西门子模块6ES7331-7NF00-0AB0性能参数

西门子模块6ES7331-7NF00-0AB0性能参数

概 述
随着技术的进步，由可编程序控制器（简称PLC）组成的自动控制系统在很多行业和领域都得到了广泛的应用，在食品包装机械及制冷空调行业也不例外。PLC和工业人机界面（HMI）被大量地用于包装机及冷水机组上，例如在吸收式冷水机组上，OMRON的C200Hα、CSl、CJl系列PLC就以其优异的性能（运算功能、网络通讯功能、开放的容易使用的通讯协议等）获得了企业和用户的赞同而得到了广泛的使用。它的网络功能让企业能在自己的服务中心足不出户就可以监视在**各地的用户所使用的机组的运行全部状态和数据，帮助客户解决运行中碰到的问题，提醒客户维护和保养机器，以及帮客户重新恢复机组的控制程序和设定机组运行参数等等。这大大提高了服务的质量和效率，也为企业节省了大量的开支。但是由于成本的原因，这些系列的PLC无法在其他冷水机组如风冷冷水机组、水冷螺杆机、活塞机等产品上取得应用，为此OMRON推出了另一款机型CPM2AH，这种机型体积小，扩充能力强，性能价格比高，非常适合在食品包装机械及水冷和风冷冷水机组中使用。以下以冷水机组控制为例进行进一步说明。
1 控制系统的配置方案
CPM2AH系列PLC是一款在小机壳内汇聚了先进的功能和优异的表现的产品。其基本单元有20、30、40、60点四种，包含了数字量输入和高速脉冲输入、继电器输出功能，根据系统开发的需要，可以增加扩展模块，扩展的模块包括开关量输入输出模块，Pt100温度输入模块（TS101／TS102），电流电压输入模块（AD041）和模拟量输出模块（DA041）。在通讯功能上可以：
（1）通过Host bbbb连接到计算机系统；
（2）通过1∶1 bbbb与OMRON其他系列的PLC进行通讯；
（3）通过Compobus／S和Device Net进行远程模块扩展，从而实现集散型控制。
这些功能可以很好地满足机组的控制要求。满足水冷和风冷冷水机组配置要求的控制系统构成见下表：

