西门子6ES7232-0HD22-0XA0大量供应

西门子6ES7232-0HD22-0XA0大量供应

1、概述

本文以大连实德银川基地混料自动控制系统为例，采用德国西门子公司的S7可编程序控制器，成功应用于大连实德银川基地混料系统生产线。

大连实德银川基地混料系统的生产过程全部由可编程序控制器S7-300完成，即将生产工艺配方输入到系统监控配方程序中，由称重计量仪器动态检测电子称称重传感器的信号，并将控制信号传送给可编程序控制器，再由可编程序控制器产生各执行机构的控制命令来实现混料生产的自动化，提高混料各配方原料的准确性和生产效率。

2、系统功能

混料系统的主要功能是多种原料经过送料系统进入料仓以后，按照生产配方给定的原料配比从各料仓加到电子称中进行计量称料，再送入热冷混料机组中混合搅拌，并相应控制物料混合搅拌时的温度，以保证物料混合均匀和混合料的特性达到生产工艺要求，后将混合好的混

合料送入干混料仓内，以供型材挤出机生产线使用。

混料系统需解决的主要问题包括：

(1)实时采集各电子称称重传感器的称重信号。

(2)根据称重信号和生产配方产生罗茨风机、电磁旋转阀、电磁碟阀等的控制信号。

(3)动态检测和处理混料过程中可能出现的各种故障。

(4)下位机和上位机的通讯

(5)上位机的集中监控。

混料时，称重仪器选用的是莱梅特RWA-AD模数转换模块，可以设置和定制参数，采集称重传感器信号，输出数字信号。借助配方给定的原料配比产生执行机构的控制命令，并通过可编程序控制器控制各辅料罐的螺旋送料器、电磁阀和混料机组阀门的起停和开闭。通过检测电机保护装置，阀门位置开关状态电机、阀门的运行和故障情况，并可在工控电脑显示屏上进行监控。

3、可编程控制器系统组成

系统组成按站点划分。混料机组立控制，与整个混料系统建立基于ProfiBus 通讯。

站1：为上位机，采用西门子工控机;CPU为2.4G，内存为256M，采用以太网与系统PLC连接。采用WEBfactory组态形成监控图形。

站2：1号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC和SIMATIC OP27通讯连接，监控混料机组运行。

站3：2号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC和SIMATIC OP27通讯连接，监控混料机组运行。

站4：3号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC，监控混料机组运行。

站5：挤出现场PLC。采用西门子S7-215，共4组。用于控制挤出生产线四条绞龙运行和SIMATIC OP7通讯连接用于现场控制。与整个混料系统PLC采用基于ProfiBus 通讯。总系统采用站1监控。

4、基于ProfiBus DP 通信

PROFIBUS现场总线是性的开放性现场总线标准，是一种符合IEC61158标准的现场总线。PROFIBUS-DP经过优化的高速、廉价的通信连接，是专门用于自动控制系统和设备及分散的I/O之间的通信网络。PROFIBUS-DP用于基础控制层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。PROFIBUS-DP的上述特点使其在工业电气自动化领域占据了重要的地位。

本系统中ProfiBus DP总线完成PC与各设备之间的通信，并采用主从方式通信：主机(S7-416-2DP PLC)作为ProfiBus DP主站，以轮询方式对下属各从站(如ET200S﹑S7-300 PLC等)进行定周期扫描和读写。主机通过ProfiBus DP总线将指令传送到对应的数据区，并将各设备返回的状态信号从对应的数据区取出，从而实现对下属每个设备的监控。

5、系统监控通讯配置图

6、系统监控通讯程序

Network 4 S7 connecting

CALL "MX1.1_connect" //连接1#混料机组PLC

CALL " MX2.1_connect" //连接2#混料机组PLC

CALL " MX3.1_connect" //连接3#混料机组PLC

CALL "image: MX1.1"

CALL "image: MX2.1"

CALL "image: MX3.1"

CALL "image: S31- 32"

