西门子6ES7221-1BH22-0XA8厂家供应

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小方坯连铸机是冶金行业中的一项重大节能设备，电气控制已由当初的继电器系统发展为当前的PLC，DCS和过程机控制系统等。下面将介绍1例PLC控制及动态画面自动监控系统在小方坯连铸机上的应用。
小方坯连铸机的性能
该小方坯连铸机是铸机半径为6m的刚性引锭杆式弧型连铸机，四机四流，浇铸断面为120mm ×120mm和150mm×150mm二种，铸坯定尺有3m，6m和12m三种，设备拉速为0.4～4m/min ，浇铸钢种为Q235，20MnSi和45钢3种。电气控制要求采用PLC及网络通讯系统对连铸机全线 实施控制，设计PLC的上位机监控系统，实现CRT动态画面显示和生产报表打印等功能。
PLC控制系统
根据小方坯连铸机设备组成、控制和操作等特点，这里把连铸机分为共用设备和设备两大类，共用设备是指各铸流共用的设备，如钢包回转台、中间罐车等。设备是指每个铸流的设备，如结晶器振动装置、铸坯输出辊道等。
为了设计、编程调试及维护方便，我们设计了由1台PLC控制共用设备，每个铸流的设备各用1套PLC控制的方案，即选用5套PLC对连铸机全线实施控制。依据控制系统所需 要的I/O点数和要完成的一些特殊功能，我们选用了性能价格比较好的SG-8B型PLC，该种PL C采用16位CPU，I/O点数2048点，程序存储器32K语句，并可实现上位通讯、PC通讯和网络通 讯等功能。其内容如下：
1. 框架设备
共用设备和各铸流设备的PLC所用I/O点数均在500点左右，为了便于维护和管理，我们采用的是8槽3框架集中设置的方法，即每套PLC(3个框架)设置在同1个配电柜内，称之为PLC柜 。
2. PLC电源
PLC电源采用交流200V。由于这种PLC设有立的电源模块，其本身具备了稳压电源的作用，适应范围为AC170～264V，所以外部线路再加稳压电源，但是考虑到一般钢铁厂电网干扰较严重，在PLC的外部电源线路上设计了1个隔离变压器。
3. 输入控制
输入控制电源采用直流24V，这主要是一方面考虑到信号线路较长，采用直流电源可避免线 间电容干扰，另一方面采用低电压，可使工作人员在操作台面上操作和维护元件具性。PLC输入模块为32点，模块上有LED工作状态指示。
4. 输出信号灯控制
输出信号灯电源采用直流24V，PLC输出模块选用的是32点晶体管输出式，由于是无触点输出 ，所以提高了系统的性。
5. 输出逻辑控制
PLC的输出逻辑控制电源为交流220V，输出模块选用双向可控硅无触点式。
笔者认为，在PLC控制柜里所有PLC输出采用带熔断器式的接线端子，熔丝的容量根据负载的大小来确定，这样即使某一路负载外部发生短路现象，也不会对PLC模块及整个系统产 生影响。
6. A/D模块
该模块用于各单流设备的PLC系统中，用于接收拉矫机的速度信号和结晶 器内钢水液位高度的信号，这些信号经过运算处理后除参与本系统的控制外，还将通过网络传输给上位机的监控系统，进行数字及画面的显示。
PLC的网络通讯
每套PLC除了完成各种控制功能之外，它们之间还要进行大量的数据通讯，尤其是4套各单流设备的PLC，将分别与共用设备的PLC之间完成许多的电气联锁通讯功能，同时还要把多 种数据信号通过共用设备的PLC传送给上位机监控系统。为此，在该连铸机的电控系统中设计了PLC的网络通讯功能。
SG-8B设计了简单实用的GENIUS网络通讯模块G-01GF模块，在使用时只要在要实现通讯的 每套PLC上插上1个G-01GF模块，再用1根双绞线把它们互联起来，即可实现网络中某1个 PLC对其他PLC的编程、监控和CPU全部信息的通讯功能，网络中信息的传送方式为半双工、 同步同期，多32个局，远传送距离为2 300m，且编程调试其简便。
PLC的监控系统
为了实现小方坯连铸机整个生产过程的集中监视、检测、数据显示、故障报警及记录和生产报表等功能，我们设计了1个PLC实时通讯的上位机监控系统，系统配置如下：
1. 通讯部分：选用了上位通讯模块G-01DM，安装在公用设备PLC上，由于通讯距离较远(约 100m)，所以在PLC与上位机之间增设了1个RS-232C/RS-422接口转换器D-01CV。
2. 主机：IBM386及其以上兼容机。
3. 编程软件：使用了与光洋 (KOYO)S 系列配套的 AMS (Automatic Monitoring System) 组态软件。
4. 画面生成：在GENIUS网络上连接的PLC中所有数据信息，均可通过G-01DM模块传送给上 位机，经数据组态实现了生产动态画面的监控功能。
根据生产需要，在本系统中我们开发设计了30多幅动态显示画面，在显示过程中可通过键盘进行切换，系统也可自动切换到有效故障报警的画面上。对某些画面需要用键盘进行初始化设定，也可操作键盘随时打印出所需的生产报表等。
结　语
该控制系统自1998年初在某钢厂投入运行以来，系统运行稳定，操作及维护方便。由于控制系统设计的自动化程度较高，减轻了工人劳动强度，大大提高了生产效率。

