西门子6ES7231-0HC22-0XA8型号齐全

西门子6ES7231-0HC22-0XA8型号齐全

为使火力发电厂的发电机组的可靠性达到更高水平，特别是满足大型骨干火力发电厂“无人值班”(少人值守)对监控系统的要求控制工程网版权所有，机组现地控制单元(LCU)应有较高的冗余度。基于此，本文设计了一种基于西门子s7—400系列可编程逻辑控制器(PLC)的机组LCU双冗余控制。控制器的冗余是计算机监控系统现地控制的一大优点，根据各控制系统和设计方案的不同，控制器的冗余主要有以下方式：
    (1)1：1冗余方式：即用2个完全相同的控制器，其中一个作为主控制器承担全部监视控制任务，另一个备用。在主控制器故障情况下www.，无须人工干预即可自动切换至备用控制器工作，使整个系统不会发生停滞。
    (2)N+I冗余方式：在一个计算机监控系统中，包含N+1个控制器，其中N个为主控制器，1个为备用控制器。不论N个主控制器中哪一个出现故障，均能立即切换到备用控制器，使故障的主控制器自动退出并发出报警信号。
    (3)制系统的冗余方式：把重要控制回路的软件组态分别存放在2个完全独立的控制系统中，每个控制器的CPU可接管其他系统的i/o信号。制系统互为冗余方式，使得每个重要的控制对象都有2个互为冗余的控制系统进行控制，大大提高了系统的可靠性。
    上述3种方式中，方式1成本较高，方式2要求备用控制器能满足所有主控制器的要求，方式3成本较低。本文以方式3说明LCU的冗余设计。

    一 LCU的冗余结构
    双机热备的实现包括硬件方式和软件方式。硬件方式如西门子S 7—417H系列、旖耐德公司Ouantum系列、通用电气公司GE90—70系列可实现双机热备等：软件方式如西门子s7—3152DP以上系列PLC、通用电气公司GE90—30系列PLC等。不管哪种方式，都要保证切换过程中控制连续进行、数据不丢失，这一点非常重要。本设计中采用了西门子s7 412系列PLC软件双机热备结构。当1号机LCU主控CPU故障或电源失去时，2号机主控CPU自动接管l号机LCU分布式远程I/O模块，从而大大提高了监控系统的可靠性。
    LCU交换数据的设备通过PROFIBUS总线桥连接到LCU的PROFIBUS总线上，2台机组LCU采用西门子s7—412作为CPU模块，一个IMl53分布式远程i/o接口模块连接本机LCU的PLC—cPU的DP模块，另一个IMl53分布式远程I/O接口模块连接相邻机组LCU的PLC—CPU的DP模块，通过PROFIBUS总线构成制器冗余结构。
    LCU与监控系统上位机采用光纤以太网方式连接，虽然单网的可靠性已经很高，但考虑到其他不可预见的因素，本系统采用双光纤以太网。从LCU(PLC)而言，它的双光纤以太网工作方式不需要切换，而且是同时工作的方式，一旦1号网故障，2号网可以零时间切换过去控制工程网版权所有，从而获得很高的性能。这由PLC的以太网模块来实现。

    二 PLC系统软件冗余的说明与实现
    为实现LCU的冗余，PLC冗余系统需包括：
    (1)1套STEP7编程软件(V5.X)加软冗余软件包(V1.x)：
    (2)2套PLC及I/0模块，可以是s7—300或s7—400系统：
    (3)3条通信链路，即主系统与从站通信链路(PROFIBUS 1)、备用系统与从站通信链路(PROFIBUS 2)、主系统与备用系统的数据同步通信链路(MPI，PROFIBUS或以太网)：
    (4)若干个ET200从站，每个从站包括2个IMl53—2接口模块和若干个I/0模块：
    电缆、PROFIBUS总线链接器等。
    系统由2套独立的s7—412PLC系统组成www.，实现以下功能：主机架电源、背板总线等冗余：PLC处理器冗余：PROFIBUS现场总线网络冗余(包括通信接口、总线接头、总线电缆的冗余)：ET200从站的通信接口模块IMl53—2冗余。
    软冗余系统由A和B这2套PLC控制系统组成。开始时，A系统为主，B系统备用：当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B中执行，这时，B系统为主，A系统备用。这种切换过程是包括电源、CPU、通信电缆和IMl53接口模块的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主、备系统切换，这对于控制系统的软硬件调整、更换和扩容非常有用。

