6ES7331-7KB02-0AB0详细说明

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  1、概述
    水轮机筒阀由法国NEYRPIC公司于1962年用于真机以来，通过一些中小水轮机的应用实践，逐步得到了完善。到1979年加拿大当时较大的水电站LG-2，16台出力为338.5MW的大型混流式水轮机采用了圆筒阀之后，它的应用开始引起各国的注意，许多优点得到公认。因此，被越来越多的水电站采用。它的主要优点有：1、安装在固定导水叶与活动导水叶之间，同安装在蜗壳前的球阀、蝶阀相比，缩短了整个厂房的纵向长度，降低了工程造价；2、密封性更好，能有效抑制了导叶漏水对导叶的磨损。3、开启、关闭时间短，能更好地适应电力系统对水电厂快速开机的要求并能有效地防止事故情况下的机组过速。4、能机前阀门进出口处的收缩和扩散段伸缩节的附加水力损失。5、圆筒阀启闭为直线运动，关闭时可根据水压上升率调整关闭速度。而在圆筒阀的应用实践中如何保证多只接力器的同步成为筒阀控制的关键技术问题。下面就这一问题阐述应用PLC技术实现同步的原理和方法。
    2、筒阀的结构及同步机构原理
    传统的解决同步问题的主要方法采用接力器驱动链条同步，在筒阀圆周尽可能多地均匀布置多支液压接力器，每支接力器动杆（活塞）下端连接固定在阀体上，活塞上下运动可以驱动阀门启闭。各活塞的同步移动有由可逆传动的滚动螺旋副实现，它是在活塞上固定的一只滚动螺旋传动的螺母，螺母连接传动丝杆，当活塞上下移动时丝杆做正反旋转，丝杆上端连接齿轮将筒阀的垂直运动变为齿轮的旋转，齿轮带动链条一起连动其它接力器的齿轮同速旋转并反作用于其丝杆而实现多只接力器的同步。此同步方案的缺点在于：1）、直径大的筒阀将布置数量较多的接力器，增加整个系统的投资。2）、接力器油缸进油口无调节能力，均由调定的节流阀控制流量，接力器运行速度的调节控制没有按调节规律运动的随动性。3）、链条同步对发生异步的的油缸矫正能力差，易发生链条张力矩过载甚至拉断，导致筒阀启闭失败。4）、由于油缸进油量由节流阀调整固定，筒阀只能定速启闭，丧失了筒阀直线运动可按程序*启闭速度进行启闭的优势。
    3、采用PLC输出控制比例阀液压随动系统实现同步
    此方案采用接力器直接驱动筒阀并控制其同步，滚动螺旋副和链传动的同步机构可以取消或作为辅助同步手段和保护措施。另外，接力器本身不需再设缓冲装置，缓冲功能由PLC控制程序实现。采用本方案与传统的同步控制系统相比有如下特点：1）、可以灵活地改变（修改控制程序）阀门关闭开启的运动规律，使之更符合机组运行之需要。例如：当事故紧急停机调速器主配拒动而需快速关闭筒阀是时，为了即快速又不致使蜗壳及压力钢管水压上升率过高可采用分段关闭的控制规律。2）、可以取消机械同步机构，大大简化控制操作机构从而精简筒阀的整体结构，节省机坑内空间，改善运行维护条件。3）、减少操作执.2各部分工作元器件特性
    3.2.1控制运算部件PLC及其各功能模块
    PLC（FX2N-80MT）是整个系统的核心控制部件，其丰富齐备的控制运算指令、优越的性能、现场编程调试的方便已成为实现各种控制的现场级设备。其主要性能指标有：运算速度：　0.08uS/步(基本指令)，　1.52uS—数100uS(应用指令)；用户程序内存容量：16K，系统程序内存容量：8K；应用指令：128种　298个；输入口：5组每组8个，其中高速记数口8个（X000—X007）；响应速度：8个点合计小于等于20KHZ，自带电源容量：24V600mA；输入电源：AC/DC170V—250V。各功能模块：1）模数转换模块FX2N-4AD：用于接收压力传感器输出的4-20mA电流信号，将其变为PLC程序可用的0-1000的十进制数。