6ES7231-7PB22-0XA8当天发货

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某公司于2005年夏天进行锅炉排渣改造，计划每台炉每侧冷渣器的两个事故排渣口出口和正常排渣口出口下设一台刮板输送机，经刮板输送机收集的底渣送至斗式提升机，由斗式提升机经碎渣机破碎后送至原有气力输送系统送至渣仓。

该系统控制范围包括从冷渣器正常出口以及事故出口开始到原气力输送系统的进口之间的所有设备的控制。

一、系统描述

每台冷渣器排渣口，两个事故排渣口和正常排渣口下设一台链斗式输送机和刮板输送机将底渣送至冷渣器外，由斗式提升机提到位于渣斗顶部的破碎机，由破碎机破碎后，进入气力输送系统，由气力输送系统送至渣仓。

为保证冷渣器运行的正压以及保证热空气不会从事故排渣口排出，在冷渣器一、二室装设压差检测装置，以压差信号来控制事故排渣口插板门开关，从而控制冷渣器内底渣的料高以达到保证冷渣器内热空气不会从事故排渣口排出。

为保证冷渣器中底渣能从正常排渣口全部排出，将原DN420的正常排渣口扩至DN550。正常排渣口下装设中间渣斗，中间渣斗上设高、低料位计，以料位计控制中间渣斗中料高，从而保证冷渣器中热空气不会排至后续机械输送系统。中间渣斗出口装设插板门和电动给料机，以达从正常排渣口均匀给后续机械输送系统给料。

考虑到从事故排渣口排出的底渣温度较高，为保证斗式提升机的性，每套系统斗式提升机设两台，一台运行，一台备用；斗式提升机出口设有就地事故排渣口，以保证后续气力输送系统故障时能就地排渣。

鉴于以上情况，通过采用PLC（可编程控制器）控制系统，解决当前存在的问题。系统的工作原理框图如下：

系统操作运行分别设有“远程自动”、“远程手动”、“就地手动”三种工作模式。“远程自动”模式为正常的主要运行方式，根据系统满足自动顺序运行的条件，在操作员站（控制室内的触摸屏）上操作完成整个除渣工艺流程。在自动顺序执行期间，出现任何故障或运行人员中断信号，都能使正在运行的程序中断并回到安全状态，使程序中断的故障或运行人员的指令都将在触摸屏上实时显示。当故障排除后，自动控制在确认无误后可再进行启动。系统有丰富的保护和故障界面供操作人员进行操作和分析。 “远程手动”模式为运行人员在触摸屏上点触每一个被控对象。远方控制操作有许可条件，以防止运行人员误动作。在远方手动模式下，系统提供了丰富帮助操作指导和反馈信息，指引操作人员的操作，以防止误操作。“就地手动”模式是运行人员通过就地控制箱操作被控对象，就地操作与远方程控操作之间有相互连锁。

1、PLC控制系统的特点及组成

PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言，具有严谨、方便、易编程、易安装、可靠性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入/输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和高级应用指令，它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外，PLC即有自身的网络体系又有开放I／0及通讯接口，很容易组建网络并实现远程访问。

PLC采用的Siemens公司生产的S7-300系列，由于现场的PLC系统与控制室的上位机距离较远（800米左右），因此通讯系统需成对加装RS-485中继器，确保系统运行的稳定性。

（1） 系统结构及硬件配置

根据控制需求，CPU模块采用CPU314、数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出（DO） 采用 SM322模块，模拟量输入（AI） 采用 SM331模块，模拟量输出（AO） 采用 SM332模块以及IM365等模块组成，IM365实现机架扩展，上位机采用Easyview公司MT510T真彩触摸屏进行显示和控制，整个干渣系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态等均能够清楚地显示在触摸屏上，当参数越限报警或控制对象故障或状态发生变化时，以不同的颜色进行显示，使操作人员能够一目了然地了解到系统的运行情况，并实时地根据工艺要求进行系统参数进行调整。

（2） 控制系统的功能实现

PLC程序的编制直接关系着底渣系统能否正常工作，而程序设计的关键在于编程者对工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。因此，在程序设计中首先考虑了供气压力调节系统的特点，将程序设计细化，分成多个程序模块，实行模块化编程。这样既可以方便的增加或删除程序模块，便于现场对工艺的调整，又可针对配套设备可控性对不同程序模块进行完善。

