西门子6ES7232-0HD22-0XA0厂家供应

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2.设备说明：
HZS间隙式混泥土搅拌设备自动控制系统是HZS型间隙式混泥土搅拌设备的控制部件，系统是由上位控制计算机单元，可编程控制器三菱Q00CPU，以及配料，称料控制仪表CB920X组成的分布计算机控制系统。系统能够完成各个工作环节的工作状态控制;系统的启动/停止，及故障的连锁控制;物料配方的管理，上传和下载;异常工作情况下的监控，故障解除和对电动装置的保护控制。
该配料计量系统通过固定落差、动态逐次逼近、脉冲精称等控制方法来提高物料的精度。计算机控制系统可以在管理计算机操作界面上设配料生产过程中所需的各项参数，完成对各单元的初始化设置，系统启动后，测量并显示工作过程中的各项参数，对异常情况给以警告。同时配合控制柜面板上的元器件及监控仪表，可及时切换手/自动状态，修改各项工作参数，达到优化的工作环境。还可以完成工作过程数据的存储,以及生产报表的打印功能。HZS60型混泥土搅拌设备在自动控制系统的支持下可以实现灵活的操作和加直观的自动化生产。


3.系统配置图：
HZS60自动控制系统是由上位控制计算机，面板功能接口，信号适调接口，信号转换接口，功率转换接口以及可编程控制器PLC组成。单元之间利用标准RS232串行口进行通讯，使之成为一套完整的系统。控制系统采用集中方式对拌和设备的主要工作单元进行直接控制，各模拟信号通过CB920X输入控制单元，开关量信号和控制输出信均通过可编程控制器PLC与上位控制计算单元相连接。上位控制计算机还提供生产管理功能和一套屏幕操作界面。
系统组成及功能如下:（可参照系统配置图）


可编程控制器：选用三菱Q系列PLC，此类型PLC比同类型产品具有高水平的应用性和灵活的扩展性能，并且支持目前流行的开放式网络CC-bbbb、PROFIBUS-DP和DEVICENET，为以后的性能提升留下广阔的空间。
物料计量控制单元：选用CB920X-10称重仪表，支持通用的电阻应变片式传感器，内部集成算法，能达到准确的物料计量。同时支持四种物料的配比，通过累计方式自动分批称量，允许手动强制补料。CB920通过RS485/RS232与PLC通讯，进行配方的对写和存储，并且与PLC配合实现的配料方案。
上位计算机管理单元：它通过控制单元来管理各单元的工作，为用户提供可操作的人机界面，存储配料清单，与PLC用RS232串行通讯口进行数据监控，接收各单元传送的异常信号，向用户发出报警信号和处理措施，按年、月、日、时统计班次生产资料，以表格形式打印并将数据存盘。
辅助设备控制单元：采用可编程控制器PLC的DC电压输入电压作为开关量信号适调和光电隔离环节，采用继电器输出单元作为开关量输出的功率放大和隔离环节，控制单元通过通讯口来控制其工作方式。
动力配电控制单元:选用的施耐德电器元件：空气断路器，接触器，继电器，以及电机软启动软停止单元，确保精密控制仪表和电动执行装置的，对各负载之路出现的过流，短路和欠压等情况进行监控，同时各支路设置跳闸反馈保护。
4.控制模式：
该套控制系统分为控制台手动、控制台自动（REMOTE），及上位机自动（LOCAL）三种操作模式。种操作模式主要用在可编程控制器和上位机均不能正常工作的状态下，而后两种操作则依赖于配料控制器、PLC和上位计算机之间的协调工作和正常运行。
5.调试体会：
该套控制系统在调试期间因为是单机系统，基本没有遇见较大的问题。设备的运行情况良好，与其他设备之间的通讯稳定，能满足现场的生产稳定性要求。
6. 用户反馈：
经过近两年的运行，在诸多恶劣的工作环境中运行，此系统未出现任何故障，充分体现场了三菱产品的高度性，得到了用户的高度。

在木工机械中，多采用木工带锯机、木工圆锯机和木工框锯机等木工机床来锯切原木或成材。木工带锯机是环状带锯条张紧在两个锯轮上，环状带锯条由电动机通过锯轮带动，作连续切削运动。按照用途分类，带锯机可以分为锯切原木的跑车带锯机和剖分板材或方材的在剖带锯机。

