西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0规格说明

西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0规格说明

西门子PLC具有很完善的自诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，换后就可以恢复正常工作。故障处理的方法可参看西门子S7-200PLC系统手册的故障处理指南。实践证明，外部设备的故障率远PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了及时发现故障，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。
1. 时检测
机械设备在各工步的所需的时间基本不变，因此可以用时间为参考，在可编程控制器发出信号，相应的外部执行机构开始动作时起动一个定时器开始定计时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。如某执行机构在正常情况下运行10s后，使限位开关动作，发出动作结束的信号。在该执行机构开始动作时起动设定值为12s的定时器定时，若12s后还没有收到动作结束的信号，由定时器的常开触点发出故障信号，www.该信号停止正常的程序，起动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。

2. 逻辑错误检查
在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如存储器为的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出了故障。因此可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。如机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时接通。若它们同时接通，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应的存储器的位的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的存储器的位就可以进行检测。

一、项目介绍

1. 公司的业务范围主要致力于国内外环保产业的BOT 模式建设投资，主要包括城市生活垃圾（工业危险废物）焚烧发电厂、城市医疗垃圾、城市污水处理厂的建设，公司下属电气自控工程技术部，主要从事项目整套电气和自控系统的设计、选型和编程调试工作；从“深圳市医疗废物处置”项目设计使用S7-300软冗余系统作为主控制系统；医疗垃圾处理项目作为我国近几年来的项目，国家环保总局非常重视，对主体设备和自控系统的要求也非常高。

2.本系统主要是通过检测现场烟气温度和压力，通过控制调节风机、水泵以及加药装置的频率和控制开关，从而达到控制烟气温度和含量的目的；通过西门子S7-300系列PLC通过采集和控制模块对设备和现场仪表进行采集和控制，并把信号通过底版总线与CPU处理器传输，由CPU处理器完成处理后，再通过以太网与工控机连接；本系统有两套立的CPU处理系统，通过IM153-2 分别与远程的I/O模块通过PROFIBUS总线通讯，当一套发生故障时，备用系统自动投入运行；

当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行远程控制；并同时自动把数据转换为OPC的格式，把需要显示的数据传送给模拟屏。

二、系统介绍

1. 项目简单工艺主要针对城市医疗垃圾进行处理，医疗垃圾收运后运到处置进行焚烧处理，垃圾进入焚烧炉和二燃室进行配风焚烧，焚烧后的烟气通过锅炉进行降温、除酸喷雾塔和布袋除尘器进行除酸和除尘，然后通过35米烟囱直接排放；锅炉产生的蒸汽用于发电或其它用途，本自控系统主要控制垃圾燃烧后产生的烟气温度和烟气成本含量，保证减少二次污染。

2. 本项目主要使用西门子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模块选型如下：

l 处理器模块 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2块，工作存储器128KB；

l 电源模块6ES7307-1EA00-0AA0 2块给CPU供电；

l 通讯模块6GK7343-1EX20-0XE0 2块与计算机进行网络通讯并进行两个CPU之间的冗余通讯；

l 接口模块6ES7153-2AA02-0XB0 2块进行PROFIBUS远程I/O通讯和系统冗余通讯；

l 电源模块6EP1333-2AA00 2块给ET200供电；

l DI数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 5块 采集现场设备的运转及故障状态；

l DO数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0 3块控制现场设备的启停；

l AI模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0 2块采集现场设备的压力、流量、烟气成分含量以及风机和加药泵的频率信号；

l TC热电偶输入模块6ES7331-7PF10-0AB02块 采集1000度以上的烟气和蒸汽温度信号；

l RTD热电阻输入模块6ES7331-7PF00-0AB02块采集1000度以下的烟气和蒸汽温度信号

l AO模拟量输出模块6ES7332-5HF00-0AB02块通过程序的PID自动调节控制风机和加药装置的频率；

三、控制系统构成

1．本项目的硬件设备主要分为三个大部分：PLC部分、现场设备以及模拟屏部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的给计算机并传诵计算机下达的控制命令，并内部通过强大的内部运算国内进行PID自动调节，具体组成和选型依据如下：

