西门子6GK7343-1EX30-0XE0技术参数

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1.引言
    近年来，我国小型冷轧钢厂的发展速度较快。这些冷轧钢厂大多为乡镇民营企业，年产冷轧钢材在30万吨以内，生产过程中排放的酸洗废水主要为热轧钢材酸洗除锈过程中的余酸清洗废水，通常与少量的板卷表面处理过程中产生的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。由于普遍缺少污染治理措施，小型冷轧钢厂的排污问题给地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的设计与实现。众所周知，以PLC为主体的控制系统与单片机、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，成为工业控制应用的主流。本工程采用欧姆龙公司的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的6.5“组态王”组态软件，实现对废酸水处理系统的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，而废酸液由于含和亚铁，可以采用回收的工艺。由于废酸液的产出量较小，采用回收工艺的投资大，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，所以不采用。

3.废酸水处理控制系统的特点及控制指标
3.1 PH控制过程的特点
    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值在中和点附近的增益很大，此时添加的中和剂略有变化，就能引起PH值较大幅度的变化，而当PH值远离中和点时的增益很小，PH值变化较缓慢，加入大量的中和剂才能使PH值上升或下降。加上处理过程一般在大容器和循环管路中进行,使得系统存在较大的时滞，给PH值控制不仅带来大困难，而且浪费大量中和剂，为此PH值被公认为较难的控制变量之一,
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；
    较终废水排放的PH值控制在7～8，COD控制在150mg/L，废水排放指标符合国家污水综合排放二级标准。
4.控制系统的硬件设计
4.1 硬件结构
    根据工艺要求，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的CPM2AH系列PLC，实现各种工作泵的启、停和联锁控制；实现对PH值、石灰乳槽的液位进行控制。监控级为闽台研华生产的工业控制机，完成对系统的组态、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
    监控级配置闽台研华工控机一台，运行标准的组态和软件， 以实现对系统的的组态与监测。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信号的采集以及各种工作泵的联锁和控制，由通讯电缆将各工位状态信号送往工控机，并接收监控的数据；

4.2 监控系统
    监控系统完全实现了工艺提出的功能要求 ,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“就地柜操作”两种手动控制，控制模式原理如图4所示，并且无论处在何种控制模式，都可对工艺参数越限进行报警。控制系统处于自动状态时，系统可根据操作人员设定的指令自动开、停提升泵，并且泵的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,更好地控制废酸水品质的目的。
    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。上位机通过Modbus协议与PLC的进行双向数据交流。上位机可读取PLC采集的泵的启停状态，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、就地手动的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的停止与启动按钮。
    SB2～SBS2：手动模式时，现场机旁控制箱面板上的停止与启动按钮。
    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得电）。
4.3　PLC控制单元
    PLC控制单元是自动控制的核心部分,采集加药计量泵、废水提升泵等泵的运行工作状态信号，同时上传到上位机。并实时执行上位机输出指令，控制泵的起、停。
5.控制系统的软件设计
5.1 软件功能描述
    软件包括上位机的软件与下位机的软件。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。在上位计算机中人机界面是以图形画面的方式显示控制系统平面图及工艺流程图，有动态的实时参数值显示，如水的流量、PH值等，实时显示各泵运行状和事故报警信息列表以及电气运行状态显示等可切换的动态画面，对工艺参数值做出实时趋势曲线和历史数据趋势曲线同时，组态王软件系统还可以与EXCEL、ACCESS等数据库管软件进行DDE通讯，将数据传送至数据库中，以备将来移植到他系统中供调度员分析比较，以便找出污水厂的较佳运行规律；并且可以自动生成生产报表（班、日、月），定时或根据需要进行打印，供生产管理之用；上位机通过Modbus协议,与PLC的进行双向数据交流。上位机可读取PLC采集的泵的启停状态,可输出开关量控制信号给PLC。上位机可对加药实行远程手动CRT操作及远程自动、就地手动的CRT全程监控。下位机主要是采集泵的启停状态，并且接收上位机的指令从而控制泵的启停。
    上位机与下位机所用的开发工具如下所示：
    上位机：操作系统：bbbbbbs 2000，开发工具：组态王6.5，
    支持软件：Microsoft office2000。
    下位机：开发工具：CX-programmer 3.10。
5.2 软件设计
    上位机主要是利用了组态软件来构筑整个系统，具体实现不多描述，下面重点描述下位机（PLC）软件的设计。根据工艺流程的要求，在PLC中编制出符合现场运行规范的工艺控制程序，进行相应的自动调节和信息反馈，具体的控制依据及各工艺流程需要的设备简述如下：
（1）各相独立单元设备启动控制
    •PAM制备单元：0108A设备加水、投加剂后启动搅拌机A按钮，搅拌约30分钟停止，起动0109A、B中的一台泵开始供药。此时0108B设备加水、投加剂后启动搅拌机B按钮，搅拌约30分钟停止，待0108A设备中的剂完毕后人工切换（阀门操作）到0108B设备供药。如此循环作业。0109A、B设备一台作业一台备用。
    •压滤机单元：0112A、B设备的液压油泵起动，压紧滤框（约10分钟）此时0112A压滤机可以进料，由011A、B中的一台设备中供料，约1小时，人工切换（阀门操作）到0112B压滤机进料。0112A压滤机的液压油泵启动，集料斗闸门关闭，松开滤框，自动拉扳机启动，人工卸渣，约25分钟，0112A压滤机的液压油泵启动压紧滤框，准备下一回作业。运渣车到达时，集料斗闸门打开，振打电机启动，卸料完毕振打电机停，集料斗闸门关闭。0112A、B设备按此循环作业。
    •石灰乳制备单元：0105A石灰消化器启动，0118A斗式提升机给料同时0114滤液泵向石灰消化器供水，当0106A设备液位到达要求时（上限报警），人工切换（阀门操作到0106B设备），当0106B设备液位到达要求时（上限报警）停0118A斗式提升机和0114滤液泵，此时消化器中剩余物料供至0106A设备，当0105A石灰消化器中无物料时停0105A、0117螺杆泵。0105B和0118B设备为备用设备。
（2）故障停车顺序
    压滤机故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111
    石灰乳制备单元故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111、0112
（3）PLC端口分配表