        三 冗余系统的工作原理
        在软冗余系统工作时，A、B控制系统(处理器、通信、I/o)独立运行，由主系统的PLC掌握对ET200从站中I/O的控制权。A、B系统中的PLC程序由非冗余用户程序段和冗余用户程序段组成，主系统PLC执行全部用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，跳过冗余用户程序段。其中主系统的CPU将数据同步到备用系统的CPU需要几个程序扫描循环。
    数据同步所需要的时间取决于同步数据量的大小和同步所采用的网络方式，MPI方式周期较长，PROFIBUS方式适中，以太网方式较快。本文设计中采用以太网同步方式，PLC需要在初始化程序中定义冗余部分的数据区，该数据区可以包括：一个过程映像区、一个定时器区、一个计数器区、一个位地址区和‘个数据块区。s7—412PLC同步的较大数据量为64kB。若主系统出现故障，则主系统向备用系统的切换时间为：故障检测诊断时间+同步时间+DP从站切换时间。如果CPU发生停机或断电故障，则故障诊断时间约为lOOms～500ins，s7—412PLc同步lkB数据所需时间约为200ms～300ms，8个DP从站的切换时间约为lOOms。无论控制程序循环扫描到哪里，当前的系统(即主系统)会随时接收并处理报警，而主系统A与备用系统B切换过程中产生的报警信息存在被丢失的可能。

