西门子模块6ES7322-1FH00-0AA0产品齐全

西门子模块6ES7322-1FH00-0AA0产品齐全

1系统概要
    改造后的系统构成复杂，仅调节阀就有九个，此外还要增加变频器，由计算机控制切换调节3台风机转速；增加热值仪，串级调节高焦配比。采用西门子S7—300PLC和研华IPC 610工控机构成DCS系统。S7—300PLC作为下位机来实现所有信号的采集、运算、调节，其特点是：模块化、无排风结构、易于实现分散、运行、。CP5611卡为S7—300PLC与工控机的通讯接口卡，具有RS485接口和87．5kbps的通信速率，传输距离可达50m，使用中继器可达9100m。
2控制原理
本系统含四个调节回路：
2．1热值调节
    热值是用户气源的主要质量指标之一。
冷轧煤气7昆合加压站以高炉煤气为主气，它不可控制，取决于用户用量；焦炉煤气为辅气，要求控制其两道阀门，使高、焦配比约4：1。
2．1．1“高焦限幅”辅热值
    本回路为一串级、交叉限幅调节系统。以热值调节为主环，焦炉煤气流量调节为副环，加入了高焦煤气流量单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节器输出信号，而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值，乘以1．05和0．95作为输出信号的上、下限幅值。
该控制思想一则使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；二则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。
对热值仪信号故障也有保护性，在实际的运行中，我们发现工人有时忘记了给热值仪过滤器排水，使煤气人口压力太低，燃烧不够，造成仪表信号显示偏低很多，即使焦炉煤气阀开到大，也不可能把热值调至“正常”，但此时热值调节器输出信号受到高炉煤气流量的交叉限幅，故在此三个信号中，终以上限值为焦炉煤气流量调节器的设定值，从而使焦炉煤气流量调节阀被约束在了一定的阀位，终使混合煤
气热值波动稳定在一定范围内。
2．1．2“双阀同控”避“瓶颈”
    原设计一阀自动、另一阀手动，实际上两阀都在手动方式，因而常常顾此失彼，致使南、北阀位相差太大；若采用两路单的调节器，二阀阀位加混乱，当系统工况变化较大时，其中一阀就会成为调节的“瓶颈”；若采用双调节器进行调节，二阀各自进行动作，虽能使系统在某一阀位组合状态下稳定，但有可能造成二阀阀位相差太大，同样可导致“瓶颈”的现象。
    对此采用单台调节器串调双阀的控制方案，即在计算机中设置一台软调节器，其输出信号给到2台手操器，同时带动2台电动蝶阀。为防止二阀同时动作造成调，将2台手操器内的死区设置的有所差别，当调节器输出要求的阀位信号与实际阀位反馈信号出现偏差时，死区小的手操器(电动调节阀)动作，若偏差不大时，就能纠正过来；当调节量不够时，偏差增大，死区大的手操器(电动调节阀)也动作，加大调节力度，使系统回到稳定状态上。当系统出现较大偏差时，常会出现同时出二者死区范围的现象，则二阀一同动作，使偏差减小到一定范围，此时大死区的电动调节阀停止动作，剩余的小偏差靠死区小的调节阀来进一步精调到位。
2．2混压调节
    混压调节在实际中既影响热值、又影响加压机后压力。所以，混压调节不好，则热值调节、加压机后压力调节都无从谈起。本回路为一串级随动调节系统，在控制回路中建立数学模型，煤气混合压力的设定值随着高、焦气源的压力波动而自动计算设定，同时又加以上下限幅，使工艺操作变得加合理。从热值的稳定方面来看，机前混压能够随高、焦煤气压力波动而适时适度地调整，保证了焦炉煤气能够按所需的量顺利配人；从加压机后压力的稳定方面来看，机前压力变化范围不至于太宽，减少了对加压机后出口压力调节的干扰。
混压调节就是控制高炉煤气的两道阀门。为了避免“瓶颈”，同样如上所述，也采用了一台软调节器控制2台电动调节阀的方式，减少对机后出口压力调节的干扰。
2．3加压机后压力(变频)调节
    加压机后压力是用户气源的主要质量指标之一，本回路为一定值单回路调节系统。其设定值为3．5kPa，当加压机后出口压力升高／降低时，增大／减小变频器的输出频率。从而改变加压机的转速，以“变”求“稳”。在计算机和变频器上都设置了运行频率，从而保出口压不至于太低，也保证了自带油泵能够给出足够的油压油量，以免烧坏轴瓦。这两个频率运行下限是保证加压机设备、用户正常生产的两道防线。
2．4加压机后压力(泄放)调节
    这是加压机后压力调节的另一手段。本回路为一定值单回路调节系统，其设定值为14kPa，当加压机后出口压力升高／降低时，增大／减小泄压阀的开度，以“泄”求“稳”。
2．4．1变频、泄放“双管齐下”稳压力
    通常，泄放调节器的设定值变频调节器的设定值，一般情况下，变频器负责系统全部的调节，而泄放阀处于关闭的“休闲”状态。当用户突然大减量，造成出口压骤然升高，变频的调节速度不足以使出口压降下来时(即出口压过14kPa)，泄放回路立即参与调节。泄放回路比例带、积分时间都设得很小，因而，动作很快，与变频“双管齐下”，可使压力降下来，保证了用户气源压力稳定，避免了以前
类似情况下加压机进入喘振的可能，了设备。在调节过程中，绝不会出现既保持加压机转速较高，又使泄放开启一定高度的“稳定平衡”状态。
综上所述，本系统在控制思想和软件编制上有如下的特点：
    (1)小偏差小动作、大偏差大动作，既加决了响应速度，又提高了调节精度。
    (2)两阀在调节过程中，”不会造成“瓶颈”现象。阀位死区大的南阀阀位“阶段”性地跟踪死区小的北阀阀位。当偏差产生时，北阀“有错必纠”，南阀对北阀在调节中所累计的阀位变化不会坐视不管，而是“该出手时就出手”，大力度地“调一把”(当北阀阀位调到一定开度时效果就不显著了，此时取决于南阀的开度)。
    (3)死机情况下、变频器仍然能保证运行。无论主机从机中任一掉电，或二者都掉电，变频器都运行在其保护下限频率上，加压机不会停机，保证了用户的正常生产。
    (4)简单易“倒机”。通过软件的巧妙设计，使加压机的切换变得非常简单：将变频器输出频率下调为零、此时原运行的加压机处于停止状态，电流很小，可拉掉其开关，并马上再合上另一台备用加压机的开关，因变频器末停，3—4分钟即可调频加速到工作状态。当然二者切换期间，需关照冷轧关小烧嘴。
控制系统在WIN98环境下运行，组态软件为STEP7V5．0及Kingview5．0。系统利用组态软件Kingview5．0的驱动程序与下位S7—300PLC进行数据通讯，包括数据采集和发送数据／指令；下位S7·300PLC则通过MPI卡与上位计算机交换数据，每一个驱动程序都是一个公共对象，这种方式使通讯程序和组态软件构成一个完整的系统，保证了系统率地运行。
3系统画面
    系统画面分为两大类：操作员画面、工程师画面。
操作员画面：向操作提供了各种数据、曲线、功能键，显示内容丰富鲜明、操作简捷。工程师画面：工程师在调节中进行参数修改和设定的重要环境，也是自控系统的。
4结束语
    该系统自投运以来，在生产正常的情况下，热值稳定在6．0左右，压力稳定在13．5kPa左右，满足了用户的要求，同时变频运行于30—40Hz左右，泄放阀一般处于关闭的状态，大大减少了泄放煤气量和净焦煤气量，达到了预期的生产、提高产品质量、节能降耗的目的。