PLC 选用西门子的S7-300系列PLC，设计为软冗余系统，PLC本体与远程I/O通讯为PROFIBUS 协议的串口通讯，PLC与计算机采用以太网，并以以太网作为冗余网络；中控室计划设计为两台工业计算机模拟屏等设备，与计算机的通讯采用RS232直接串口通讯，软件选用WINCC.0组态软件。

现场采集和显示控制设备，基本选用国产元件，一般选用的测量1200度以上的温度S分度热电偶，1200度以下500度以上用S分度热电偶，500度以下用PT100热电阻测量，直接与相应的PLC模块连接，不需要任何的变送器元件；压力选用压力差压变送器把压力信号变成4-20mA的标准信号送到AI模块；电机的转变频器调节，频率信号通过AI 模块输入，频率的设定通过AO 模块输出4-20mA的标准信号进行控制，启停控制通过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。

2．附加系统设备主要有变频器、压力变送器、温度传感器、智能仪表和控制继电器等，大部分设备与PLC之间全部采用硬连接。

3.多种方案的比较

过于系统选型方案的比较，由于以前工程的冗余控制系统一直使用国内的DCS系统或者PLC的硬冗余系统，但从使用效果以及造价成本方面考虑，国外DCS系统价格非常昂贵，国内DCS系统又不是特别稳定；用PLC硬冗余系统也存在价格比较贵的原因；通过比较，决定用价格相对而性能又比较稳定的西门子软冗余系统尝试使用。

四、控制系统完成功能

1．本系统的主要工作分以下几个方面：

Ø 软冗余功能的完成

软件冗余是西门子公司实现冗余功能的一种解决方案，可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中，节约成本。但在垃圾焚烧项目中对设备的控制要求非常严格，也就是说控制设备在冗余切换中不能断开，所以本人根据西门子公司的软冗余手册进行调试和编程，后效果非常好，不会出现切换设备中断的现象，所以给下面的工作带来了信心，具体调试过程在西门子的“软冗余文章”全部有描述，在此不做过多的描述。

Ø 控制功能的完成

本系统的自动控制功能主要分以下几个部分：

l 一次风机、二次风机以及引风机的联动控制

在本系统中，焚烧系统的焚烧炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机以及引风机的运转频率全部联动控制；当引风机开启后，一次风机、二次风机才能开启，根据温度和烟气的氧气含量控制炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机的频率进行调速控制，直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；一燃室的烟气温度控制到850度，二燃室的烟气温度控制到1200度，使之不产生；一燃室温度过高时增大进料电机速度，同时减小一次风风机速度，同时要保烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；二燃室温度过高时增减小一次风风机速度，同时增加二次风风机速度，同时要保烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；并且在控制一二次风的时候，自动调节引风机速度，保烟道压力保证在-150PA左右。

l 碱液站的自动控制

在除酸喷雾塔中需要喷洒碱液以保证烟气的酸碱度，同上面一样直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；

l 布袋除尘器的自动控制

设定温度值，利用PLC 内部的比较指令，温度范围在130-190度之间时，启动布袋除尘器，出范围时，通过PLC程序启动旁通阀，保护布袋。

l 锅炉给水自动控制

锅炉汽包水位是确保生产和维护正常供汽的主要条件，一般要求水位维持在设计水位的±50mm 范围内；设定锅炉给水水位，通过PID 模块自动调节给水阀门的开度，从而达到控制锅炉水位的功能。

系统终检测结果：

l PLC 系统采集正常，数据显示和动作控制的时间不过500ms ，数据交换的准确率为**；

l PROFIBUS 传输正常，没有掉落模块的情况出现；

l PLC ，模拟量的度可以达到13BIT；

l 冗余系统正常，没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等；

l 模拟屏显示正常、数据刷新正常，数据刷新速度为1000ms；

2．在本项目的调试过程中，应该说是非常顺利的，只是在开始的时候由于软冗余系统在深圳比较少用，所以在刚开始调试时比较担心，但经过西门子公司的技术支持，调试非常顺利，在刚开始就确认冗余切换没问题。