PLC的编程软件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V6软件平台用来完成硬件组态、地址和站址的分配以及编制整个生产过程的控制程序的。上位机软件采用国产软件组态王，全部采用汉化界面，便于系统的开发与操作，该系统运行于bbbbbbs2000中文平台，可实现对生产过程的全面监控，对重要参数形成历史记录，以报表或曲线的形式显示给操作人员。通过VB语言脚本，可以在主控室的上位机显示重要参数的历史趋势、实时趋势，实现联锁调节的手自动切换、操作、压力的高、低限报警、流量数据的显示与累计，满足高生产率的调度需求。

（3） 现场显示

现场采用MCC屏进行参数控制，触摸屏程序由组态软件来完成，人机界面采用中文菜单，界面友好，操作方便，功能较强，主要用于现场压力、流量、阀位的显示与操作。可作为操作人员现场操作的依据。

二、系统实现排渣系统的自动控制和监控

主要包括如下功能：

（1） 灵活的操作方式以及强大的系统控制功能：系统可以实现上位机操作、控制柜操作和就地手动操作；
（2） 报警功能：当温度超过工艺要求，可在现场、就地实现越限报警；
（3） 简单、方便的参数设定： 压力调节的压力设定值、P、I、D等参数可以在上位机中设定。

1 、系统控制功能

（1） 过程控制的功能：

1）系统对床压实现了PID自动调节控制；
2）对所采集的模拟信号进行线性化、滤波、工程单位转换处理；
3）实现了流量信号的温、压补偿，提高了仪表的测量精度。

（2） 逻辑控制

联锁逻辑控制实现开/关的控制，逻辑控制及用户自定义功能块等。系统可以实现电磁阀控制以及参数越限报警等功能

（3） 人机接口

HMI系统中包含主工艺画面，分系统画面，画面直观、丰富，具备PID在线调节、在线显示功能，包括过程量变化趋势的实时趋势。

三、软件设计

根据该系统具体情况，PLC系统软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面：

（1） 数据采集及工程量转换
（2） PID算法
（3） 温压补偿计算以及流量的累积计算

对于系统中的逻辑控制选用梯形图（LADDER）编程，直观、方便；对于PID回路控制温压补偿计算以及流量的累积计算部分则采用语句表（STL）编程，结构紧凑而又灵活。 PID调节是该系统中较为重要的控制程序，因此特将PID算法作一重点介绍。

1、PID算法

STEP7提供了两种常用的PID算法：连续型PID（FB41）和离散型PID（FB42），根据实际要求，选用的是FB41。并在组态王中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。

PID算法的输出实际上是比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分作用之和：

Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ  ＴＳ／ ＴＩ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ
ＭＤｎ ＝ ＧＡＩＮ  ＴＤ／ ＴＳ（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）
Ｍｎ：第ｎ次采样时刻的输出值。
ＭＰｎ：第ｎ次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。
ＭＩｎ：第ｎ次采样时刻的积分作用，可以静差，提高控制品质。
ＭＤｎ：第ｎ次采样时刻的微分作用，根据差值的变化率调节，可抑制超调。
ＳＰｎ：第ｎ次采样时刻的设定值。
ＰＶｎ：第ｎ次采样时刻的过程值。
ＭＸ：第ｎ－１次采样时刻的积分作用，每次采样计算后自动刷新。
ＧＡＩＮ：回路增益，P参数。
ＴＩ：积分时间常数，即I参数。
ＴＩ：微分时间常数，即D参数。
ＴＳ：采样时间。

从上面的公式中可以看出，参数P（GAIN）与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢；Ｉ参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，一的衡量标准就是被控参数（压力）的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到较佳的控制效果。