CALL "image: S33- 34"

Network 5 Control Signals PC (VISU) -> PLC

CALL "image: S11-16"

CALL "image: S17-22"

CALL "fc_pc_flags_set"

Network 6 Control Signals PC (Prisma) -> PLC

CALL "fc_pc_flags_set"

7、结束语

混料系统控制构成复杂，控制任务多，逻辑繁琐。即要实现对现场各控制点的控制和监控。又要完成现场各种数字量、开关量的检测以及对周边设备，如各种运行电机和风机的控制。采用功能强、系数高的德国SIEMENS SIMATIC S7系列可编程序控制器，整个控制系统满足混料系统控制工艺要求，实现了混料自动控制以及送料全过程的协调控制，系统性能好，操作使用方便。确保生产任务正常完成。

1 前言

净环水处理自动化控制系统是连续热镀锌及彩涂工程的供水系统。对水处理进行自动化监测和实时控制，是提高水处理效率、降低能耗的关键。采用以PLC为的工艺过程自动监控系统，对所有泵、阀实现自动监控，对曝气设备、排水设备的运行进行编程控制。根据工艺可以实时控制冷却塔风机、水泵、电动阀等设备。使水的流量、温度满足工业用水要求，以达到自动控制水处理过程的目的。

2 系统描述

本系统有4个控制站：净环泵站、镀锌炉子冷却回水提升泵站、彩板冷却回水提升泵站和雨污水泵站。其中净环泵站是2#站，镀锌炉子冷却回水提升泵站是3#站，彩板冷却回水提升泵站是4#站，雨污水泵站是5#站。其系统工艺流程图如图1所示。

3控制系统硬件组成

系统总体结构如图2所示，主要部分及其功能分述如下。

图2 系统总体结构

(1)PLC控制系统

根据装置工作需要，选用性价比较高的西门子公司的S7-300系列可编程控制器来构建控制系统。净环泵站PLC和雨污水泵站PLC中 CPU采用CPU 315-2DP，并且净环泵站PLC带有两个扩展机架，彩板冷却回水提升泵站PLC和炉子冷却回水提升泵站PLC中CPU采用CPU 313C-2DP。该四套系统之间的通讯方式采用Profibus-DP网连接。PLC系统硬件配置图如图3所示。

采用交流220V电源供电，主模块有16点数字量输入，用于检测控制命令和开关状态;16点数字量输出，用于各操作开关的控制、指示灯的状态显示;模拟量输入，将模拟测量信号转变为相应的数字量已被计算机所接收。净环泵站带有14个信号处理模块(7个DI、4个DO、3个AI)，扩展模块选用IM360 和IM361，彩板冷却回水提升泵站有4个信号处理模块(3个DI、1个DO)，炉子冷却回水提升泵站有4个信号处理模块(3个DI、1个DO)，雨污水泵站有7个信号处理模块(3个DI、2个DO、2个AI)。

(2)监控站

监控站选用西门子工业控制计算机和工业软件WinCC(视窗控制)，完成整个系统的工艺流程、设备运行状态的显示和监控、实现曲线的显示、历史数据的保存、权限管理、操作查询、报警、打印等功能。其中一个上位机用以监控净环水泵站、镀锌炉子冷却回水提升泵站和彩板冷却回水提升泵站的生产工艺过程，另一个用来监控雨污水泵站的生产，同时两台上位机互为备用，提高系统的性。

(3)仪表系统

仪表系统由变送器、配电器、隔离器、调节器和执行器等构成，主要完成流量、压力信号的和阀门的控制执行，调节器作为计算机系统的备用控制手段，当计算机出现故障时，可以变成手动方式控制。