五、结束语

本系统于2005年2月投入使用至今已近20个月，运行顺利，用户非常满意；目前本系统已经成功推广到南昌、长沙、成都、青岛、大连等地的医疗垃圾处理系统以及广东番禺绿由工业危险废物焚烧发电厂中，用户反映非常良好。

该SIEMENS S7-300软冗余系统已在生产中得到实际使用，为企业带来了可观的经济效益，在该系统中，PLC系统的应用得到了充分的展示，这种冗余配置广泛的推广到其它行业应用提供一定的参考。

六、应用体会

本系统自选型以来，经历了许多困难，因为以前都使用硬冗余的PLC ，比如AB的PLC5系列或者其它的DCS系统，但由于上述系统造价非常昂贵，而部分国产的DCS系统非常不稳定，我们的项目为BOT 项目而且有要求条件不是太高，所以既要降，又要保证性能，所以通过比较，决定“深圳市医疗废物处置”项目实验，如果可行就进行推广，目前已经在公司项目正式批量使用，甚感欣慰。

通过上述项目，证实西门子S7-300软冗余系统可以满足“垃圾焚烧发电厂”的技术要求，基本实现无扰切换。并且通过WINCC6.0开放的OPC接口，完成了与模拟屏的数据通讯，积累了一定的应用经验。

BBDC生产线自动控制系统是国内家使用Integra标准的项目，该标准的实施大的提高了工作的效率和优化了工作流程。它共分为5个子系统，按照工业流程分为：调整打磨系统、漆前缓存系统、漆后缓存系统、总装系统和门线系统。其中调整打磨系统是将冲压焊装系统生产的车身进行打磨，保证车面的光滑，为喷漆车间的喷漆做好准备。为了协调不同生产线的好的生产，提高生产效率，在进入喷漆车间前，对不同车型的车身进行统一的管理，漆前缓存就是对车身进行有效的存储、运送的控制系统，如图1所示。为了实现同样的目的，在车身从喷漆车间出来后，也需要漆后缓存系统对车身的协调管理。然后车身就被送往总装系统，进行车内饰、底盘以及发动机的安装，如图2所示。同时车身的车门被摘取进行门内饰的安装，在车身到达门线系统时，车门又被重新安装。

二、系统工艺介绍

调整打磨系统中，冲压焊装后的车身由EMS（自行电动小车输送系统）上的电动小车运送至上件滑撬升降机，通过升降机送到板式链，再由调整线板式输送机驱动板式链将车身送到下件滑撬升降机上，然后送到漆前缓存系统；由漆前缓存系统中的动力滚床进行运送，举升动力滚床进行提升，拐弯处由90度偏心旋转滚床进行车身转向，再由链式移行机将车身放在不同的存储线上，有序的进入喷漆车间；从喷漆车间出来后再有90度偏心旋转滚床转弯，由动力滚床进行运送，举升动力滚床将车身下降至合适的高度，再由链式移行机将车身放在不同的存储线上，合理有序的送入到总装系统；进入总装系统后由下件滑撬升降机将车身送到内饰工艺链上，进行车内饰的安装，完成后转入快链运送，然后送到底盘工艺链上安装底盘，这段工艺完成后再转入快链运送，来到总装系统中的重要工艺线——发动机的安装。这些工作进行的同时，门线系统也在对车门进行门内饰的安装，等到车身安装好发动机后进行车门的安装，后进入总装的后一个工序进行加注润滑油以及添加燃料。