六面顶压机的对控制装置的要求
六面顶压机为人造金刚石合成的关键性设备，它具有多规范、自动化程度较高的特点，过去采用继电器-接触器方式进行控制，其逻辑关系繁琐，所用继电器数量较多（四十多个），因而鼓胀率较高，常由于继电器动作失灵导致压块撞碎，甚至损坏顶锤，增加了原辅材料消耗，影响到设备正常运行。另外，六面顶压机对六只压缸的定位精度及同步性能也有一定的要求，过去的继电器-接触器控制方式存在着响应速度慢、动作迟缓、衔铁粘滞、接触不良等现象、使得六缸定位及同步性能变差，增加了硬质和金顶锤损坏的机会。所以，六面顶压机对控制装置提出了这样的要求：
1、可靠性要高
2、六缸定位及同步控制性要好
针对以上二个基本要求，结合六面顶压机的工艺特点，我们利用PLC控制压机使之按以下的程序工作（如右图所示）：

PLC机型选择
PLC机型选择的着眼点不外乎有这样几个方面：1、确定控制规模，即I/O点数；2、价格；3、售后服务是否有**，我们经过充分调研，以及考虑日后维修上的便利后，较终确定选用中外合资无锡华光电子有限公司生产的SR-21PLC,这是一种性能价格比较高的小型PLC，较大I/O点数达168点，较大容量达1.7K~3.7K指令字，模块化结构，配置灵活，有多种I/O模块和特殊功能模块。该PLC指令丰富，有数据处理功能，能和上位机连接，组成工业局部网。与之相配套的外围设备也基本上能满足用户要求，有打印机接口、EPROM写入器，可接磁带录音机。

控制装置的配置

根据压机工艺特点和对控制装置的基本要求以及整个装置的成本所确立的配置原则，我们决定采用I/O点数80点这一规模的PLC,为了便于今后操作使用，还配置了编程器及打印机接口单元。

电路设计

我们将122~127六个定义号接上接近开关输入信号，分别作为右、前、上三缸活塞空程前进时是否越位以及充液时六缸（此时包括左、右、下三缸活塞）是否同时运行（即同步动作）的监测，其余的I/O接按钮，行程开关，外设时间继电器、接触器、220V交流电磁阀、指示灯等电气元件。在实际安装过程中，为了防止电磁干扰，所有输入线与强电导线严格分开；接近开关输入信号线用双绞线；PLC电源侧加装隔离变压器；所有电磁阀及接触器线圈两端并接R-C吸收器。由于考虑到成本及PLC对来自电源干扰抑制器。

软件设计及数据处理功能的应用

1、 软件设计：
为了叙述方便和节省篇幅起见，我们这里仅列出自动工程流程图。
分段工作程序与自动工作程序基本相同，只是在保压结束后不会立即自动卸压，需操作者掀压增压器卸压（即分段卸压）按钮后才卸压，然后直至程序结束。调整程序主要用于手动调整六缸活塞的位置。
2、 数据处理功能的应用
由于篇幅，我们这里仅举例说明SR-21数据处理指令在六缸同步监测及调整时防止多个按钮同时操作的用法，下面逐一说明。
（1） 监测程序模块
左图为监测程序模块的框图，框图中的延时是根据具体设备中六缸活塞运动响应快慢来设定的，时间短要求六缸活塞在充液时基本上要求同时开始运动，时间长则允许六缸活塞在充液瞬间是不会同时开始运动的，由于液压系统的调整、高压油路的长短，活塞的摩擦阻力，流量的大小等因素均可能影响到每只缸活塞响应速度的快慢，总会有少数缸的活塞运动出现滞缓运动的现象，当这种现象比较严重时，就可能会产生六缸超压时六只顶锤不在中心线上的现象，从而导致故障发生。同步监测的目的就在于：当滞缓现象较严重时，能发出不同步报警信号，同时停止六缸活塞运动，让操作者及时做出相应的处理。
（2） 同步监测梯形图
梯形图如图所示，它是上面程序框图的具体应用。值得提出的事，梯形图中用772、773、774标志继电器作为compare（比较）的结果，当六缸活塞同步时，与常数63（BCD数）比较结果相等，标志继电器773建立，否则772获774间里，不同步报警。
（3） 调整防误操程序框图
这部分框图见下图。需要说明的事，这仅为上、前、右、下四缸活塞手动调整时的程序，其它一些调整动作属不同组，原理相似。这种防误操程序能有效的防止操作者在按某个按钮，也有防止其它组的按钮误按而造成设备故障。
（4）防误操作梯形图