利油田整个油区、社区及东营区部分居民的用电，油田电网的运行对于保证产量持续上产和居民的安居乐业起着至关重要的作用。
从目前来看，油田变电站的控制和管理来看还是处于落后的状况，与国外和一些省市相比具有很大的差异。对于直流系统，自动化监控程度低，大部分的变电站直流系统控制方式简单，多为人工控制和调节，而电池也多为铅酸电池，需要专门直流工进行维护。在管理水平上，变电站的设备管理记录和统计都是值班人员填写报表进行汇报。
随着电子技术和通讯技术的飞速发展，变电站微机保护的成功改造，对直流系统的运行也提出了高的要求。所以必需对直流系统进行改造和完善。向无人化监控管理发展，以达到减员增效和提高自动化管理水平的目的。
AEUD-WIII 全自动智能免维护直流屏采用模块化设计、数字化控制，智能化程度高。该直流电源具有的系统监控功能，着重电池在线管理、接地选线、“四遥”通讯、告警显示和事故追忆等功能进行开发，使得系统性、性高。
该系列全自动智能免维护直流屏采用SEIMENS 公司生产的OP170B 型人机界面,该监控模块具有结构紧凑、显示分辨、性高、寿命长等优点。通过人机界面可以完成整流模块启动，充电状态显示，查看报警信息，手动电池巡检，绝缘监察、接地选线、报警试验、报警复位等直流屏的所有操作，并能显示直流屏的原理图及各个运行参数和各种故障信息。控制模块采用S7-300 系列模块，进行数字和模拟信号的采集及输出。一、控制要求
①整个系统实现了数字化控制、电压调节等都可由PCC 通过软件实现，提高了系统运行的性。
②大屏幕液晶显示屏，汉字菜单驱动，在线帮助，操作简单方便；
③智能化的电池管理，主、浮充自动转换，手动和自动实时监控电池状态。
④接地选线功能，实时监控母线和支路绝缘状况。
⑤完善的告警处理及事故追忆功能，掌握系统运行状态。
⑥完善的“四遥”功能，监控能够监控直流系统。
二、硬件系统构成
根据以上要求，我们开发研制了孤北电厂集中控制室直流控制系统。系统配
置如下：
1、PLC 配置
变电站直流监控系统的PLC 采用SIEMENS 的S7-300 系列模块，根据系统要求，PLC 总体配置如下：
① 处理模块（CPU）：选用CPU314。
② 数字量输入模块（DI）：选用SM321,共1 块（16 点/块）。处理4 点输入信号。
③ 数字量输出模块（DO）：选用SM322, 共4 块（16 点/块）。处理56 点输入信号。
④ 模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共1 块（8 点/块）。处理8 点输入信号。
⑤ 模拟量输入、出模块（AI）：选用SM334,共1 块（4 点入和2 点出/块）。处理
2 点输入和2 点输出信号。
2、操作屏配置
操作屏采用两个OP170B，一个安装在控制柜，一个安装在监控。三、监控系统软件变电站直流监控系统的软件主要有两部分：显示单元和软件单元。
显示单元：主画面、电池巡检画面、电池组电压记录画面、绝缘监察、当前报警画面、历史报警画面、累计运行画面等画面。
软件单元：系统时钟读取、整流器控制、电池巡检、绝缘监察、接地选线、限流电阻控制、累计运行时间、当前报警处理、历史报警信息处理、报警试验、
(一)、显示单元：
操作屏采用工业级人机界面。主要完成下列任务：直流系统运行监控、故障报警、记录和排除提示、参数设置、模拟键盘操作、数据记录处理、累计运行时间等的运行时间和控制。
主画面 电池巡检