整个流程的自动控制系统采用分布式的控制方式，主要通过中控室里由WinCC组态的监控计算机向PLC CPU416F-2DP发出控制命令，需要变频控制的电机经由从站ET200S使用ET200FC控制变频器MASTERDRIVE来控制，不需要变频的电机通过ET200S马达启动器来控制，滑撬系统还使用了MOBY E进行车身的识别。比较集中的传感器/执行器设备通过ET200eco控制。手动控制主要通过本地的人机界面PP17和TP170B发出本地控制命令。

三、控制系统的构成

由于该项目遵从Integra标准，因此方案是严格按照这个标准执行。Integra标准是从国外引入的比较的，针对汽车行业开发的标准，它已经被成功应用于德国梅赛德斯奔驰项目，得到了很高的评价。BBDC项目将Integra标准引进中国，并发布了IntegraBBDC标准，它对控制结构、硬件画图、软件开发、Safety技术、现场总线、系统接口、人机界面、软件库和培训流程进行了详细的阐述，Integra标准的引入将大大推动中国汽车制造业的发展。

由于各系统硬件配置大致相同，只是数量上的不同，我们就以图4所示的漆前缓存电气系统配置图分析硬件选择方案，从硬件配置图可以看出，监控级利用工业以太网将控制层PLC获得的数据传送到上位监控计算机，这是由于厂房面积大，各个控制系统分布广泛决定的，另外由于整个系统传输的数据量大（有一万多个点），这就决定了工业以太网是选择。而且为了保证生产的性，系统中的PLC选用的是CPU416F-2DP，同时采用了部分safety模块，这样就提高了系统的性。现场选择一个触摸屏是为了可以在现场的控制柜上实时的查看各个点的状态和CPU的信息，还可以诊断Profibus总线的通讯状态，这是为了方便现场人员调试，也给后期维护带来便利。CPU下面接了一个中继器，主要是起到诊断网络和信号放大的作用，可以实时的监控通讯状态，如有问题可以及时的发现处理。另外由于每个子系统既立控制，又相互联系。所有选用DP-Coupler来进行不同CPU之间的数据交换。对有本地启停设备的地方选择PP17面板，这种方案比使用触摸屏控制加，而且也容易适应现场恶劣的环境。对于是否选择变频器MASTERDRIVE，主要是根据工艺的要求选择的电机，如果电机是非变频的可以选择马达启动器来启动电机。而对于现场一些特殊点的不能通过控制柜中的模板采集的，可选择ET200eco来进行现场采集而放在控制柜里，滑撬系统使用MOBY E进行车身的识别。

对采集数据和监控生产的上位机，采用了服务器－客户机的模式，如图6所示，共有2台服务器和5台客户机，2台服务器互为冗余，选用的HP ProLiant DL服务器，安装了bbbbbbs2003 server standard版操作系统，WinCC安装的是6.0 SP4版本。5台客户机选用的是工业控制计算机，安装了bbbbbbs2000英文版操作系统，WinCC版本务器一样。选择这种方案主要是基于三方面的考虑。①性高：互为冗余的服务器进行数据的定时同步，保证了数据的一致性和性；②开发：这种模式只需开发一个服务器的程序即可，两台服务器互为备份程序一样，而客户端的PC编写程序，只需通过工业以太网来访问服务器的程序即可，开发难度小而且；③：由于本项目通讯点多，采用其它方式购买授权的费用相对较高，这种模式客户机端只需128点的授权费用，这样总体费用大大降低。

四、控制系统完成的功能

虽然本项目庞大，通讯点很多，但是各个子系统设备很大部分是相同，也具有一样的控制要求，因此我们将整个项目按照设备划分成的不同的功能组，这样可以增大一次开发的利用率，避免了重复开发，节省时间和成本。