4 自动化软件设计

净环水处理自动化控制系统的软件包括上位机、下位机设计两部分。

4.1上位机软件设计

为保证工业现场的稳定，上位机采用bbbbbbs2000操作系统，编程平台为Win CC5.1。上位机实现的功能如下：数字显示流量、压力、温度、液位，显示各设备的启动、停止、运行、故障等状态;启动时，设备按钮为，正常时为红色，故障时画面颜色闪烁，同时并用文本方式显示故障类型，方便故障的排除;能记录250条故障情况(故障时刻、故障类型等)，方便地进行事故分析，通过报表编辑器，实现定期或随机的相关信息打印输出。HMI监控画面如图4所示。

图3 PLC系统硬件配置图

图4 HMI监控画面

4.2下位机软件设计 

下位机采用SIEMENS 公司开发的STEP 7 5.2软件对PLC进行编程和对PLC设备配置进行维护。编制的软件主要包括信号处理、信号控制、故障模块的设计、与上位机通讯的DB块的设计。

STEP提供了具有生成标准导出功能块库或FC库能力的编程功能,能够在应用程序内一再调用,在本系统中,由于检测点多，这种功能得到了广泛应用。FC功能块的使用节约了大量的程序空间和故障查询时间。降低了程序编写的复杂程度，使程序结构条理清晰。事实证明，FC功能块的使用提高了程序的运行速度并且加方便了软件的移植性和可扩展性。

5 系统实现功能

4个泵站分别采用现场、集中两种操作方式。在集中操作中，又分为手动和自动两种操作方式。

镀锌炉子冷却回水提升泵站和彩板冷却回水提升泵站净环泵站有3台水泵和2台冷却塔。其中3台泵2用1备，系统需要供水量少时，开1台泵向管网充压，供水量大时，开2台泵同时向管网充压。

彩板冷却回水提升泵站和镀锌炉子冷却回水提升泵站各有2台水泵。这两个泵站采用相同的控制方式。其中1#泵和2# 泵互为备用。工作泵与备用泵自动投入。彩板冷却集水池和炉子冷却集水池内分别设有液位监测装置，用来监测吸水池内水位高度。1#和2#泵控制方式：当水位h>2.20m时，电机启动，把水抽走;当水位h<2.20m时,电机堵转时，热继电器动作，跳闸以保护电机。

雨污水泵站是用来排放雨水、工业污水。它的水泵分为A组、B组、C组。其中A泵组有2台水泵，仅在雨季运行。B泵组有2台水泵，平时一台为工作泵，另一台为备用泵，当水位升至-2.15m时，自动打开另一台泵，两台泵同时工作。C泵组有1台水泵，平时不工作，当B泵组两台水泵同时工作，10分钟内水位降小于0.5m时，手动投入C泵组水泵，三台小泵同时运行。当液位降至-5.20m时，B泵组、C泵组三台电机，自动停止运行。

6结束语

经该PLC控制系统的循环水满足了工业用水的要求，实现了的不间断供水，确保了的出水水质，提高了管理人员的劳动生产率、降低能源与物料消耗，达到了生产自动化控制的目标，了良好的效益。

0 引言

随着社会经济的飞速发展，人们对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越多的要求。在居民生活小区，传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无调速技术，它以其特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了加深入的应用。恒压供水方式技术、水压恒定、操作方便、运行、节约电能、自动化程度高。

可编程序控制器（简称PLC）由于具有功能强、可编程、智能化等特点已成为工业控制领域中主要的自动化装置之一，它是当前电气程控技术的主要实现手段。本工程采用德国西门子S7200与软件WinCC flexible相结合，再连接ABB ACS510变频器构成全自动恒压供水控制系统，既利用了变频器调速技术优良的控制性能，又利用了WinCC flexible软件丰富的组态功能，操作方便，界面友好，与PLC通讯快捷。

1 工艺流程概述

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的，如图1-1所示。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。

图1-1供水系统框图

Fig.1-1 Block diagram of the water supply system

水压由压力传感器的信号4-20mA送入PLC控制器，利用S7200软件内的PID编程导向，与用户设定的压力值进行比较，并将PID运算将结果通过PLC程序传送到变频器，以调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速[2]。西门子软件内部自带的PID指令采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑和稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试为简单、方便。

