西门子模块6ES7313-5BG04-0AB0产品齐全

西门子模块6ES7313-5BG04-0AB0产品齐全

火力发电厂的锅炉给水泵，需要根据机组负荷的改变来调节给水压力和给水量。在几种调节方式中，因改变给水泵转速来调节流量具有明显的节能效果而被广泛采 用。对于大容量机组的锅炉给水泵，通常以异步电动机为动力，几乎都是通过安装液力偶合器进行机械调速，并且这种调速方法具有空载起动电动机的良好作用。 

液力偶合器属于电厂辅助设备，目前大多数都是采用分散仪表监控，有的甚至脱控运行，亟待运用测控新技术，对其运行状态参数进行自动监测和控制。西门子 S7-200PLC是一个非常好的选择，它、系统组装和构建网络非常灵活、而且具有PID调节指令功能，编程和调试非常方便，因此，基于西门子 PLC的控制系统将大地提高整机运行的性和经济性。

1 调速原理

液力偶合器安装于异步电动机和给水泵之间，它是一种利用液体通过泵轮和涡轮来传递功率的传动装置，主要由泵轮、涡轮、旋转外壳和勺管等部件组成，如图1.1所示。 工作时，输入轴从电动机处获得能量，通过中间轴，泵轮将机械能转变为工作腔内的液体动能，推动涡轮转动，再变成机械能传给输出轴，带动锅炉给水泵工作。

为适应机组工况的变化要求，在电动机转速恒定的情况下，调节勺管的开度，可改变偶合器工作腔里的充液量，不同的充液量可以得到不同的输出特性，因此，通过连续改变充液量既可实现输出轴的无级调速。

调速机构中的勺管，由电动执行器通过简单的机械机构驱动。电动执行器 接受标准电流信号，将其转换成相应的转角输出，因此，调节转速实际上是调节控制系统的输出模拟量信号，西门子S7-200PLC满足这一主要功能要求。

2 测控对象

1)转速调节系统

该系统主要的测控对象是液力偶合器输出轴的转速。调速原理如图 2.1所示，利用液位变送器，将反应锅炉水位的模拟量信号送给控制系统，同时利用测速变送器，将输出轴转速也反馈给控制系统，依据设定的PID控制算法计 算后输出电流信号，电动执行器将之转换成相应的输出转角，通过调节机构驱动勺管移动，其开度对应锅炉水位要求的泵轮转速。

2)工作油系统

液力偶合器工作腔内介质油的工作温度为60°～70℃，油温高虽然有利于能量的传递，但过高反而有害无益，因此要限制工作油温度范围为35～100℃，采用铂电阻温度传感器，当油温110℃时报警，当油温130℃时停止主电机运行。另外在 工作油冷却器入口和出口分别设置温度传感器，将入口油温度控制在60～100℃，将出口油度温控制在35～75℃。

3)润滑油系统

高转速、大功率液力偶合器带有滑动轴承，其润滑油系统立于工作油系统，因此在输入轴、中间轴、输 出轴等处设置6个铂电阻温度传感器，测量滑动轴承温度，避免温度过高使润滑性能变差，烧坏轴瓦。限定润滑油温度范围在35～85℃，当油温90℃时报 警，当油温95℃时停止主机运行。另外在润滑油冷却器入口和出口分别设置温度传感器，将入口油温度控制在45～65℃，将出口油温度控制在 35～55℃。

为防止压力过低供油不足而造成润滑情况恶劣，限定润滑油压力范围在0.2～0.3Mpa，监测母管油压，当油压 0.1Mpa时报警，并且启动辅助油泵，0.05Mpa则停止主电机运行。另外还要限定滤油器进出口压力差不过0.6Mpa 。

3 硬件组成

反映系统状态的主要参数是水位、转速、油温、油压等物理量，选用各类变送器转换为4～20mA的标准电 流信号，共计14路模拟量;各电机、阀门、报警指示灯等开关量输入输出共30点，因此系统的配置不甚复杂。采用西门子S7-200系列小型机控制，一旦发生故障影响面小、查找。

选用CPU226模块，具有24点输出/16点输入，可连接7个扩展模块，提供1000mA的总线电流，并且具有32位浮点运算功能和内置集成的PID调节运算指令，非常适合液力偶合器调速的锅炉供水系统。