结束语
实践证明，PLC在六面顶压机改造中的应用是卓有成效的，所采用的数据处理功能使设计的监测及防误操作程序达到了预期的要求，PLC能在工况较恶劣的环境中使用，而不多考虑电压波动、电磁干扰，环境温度和湿度对它的影响，整个控制装置能稳定可靠的运行。

啤酒发酵是啤酒生产过程非常重要的环节，特别是对发酵过程中温度、压力的控制尤其重要。早期，由于人们对发酵机理认识不深，再加上采用控制器的限制，对发酵采取自动控制未能成功。随着人们对发酵机理的逐步认识，并随着可靠性高、能经受恶劣环境器件的引用，对发酵采用自动控制逐渐取得成功。
系列产品，设计开发了发酵控制系统，并已成功地应用于我公司现场。经实际运行，该系统技术性能优良，运行稳定可靠，操作直观方便，对发酵控制取得成功。
1、 控制系统的组成与功能
根据啤酒发酵工艺，我们在发酵罐的上、中、下三段各设了冷却盘管，管内的冷媒采用酒精溶液，通过控制阀门的开启来控制发酵温度。其生产过程流程图如图1所示。

本系统上位机配置1台586微型计算机和1台打印机。下位机采用西门子S7-300可编程控制器，通过Profibus-DP总线接口与上位机相连，构成整个监控系统，其组成结构图2所示。

① 对每个发酵罐的上、中、下3个测量点的温度进行检测，实现自动控制，罐内实行压力检测。整个发酵过程按照发酵机理，根据主酵→双己酰还原→冷却→酵母回收→后贮的阶段，分别设定曲线进行控制，并采用滞后预估等控制方法，使系统控制精度符合工艺要求。
② 上位计算机可以动态显示每个发酵罐的工艺流程，即温度、压力、进酒时间、酒龄及超限声光报警等，以便对发酵罐进行宏观管理，并具有阀门的开关状态显示，阀门的手自动控制，实时报表打印等功能。
③ 能监视每个发酵罐的温度、压力周期曲线，当累积酒龄达到时，自动出信号，以便人工确定是否执行下步操作。
根据工艺要求设有操作员、工艺操作员及总工三级密码，并对各工艺参数进行保存及报表处理功能。保证了系统安全，强化了生产管理，为经济责任制的考核提供了依据。
啤酒发酵是内部机理复杂的生化反应。其反应时间长，惯性大，不易控制，尤其是发酵罐三点温度控制是关联的，相互影响。我们从整体考虑，采用预估，时间PID以及模糊控制方式，按照设定的工艺控制曲线进行监测控制。
主酵阶段的自支控制程序
当冷却的麦汁和酵母进入发酵罐后，就开始进入主酵阶段。由于发酵是入热反应，温度升高，产生大量的CO2，使发酵液产生强大的对流。在控制上应t上　　在双己酰还原联阶段，由于主酵完成，只是在等待双己酰指标符合要求后进行降温，此时要抑制发酵液的对流。在控制上要保持罐内温度均衡，即t上=t中=t下。
2.3 冷却排酵母阶段控制程序
一旦双己酰符合工艺指标要求，就可对发酵液进行冷却，使酵母沉淀。为了加快酵母的沉淀，应使罐内上面热，下面冷，酵母不上翻，即温度控制满足t上> t中>t下。这样控制冷却阀门开启的顺序为TV上→TV中→TV下。
2.4 后贮阶段的控制程序
当酒酒液冷却至-0.5℃左右时进入后贮阶段。在这个阶段要使温度尽量均衡，且使罐内上中下温度为t上=t中>t下。这主要是为了避免温度回升，以免下面温度**中上部温度，引起酒液对流，使酵母溶于酒液中，影响产品质量，也给滤酒增加困难。另外，低温贮酒时应控制阀门的开启时间，不宜太长，以免结冰。
3、 结束语
该控制系统在现场运行了两年多时间，实践证明设计合理，性能可靠，组成系统灵活方便，控制品质好，满足工艺要求，提高了装置的自动化控制水平，也大大减轻了员工的劳动强度，给我公司带来显著的经济效益。