（4）PLC软件设计
    PLC软件用欧姆龙公司的CX-programmer 3.10编程软件设计,梯形图编程,模块化结构,由一个主程序和多个子程序组成。主程序流程如图6所示。
6.结束语
    本文从工程应用实际出发，基于组态软件的开发平台，采用常用的PLC作为控制器，实现了对大时滞、非线性、强干扰的污水处理的中和过程的控制。实际运行表明：该系统具有控制精度高、运行可靠、操作简单、抗干扰和适应能力强等特点，完全可以满足污水中PH值控制的工艺需要。创新点：采用了组态软件和PLC结合来对废酸水PH值的处理，系统简单、可靠！

一．背景
目前国内的工业热处理炉制造厂家在工业热处理炉的电气控制上大多还是停留在采用过去比较陈旧的控制方式，在配置上如：温度控制表+交流接触器+纸式记录仪+开关按钮，这样的控制方式自动化程度低、控制精度低、生产过程的监控少、工业热处理炉本身的档次低。
近年随着电气控制技术的发展，人机界面的功能、可靠性和性价比不断提高，在工业控制的各个环节的应用都得到了很大的发展。开发采用由HONGTER人机界面组成的热处理炉自动控制系统，使工业热处理炉的控制技术更具有飞跃的提高。

二．HONGTER人机界面概述
HONGTER人机界面是由32位嵌入式系统、操作系统和组态软件构成的新颖人机界面产品。该产品适用于工业现场环境，，可以广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，与传统人机界比具有信息处理、存储和网络功能的特点。

三．热处理炉自动控制系统优点
采用由HONGTER人机界面组成的自动控制系统，可以取代温度记录仪，利用HONGTER人机界面可自带硬盘的优势进行温度数据的长时间无纸化记录，而且记录通道可以比记录仪多得多；与PLC模拟量模块共同组成温度控制系统，可以取代温度控制表，进行处理温度的设定显示和过程的PID控制；可以取代大部分开关按钮，在HONGTER人机界面的触摸屏上就可以进行不同的控制操作。采用由HONGTER人机界面组成的自动控制系统，还有以下比普通控制系统无可比拟的优点：1.热处理炉的各个运行状态都可以在HONGTER人机界面的彩色显示屏上进行动态模拟；2.可以利用HONGTER人机界面的组态软件的配方功能进行工艺控制参数的设置、选择和监控；3.具有网口的HONGTER人机界面可以通过网线连接到工厂的计算机系统，实现生产过程数据的远程集中监控。

四．热处理炉自动控制系统组成
该热处理炉控制系统的各部分组成及功能如下：
1． 人机界面：采用HONGTER人机界面，真彩显示，带触摸屏操作功能，用于所有的手动/自动操作、动态模拟监控、数据记录及显示、报警提示及记录、组网等。
2． PLC：采用三菱的FX2N-128MR小型PLC，用于热处理炉的所有开关量采集和控制、另外加FX2N-4AD-TC扩展模块，用于实时温度的模拟量数据采集；加FX2N-4DA扩展模块，用于燃烧器的模拟量输出控制。
3． 外围强电执行部件：如交流接触器、电磁阀、电动执行器、燃烧器等，由PLC控制，用于热处理炉的风机、炉门、料车、燃烧器等的直接驱动。
4． 控制软件：主要由HONGTER的ET组态软件运行画面实现所有的开关操作、工艺参数设定、炉况动态模拟、温度数据记录及显示、报警等监控功能；由梯形图编写的三菱PLC控制程序实现热处理炉所有开关信号采集、温度模拟信号采集、手动/自动过程控制及温度的PID控制、报警及互锁保护控制等。