上述配置表为一般通用型配置，其冷机组中，由于涉及到压力测量，所以模拟量输入采用电流／电压型输入模块；对于水冷冷水机组，一般考虑2路温度输入，如果需要增加温度测点，可以将TS101模块换成TS102模块，这样可以将温度输入点增加到4路。每套PLC的CPU单元上有两个通讯接口，一个供与触摸屏进行连接，另外一个可以连接到远程计算机实现远程监控。
由于OMRON的PLC产品通用性很强，很多公司的触摸屏都可以和它通讯连接，因此可以根据价格、功能和技术特点来选择相应的触摸屏产品与PLC配套使用。
对于其他有特殊要求，或设计中需要增加模拟量和数字量的情况，还可以酌情增加其他相应的扩充模块以满足要求。
2 控制系统功能
控制系统的功能包括：设备运转控制，运行参数监视，能量自动调节，故障报警记录和系统参数设定等功能：
（1）设备运转控制 可以以三种形式启动机组，本地启动、远程信号启动、定时启动，具体为：1）在远程信号和定时信号都屏蔽的情况下以本地方式启停2）在定时屏蔽、远程信号允许的情况下以远程方式自停3）定时允许的情况下以定时方式启停。在系统无全局故障情况下，以任何一种方式启动后，辅机设备先开启，然后开启主机。当机组中有多台压缩机时，控制系统将根据压缩机运转的时间来确定开启的压缩机编号，以使得机组中各台压缩机保持相对平均的运行时间。
停机也有三种开工，与机组的启动方式相对应。停机时，先将压缩机卸载，然后停止运行。但无论在何种启动的模式下，本地停机均拥有较高的操作优先权。
（2）运行参数监视 控制系统可以监视机组运行过程中的运行参数和设备运行状态，显示各重要参数的变化趋势曲线。如冷水出口温度、压缩机的负载情况等：
（3）能量自动调节在机组辅机运转正常，主机启动完成后即进入能量调节过程。可以通过选择冷水入口温度控制或冷水出口温度控制来决定机组是根据入口温度还是出口温度来实现控制。
在入口温度控制或出口温度控制下，比较实际温度和没定温度值，决定机组的上下载。实际温变值大于设定温度值时，机组上载；小于设定温变值时，机组下载。可以根据两者间的温差值来决定上下载的周期长短，温差大则上载或下载，温差小则上载或下载周期相应增长，温差在0.5℃之间可以停止上下载。
（4）故障报警记录 控制系统可以对下列情况进行报警和记录。如果是风冷冷水机组控制系统，则没有冷却水和冷却塔风机的相应报警功能，但会增加融霜和制热运行的故障报警。
冷水泵故障：冷水泵启动，经过延时时间后，如冷水泵连锁信号仍未到，冷水泵故障报警。
断流故障：冷水泵或冷却水泵都启动后，水流延时时间到后，水流开关信号未到，水断流报警。
防冻开关：防冻延时时间到，防冻开关信号未到，防冻报警。
冷水低温报警：延时时间后，如冷水出口温度小于3℃，冷水低温报警。
外部连锁故障：延时时间后，用户外部连锁未到，外部连锁故障。
压缩机过载：延时时间后，热保信号未到，压机热过载报警。
高压报警：延时时间后，高压保护未到，压机高压报警。
低压报警：延时时间后，低压保护未到，压机低压报警。
油压报警：延时时间后，油压保护未到，压机油压报警。
传感器故障：延时时间后，如传感器显示温度值大于200℃．传感器故障报警。
冷却水泵故障：冷却水泵启动，延时时间后，冷却水泵连锁未到冷却水泵故障报警。
冷却塔风机过流：风机启动，延时时间后，过流保护信号未到，风机过流报警。有任何一故障发生，开关量故障输出，系统声光报警。故障排除后，需手动复位。
（5）系统参数设定控制系统可以对下列参数进行设定：
温度修正值，修正传感器采集的实际温度值，默认下修正值为0；
水流开关延时时间（默认为3秒，较小为0.5秒）；
低压延时时间（默认为5秒，较小0.5秒）；
油压延时时间（默认为50秒，较小0.5秒）；
关机延时时间（默认为120秒）；
压缩机较少运行时间（默认为120秒）；
允许压缩机启动的停机延时时间（默认为480秒，较小为300秒）；
冷却塔风机开温度（默认为28℃，较小25℃，较大30℃）；
冷却塔风机关温度（默认为23℃，较小20℃，较大25℃）；
冷水入口温度（默认为12℃，较小为10℃）；
冷水出口温度（默认为7℃，较小为5℃）。
对风冷热泵机组还有强制除霜运行时间，除霜起始条件和结束条件，制热运行参数等。
此外系统还可以修改控制器内置时钟，从而有效地通过定时功能实现控制，可以通过设定开关机时间，自动定时开启和关闭机组。可以通
过分别设定一周每天的开关机时间，经过与内置的时钟比较自动运行机组。
3 技术特点
OMRON小型CPM2AH系列PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点：
（1）稳定的性能CPM2AH系列PLC外型小巧结构紧凑，OMRON公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保了其可靠稳定的性能，即使在恶劣的工业环境下仍然能正常运行。更经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。
（2）模拟量功能CPM2AH使用专用的TS101／TS102温度控制模块，直接连接PT100温度传感器，提升温度测量的精度和可靠性。
（3）通讯功能增强CPM2AH提供内置的RS232C端口和RS422端口。OMRON完全开放的通讯协议可以方便的实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通讯监控系统。
（4）高速的程序执行速度更快的程序指令执行速度，使得控制过程精确无误。
（5）很强的扩充能力 模拟量可以增加到12路；系统支持Device Net协议，具有强大的扩充能力，通过远程端子，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。
4 计算机监控
CPM2AH系统可以提供RS232和RS422通讯接口，用户计算机可以根据实际情况直接与PLC相联，构筑自己的计算机监控系统，也可以通过调制解调器实现远程监控。在通讯协议上，OMRON的PLC产品采用统一开放的通讯协议，便于用户开发自己的软件。通讯协议主要有运行状态控制，存储区读写等功能。通讯协议格式为：

通过使用这些命令，用户可以很好地在计算机上完成对PLC控制系统的监控。
5 结束语
本套控制系统从2005年初推出后，得到了很多用户的认可：目前已经开始在部分用户投入使用，使用情况表明，本系统运行稳定可靠。尤其是其开放的通讯协议，使得用户可以定制自己的计算机监控系统，这就为用户管理机组的运行提供了方便，受到了用户的**。

自动化系统方案
----根据工艺上工作区的划分，系统控制划分了五个站，其中四个站相对于进水泵站、鼓风机房站、污泥区站、离心机房站，另外在加上一个*监控站。
----在控制方案中采用了SIEMENS SIMATIC S7-300 PLC + PROFIBUS + PC的结构， 共有5个PLC 控制器 、6个上位PC监控站，具体分配是： 进水泵站 (INLET STATION)： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
鼓风机站(BLOWERS STATION)： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
污泥站(SLUDGE STATION)： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
离心机站(CENTRIFUGE)： S7-300 PLC× 1 + PC× 1
中控站(CENTRIAL CONTROL)： PC× 2
模拟屏(MIMIC PENAL)： S7-300 PLC× 1