其性能指标如下：功耗：DC5V30mA，模拟量输入范围：电压DC-10V--+10V较大-15V--+15V（输入阻抗200K），电流DC-20mA--+20mA较大-32mA—+32mA（输入阻抗250），；输出数字范围：-2047--+2047；分辨率：电压5mV，电流20uA；线性度：±1％F.S，采样速度：普通通道15mS，高速通道：6mS；3）数模转换模块FX2N-2DA：将PLC运算得到的控制量数值转化为电压信号输入到比例阀放大板控制液压比例阀。其性能指标如下：DC5V30mA,数值输入范围：-2047—　+2047；模拟量电压输出：　-10V—　+10V，线性度：±1％F.S，分辨率：电压5mV（10V×1/2000），转化速度：普通通道18mS，高速通道：3.5mS；
    3.2.2测量部件：位移传感器
    选用美国MTS　Temposonics　III(PB/PH)非接触式位移传感器
    原理：由询问信号的电流脉冲所产生的磁场（沿波导管运行）与位置磁铁产生的磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，便能换算出准确的位置。
    性能及指标：分辨率：2um；响应速度：比其他测量方式：快4到20倍；提供网络数字SSI　　CANBUS　　PROFIBUS　　DEVICENET　；符合欧洲CE规格
    3.2.3执行部件:比例阀（包括放大板）
    此环节是电气控制信号与机械液压系统连接的关键部分，直接影响到控制系统性能的发挥，所以选用德国REXROTH的VT5005带阀芯位置反馈的自动式比例方向控制阀，其放大电路技术数据如下：电源电压DC24V，功率50VA，控制电压±9V，较大输出电流：2.2A。
    3.2.4操作显示终端
    本系统选用三菱的GOT940触摸操作显示终端，其画面可通过配套的GT-DESIGE软件制作并通过**通讯电缆AC30R-9SS与PC机连接进行数据传送及调试。安装此显示终端可丰富人机界面，同时监视多个参数，对即时分析筒阀开启、关闭的运行状态提供方便。
    3.3、控制策略
    利用三菱PLC丰富的指令编制控制程序，对于现场调试及不断完善、优化控制程序具有重大意义。整个控制程序的流程框图如图三所示。
    3.3.1具有启闭运动规律的调节给定量
    圆形筒阀在启闭过程中，根据其安装结构及位置可知：在运动到全行程的中间段时，各缸允许发生的偏差较小，为了保证液压调节系统的调节品质，可将给定量降低，放慢筒阀运行速度。在动水关闭过程中，为了控制蜗壳水压上升率，筒阀关闭速度可分段进行设置。其他启闭规律可在筒阀的运行实践中总结得到，通过编制具有启闭运动规律的调节给定量实现。
    3.3.2基准缸判断
    把每一次开关动作完成后的较慢及行程较小的一缸作为下一次筒阀启闭运行的基准缸，因为此缸响应调节量的能力较弱，让它只接收固定的给定输出，调节其它缸的输出量以适应基准缸。
    3.3.3油压参与调节
    　　　　当某缸油压上升速率**过设定值，说明此油缸侧运动受卡阻，此时应降低基准缸的给定值，使系统调节变得更加平缓，顺利完成启闭操作。
    3.3.4保护及信号设置
    　　　　油缸油压或四油缸油压之间的差值**过某一整定值油压保护动作；链条张力过载保护通过行程开关接点进行调整；全开、全关极限位置也是在相应位置安装行程开关实现。为了防止油路系统的油垂效应，在临近全开、全关位置时减小比例阀开度，并延时返回开启和关闭中间继电器。现场控制柜装设有以下信号：全开、全关、中间位置、1#-6#链条张力过载。
    3.3.5相关参数显示
    因为现场控制柜安装了操作显示终端，通过PLC算术指令的运算可以得到多个有关筒阀运行的参数并在一个画面内显示，如各缸的行程、各缸比例阀阀芯位置反馈电压、比例阀阀芯位置（占各阀全开的百分比）、油压、运行速度、筒阀下滑、每次开关经历时间以及各个故障信号、全开全关信号、中间位置信号、下滑信号以及各缸油压、控制量、比例阀开度与位移的关系曲线等。

 1、工艺简介