五．结论
本文所述由HONGTER人机界面组成的自动控制系统已成功地应用于多组工业热处理炉，使用结果表明：该系统完全满足了用户的使用要求，提高了设备的档次和可靠性，大大地减少了设备检修的劳动强度，方便了生产现场的实际操作和数据记录，彻底改变了以往控制方式不能进行工艺品质监控的弊端，受到用户的一致**。

工业人机界面HumanMachineInterface，简称HMI，又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面以特殊设计的计算机系统32位RISCCPU芯片为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。

    ＨＭＩ的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印；此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能

    2.HMI在PLC工控系统上的应用

    下面以国内某大型浮法玻璃生产线冷端切割区主控系统为例，介绍HMI在PLC系统＇>工控系统上的应用。

    2.1系统概述

    切割区为浮法玻璃生产线中一个重要工段，其中包括测量发讯、纵切、横切、掰断加速、掰边、纵掰纵分、输送辊道等众多生产控制设备。系统硬件上主要由主控制器PLC，现场设备控制装置，包括伺服控制器、变频器、模拟量信号及脉冲信号处理器等和HMI构成。作为整个控制系统的核心，切割区主控系统在正常生产时根据生产工艺要求协调各个单机控制子系统的工作，制定切割计划，实现整个生产过程全自动化。整个系统的核心控制部分由日本三菱FX-200系列PLC完成，此部分内容本文略，而系统的监控和交互式操作界面等任务将由HMI承担。主要有以下内容：系统参数的设定；动态画面的显示；故障报警与诊断。其中HMI选用深圳显控公司的SA-5.7型人机界面

    2.2HMI与PLC之间的通讯

    当HMI用于PLC控制系统时，HMI与PLC之间通过串口以Directbbbb（直接连接）方式进行通讯。在该方式下，HMI根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通讯协议，因此无须编制通讯程序，只要*所用PLC类型即通讯协议，运行时便可实现通讯。因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时，直接*控制部件与其对应PLC的输入输出（Ｉ／Ｏ）、寄存器（Ｒ）、中间寄存器（Ｍ）的地址，运行时HMI就能自动和PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容，并据此改变画面上显示内容。同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据

    2.3HMI监控主面

    整个HMI监控系统采用树型结构，由监控主画面及相应功能子画面组成。在监控主画面下端设有控制功能键，按动功能键可以依次进入相应子画面，执行所需的功能。在每一个子画面中可通过上一页、下一页功能键在同一功能组中进行画面切换，在任一子画面都可以通过主画面功能键退回到监控主画面。系统自动采集相关数据，将切割计划、测量脉冲、辊道速度等一些重要生产工艺参数显示在主画面上，便于操作人员的观察。监控主画面上还有生产过程的动态画面显示，在动态画面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如光电开关的动作、电磁阀的吸合、电机的运行停止等，直观、生动的反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解。显控公司的HMI编程软件SamDraw3.1提供了丰富的控制部件，例如按钮部件、画面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件等等，实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。.1采用软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成，以实现相应控制功能。使用SamDraw3.1内附的图库及作图工具来构造生产现场的模拟画面，简便易行。内容丰富的作图工具库，使得画面生动、丰富多彩。而且SamDraw3.1还支持图片上传以及自定义图库功能，用户可以很方便的将本地图片生成为图库或控件，在以后的组态过程中可以很方便的调用。<

    此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代，这样做减少硬件设备，简化了现场设备间的接线，更重要的是给设计和调试带来诸多方便

    2.4HMI参数设置功能

    主控系统中有多达近百个参数需要设置，根据控制功能将其分为联锁、横切、横掰、速度、掰边、纵掰及设备参数组，使整个系统的结构更加合理。同时利用HMI触摸操作的特性使参数设置变得较为直观和简便。在参数设定时，点击数字输入控件自动弹出系统的数字键盘进行操作。每个参数在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址，当确认后输入的数据将存入PLC*的地址中。操作完成后，按动ENT键，可消去数字键盘同时完成数字输入。此种设计模式可较大化地利用画面的有效面积。同时每个参数都设有上下限限制，当输入数值****，系统将拒绝接受并且不能退出键盘，待输入正确后方可退出。此外对重要的系统设备参数组，为安全起见，可以对参数设置画面设置访问权限，赋予操作人员不同的操作权限，增加系统的安全性

    2.5HMI报警功能

    在系统报警设计时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在报警记录子画面中设置报警记录显示部件用于故障信息显示。系统运行发生故障时，HMI根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在报警记录子画面显示出来。同时监控主画面上的%26ldquo;故障%26rdquo;信号灯将闪烁，声响报警。此时操作人员可进入报警记录子画面，根据故障信息查找原因，及时处理。

    结束语该系统投入使用后，受到用户的欢迎。系统具有安全、直观、简便等特点。监控、故障诊断和报警等功能的实现，大大提高了生产运行的可靠性。实践明，HMI在PLC控制系统中有着广泛的应用前景，必将在工厂自动化中发挥出越来越大的作用