----在本系统中每个就地操作站都配有一台上位监控机，这台上位机不仅能操作本地站，在一定的授权下还能对其他站进行监视和控制。中控室配有二台上位监控机，他们能同时控制所有四个就地控制站，向其发送命令。这六个上位监控机之间的关系是互为功能备用的，这就是说这六个监控站中只要有一个发生故障，另外的五个监控站通过一定的授权就能代替该站的工作。系统中所有设备的电源均由UPS提供，每个仪表的电源都由开关型端子控制，能独立开关。保证了系统安全性，和调试的方便性。
----系统采用的是SIEMENS的PROFIBUS网络。PROFIBUS是当今欧洲开放型现场总线的标准，他共有三种方式：PFIBUS-FMS, ROFIBUS -DP, PROFIBUS-PA。

近几年来，随着国家对环保的重视，污水处理已列入环境治理的重点，**建设或工厂环保项目中的污水处理厂越来越多，我们应用德国Siemens的S7-300 PLC系统设计施工的污水处理厂自动化操作监控系统不仅很好的实现了对污水处理工艺的监控和远程操作，而且通过利用S7-300系统灵活方便的扩展结构形式，对分布较广的各污水处理设备进行数据采集，经济实用的为厂方提供了一套自动化监控解决方案。
我们设计的指导思想是为污水处理厂提供目前国内较先进的污水处理厂自动化集中监控系统。通过采用了先进的自动化硬件和软件平台，使本设计充分满足了厂方的全部要求。该系统提供了以下主要的功能：
1）实时地集中监控并记录污水处理过程的各种品质参数；
2）实时地集中监控和记录污水厂有关生产设备的运行状况；
3）对污水处理过程设备由PLC进行集中协调控制；
4）自动完成班，日及月生产报表；操作员操作记录，报表打印。
5）报警一览及报警记录；设备维修指导；
监控系统 系统采用SA方案，将通过PLC系统输入卡件采集上来的数据根据逻辑控制方案进行运算处理，再由输出卡件去执行操作，同时通过工控机对现场检测仪表的信号、水泵的启停、阀门的开关状态等进行监控，以及浏览工艺流程图，可以直接在工控机上对泵、阀门等进行操作，还可以生成报警一览表，报表等。工程师也可以直接在工控机上查找相关程序用以查找故障原因、并且可以在线修改程序，以完善工艺要求。
报警系统 只要有一台泵、风机、搅拌器等发生故障将有一公共报警，通过安装在控制室内的音箱报警器来发出警报，以提醒操作人员注意。并通过工控机相应画面判断是那一台设备发生了故障，以便操作人员和设备维护人员及时处理故障。另外水位**限等报警也是用一个公共报警，通过安装在控制室内的音箱报警器来发出警报以提醒操作人员及时处理。
操作方式 我们将提供的自动化监控系统可以方便的实现三种操作方式："远程操作"指在现场控制室或电站控制室的工作站和操作员终端上能对现场设备、阀门等的启停、开关进行操作，即在计算机屏幕上操作。"就地操作"指这些设备也可以实现就地操作，在现场电气柜或机旁操作箱上按钮进行操作。"自动操作"指由于水位低等外部原因引起，通过PLC系统直接输出停泵等操作，以保护现场设备和工艺安全。
我们所设计的方案，具有先进、全开放、分布式结构；可靠、正常运行情况下几乎免维护；扩展灵活；掌握容易，中文界面友好；性/价比高；电缆敷设较少等特点。
我公司应用Siemens的S7-300 PLC做控制站、较优的工控组态软件及工控机做操作站，实现了对污水处理厂工业现场的监控。做到良好的人机对话，方便操作人员在控制室里了解现场电机、泵、搅拌器、电动阀等设备的运行状况，并可通过操作站实现对现场设备的远程操作，同时，通过PLC系统实现联锁控制保护现场设备。维护人员可以直接从操作站上灵活组态和方便查找现场设备故障原因。做到了既直观又节省费用。

    空分装置空压机防喘振控制系统原来采用FOXBORO盘**次表来实现，并采用继电器实现其相关联锁逻辑功能，实现手段不仅落后，维护工作量大，而且还经常出现原因不明的意外停车，防喘振控制系统运行也不理想。该装置原控制系统发生爆炸事故之后，现在采用美国GEFanuc公司的90-30双机热备型PLC来实现空压机的防喘振功能和机组联锁保护，使用触摸屏来实现监视和操作功能。现在不仅操作直观方便、停车原因明确，也使空压机的防喘振系统设计更加完善，机组运行更加平稳。    