其次扩展EM231模拟量 输入模块(4路模拟量输入，消耗DC5V电流为10mA)3块;扩展EM235模拟量输入输出模块(4路模拟量输入/1路模拟量输出，消耗DC5V电流为 10mA)1块，通过DIP开关进行设置，输入输出端口时能够自动完成A/D和D/A的转换，即标准电流信号与一个字长(16bit)的数字信号的自动转 换。系统总扩展模块数为4，CPU226的电源能满足所有扩展模块消耗DC5V总线电流的能力。

另外，CPU226本机集成了两个通 讯口，其中一个使用 MPI协议，使液力偶合器作为从站，完成其控制系统与主站的通讯;另一个用于TP070显示器接口，作为本机系统的显示界面。

4 控制程序

控制程序采用主程序、子程序以及中断程序来编写。主程序完成电机、油泵启停等开关量 逻辑控制以及温度、压力等主要模拟量监控和报警;子程序SBRO～SBR11传递工作油温控制参数、润滑油温度、压力、压差控制参数;主程序允许定时中断，进入中断服务程序执行含有PID指令的一段程序，对输出轴进行调速控制。

1)主程序

为了保证液力偶合器正常工作，控制系统满足严格的的启动、运行和停止条件。既开机顺序为先启动辅助润滑油泵、开冷却水闸，再启动主电机;停机顺序为先停主电机，再停润滑油泵、关闭冷却水闸;运行工作条件为勺管调速构控制功能正常、油温和油压监测系统正常等。 系统主程序流程如图4.1所示。

2)数字PID控制程序

根据液力偶合器的结构特性可知，机械-液力传动系统惯性较大，输出轴速 度调节响应有一定的滞后性。正可运用S7-200PLC中的PID控制子程序，与EM235模拟量输入输出模块一起，提高系统的速度调节响应，改善系统的 动态特性。

PID控制器的设计是以连续的PID控制规律为基础的，sp(t)是依据锅炉水位确定的输出轴给定速度值，pv(t)为输 出轴速度反馈量，e(t)=sp(t)-pv(t)为误差信号， c(t)为系统的输出量。PID控制算法的输出量如下式所示：

Mintal为输出的初始值，Kc为系统比例系数， Ti，Td为PID的积分、微分时间。

输出轴转速的PID闭环控制系统如图4.2所示，将上式数字化，写成离散形式的PID方程，则 程序中实际的PID算式如下式所示：

上式包含九个参数，存储在36字节的PID回路参数表内，见表4.1。CPU226提供的PID回路指令， 其操作就取决于这九个参数，内存区内该参数表的地址。在应用于PID指令之前，需要将参数转换为标准化的浮点数表示形式，转换的步是把实际值从16位整数数值转换为浮点数数值，二步是将转换后的浮点数再转换成位于0.0～1.0之间的标准化数值。

由于机械-液 力传动系统惯性较大，本系统仅采用比例和积分控制，100毫秒中断一次，做PID计算，通过工程计算初步确定其增益和时间常数为Kc=2.5、 Ti=60s、Td=0s、Ts=0.1s，进一步计算后可达到优控制效果。

5 结 论

基于西门子PLC的控制系统，实现了对液力偶合器主要运行参数的实时监控。通常，电厂锅炉配备两台以上的给水泵，结合蒸汽锅炉运行状态的自动监测，可以实现整个机组的在线监控、故障诊断和报警等,西门子PLC具有丰富的网络构建功能，因此液力偶合器控制系统尚有很大的可扩展性。

摘要:面对快速发展的中国轿车工业，国内轿车制造设备工业的发展明显不足，针对轿车涂装流水线制造技术之一的高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA）的技术明显落后于水平。本文作者通过采用目前的西门子SIMATIC有关计算机控制、网络和信息处理技术，成功开发了ESTA监控系统并在现场投入使用，投入少、工期短，。从2004年安装在现场运行至今，系统稳定、。同时厂家也拥有了自主知识产权。

一.高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA）系统应用现状

近十五年，中国汽车工业发展，自1992年汽车产量突破一百万辆之后，一直保持着较高的增长速度，并发展轿车生产，大规模引进技术，兴建了包括上海大众在内的一批现代化轿车生产基地。2005年轿车产量达到295.8万辆。中国汽车工业中以涂装技术为主的表面工程技术已接近或达到当前水平。需特别指出的是，中涂和面漆的涂装是车身涂装中为重要的环节，它将直接影响汽车的装饰性、耐候性和外观，其涂料品种和涂装技术也是汽车涂装工艺中发展快的，历来受汽车厂家的重视。中涂和面漆涂装普遍采用高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA），以提高漆膜外观质量和油漆利用率。自1994年上海大众引进条采用高速旋杯自动静电喷涂机生产线以来，目汽大众、上海通用、东风神龙、广州本田、北京现代等公司都采用了高速旋杯自动静电喷涂机，据不统计，目前共有60多套高速旋杯自动静电喷涂机服役于汽车涂装线。