轻短作为一种无色透明的液体，组分轻，易挥发，大量挥发气可使人窒息；轻经易燃易爆，在储存运输及生产过程中要严防泄漏。吐哈油田销售事业部储运工区作为油田**大公路销售渠道，厂区面积达7.35公顷，库存容量达2600m3时，日装车量达到600t/d。共有四具400m3球罐，6具150m3卧罐，2具50m3卧罐，2具2000m3水罐及机泵管网若干；有日灌装6000瓶的机械化灌装线。主要承担油田轻经储藏、外运及灌瓶工作。由于厂区面积大，巡查点多，对泄漏及事故隐患难以及时发现，给安全生产留下隐患。下图是厂区巡回检查路线图：
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详细巡检一周，所用时间约为60min，平面移动近千米，且容器所带液位计夜间不易观察，厂区无可燃气体探测装置。因此依据相关标准和工区实际，系统共配置输入/输出点157个，具体配置见下表：
表1 I/O点数分布
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2、PLC系统组成：
厂区检测采用西门子公司S7-300系列PLC系统，控制器CPU为CPU315，西门子推出的CPU315较之以前的CPU312、CPU313、CPU314，数据处理能力大大增强，数字量较大输入量为1024个，模拟量输入较大为128个。该系统采用被采纳为国际标准之一的SIMENS PROFIBUS总线协议通讯，在视窗环境下为用户提供了有效而方便的监控手段，集回路，逻辑控制于一体，增强了绘图、显示、趋势、报警和报表多种监控功能，使组态方便，使用操作更灵活。
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系统采用二台Inbbb PIII工控机作为监控站，除具备编程，组态，系统生成功能外，还具备了操作站的所有操作及显示功能。其中l#监控站主要监控可燃气体报警和产生动态报表；2#工作站主要检测厂区内容器的生产动态。二站互为热备。此外，系统还配备一台打印机，定时或随机打印各种报表、图形和报警信息。
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3、PLC系统软件开发
针对厂区检测过程中控制功能较弱，监测功能为主的状况，主要就监测组态软件作一介绍。它包括生产流程图，历史趋势图，报警系统图和参数报表等。操作画面为全中文显示。
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SIMENS S7-300PLC系统采用Sybase数据库模式，同时有EXCEL，Access等数据库接口，可方便外接。通过语句表语言（STL）、梯形逻辑语言（LAD）等将组态方案形成软件下装至控制器中，自动生成数据库，供生产流程图，历史趋势图，报警系统图及参数报表等监控画面调用。在定制数据库格式时，将各参数的高限、低限及故障报警各设置成相关变量，监测画面上以不同的醒目颜色标出，对操作员起到提醒，警示作用。
机械化灌装作业流程为：整批进入灌装线的钢瓶经过记数（N）、测重（G）分别进入大小瓶灌装线和倒残线，灌装完成进入出瓶线并记数（N2，N3），图2为其功能框图。
由于生产过程中流量信号及锅炉系统的控制信号的加入，系统功能进一步扩展，将更加充分利用其丰富的功能。由于加入流量信号：液化气进站流量，轻油进站流量及水蒸气流量和天然气流量要进行考核，而硬件配置上没有流量积算仪和脉冲输入模板，故流量累积只能通过组态有关算法模块来实现。利用内置时间脉冲TP发生器，间隔PT累加一次流量模拟信号，从而实现流量累积。

到分散所需的转速时自动打开进料阀XV22002,然后自动启动供料泵22P01，随后四通阀XV22003自动切换到离心位A，经分离后的悬浮液进入消光剂中间槽22TA04,而离心分离下的TiO2滤饼进入配制槽22TA01中重用。在带切断阀的流量计F设定好下一批乙二醇量，这些EG经离心机加入TiO2配制罐中，以清洗离心机，当TiO2供料泵22P01入口管线出现流量低报或22TA04液位出现高报时，供料泵自动停止，该批料输送完毕。四通阀自动切换到冲洗位B，离心机冲洗开始，速度自动减到剥离滤饼速度，冲洗用乙二醇阀XV22003自动打开，经过一定时间的冲洗，滤饼连同乙二醇一起进入配制罐22TA01可供下一批继续使用，离心机自动停止。
