西门子模块6ES7332-5HD01-0AB0技术参数

西门子模块6ES7332-5HD01-0AB0技术参数

  引  言
在内燃机动力装置的船舶上，锅炉是船舶的重要辅机设备，主要产生蒸汽用于加热燃油、主机暖缸、驱动辅助机械及生活杂用。当前船舶机舱自动化的要求越来越高，锅炉的自动控制在实现舱中是的。但是目前我国船舶(特别在远洋渔船)上，虽有一定程度的自动化控制，但控制系统基本上是采用接触器—继电器系统, 系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。为改造船舶设备，改善船员劳动强度，提高生产效率, 采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制, 可以使线路简单、可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试等。可编程序控制器控制系统的经济性能比高于接触器—继电器控制系统。

2  设备与工艺要求
本文主要针对的是船舶辅助燃油锅炉,其蒸发量一般为0.45-2.5t/h，蒸汽压力在0.3-0.7Mpa左右，但只要简单修改PLC程序就可以适用不同型号的船舶锅炉。船舶锅炉自动控制一般有以下几个环节:蒸汽压力自动控制，燃烧程序的自动控制，锅炉水位自动控制，保护与报警。
系统的全自动起动、停炉和故障事件处理，按照要求在PLC中编制用户程序，实现:给水、扫气、点火、燃烧等过程的全自动起、停控制。锅炉定期定时保养维护的自动提示和**期不维护的系统自动闭锁。为配合燃烧，PLC在系统的起停运行中，根据控制要求自动起停风机电机和开闭风门完成扫气工序，并根据燃烧情况，控制风门的开闭大小。此外，风机电机故障、炉内压力**限联锁、燃烧发生故障的联锁控制和报警处理，报警联锁等控制处理等也由PLC用户程序实现。
2.1  水位控制
采用水位计对水位进行检测，根据控制需要将3个水位(下限水位、下下限水位、上限水位)的3个开关量信号接入PLC，经PLC控制水泵电机，实现合适给水量的控制、低水位联锁、报警处理给水水泵电机故障时的联锁控制等，使系统全自动平稳地运行。
2.2  蒸汽压力控制
蒸汽压力通过压力传感器测量实现。水位正常时，如蒸汽压力在0.4-0.46Mpa时锅炉正常燃烧;当负荷减少时，蒸汽压力上升到0.46Mpa时锅炉停止燃烧;如故障蒸汽压力仍上升至0.49Mpa时，切断电源并发出报警;当蒸汽压力下降到0.4Mpa以下时锅炉重新点火燃烧。
采用压力传感器测量当前蒸汽压力，通过压力开关，信号接入PLC的两点开关量输入，或者用压力传感器测量通过变送器将信号接入PLC的一路模拟量输入，实现两级燃烧(大、小火)控制和压力上限保护及实时监视。
2.3  燃烧程序自动控制
燃烧系统的自动控制就是蒸汽压力的自动控制。汽压是燃烧自动控制的被控参数。对锅炉发出起动信号后，自动起动油泵和风机，并把风门调到较大而不向炉膛油，用压缩空气大风量吹扫，即“予扫风”，以防止点火时发生“冷爆”。预扫气结束后自动把风门关到较小位置，打开点火喷油电磁阀，喷入少量燃油;同时接通点火变压器进行点火。点火成功后，自动断开点火变压器，燃油电磁阀正常打开，进入正常燃烧。
2.4  自动保护和报警
按照要求在PLC编制中实现过水位保护、高水位保护、点火失败报警、燃烧熄火报警等。

3  系统设计
3.1  PLC选型及I/O分配
根据以上控制要求，船用辅锅炉控制系统采用ＦＸ2Ｎ-32ＭＲＰＬＣ，它是日本三菱公司的产品，具有运行速度快，功能强，提供的Ｉ／Ｏ点数为16/16，除实际使用外，有足够的余量供系统以后扩展。模拟块采用ＦＸ2Ｎ－4ＡＤ和ＦＸ2Ｎ-4ＤＡ。提供4路输入和输出。通信模块采用ＦＸ-232ＡＷＣ。
本系统PLC的I／O分配表如表1。
为了节能，锅炉控制系统中的给水、燃烧控制部分能采用变频器，那么整个锅炉的控制水平(如温度、压力、水位的控制精度)将可得到较大的提高，并且其节能效益是十分明显的，这点在很多的锅炉系统，特别是较大容量的锅炉控制系统中己得到证实，其明显的节能效益使得由于使用变频器带来的控制系统成本提高在短期内就可得到回收，所以我们设计的控制器在这方面作了改进，以适应不同的要求。
同时为了利用船舶主机排出的废气余热，在控制系统中加入了主机废气控制开关。