（二）、控制软件单元：（只摘录部分功能软件）
1、整流器控制
给定延时
A F1_k1
AN F1_k2
= DO_k1
主充电机给定A DI_k1
JNB _001
CALL FB 21 , DB21
_001: NOP 0
主充电机给定复位
AN DI_k1
AN DI_k2
= L 0.0
A L 0.0
BLD 102
S float_charge
A L 0.0
JNB _004
L 0
T ug_hm0
_004: NOP 0
A L 0.0
JNB _005
L 0
T ug_hm1
_005: NOP 0
A L 0.0
JNB _006
L 0
T DB66.DBD 580
_006: NOP 0
主浮充转换
A(
O DI_k1
O DI_k2
)
JNB _003
CALL FB 20 , DB20
_003: NOP 0
2、巡检：
能够自动（每天定时）和手动进行电池巡检。（部分程序）
每天10 点自动电池巡检A(
L MW 22
L 10
==I
)
FP M 15.2
AN scan_end
S scan_start
按下面板电池巡检键,手动进行电池巡检
A(
A F3_bat_scan
FP M 15.3
O(
A F3_bat_scan
FN M 15.4
)
)
AN scan_end
S scan_start
电池巡检开始
A scan_start
JNB _001
CALL FB 23 , DB23
_001: NOP 0
电池巡检开始，画面转到电池巡检画面
A scan_start
FP M 17.4
JNB _002
L 2
T MW 102
_002: NOP 0
电池巡检结束,复位电池组序号,
L MW 186
L 18
==I
= L 0.0
A L 0.0
JNB _003L 0
T MW 116
_003: NOP 0
A L 0.0
JNB _004
L DB65.DBW 100
T MW 118
_004: NOP 0
A L 0.0
BLD 102
L S5T#2S
SD T 51
电池巡检结束,置位电池巡检标志位
A T 51
= L 0.0
A L 0.0
JNB _005
L 0
T MW 186
_005: NOP 0
A L 0.0
BLD 102
S scan_end
电池巡检结束后,进行过、欠压判断
A scan_end
JNB _006
CALL FB 24 , DB24
_006: NOP 0
3、绝缘监察及接地选线：
能够自动（每天定时）和手动进行绝缘监察及接地选线。（部分程序）
判断系统时钟是否为9 点，若是，则启动自动执行绝缘监察功能
A(
L MW 22
L 9
==I
)
FP M 15.5S auto_gnd_chk
根据绝缘监察霍尔电压采样值与设定值的大小，判断是否出现不平衡接地，若出现，则启动
AN gnd_chk
= L 2.0
A L 2.0
A(
L MW 148
L MW 122
>I
)
FP M 15.6
S en_unbalance
A L 2.0
A(
L MW 148
L MW 122
<=I
)
FP M 15.7
R en_unbalance
使绝缘监察启动的三种条件，有任何一个满足要求，则开始绝缘监察
A(
O auto_gnd_chk
O(
A en_unbalance
FP M 16.1
)
O(
A en_unbalance
FN M 16.2
)
O(
A F4_gnd_chk
FP M 16.3
)
O(
A F4_gnd_chk
FN M 16.4
))
AN gnd_chk
S en_chk
进行绝缘监察时，进入绝缘监察画面
A en_chk
FP M 17.5
JNB _001
L 4
T MW 102
_001: NOP 0
监察完毕，进行监察使能复位
A M 17.0
R en_chk
R gnd_chk
监察完毕，进行对地电阻值，电压值记录及进行报警
A M 17.0
JNB _009
CALL FB 25 , DB25
_009: NOP 0
4、当前报警及历史报警信息处理：（程序略）
故障分类为二级:分为一般故障和致命故障。
一般故障包括：
当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录，此刻显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，时刻，按ACK 解除声音报警，但故障显示仍然存在，直至解除故障。
致命故障包括：
当发生此类故障，将禁止所有控制输出，声光报警，在显示屏上显示故障类型、内容、时刻。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。
普通故障指示（K8）
L MW 84
L 1
==I
= M 8.4
致命故障指示（K9）
L MW 84
L 2==I
= M 8.7
5、显示画面及LED 灯指示
主充电机运行指示灯（F1）
A DI_k1
= M 6.0
= M 6.1
主充电机直流输出故障闪烁报警控制（故障）
A(
O(
L DB65.DBW 202
L 1
==I
)
O(
L DB65.DBW 204
L 1
==I
)
)
JNB _00f
L 1
T MW 52
_00f: NOP 0
蓄电池充电状态显示控制（主充）
A DI_bat
AN float_charge
JNB _019
L 1
T MW 68
_019: NOP 0
蓄电池充电状态显示控制（浮充）
A DI_bat
A float_charge
JNB _01a
L 2
T MW 68
_01a: NOP 0
四、结束语
变电站直流监控系统自1999 年开发后（S7-200 系统），2001 年进行改进（S7-300 系统），至今已近四年，正常运行证明：整个系统设计、合理，操作简单，性高，符合用户预期的要求，已经在胜利油田得到广泛应用，2002 年获得了胜利]油田推广应用项目二等奖，不久将推广应用至其它地区。