1545t/h补燃煤CFB锅炉和1512MW的汽轮发电机组组成，主要是供厂内水泥生产线用电及部分生活用热。其中，补燃锅炉是哈尔滨锅炉厂引进美国CPC技术生产的细粉高速循环流化床锅炉，与一般循环流化床锅炉的区别在于：在炉前右侧布置了一台负荷调节装置（床料仓），其工作原理为通过负压系统从炉床抽取床料储在仓内，并根据负荷调节的需要将其中的床料回放入到炉床上来控制床料高度和温度，以达到调节负荷的目的。而一般的CFB主要是通过各种型式的分离器分离烟气中未燃尽颗粒，再以机械或非机械方式送回炉膛，通过调整回料量、给煤量和风量等手段来调节床温和负荷。另一区别是该类炉的燃料粒度较一般CFB炉细，燃料温度和石灰石投入方式不相同。项目设计单位是天津水泥设计院，四川东方电脑工程公司负责提供DCS硬件，并完成DCS的设计组态和现场调试工作。
本项目采用SIEMENS公司SIMATIC PCS7集散控制系统，终实现对整个自备电站的控制
和经济地运行。

二、PCS7系统的主要特点
    PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，结合了传统DCS和PLC控制系统的优点，将两者的功能的结合在一起。系统的所有硬件都基于统一的硬件平台；所有软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同样统一的软件平台。系统大量采用了新技术，在网络配置上，使用标准工业以太网和PROFIBUS网络。由于PCS7了DCS和PLC系统间的界限，真正实现了仪控和电控的一体化，充分体现了全集成自动化的特点，使得系统应用范围变广，是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。