    四 电源冗余
    电源是计算机监控系统的关键部分，通常包括主机及网络电源、LCU控制器电源和I/o模块工作电源。这些电源主要对监控系统设备、各控制模块、I/0模块和现场设备(如变送器、信号反馈、控制操作等)供电，一旦发生故障，会使整个控制系统瘫痪，造成重大损失。所以，在监控系统设计时，不仅要慎重考虑每个电源的容量，使其具有一定的裕度，而且要考虑各个电源单元的可靠性。为此，在LCU各个部分均采用双回路冗余电源供电方式CONTROL ENGINEERING China版权所有，部分环节还采用了双路电源自动切换回路，以保证系统电源正常工作。
    计算机监控系统LCU的冗余方式是多种多样的，可选择的硬件设备也较多，这给系统设计带来了许多方便和选择余地。本文介绍了一种火力发电厂计算机监控系统LCU的冗余实现方式，可以大大提高系统运行的可靠性。系统设计时，一定要根据生产过程和控制对象的实际情况，在保系统应有的可靠性的前提下，充分合理地考虑系统的性价比，选取合适的冗余方式和硬件产品。九曲河枢纽工程是太湖流域综合治理**骨干工程之一湖西引排工程的重要组成部分，其中节制闸为二孔一联整体式结构，单孔净宽12米，闸**高程10.3米，底板高程-1.0米。节制闸闸门采用露**式实腹钢梁平面钢闸门，门底高程-1.0米，门**高程9.0米。门宽12.66米。启闭机采用倒挂式液压启闭机，型号为QPPYⅡ-2*400-11.8。
根据液压启闭机运行实践表明：单吊点闸门启闭技术已非常成熟，而双侧传动的液压启闭机的同步控制，仍然是水利水电技术研究方面的一个重要课题。在各设计院和制造厂的努力下，尽管大部分闸门的同步控制是成功的控制工程网版权所有，但也有一部分双吊点闸门，尤其是大中型宽跨度的液压启闭机双缸同步问题未获得根本解决，从而导致闸门倾斜卡死，甚至吊点拉脱，造成闸门失事。而我们九曲河枢纽工程的节制闸就是采用双吊点且为大中型宽跨度的液压启闭机系统，其双缸同步控制系统必须得到根本解决，我们引入了可编程序控制器(PLC)作为控制核心，保证了闸门能够长期平稳的运行。
1 同步误差的形成
在水利工程中使用的液压启闭机同工程机械相比有其特殊性。首先液压启闭机所操作的不是自由悬挂的重物，而是沿着导向门槽作上下移动或者是绕着支铰作旋动的闸门。因此闸门作为牵引构件上的载荷，不仅取决于闸门重量，还在很大程度上取决于运行阻力的大小。而且这些阻力又是不稳定的，因为它与水封和支撑行走机构摩擦表面的状态密切相关，如内外水位差，泥沙淤积，建筑垃圾和各种漂浮物落入门槽，以及埋没部件结冰等都会使运行阻力大大增加。此外，在水中操作闸门，载荷的大小还随着闸门的开度而变化的动水压力有关。这些载荷的变化使双缸承受负载不同，根据压力——流量关系，承载大的液压缸比承载小的液压缸速度慢。
同时，从系统本身来讲，下列因素也是造成不同步的原因。两油缸不是安装在同一闸墩上，这就产生了安装几何误差。双缸运动副摩擦力不同，由于双缸的制造精度不同，安装时的运动副摩擦力也不相等，摩擦力大的液压缸运行慢;液压系统的内外泄露和压缩不可能相等;油管长度和弯头数目的不同将造成双缸沿程阻力的不相等;长时间运行使液压缸的工作特性发生变化，而两缸的工作特性变化不可能相同等等。
2 系统构成
解决双吊点液压启闭机系统不同步问题就是在上述因素对系统影响不可避免的情况下，如何利用PLC来实时控制液压启闭机双缸同步精度。如图所示为液压系统原理图。该系统采用二台型号为YYB2255-4，功率为37KW的异步电动机带动变量液压泵为系统供油，且液压泵电机组采用一用一备工作方式。
2.1 硬件设计
主要包括下位机和上位机的硬件，共同构成一个小型控制系统。如图1。
下位机和上位机之间通过MPI协议进行，PLC*机架和扩展机架之间通过IM360和IM361接口模块进行连接。
由于特殊的工艺特点，经充分论证选择了SIEMENS公司的SIMATICS7-300系列PLC作为控制核心。S7-300系列是模块化小型PLC系统。能满足中等性能的要求;主要有以下特点：
1)大范围的各种功能模块，可以满足和适应自动控制任务。
2)简单实用的分散式结构和多界面网络功能。
3)控制灵活，可靠性高，方便用户。
4)CUP处理速度快，集成功能强。
5)当控制任务增加时，模块扩展方便灵活。
液压启闭机系统输入信号主要有手动/自动/远程控制开关量的输入，系统压力传感器的输入CONTROL ENGINEERING China版权所有，油泵电压输入，开度传感器的输入，**差信号的输入及报警信号的输入等。既有模拟量的输入又有开关量的输入。根据液压启闭机系统的控制要求和被控制器的特点，可充分利用S7-300的系统资源，S7-300可编程控制器的硬件配置如下：
1)电源模块：PS307控制工程网版权所有，通过背板总线向各模块供电，输入电压为120/230V/AC，可提供输出24V/DC电源。
2)CPU313-1AD03，64kb工作存储器，负载存储器集成96kbRAM，较大可以扩展512kb，MPI接口可以与OP7/DP操作面板进行通讯主要用来执行用户程序，控制I/O模块和与上位机通讯。
3)SM321数字量输入模块：16点输入。
4)SM321模拟量输入模块：8通道隔离输入。
5)SM322模拟量输出模块。
6)SM322数字量输出模块：16点输出，24V/DC。
7)SM338型智能计数模块：8通道，用于通用计数和测量任务，可实现**差检测，并具有比较功能以及故障中断处理功能。
8)CP通讯处理模块，可以实现PPI通讯Pp。
9)OP7/DP键盘显示及触摸屏，一个RS232通讯接口可以与PLC，计算机，打印机连接，一个RS485接口可与PLC计算机连接。
在控制系统的输入电路中，由压力变送器检测到实时液压系统的系统压力，输出4-20mA的压力信号，经过IC7转换为0-5V的电压信号，送入到模拟量输入模块。由系统液压到PLC控制器的输入信号或由PLC控制器到配电部分的控制信号，均经过光电耦合电路进行隔离，以提高系统的抗干扰能力。
上位机硬件包括：
1)一台PHILIPS电脑控制和Ecsy View触摸屏，电脑为远程控制站和操作员站。
2)一台打印机：用于报警打印，操作记录打印。
3)一台UPS(不间断电源)。
2.2 系统软件设计
该自动化控制系统可以方便实现三种操作方式;
“现地操作”(手动)即现场电气柜或机旁操作箱上按钮进行操作。
“远控操作”(自动)即由计算机上操作。
“检修操作”用于安装，检修时调试操作。
为提高系统的可靠性，PLC控制器通过继电器控制接触器的工作，而不是由PLC直接驱动接触器。程序的编制采用模块化结构。包括主程序，事件处理子程序，硬件中断程序等。下面就各模块的程序设计做简要说明。
 1)主程序
主程序主要对液压系统的正常工作与安全保护进行控制。如图2。
2)事件处理子程序
事件处理子程序包括正常停机子程序，安全停机子程序，紧急停机子程序，自动启动子程序，手动启动子程序，检修启动子程序，纠偏计算子程序，继电器控制子程序www.，定时中断程序等。继电器控制器子程序主要完成油泵的运转和停止控制，通过纠偏计算子程序不断计算两个液压缸是否同步，当纠偏量不为零时控制工程网版权所有，对系统进行纠偏，对速度快的油缸停止供油，当油缸同步时再同时供油。在定时中断程序中，要实现内外水位的监测与比较，当水位差达到设定值时，自动启动子程序启动。
3)硬件中断程序
由于选用了具有中断能力的数字量和模拟量输入模块，所以当硬件检测到现场信号发生时(发生故障)，便自动执行硬件中断处理程序块
(OB40)根据故障等级，在OB40中执行正常停机，安全停机或紧急停机，从而保故障及时得到处理。
4)安全保护设计
为保证整个液压启闭系统的安全，可靠运行，安全保护环节应该在软件和硬件两方面进行，油泵电机的硬件安全设计按照faile-safe原则进行设计，即当控制系统失效时，为保证油泵电机的安全，最后一级的保护措施是安全链机械保护。安全链主要有一个类似与门的双路输入多路输出继电器构成控制核心。安全链回路由DC24V供电，经多个闭合触点组成。这些组成安全链的常闭触点包括紧急停机，压力**上限开关，压力**下限开关。
安全链的多个触点均为常闭触点，只要其中一个触点断开，安全链就将失效，切除所有执行机构的电源，所有执行机构将全部停止工作。必须在故障排除以后，给安全链复位，系统才能正常工作。
实践证明，将PLC引入液压启闭系统，成功解决了双缸同步的问题，且控制方便，可靠性高，结构简单，易于实现计算机直接控制。系统自2002年投入试运行至今，效果很好。