目前国内轿车涂装线高速旋杯式自动静电喷涂机成套设备技术主要由DUERR、ABB、SAMES、ESSENMANN、大气社等设备提供商提供。从1994年国内从美国ABB引进套高速旋杯式自动静电喷涂机使用至今也已12年，系统采用的是80年代末技术，特别是系统监控用硬件及软件，随着电气设备的老化，无论从使用寿命、维修费用、备件供应等方面都对使用厂家无疑是新的挑战。今后一段时期内，国内较早引进ESTA生产线的厂家都将面临这些问题。如采用全新投入，一方面投资费用高，另一方面新改造周期长，都是不能接受的。因此，我们采用西门子SIMATIC的控制技术,对静电喷涂机的控制系统、网络系统和人机界面监控系统进行新改造。这样投入少、工期短，。

二.高速旋杯自动静电喷涂机控制系统原理与网络结构

高速旋杯式自动静电喷涂机，其工作原理是将油漆通过在高速(每分钟6万转)下转动的旋杯，使其得到充分的雾化，并在高压(直流10万伏)静电场的作用下，使带电荷的油漆微粒被均匀地吸附到工件表面，形成光亮、平滑牢固的漆面。高速旋杯式自动静电喷涂机主要包括：自动喷涂设备中的部件高速旋杯雾化单元、高压单元、换色单元、成形空气单元、型运动单元、流量单元、保护单元及其相应的自动控制与管理单元。我们以西门子PLC为基础的控制系统，根据静电喷涂原理，地控制各个单元动作，形成自动的静电喷涂工艺过程。

ESTA的网络系统一般可分为2层，即设备控制层和监控管理层。以下两种实现方案：

1、设备控制层--现场总线

设备控制层由主控制PLC（如西门子S5、S7系列）、操作控制台、所有控制单元（如雾化、高压、换色、成形空气、型运动、流量）及其现场执行器件、传感器件（如电磁阀、气动单元、光电传感器、流量计等）组成，并通过现场总线Profibus使之组成的设备控制层。所有分布式I/O产品都按一定的控制范围安装于分布式I/O控制箱内，尽可能减少硬件布线及故障点，提高整个系统的稳定性，同时也方便了今后系统的维护。

2、监控管理层现--工业以太网

监控管理层采用工业以太网的方式实现，连接着主控制PLC与上层HMI设备，编程设备以及相关设备。工业以太网卡在PLC上为CP1430接口模板, HMI设备上为CP1613接口模板。WinCC工业组态软件通过工业以太网与主控PLC交换数据。工业以太网在自动化行业中的应用是工厂自动化技术与IT技术、互连Internet技术结合的产物，成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。本方案中采用工业以太网充分考虑到了其具有的协议通用性、速等特点以及开发应用程序优点。采用工业以太网方式实现的监控管理层主要由主控制PLC、HMI及其编程设备组成，通过TCP/IP方式实现与监控计算机进行数据交换。同时可方便地向上组成工厂生产控制系统（FIS），顺应了当前汽车行业订单制造的发展趋势。

三.ESTA监控系统的自主开发与应用

各家设备供应商为了各自的技术与技术保密，监控系统都采用各自开发的人机界面软件或SA系统。如早期的ABB直接用C语言开发DOS环境下的界面软件，DUERR的ECO RC2 (Keba)系统。本文作者通过现场使用，结合在轿车涂装行业应用的特殊性，应用目前较流行的人机界面组态软件自主开发，如：InTouch、WinCC、组态王等，实现HMI监控功能。本次就采用了西门子WinCC工业组态软件，根据我们对ESTA生产线的工艺和设备多年使用经验和理解，成功开发了ESTA监控系统，并顺利地投入在生产中使用，至今一直稳定运行。同时通过项目开发，我们厂家也拥有了有关ESTA方面自主知识产权。

1.监控系统的硬件及软件配置

系统硬件主要由西门子面板式IPC PC 670（500 MHz Inbbb Pentium CPU、15"TFT显示器、薄膜键盘、集成鼠标）、PLC（S5-155U 948）和工业现场总线Profibus（CP1430、CP1613、IM308/318）三大部分组成。

系统软件主要由操作系统Microsoft bbbbbbs 2000 Professional、SIMATIC WinCC V 5.1工业组态软件、Step 5编程软件及COM5431通讯设置软件组成。