三、本项目系统构成：
1． 硬件：
    采用三个过程控制机柜：1APL、2APL、3APL。在1APL、3APL内各安装1套过程控制器AS4142DP。1APL中的过程控制器，处理循环流化床锅炉部分的测点和调节回路，3APL中的过程控制器，处理汽轮发电机组和两台余热锅炉部分的测点和调节回路。共使用了13个ET200M远程控制机架安装各种I/O模块。所处理信号如下：
信号类型 实际使用点数 模块配置
AI 4~20mA 180 29 X 8AI
RTD 82 24 X 4RTD
T/C 64 9 X8T/C
AO 31 9 X 4AO
DI 71 15 X 8DI
DO 14 3 X8DO
过程状态监控管理设备为2台OS站，1台ES站，出于项目成本考虑，均采用SIEMENS公司的Dell公司商用计算机。配置为：PⅡ400，4.3Ｇ硬盘，１２８Ｍ内存，带８Ｍ显存的集成显卡，１９"高分辨率bbbA彩色显示器。在项目实施过程中，Dell公司的商用计算机表现出了优异的性能。
系统打印机为3台：EPSON MJ-1500K+ 彩色喷墨打印机。选用该种打印机是基于以下因素：
a) 噪音低
b) 使用彩色进行不同级别和种类的报警和信息记录
c) 能使用宽行连续打印纸，这是普通喷墨打印机不具备的功能。
2. 网络
分为下层控制网、上层管理网。
下层控制网采用同轴屏敝电缆，适合欧洲Profibus标准，通过每个ET200M上的IM153－1通讯卡与AS4142DP控制器互相连接，满足现场信号的采集、处理和控制器的通讯，为Profibus－DP现场通讯网。
上层管理网分为二类。一类为采用同轴电缆，适合欧洲Profibus标准。通过OS站、ES站和控制器上的CP443－5通讯卡相连接，满足操作员站、工程师站对现场设备的监视、控制和管理，实现数据共享。另一类为采用同轴细缆，符合TCP/IP协议的管理以太网，通过OS站、ES站上的D-bbbb网卡连接，主要实现工程师和操作员站之间文件管理、拷贝。
３．软件
    操作员站OS和工程师站ES均采用微软英文版bbbbbbs ＮＴ Workstation Ｖ４.０作为操作系统，附加安装版Package ３和Internet explorer ４.０，汉字处理采用中文之星For bbbbbbs NT V2.0，使得除工程师组态以外的所有信息、界面均实现汉化。
    操作员站另加载了SIMATIC WINCC RT 64K Tags、 NET Profibus-S7、WINCC ADVANCED PROCESS CTRL.、WINCC BASIC PROCESS CTRL．等软件。
    在操作员站所加载软件的基础上，工程师站还加装了SIMATIC STEP7 BASIS V4.0、　 CFC V4.0、S7-SCL V4.0、SFC V4.X 等组态功能软件。除用于系统软、硬件组态外，ES站具有与OS站相同的功能，可以兼做OS站，起到了降低用户成本的作用。

四、系统功能
系统是对补燃炉、余热锅炉、汽轮机、发电机进行重要参数的显示，对以下回路进行自动调节。
补燃炉汽包水位调节系统 补燃炉炉膛压力调节系统
1#余热炉汽包水位调节系统 2#余热炉汽包水位调节系统
除氧器压力调节系统 除氧器水位调节系统
冷凝器热井水位调节系统 补燃炉二次风量调节系统
二级过热器入口温度调节系统 主蒸汽温度调节系统
以班报的形式对所有重要参数进行一小时报表自动打印。
以趋势图的形式对DCSI/O清单中所有要求的记录参数进行８小时趋势显示，并可按操作员
要求随时打印。
工艺流程画面主要有下面几幅，并可随意切换：
锅炉烟风系统图 锅炉汽水系统图 汽机热力系统图
余热炉热力系统图 除氧给水系统图 发电机油系统图
应用色彩和闪烁变化表示各种报警信息。报警信息可按报警产生顺序在Alarm log中查阅、打印。另外，根据锅炉制造商对控制的要求，并参考美国NFPA8504常压循环流化床锅炉运行规范，还设计了必要的保护功能。