除盐水站作为莱钢银山型钢公司25MW发电工程的主要设施，担负着供应三台130t锅炉和四台150t除氧器用水的重要任务。从现场除盐水生产来看，自动化监控程度低，绝大部分的水泵是人工操作控制，在新的改造项目中需要在原先生产工艺上增加多介质、活性炭过滤器以及阴阳离子置换器等生产设备，所以加需要对整个除盐水站进行自动化控制的改造，从而可以节约能源，降低工人劳动强度，大大提高生产水平。
2除盐水生产工艺简介
除盐水改造后的生产线主要设备有6个多介质和6个活性炭过滤器，滤装置，反渗透装置，脱碳风机，阴离子和阳离子交换器，以及生水泵3台（1台变频），高压泵6台，4台除盐水泵（1台变频），反渗透出水泵3台（1台变频）等。生产工艺图见图1：



3 系统组成及软件设计
根据工艺的要求，莱钢银山型钢公司25MW发电工程除盐水站PLC控制系统采用一套西门子的SIMATIC的S7-4007-400挂ET200结构，由一个主站、三个从站和两个PC站（上位机）组成。用S7-400系列模块做主站，S7-300系列模块作从站，主站通过PROFIBUS总线电缆和接口模块与从站通讯，这样的构架既保证了PLC系统的性又为用户节省了成本。主站是由一个支持冗余的底板和S7-400系列电源模块、CPU模块、CP模块组成，模块支持热插拔。从站是ET200M分布式系统，是在工业现场经常使用的PROFIBUS DP现场总线上的从站，用于连接工业控制系统中的各种现场装置。

3.1 硬件配置
本系统是建立在S7-400控制器、DELL 的Pentium工控机平台之上的分布式系统。S7-400是模块化PLC系统，采用标准的以太网通讯，每个控制器可以控制64个回路，大的可处理131072个I/O点，其中模拟量I/O点数为168个，逻辑扫描率为1.25MB/S。S7-400与上位机采用工业以太网，通讯速率为100Mbps。系统主要硬件配置和I/O点数统计见表1和表2，系统配置结构见图2：








除盐水生产线自动化控制系统设计由两级网络组成，一级是过程控制级，二级是基础控制级。
级——过程控制。以S7-400PLC系统作为主要控制,由两台上位机、PLC控制单元加以太网卡等组成工业以太网，监控站利用组态软件WinCC实现对工作现场进行监督控制，处理器采用CPU416，I/O系统采用ET200M，通过ET200分布I/O通讯对流量、液位、pH值、出口压力等参数进行采集，上位机将实时数据库的数据送到服务器的关系数据库中，进行保存和数据处理。过程控制级通过工业以太网将上位机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，从而实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。
二级——基础自动化。PROFIBUS-DP网络是网络集成的底层，主要是连接现场设备。主站S7-400 PLC通过PROFIBUS-DP网与从站通信，一方面主站将控制数据电机速度设定、温度、压力设定、接触器吸合及断开等发送到传动装置；另一方面传动装置的电机转速、传感器流量、温度、压力、接触器触点的通断等数据通过通信传送到主站PLC的寄存器地址。Profibus-DP主要用于工业自动化系统的高速数据传送，实现调节和控制功能，是一种高速通讯，用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯，是计算机网络通讯向现场级的延伸。

3.2 软件设计
计算机操作系统采用bbbbbbs 2000 Professional 中文版本，上位机软件采用Wincc 6.0组态软件来实现。
3.2.1 操作系统软件bbbbbbs 2000 Professional中文版提供了一个快速、的多用户、多任务操作系统环境，是目前使用广泛的工控系统。
3.2.2 Wincc 6.0软件实现了对整个系统的开关量、模拟量的采集和处理，并显示在监控画面上，在对多台重要水泵的控制中的物理量如电流、主回路运行、频率设定，有无故障等都实时显示在系统画面上，方便操作人员及时掌握系统的运行情况。
3.2.3 采用Step7 对西门子可编程序控制器进行配置、编程，它可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的六种（STL、LAD、FBD、CFC、SFC、SCL）进行编程。