升降机在高位时，电动锁紧器锁紧到位，升降机上滚床无撬体，上层滚床有撬体等待，撬体经确认与EMS上的电动小车所带车体相一致，上层滚床高速把撬体送到升降机的滚床上，经变速开关变为低速，行走至占位开关停止。电动定位器关闭到位，电动锁紧器松开到位，收到EMS空中自行电动小车允许接车信号，升降机低速升到接车位，待收到EMS空中自行电动小车允许升降机下降信号后，升降机高速下降至变速开关变为低速，低速下降到到位开关停止。电动定位器打开到位，待条件允许，升降机上滚床高速把撬体送到板式链的滚床。升降机高速上升至变速开关变为低速，低速上升到到位开关停止，执行完一次循环。

2．举升台的控制

举升台在高位，下层滚床无撬体占位，上滚床高速把撬体送到下层滚床，经变速开关变为低速，行走至占位开关停止；举升台在高位，下层滚床占位停止，电动定位器关闭到位，车体检测开关检测撬体上无车体，发出允许涂装送车信号，当车体检测开关检测撬体上有车体，收到涂装送车完毕信号，允许送车，即举升台在低位，停止器再关闭到位，举升台在下降到位。撬体被链式移行机送到停止器，占位开关同时占位，举升台把撬体举升高位，同时举升台举升到高位，下层滚床等待接撬体，执行完一次循环。

3．总装门线升降机、停止器、推车机的控制

停止器ST01占位，停止器ST02没占位，1#升降机在高位，停止器ST02占位与ST01占位之间没有移动的吊具，停止器ST01打开到位，推车机T01由慢-快-慢把吊具推至ST02占位，停止器ST02占位延时1秒，推车机T01由慢-快-慢退回到位，1#升降机由慢-快-慢下降到位，等装完车门，经工位工人确认后，1#升降机由慢-快-慢上升到位，停止器ST02允许进车，停止器ST01与ST02同时打开到位，推车机T01由慢-快-慢把吊具从ST02推出，把吊具从ST01推至ST02占位，停止器ST02占位延时1秒，推车机T01由慢-快-慢退回到位，1#升降机下降，执行完一次循环。应注意的是：升降机不在上升到位，停止器ST01/ST02在关闭到位，推车机在后退到位，否则立即停线。

升降机的自动控制是项目中的难点，主要是因为升降机的自动控制如果故障就有可能将设备以及车体损坏，对一次调试成功的要求很高。升降机虽然有硬件保护措施，需要特定条件，比如升降机只有在失电后，抱闸将会抱死，因此对于升降机控制程序的编写需要反复修改，模拟试验，才能保证调试中的万无一失，不会出事故。

五、总结与评价

该项目于2006年4月份进厂调试，7月份调试结束。通过对厂方操作员工进行相应的培训，熟练掌握了操作技能后，他们给出了很好的评价：

1．该项目提高了生产效率和管理质量，显著提高了工艺水平，改善了生产环境，减轻了劳动强度，增加了企业的效益。

2．提高了生产的性，减少了事故的发生，由于该项目方案中对生产相当重视，设有很多急停按钮，在编写程序中，对重要设备有多重保护，从而保证了设备、人身的。

3．加大了设备性，safety模块的使用对设备的输入输出点都是双重对比的，保证每个点的信号都是真实，设备的故障率降低了，生产的性就提高了。

六、应用体会

1．Integra标准的应用大的提高了效率，它规定了从画图、硬件、软件和培训。这就保证了工程进度不会因为人员的调整而影响，而且这种标准也比较适用大的项目，这样可以将项目细化，大家分工合作，因为所有的工作都是遵从标准，内容格式以及应用符号都是通用的，BBDC能在很短的时间完成开发调试，很大的部分归功于IntegraBBDC标准的应用。

2．自动化编程，由于该项目信号点多，WinCC程序的开发工作量大，而且有很多还是重复的工作，这种情况下，使用Excel表格将一些变量信息以及对象的属性编辑，通过WinCC中的VBA功能编程实现编辑大量的画面和对象，大大的提高了工作效率，而且将一些重要信息备份，也便于后期的维护。

3．Safety技术的应用，大的提高了整个系统的性，Safety模块保了输入输出信号的性，设备的性提高了，控制系统性能相应的改善了。