启动柴油发电机组供电，以维持正常供电，这在发生临时供电、连续生产时突然断电以及消防等方面发挥着重要作用。

可编程序控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。PLC 的核心部分是微处理器，不仅具有逻辑控制功能，而且还具有运算、数据处理和数据传送等功能，是具有计算机功能的**工业控制装置。可编程序控制器紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、强大的指令以及较高的可靠性和简便的维护近乎**的满足了自动控制要求。现使用西门子 S7-200 可编程控制器实现柴油发电机组与市电切换的自动控制。可编程序控制器的使用不但省略了许多繁琐的中间控制环节，还大大提高了可靠性和精确性，达到了理想的效果。

1 系统的组成

基于PLC 的柴油发电机组与市电切换系统，由柴油发电机组和西门子可编程序逻辑控制器组成。通过此控制系统能实现：当电网正常时，负载由电网供电;当电网不正常时，控制系统立刻起动柴油发电机组，实现柴油机组输出对负载供电。当电网恢复正常后，系统恢复电网供电，并关闭柴油机组。通过此系统能确保负载的正常输出。可编程序控制器(PLC)选用西门子S7200 型CPU222 AC/DC/ RLY，共有8 点输入，6 点输出。完全可以满足系统控制要求。

1 . 1 柴油机启动与停机

合上接地开关SA1，整个系统开始工作，当可编程控制器通过三相电压保护继电器，检测到市电不正常时，立即起动柴油发电机组。柴油发电机组的启动分成以下两个阶段。① PLC 输出点Q0.1 输出，使柴油机进入运行状态，并将输出Q0.0 闭合使KA1 得电，启动马达M 运转，带动柴油机运转，当柴油机启动成功后，PLC 输出点Q0.0 输出点立即断开，KA1 失电，启动马达与柴油机飞轮分离。②当柴油机启动成功后进入怠速运行30s 后，PLC 输出点Q0.2 闭合，则柴油机进行全速运行，电子调速器驱动执行器，将柴油机油门加大，柴油机进入全速运行状态[1]。

柴油发电机组的停机也可以分成以下两个阶段。①在确定柴油机组对外供电开关已经断开，即停止对负载供电后，PLC 输出点Q0.2 断开，则柴油机进行怠速运行，电子调速器驱动执行器，将柴油机油门减小，柴油机进入怠速运行状态。② 30s 后，PLC 输出点Q0.1 断开，使柴油机进入停止状态。

1 . 2 柴油机组与市电切换供电控制

过载及短路保护断路器QF1 及QF2，在平时状态下为断开，在系统开启状态时，闭合断路开关。市电通过接触器KM1 向负载供电。机组通过接触器KM2 向负载供电。两个接触器通过联络柜进行防并联机械互锁。通过市电上的三相电压保护继电器，来检测市电是否正常。当市电正常并保持稳定时，三相保护继电器会给PLC 发出一个市电正常指示信号，PLC 检测到市电正常后，通过控制输出将机组供电接触器KM2 断开，闭合市电供电接触器KM1。此时，电站通过市电向负载供电。

当市电不正常时，三相保护继电器会给P L C 发出一个市电不正常指示信号，PLC 检测到市电不正常后，通过PLC 启动柴油机，使其全速运行后，控制输出将市电供电接触器KM1 断开，闭合机组供电接触器KM2。此时，电站通过机组向负载供电。

1.3 软件设计

PLC 由*处理单元CPU，存贮器、输入、输出单元、电源和编程器等组成。PLC是采用循环扫描的工作方式，即每一次状态变化需要一个扫描周期。PLC 循环扫描时间一般为几毫秒至几十毫秒，整个过程分为内部处理，通信，输入处理，执行程序，输出处理几部分。

PLC 程序运行是从起始地址0000 开始到最后一条地址(即END 指令)，做反复式巡回扫描，严格按梯形图、逻辑图逻辑行顺序和逻辑行逻辑元素的排列自上而下，从左到右逐字逐句处理程序。这样，继电器控制系统很难解决的结点竞争及延时继电器不精确的现象就不会产生，从而保证了控制系统的可靠性。

S7-200 可编程序控制器有3 种编程方法，即梯形图(LAD)、语句表(STL)和功能图块(FBD)。梯形图比较直观，编程、调试都很方便;语句表编程速度慢，调试起来较繁琐; 功能图块可以查看到象普通逻辑门图形的逻辑盒指令但是相对复杂，使用较少。用语句表编程的手持编程器的性价比较高，用户可根据习惯进行编程语言的选择[2]。

2 系统注意事项

① PLC 安装的应避免太阳光直接照射，保证有足够的散热空间和通风条件，避免安装在干扰严重高温、高湿度有粉尘、不清洁以及有腐蚀气体的环境中。在此例中，要将PLC 安装在有减振措施的控制屏内。

② 不要将输入、输出线同用一根电缆，同时动力电缆和控制电缆要分开铺设，避免干扰。

③ 电源连接：PLC 通常用的是单相交流电源。接线时，要分清接线端子上“N”端“零线”和“接地”端。PLC 的交流电源线应单独从机顶进入控制柜中，不能与其他直流信号线、模拟信号线捆在一起走线，以减少对其他控制线路的干扰。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC 接上**地线，接地点应柴油发电机组的接地点分开，平常要注意检查PLC 的接地是否良好。

④控制PLC 的工作环境(0℃～50℃为宜)，必要时要采用强迫风冷冷却方式，可以有效地提高它的工作效率和寿命[3]。