3、悬浮液输送及供给过程
    在中间槽内的悬浮液按要求至少要存放２小时以上以便脱活性，取样合格后，悬浮液在压力作用下经过滤器过滤后进入消光剂供料槽22TA05中，供料槽中的TiO2悬浮液由计量泵连续定量地送入*二酯化釜。
工艺流程图如图1所示。其中第2步流程就是通过离心机系统来实现的。

三、离心机系统介绍
    本离心机系统由离心机设备本体和控制系统两部分组成。主要技术参数如下：转鼓直径356mm，转速3200rpm以下无级可调，差转速2—32r/min无级可调，分离因数2040，液层深度45.5—54.5mm可调，生产率5—14m3/h，主电机功率18.5kw。
    1  离心机设备本体
     LW350HQ离心机主要由差速器、螺旋推料器、转鼓、机罩、机座、主电机等组成。图1中方框内所示即为离心机设备本体示意图。悬浮液经进料管进入主转鼓，在高速旋转产生的离心力作用下，固相颗粒沉积在转鼓内壁上，与转鼓作相对运动的螺旋叶片不断地将沉积在转鼓内壁上的固料刮下排入与22TA01相连的排污口，分离后的清液经液层调节板开口流出转鼓到与四通阀XV2003相连的排液口。由差速器来实现螺旋推料器与转鼓之间的相对运动，从而实现了离心机对物料的连续分离过程。
     2、离心机控制系统
    本离心机控制系统根据工艺和设备管理要求，由现场操作屏、控制柜两部分组成。现场操作屏安装在离心机现场，安装有所用的操作旋钮、按钮及指示灯、差转速控制仪表、蜂鸣器、转速显示和主电机电流显示仪表等部件。控制柜设在马达控制中心（MCC室），柜内装有可编程控制器（PLC）、交流变频器、程控稳流稳压电源，直流电源、继电器、信号隔离转换器等。由于整个配制系统除了离心分离机外，还需要一系列的配套设备，主要有进料电磁阀XV22002、冲洗电磁阀XV22005、四通阀XV22003、流量开关FL22001、FL22021、压力开关PH22031和供料泵22P01,这些设备的信号也需要参于程序控制。四通阀XV22003阀体是一入三出的结构，由带两个电磁阀的气缸驱动，A电磁阀得电使C与A 相通为离心状态，B电磁阀得电使C与B相通为冲洗状态，都不得电时C与D相通。22TA04液位高报信号LH22004由DCS系统的逻辑点送到PLC。
     由交流变频器来控制主电机，实现转鼓转速的无级调节。变频器的各项参数根据实际情况设置完成后，在运行中是通过PLC进行自动控制的。通过PLC控制变频器从而控制主电机根据工艺流程进行转速、转向的变化。离心时正转且达到离心速度，冲洗时进行4次正反转冲洗，并且转速控制在冲洗速度。
    螺旋推料器与转鼓之间的差转速是通过电涡流制动器和Honeywell通用数字器UDC1500来实现。由数字转速表通过测速探头将转速差转换为4-20mA信号，在UDC1500U内与设定值比较得到偏差，对偏差按预置的PID参数运算，输出4-20mA信号去控制程控稳压稳流电源输出电流在0-3A之间变化，此电流作为电涡流制动器的励磁电流，从而对螺旋推料器的轴产生制动作用，使差转速稳定在设定值附进。本控制系统的差转速部分是独立于PLC的单独控制部分，实际应用中只要控制电源投用，此控制部分就按照差转速设定值起控制作用。在差速低于报警值时由UDC1500送到PLC一个同步故障信号，所以在PLC程序中检测同步故障信号是在程序已运行、控制电源投用且转速升到分离速度以后再此信号。

四、PLC控制系统
此离心机系统的核心控制部分即为PLC。为了实现TiO2悬浮液的离心分离，通过离心机本体和相应的配套设备，由PLC进行自动控制，二者密切配合实现了物料的自动分离。
PLC选用的是性价比高和扩展性较好的欧姆龙的C200HE，