(3) 梯形图逻辑优化
注意到原有梯形图中一些特殊指令在9030的开发环境中已经不存在了，所以在9030的开发环境中找到可以代替这些特殊指令的命令以保证移植后的逻辑功能原功能一致。删除掉一部分已经不再使用的自动控制的逻辑，并修改了悬臂启动延时定时器的延时参数，使得控制效果更为合理。根据现场操作人员的意见，并改正了一部分错误的注释。

4  改造创新
本文作者创新点是在对原有的梯形图逻辑移植的基础上，采用了高级程序语言中的模块化编程方法，将斗轮机的十四个不同的功能部分看作是十四个不同的对象，分别编写相应的梯形图逻辑子程序，然后再主程序中直接调用这些子程序，形成完整的梯形图逻辑控制斗轮机正常运行。模块化后的梯形图逻辑结构清晰，具有很好的可读性，易于后期的维护。各模块之间相对独立、功能单一，避免了重复劳动，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可应用到同类型的控制中，获得了较高的程序质量。

5  结束语
整体的改造工作是成功的，系统调试期间运行状况良好，不但斗轮机的基本功能得到了实现，而且修改了原有逻辑中的不合理的地方，了斗轮机的行走震动的问题，并修改了斗轮机的斗轮的启动延时时间，使得功能更为合理，较终顺利验收完毕。
不过在工作期间也出现了一些意想不到的问题，由于输出模件选用的是IC693MDL753，该模件的电源接线方式只有负逻辑着一种方式，而原来的发光二极管光子排的正常工作存在正负极性，改造后的由于模件的电源方式改变，导致了由输出模件驱动的发光二极管不能正常工作，与现场工作人员讨论之后，决定将光子排上的所有发光二极管正负极颠倒一下，这样就可以在不影响工作的情况下保证系统状态的的正常显示。
另外一个问题是在梯形图逻辑调试期间发现Cimplicity ME开发环境报告E1盘主机架电源不足，后经查阅相关资料发现，选择的电源只能向不多于4个同类型的输入或者输出模件供电，一旦**出这个限制，就会产生电源不足报警，导致模件不能正常工作，所以将原来配置好的主机架上的6个输入模件的后2个移至扩展机架上，主机架上4个输入模件，扩展机架上3个输入模件，3个输出模件，满足了电源要求从而正常运行。
实践表明改造后的斗轮机抗干扰能力强，可靠性大大提高，降低了电气维修人员的工作量，较大地提高了生产率和整体输煤系统的自动化水平。