    空压机工艺简介

    该装置以空气为原料，经过过滤、压缩、净化、精馏、蒸发等工序，最后分离出产品氧气和产品。吸入的原料空气经过滤后除去灰尘和杂质，过滤后的空气由空气压缩机K601进行压缩，加压后送往下游净化岗位。空压机K601系离心式压缩机，由电机带动，分两级压缩，两级分置于电机两侧即K601A和K601B。空压机K601设计流量为31500Nm3/h，功率为3200kw，转速为1450rpm,由法国苏尔寿（SULZER）公司制造。    

    喘振现象的产生

    压缩机在工作过程中，当入叶轮的气体流量小于机组该工况下的较小流量（即喘振流量）**，管网气体会倒流至压缩机，当压缩机的出口压力大于管网压力时，压缩机又开始排体，气流会在系统中产生周期性的振荡，具体体现在机组连同它的外围管道一起会作周期性大幅度的振动，这种现象工程上称之为喘振。

    喘振是离心式压缩机的固有特性，当发生喘振时需采取措施降低出口压力或增大入口，尽量降低喘振时间。为了确保压缩机稳定可靠地工作，防止用量波动发生喘振，该装置设计了防喘振放空阀，当下游工艺设备空气用量减少或压缩机出现喘振时，可由放空阀减量放空来平衡。    

    防喘振方案的实施􀂄

    a、防喘振控制系统描述

    1．系统结构

    本系统采用GEFanuc9030PLC作数据采集和控制，为了保系统的可靠性，控制部分采用双机热备结构，电源、CPU、通讯模块和通讯总线、以太网通讯模块等都是冗余的，通过GBC网络通讯模块与双机热备软件共同起作用，从而实现双机热备功能，保系统的高可靠性。

    数据采集部分配置两层10槽机架，**层为带CPU的10槽I/O机架，另一层为隶属于**层机架的10槽I/O扩展机架，两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯。双机热备部分与数据采集部分利用GeniusBusController(GBC)网络通讯模块通过Genius双总线进行数据的通讯与传输。

    现场的各类模拟信号、电磁阀阀位回讯和报警接点信号、PLC输出到现场电磁阀的起停信号等均通过端子排与PLCI/O模块相连，实现数据的采集和控制。
上位机监控系统硬件选用触摸屏，操作系统为bbbbbbSNT4.0，运行的软件为基于bbbbbbSNT的CIMPLICITYServer版（700点），来实现监视和操作功能。这台监控站即可以作为工程师站用来组态各类画面，又可以作为操作站便于操作人员进行操作和监视。同时它又是一台服务器，本系统的全部数据均存储在此服务器的硬盘中，在此基础上，可以进行进一步的数据处理和存取操作。上位机（通过网卡）和PLC（通过以太网通讯模块）之间使用通用的标准10M以太网进行通讯连接。    

    2．系统的优化

    为了使PLC能够快速执行PID算法，并实时刷新计算输出，我们选用PLC9030中的高档模块CPU351来完成。利用PLC编程软件LogicMaster提供的梯形图功能，来实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。

    现场导致压缩机停车的条件很多，在控制系统改造前还经常出现原因不明的意外停车,此次改造，我们在软件中增加联锁停车事故**信号的捕获功能，使压缩机停车原因具体、明确，便于事故分析，收到很好的效果。

    为了便于现场操作和维护，将PLC硬件和工艺操作用的触摸屏均安装在防爆控制柜上，将防爆控制柜安装在压缩机附近的现场操作室里。    

    b、防喘振控制系统的特点􀂾

    PLC系统选用GEFanuc的9030系列控制系统，性能优良，性价比高。

    􀂾PLC系统具有双机热备功能，实现PLC主机冗余、电源冗余、通讯模块和通讯总线冗余，主机、从机可无扰动切换，增加了系统的可靠性。

    􀂾上位机与PLC之间通过10Mb/S的高速以太网ETHERNET实现数据的采集和传输，保的高速、可靠。

    􀂾系统具有强大的通讯功能，支持多种通讯总线协议，具有开放的网络结构，可与其它厂家的PLC和DCS进行通讯。

    􀂾系统具有容错能力和强大的自诊断功能。

    􀂾PLC的微处理器选用高性能的INbbb处理器，系统运行速度高，可达0.22ms/K指令。能快速执行PID算法，并实时刷新计算输出。

    􀂾PLC具有功能强大的梯形图编程软件LogicMaster，可实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。

    􀂾联锁停车事故**信号的捕获功能。    

    结束语

    新的防喘振控制系统自投用后，运行效果一直很好，压缩机没有发生喘振现象，压缩机停车原因明确，机组运行更加平稳，达到了设计要求，取得显著的经济效益