本系统由变频器、PLC和两台水泵构成。利用了PLC程序控制的PID等相关功能，与变频器配合实施变频一拖二自动恒压力供水，具有自动/手动切换功能。变频故障时，可切换到手动控制水泵运行。

控制过程：水路管网压力低时，变频器启动1#泵，至全速运行一段时间后，由远传压力表来的压力信号仍未到达设定值时，PLC控制1#泵由变频切换到工频满频运行，然后变频启动2#泵运行，据管网压力情况随机调整2#泵的转速，来达到恒压供水的目的。当用水量变小，管网压力变高时，2#泵降为零速时，管网压力仍高，则PLC控制停掉1#工频泵，由2#泵实施恒压供水。至管网压力又低时，将2#泵由变频切为工频运行，变频器启动1#泵，调整1#泵的转速，维持恒压供水，如此循环。

2 硬件组成：

系统采用压力传感器、PLC和ABB ACS510变频器作为控制装置以实现所需功能。

信号来源：输配电设备网安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4-20mA的电流信号，提供给可编程控制器。ABB ACS510变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50 Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速，ABB ACS510变频器功能强大，即预先编置好的参数集，将使用过程中所需设定的参数数量减小到小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用默认的宏进行逻辑控制。可编程根据恒压时读取的变频器当前频率值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保管网压力恒定要求。在两个泵的各个主回路中有智能电量变送器，用于测量主回路中每一路的电流和电压，给PLC模拟量输入信号，以确保两台水泵的运行。

恒压供水主电路图如图1-2所示，接触器KM2、KM4分别接到变频的输出端，分别连接1#水泵和2#水泵。而接触器KM1、KM3将工频电源分别接到两台水泵。变频器可以对任何一台水泵启动和恒压供水控制。空气开关（QF）是当电动机过载时自动将电动机从电网中断开热继电器（FR）是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中用作电动机的过载保护。

在切换工频的电机，停车方式设定为自由停车[3]，切忌不能软停车。接触器KM2与KM4断开变频器输出与电动机的连接，再用接触器KM1与KM3接通工频与电动机，用控制变频的接触器的常闭触点去接通控制工频的接触器电磁线圈，即控制变频的接触器和控制工频的接触器一定要互锁。这样就保了变频器的输出端与工频不可能短接，避免切换时造成炸机、跳闸等故障。

对变频器的启/停控制，是将输出端连接的交流接触器是先接通，然后再给出变频器运

转命令；变频切换工频时，变频器需停机时，是先给出变频器停止命令，变频器停掉后，再断开接触器的。其中有0.图1-2供水系统主电路图

Fig.1-2 The main circuit of the water supply system

3 PLC程序设计

3.1自动运行模式：

西门子系列PLC编程采用STEP7软件，它是西门子PLC的视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。

系统程序包括主程序和电机切换程序，PID子程序。主程序主要作用是调用其他子程序；电机切换程序根据PID的运算输出来决定两个泵的运行状态。PID子程序主要是对现场采集的数据进行运算，以达到稳定的控制精度。数据采集程序用于将现场的数据采集到PLC中，用于PID控制以及在触摸屏中显示，便于现场操作。

1.主程序：主程序的作用是初始化子程序,调度子程序,降低程序复杂度,使程序的设计,调试和维护等操作简单化。在主程序中，设置两个变频器频率上下限到达滤波时间继电器，用于稳定系统。

2.PID子程序：Micro/WIN提供了PID Wizard（PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数PID运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。PID的运算数据存储区是自动分配的，向导将自动为其参数表分配符号名，用户不要再自己为这些参数分配符号名，否则将导致PID控制不执行[4]。PID向导中断用的是SMB34定时中断，在用户使用了PID向导后，注意在其它编程时不要再用此中断，也不要向SMB34中写入新的数值，否则PID将停止工作。为保证PID子程序的正常运行，用SM0.0来使能PID子程序，SM0.0后不能串联任何其他条件，而且也不能有越过它的跳转；如果在子程序中调用 PID子程序，则调用它的子程序也仅使用SM0.0调用。