 PLC组成的网络结构稳流控制PLC按照N+1的原则配置，对4台整流机组各配置PLC，以实现小闭环控制;配置一套总调PLC，以实现大闭环控制。整流机组小闭环控制PLC用于单台机组的稳流控制，其目的是用PLC的PID控制器实现单台机组的直流输出与给定值相一致，以达到单台机组的稳流，并通过调节饱和电抗器偏移绕组的电流来实现同一台机组两个整流柜之间输出电流的平衡。采用一套总调PLC完成大闭环控制，调节所有的整流机组，大闭环总调的PID输出作为整流机组小闭环PID的给定值，使所有机组的直流输出相同。当产生阳极效应时，可同时调节所有机组饱和电抗器的控制绕组电流，如无法满足稳流要求时，可自动判断降档升压。另外，大闭环还可实现恒安时控制、较大需要控制、整流机组启停等功能。SLC-5/04 PLC具有PID运算功能和指令，可对系统做动态控制;有DH+和RS-232两个通讯口;机内配有高速计数器，以适应对机外高速信号的计数要求，CPU带有两个计数频率较高达2kHz的高速计数器，每个计数器可用程序复位，并可设置成加法计数、减法计数或相位差90°的两个脉冲序列;为系统备有专用的数字扩展模块(EM)，可以很方便的对系统的输入输出点做扩展;具有灵活的中断输入，以较快的速度响应中断请求信号。
3  自动稳流控制3.1  信号取样由于目前国产直流互感器的温漂做的不好，信号失真大，磁放大时间常数太长，不利于即时准确的控制等原因，稳流系统小闭环反馈信号取自于整流一次侧交流信号;稳流系统大闭环反馈控制信号取自于总直流互感器，经变送器把小信号传至总调PLC;整流系统总的输出电流由上位计算机系统通过通讯方式来设定。3.2  控制功能在自动稳流系统中，PLC主要完成整个系统的逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其主要包括以下几个部分:(1) 恒流控制恒流控制是将机组的直流输出电流经变送器变换后反馈到PLC的输入端，与给定信号作比较后送给PI调节器进行控制。控制转换成控制输出脉冲并经功率放大后，去触发晶闸管整流电路的占空比，改变饱和电抗器的控制电流，从而达到机组电流稳定的目的。(2) 平衡控制由于饱和电抗器的特性不一致，经常造成机组之间以及同一台机组两个整流柜之间输出电流有较大的差别，使整流机组达不到额定出力。因此，把一台整流柜(A柜)的输出电流作为PLC的给定，另一台整流柜(B柜)的输出电流作为PLC的反馈，两者比较的结果通过PI调节器调节后，去改变A柜饱和电抗器的控制电流(B柜的控制电流保持不变)，使两个整流柜的直流电流始终保持平衡。此时，PLC输出2个4~20mA的信号，分别控制整流机组的A/B柜稳流。(3) 总调控制前已提及，电解槽所需总的直流电流等于几台单机组输出电流之和。由于单机组稳流可实现单机组输出电流稳定，为了使电解槽所获得的总电流更加精确稳定，将总电流经互感器反馈至PLC输入端，与上位计算机的给定值进行比较计算，输出的作为单机组稳流的分调给定，从而提高整个电流稳定精度。总调PLC输出4个4~20mA的信号，同时用于控制4个整流机组的总调给定。一般饱和电抗器的控制深度为60V左右，当其饱和或截止时，PLC能自动调节变压器有载开关的升降，从而使总电流不论在多大的电压波动情况下，均能达到稳流的目的，扩大了调压范围。(4) 恒安时控制每3分钟实测一次电解电流值，并将在1小时内实测的电解电流值累加，累加结果与设定值进行比较，根据所求差值与小时剩余时间自动调整设定电流，以达到安时偏差自动控制。3.3  控制方式稳流系统采用了四种控制方式。(1) 自动/总调方式在此方式下，有载开关升降档指令均由计算机控制。有载开关升降操作是通过饱和电抗器控制电流来确认有载开关的升与降，这个动作不影响系统的单个有载开关位置。如果机组的一个有载开关发生升或降的要求，这要求将送入计算机并引起所有机组有载开关同时升或降。(2) 手动/总调方式这种方式允许操作员进行总调，同时动作向上或向下，有载开关升降档通过外部按钮来实现。机组总的调整与自动/总调方式相同。(3) 自动/分调方式此方式用于单个机组与其他机组有不同基准的情况下。此时，本机组有载开关升降不起作用。(4) 手动/分调方式此方式用于单机组与其他机组有不同基准的情况下，希望由本机组有载开关升降来调整本机组的电流。总之，不管是何种控制方式，都是通过调整饱和电抗器控制绕组的控制电流对整个整流系统进行细调。判断是否需要调控有载开关，是通过检测4台机组的有载开关档位来确定应动作哪台机组的有载开关。当需要升压时，动作较低级;当需要降压时，动作较高级。通常是4台机组有载开关联动。
4  结束语原有稳流系统采用了模拟电路控制饱和电抗器来调节电流的方法，致使调试工作量大，控制精度低，在实际运行中时常发生进线闸乱动，动力变莫名其妙跳闸，数据报表与实际不符等现象。我们将原有稳流部分采用PLC控制后，使系统显示出以下几个特点:(1) 可靠性和稳定性得到了很大的提高，故障率明显下降;(2) 由于PID调节器由PLC软件实现，使得整个系统的接线简单，易于安装，维护量减小;(3) 不需同步信号，无相序要求，系统变得易于调试;(4) 饱和电抗器的控制特性是非线性的，PLC能自动识别其工作范围，从而自动改变控制参数，提高了输出电流的稳流精度(单机组稳流精度达到了0.5%);(5) 操作简单，可方便地与计算机或其它设备通讯