4 系统功能实现
根据除盐水生产工艺，监控系统的功能主要是实现对工业新水的加药、过滤、滤、反渗透技术、阴阳离子置换、酸碱作用等控制工序，大致可分为过滤系统、滤系统、反渗透系统、阴阳离子置换系统、与酸或碱结合系统5个子系统，系统监控主画面及分系统画面见图3、图4、图5：









4.1 画面显示功能:该画面通过wincc 6.0软件组态编辑实现动态模拟显示整个除盐水制备的过程。利用数据链接技术使得画面上的元件实现实时动态、闪烁、变色等功能,让画面上的工艺参数以数字、棒图的形式实时显示,并对故障进行实时诊断。
4.2 数据处理功能:对系统采集的各种类型信号,利用各种计算功能、数据变换功能等实现,模拟量信号有流量、压力、浓度及PH值,数字量信号有水泵的运行状态、故障和启/停信号.
4.3 系统操作功能:有自动和手动两种工作方式，正常运行时采用自动方式，故障和调试时采用手动方式。它由PID控制回路实现对一些重要的模拟量数据的控制，以达到期望值。
4.4报表功能与历史趋势功能:生产中的一些参数，需要及时打印，可形成报表。报表分为班报、日报、月报，可定时打印，也可手动任意时间打印。一些重要参数，我们对其进行历史数据存储，形成历史趋势，可以随时进行查看。
4.5报警记录功能：实时地发出所有发生故障的参数的声光报警，提醒值班人员采取相应的措施
5 主要生产设备的控制
生产设备的主要控制方式为自动/远程手动/机旁手动三种方式。
自动控制： 自动完成水泵变频启动的所有相关过程，压力传感器将水泵出口压力信号送至PLC，作为泵出口压力单闭环控制的反馈值（给定值根据实际工况设定），通过PLC对水泵出口压力信号变换和处理。为变频器提供频率给定，实现频率的自动调整.
远程手动：操作人员可根据现场设备运转状况，通过监控站进行单机设备操作，实现除盐水生产的控制工序，作为联锁调试用。
机旁手动：作为单机检修或现场调试用。

5.1 水泵的控制与联锁
因为除盐水的生产不是连续生产方式，并且其产水量经常根据锅炉系统的负荷调整进行调整，所以生产设备（水泵）的控制方式应该能够适应多种情况下的生产方式，如一用一备、两用一杯等不同工况。水泵控制程序流程图见图6：



以生水泵控制为例，生水泵组由三台泵及相应的出口阀门组成（其中的一个泵及阀作为备用），适合不同工况下的需要。控制方式分为机旁控制和远程控制两种。机旁控制是利用选择机旁的启动或停止按钮，通过PLC发出启动或停止信号运行或停止水泵；远程控制是操作人员在监控室根据画面上的启动或停止按钮进行点击操作，包括联动、单机、备用三种控制状态，三种状态可以任意的切换，不影响泵的运行状态。 在联锁状态下，当两台工作泵中的任意一台停运时，备用泵自动启动，停运的泵则作为备用泵。当生水泵出水管压力5.6 MPa时，进行次报警；当运行软水泵出口压力5.4 MPa时，进行二次报警，同时备用泵及出口电动阀自动投入；泵事故跳闸后，泵出口电动阀自动关闭，当每台泵及泵出口电动阀均不能正常运行时，进行紧急报警。各控制及联锁可解列。

5.2 滤装置的控制

图7滤装置运行简图

滤装置的运行主要是对5个电磁阀控制的阀门进行控制：进水阀、产水阀、反洗进水阀、正冲排水阀、反洗排水阀。这5个阀门的状态决定了滤装置的工作状态：运行、备用、反洗。
运行：滤在运行状态下，进行正冲操作，正冲完成后滤装置的进口和出口电磁阀得电，进、出口阀门打开，滤装置投入运行；
备用：滤装置在备用状态下，滤装置的进口和出口电磁阀失电，进、出口阀门关闭，滤装置投入备用；
反洗：滤反洗有两种方式，定时反洗和定压反洗。定时反洗是根据滤运行的时间进行固定时间间隔的反洗，定压反洗是根据滤装置的进出口压差进行反洗，当进出口压差达到一定数值则滤装置也进行反洗。现在的滤反洗一般采用定时反洗。

5.3反渗透装置的控制
反渗透工艺是一种在压力驱动下，借助半透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分闪的分离方法。在水处理工艺运用中，将水中无机离子、细菌、病毒、物及胶质等杂质去除，以获得高质量的水。系统对反渗透装置的控制有三种工作状态：运行、备用、冲洗。反渗透装置有3个由电磁阀控制的阀门，反洗进口阀、产水排放阀、浓水排放自动阀