近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有*特的优点，在各个领域获得了广泛应用。
作为国内大的印刷机生产厂家---北人集团公司，为了使产品性能稳定，易于维护，我们采用了以PLC为主控器的控制方案。由于双色印刷机要求易于操作，精度高，故其输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱FX2N-64MR+4A/D,主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行可靠，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户**。
1 系统结构
其中，上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯方便，可靠。对多色机而言，安全因素很重要。在设计中，每个机组既要考虑到安全控制，其中包括本位机组的急停，安全按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。因此，一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。采用双机通讯，可以很好地解决此问题，各机组的走线可以按照就近原则，进入离它较近的控制柜内，既节省了走线，也方便了控制。
由于印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，我们采用了三菱4D/A数模转换器，它将PLC方给出的数字量，根据相应的算法，转换成0~10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。
在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm~+2mm,周向调节范围为-1mm~+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。
触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加价值。三菱触摸屏和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。
2 软件设计
2．1给纸设计
印刷机整体的电气设计还是比较复杂的，对时间的要求也很严格。
在机器的很多地方装有接近开关，用来检测不同的时间点。在印刷过程中，走纸的好坏是影响机器质量的一个重要环节。所谓纸走的好坏，指的是无歪张，双张等现象，如果有歪张，双张现象，在高速情况下，就会将走坏的纸，卷入机器内，从而破坏胶皮，给用户带来很大损失。此过程流程如下：在实验中，我们发现，按照上述流程编制的程序，在低速没有问题，但速度增高至7000r/h后，就会出现歪张锁不住现象。究其原因，主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造成。程序在执行过程中，采用循环扫描方式，为了让电磁铁输出提前，在设计中，我采用了中断和三菱编程指令的输入输出刷新指令，使电磁铁输出立即执行，提前了电磁铁动作时间，即使在12000r/h的速度下，也能很好的锁住有故障的纸张，解决了给纸的一大难题。
2．2离合压设计
离压，合压在印刷中具有很重要的作用。离合压的准确性，对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早，会弄脏压印辊筒，给操作带来很多不便；离压过早，会使最后一张纸印不上完整的图案，造成纸张浪费。
印刷时，版辊筒与胶皮辊筒先合压，胶皮辊筒与压印辊筒后合压。在我们的机器中，合压全部采用了气动装置，每个气缸都有一个动作时间。由于印刷速度是多段速，在3000~12000r/h之间，根据用户需要可选择不同的速度。但是，气缸动作时间是一定的，齿轮转过角度是一定的，因此，机器速度不同时，合压时间也不同。为了解决此问题，我们根据理论计算值，找出对于不同机器速度时，机器的延时时间。采用比较指令，当机器段速与理论值相等时，延时相应的时间，使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。经过多次试验，离压，合压都没有问题。
2．3人机界面设计
在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。
印刷机的一套电气设计属于系统设计，包括硬件，软件设计，涵盖范围较广。这里，我只简单介绍了其中比较重要的几部分，其它细节还有很多，这里不再一一列举。使用三菱的一套控制系统，感觉可靠，方便，在机器批量生产过程中，没有发现大问题。其PLC功能齐全，可靠耐用，指令简洁，与其他产品相比，感觉三菱整体软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏]监视并修改程序，这是其它产品所不能匹及的。总之，三菱的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。