五、PCS7系统的应用心得
    我们在这次工程的程序设计中，由于没有太多的顺控功能，基本上只用到CFC程序组态，这样也方便用户有限的技术人员尽快掌握。CFC程序组态是一种图形式的组态，方便、直观，操作简便。PCS7将许多逻辑、运算功能形成了功能块，在进行程序组态时，如需用到某种逻辑、运算功能，就可在PCS7的功能块库中找到与之相应的功能块，将其直接拖放至CFC组态画面即可。用户还可利用PCS7提供的一种类似PASICAL语言的SCL程序结构化控制语言自定义特殊功能块，并存在功能块库中，随意调用。
    DCS中使用的所有模块（包括PID块、数据块、I/O模块等）都只是在PCS7的组态画面中出现，并不能在WINCC人机界面上出现。此时，若需要某个模块在WINCC人机界面上出现，则只需要给该模块添加WINCC属性。
在工程师站上完成所有程序组态，编译无误后，将程序下载至过程控制器，这样，过程控制器中就有了经过编译后的用户程序；再将有用户程序的用户项目传送到操作站，用户程序就传给了WINCC人机界面，在程序组态时，已被定义具有了WINCC属性的各模块的标签值就能在WINCC中被找到，再通过WINCC画面组态，就可完成人机对话、参数的画面显示等，从而完成PCS7和WINCC（内核与显示）的结合。WINCC功能十分强大，而使用起来又非常方便，在编制各种画面、报警归档等功能时，都可应用其标准的功能来完成。
    硬件组态也是一种图形化的组态方式，十分方便。对某一过程站而言，实际带有若干ET200远程I/O，组态画面中，就在该过程站后的PROFIBUS-DP网络线上拖放几个IM153模块形成几个ET200远程I/O接点。硬件组态中的所有模块，都可以从PCS7提供的元件库中找到相应型号、定货号的模块，将其拖放至与实际安装相对应的位置即可。硬件组态配置完成后，下载到相应的过程控制站。这样，就使得实际硬件安装模件和硬件组态相一致，从而，I/O模块上的每一点的点号地址就得以确定。
    由于我们是使用PCS7系统，在使用中也遇到一些问题。如，在硬件组态中对8AI模块通道组态时，才发现系统要求相邻的两个通道（如0,1，23），接相同类型的信号，而不得不重新布点；程序组态时，经过换算得到的流量信号不能直接传往WINCC人机界面，而将其加载到数据块上，把数据块传至WINCC才能实现流量信号在WINCC画面上的显示。类似的限制，都使得系统显得不够灵活。
系统现场信号接线有板前与板后两种方式，该工程中使用的是板前接线方式，由于现场信号线多，使得柜内接线杂乱。对于点数多的系统，建议使用板后接线方式。
    PCS7系统中模块抗干扰能力较强，我们将通讯电缆沿机柜左侧进入和布置，而将现场信号线从机柜右侧进入和布置。模拟信号按规定完成屏蔽接地，在该工程现场调试过程中，我们很少遇到系统干扰问题。
我们发现在软件和网卡的安装上有个顺序问题：应先装bbbbbbs ＮＴ Workstation Ｖ４.０操作系统，然后装D-bbbb网卡，再装bbbbbbS NT PACKEAGE 3，装入IE 4.0，装入中文之星V2.0，再装WINCC，后装入CP5412卡，否则易发生冲突。
    当系统需要重装系统时，应先收回OS站和ES站中所有授权。由于本项目使用的是V4.0版软件，采用软盘收授授权，比较麻烦。据SIEMENS介绍，新版本软件较好地接解决了这一问题。

六、结束语
    本项目从合同生效至完成调试，总共不到3个月时间，其中给予组态设计的时间非常短，而PCS7对我们来说又是一个较新的系统，但由于有SIEMENS工程师的有力支持，工作进展非常顺利。
在此项目过程控制系统中，CFB的控制应是难点。CPC的细粉流化床项目是国家工业锅炉引进项目的主要内容之一，同我们以前熟悉的东方锅炉股份公司研制和引进美国FW公司的CFB炉不同。但遗憾的是，该项目的规划设计单位未设计燃烧、负荷调节和控制等关键的自动调节系统，而均采用了手动调节。另外，现场部分被控对象，如国产调节阀调节性能太差等原因，一些调节系统尚不能投入自动运行。
我们计划还要进行的工作是：在机组稳定负荷运行和被控对象调节性能达到要求后，尽可能将各调节系统投入自动。尤其对其中2台余热炉向补燃炉提供预热给水（通过调整尾气量和给水量来调整出水温度）、补燃炉再

PLC可编程序控制器是采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 

DCS集散系统: DCS英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全称为集散型控制系统。DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。 

DCS一般由五部份组成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通讯网络5：图形及遍程软件。 

一、PLC的发展历程 

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，采用程序化的手段应用于电气控制，这就是代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 

PLC的定义有许多种。电工（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 

二、PLC的构成 

从结构，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 

三、CPU的构成 

CPU是PLC的，起神经的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 

四、I/O模块 

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。(end)