图3-1 PLC控制主流程图

Fig.3-1 Flow chart of PLC control

3.电机切换程序：包括加电机程序和减电机程序，在控制系统作用下，变频器开始运行，启动台水泵M1，当输出压力达到设定值，转速才稳定到某一定值，这期间M1在PLC和变频器的控制下处在调速运行状态。当用水量继续增加，变频器输出频率达到工频时，水压仍设定值，由PLC控制切换至工频电网后恒速运行；同时，使二台水泵M2投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。

降压控制：当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至PLC程序中设定的变频器下限频率时，水压仍设定值[5]，系统将工频运行的一台水泵关掉，继续变频运行另一台水泵，使压力重新达到设定值。

在电机切换程序中，从变频器输出端切断电机的接触器，其控制启动按钮与变频器启动按钮联锁，即启动接触器接通电机后，变频方可启动；电动机接入工频的接触器，其线圈控制回路由变频器输出端切断电机的接触器的常闭触点控制，保变频器输出端切断电机后接入工频；

用plc控制切换过程时，变频自由停车到切除电机要有0.1秒的延时，由电机从变频切除到工频接通要有0.2－0.4秒的延时，整个过程多0.5秒完成；

工频转变频的操作，切断工频与电机的连接，然后接通变频输出与电机的连接。变频转工频的操作，要断开变频器的输出，为保转换瞬间不跳闸，适当延时一段时间，然后工频转变频接触器转换。

PLC设计一套变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化自动调节两台水泵的转速及其投入与退出[6]，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持节能的状态。 

该系统也可以通过人意修改参数指令（如压力设定值、控制顺序、压力上下限、PID值等）；具有完善的电气保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。

3.2手动运行模式：

在PLC或者变频器故障的情况下，操作人员可以在现场根据当时的管网压力的需要，利用控制柜面上的按钮开对两台泵的启停和变频工频运行状态进行控制，每台泵都有变频、工频和运行、停止按钮。

4上位机控制程序设计

WinCC是西门子公司开发的上位机组态软件，主要用于对生产过程进行监控，基于微软公司的bbbbbbs2000或bbbbbbs NT操作系统，作为一款软件，能提供对工业自动化系统进行监视、控制、管理和集成等一系列的功能，同时也为用户实现这些功能的组态过程提供了丰富和易于使用的手段和工具。 采用PPI通讯协议确保组态软件能够与S7-200建立高速无缝的连接[7]，集成的RS422/485通讯口使触摸屏与PLC的通讯加灵活，通信速达 187.5kb/s的ARM处理器，主频达到400MHz，使数据处理快，画面显示流畅拥有特的变量管理器，可以集中管理项目中的所有变量。

图4-1主控站监控画面

Fig.4-1 HMI of control system

主监控画面如图4-1所示，能够实时显示工艺设备的状态，能够实时显示管网的压力以及其它设备信息，点击下面的按钮可以进入相应的界面，对现场设备的运行状态进一步的了解。此外,该监控系统还提供了登陆用户、退出用户、修改密码等功能,设定了两个权限,一个为操作权限,此权限仅能监控；另一个为维修权限,可以对系统进行修改,这样用相对应的权限来实现相对应的操作，有效的保证了系统操作的性。

5 结语

此控制系统运行，大地提高了供水效率，降低的对水资源的浪费。可以根据需要，设定压力值，系统自动进行循环启动，实现恒压供水，系统的响应速度快，稳定性好。变频恒压供水系统根据实际需要水压的变化自动调节水泵的转速，实现恒压供水。且在变频工况下其出口流量小于额定流量，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。操作人员的工作量和劳动强度大大降低，能源和设备的利用率得到提高，保证供水设备管理运行的可预见性，对用户用水质量进行远程管理，实时掌握设备运行情况，并对设备管理提供科学的依据，为用户提供、环保、节能和的用水质量。