在跑车带锯机中，跑车的动力设备是装配在底盘上的电动机，经过齿轮传动，带动跑车的主轴进行往复运动。跑车前进为工作行程，跑车后退为返回行程。电动机的正转和反转控制跑车工作台的前进和后退。

在木工机械中，通常采用PLC或单片机控制送料部分的运行。PLC的高抗干扰性和通用性弥单片机控制系统的不足，使得应用较为广泛。

为了保证系统的控制精度，跑车带锯机控制系统采用闭环控制。根据旋转编码器反馈回来的脉冲信号计算跑车工作台的实际距离。当跑车工作台到达设定距离后，PLC输出制动信号，停止跑车的运行，实现跑车的定位。PLC控制系统共有8个开关输入，包括1个高速脉冲信号、1个接近开关信号及启动、停止、进车、退车、点动等。2个开关量输出为制动接触器和后退继电器，分别控制跑车的停止、运动方向。

根据输入和输出的要求，我们选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLIAS-LEC G3 小型一体化PLC。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择自带14点开关量输入，10点开关量输出的LM3107。该模块自带3路立的告诉脉冲输入，其继电器输出的电流容量大为2A，可直接控制制动接触器，中间继电器。

根据跑车工作台运行过程的要求，PLC将当前发送的脉冲值和触摸屏的设定值进行比较。如果当前值小于设定值，系统立即输出制动信号，然后等待下一次前进信号的输入。当系统需要锯路补偿时，程序会根据用户选择的补偿量进行锯路补偿。

以PLC为控制的木工带锯机利用PLC的高速计数功能实现了对跑车工作台的定位控制。PLC控制系统的抗干扰能力强，提高了木工带锯机的加工精度。基于PLC的控制系统不仅可以用于木工带锯机，还可以广泛应用于家具、门窗和木模等制造行业。

改造原因：

现用设备是由德国HAGGLUNDS DRIVES公司于93年底安装交付的，控制主机采用的是西门子代PLC产品S5-95U。控制机由双PLC构成，CPU和I/O模板均为冗余配置。控制机是双机一用一备，手动热备切换。由于S5产品正逐步退出市场，模块备件供应周期很长，性差，某些部件甚至有价无市。三台设备的PLC都已经配置不完整，只能单机维持运行。为了保证设备满足稳定生产的需要，决定将S5升级到S7。

原S5系统的构成：

控制主机采用的是西门子S5-95U，人机界面为DAA型ITT288-240S智能信息显示器。ITT信息显示器配带有操作按键和通讯口。可实现设备各种状态信息和报警的显示及确认，以及相关工作参数的设置和操作指令的下发。因设备期服役，人机界面现已经失效。虽然人机界面失效不会导致全系统停机，但系统只能默认在某一模式下工作，且无法在必要时候系统的状态和报警信息。柜内器件，除了PLC配置不完整外，其余器件状态尚可。系统所用压力，转速，温度及液位传感器的状态不明。由于人机界面失效，状态无法显示，而且设备一直在运行，无法检测，故系统所有传感器状态不明。器件勉强能维持工作，精度较差。

改造方案：

为恢复控制设备的可维护性、兼容性和可扩展能力，设备这些方面的不稳定对正常生产的影响和隐患，需要对现有控制系统进行改造升级。

经业主同意，对原有控制柜进行整体升级替换。一方面是全新换性能，同时为保证施工质量和进度，整体替换也是的选择；另一方面是原有柜体和低压器件已经没有保留的，在原柜体内改造，施工工期没；其三整体替换费用没有增加。设备新以控制柜端子为界，柜外保留不变，柜内全部新。新设备的功能不变，工艺原理和操作习惯立足原有规范，并根据积累的经验进行新设计升级。

PLC:根据设备的工艺性能要求，PLC采用西门子经济型产品S7-200。取消双PLC的运行模式。采用单PLC模式，辅以备件，保证系统在意外之时能快速恢复工作。

HMI：人机界面采用带按键的触摸屏。除保留系统原有功能，提供完备的信息提示和反馈，方便的操作。界面全部中文化。

原系统没有立于PLC的纯手动功能。从而系统失去了在PLC失效状态下，由操作人员进行立处置的灵活性。因此，在新的控制系统中，增设一套纯手动功能，手动逻辑与PLC无关。在手动模式下，只有液压主泵的启停和液压机构的换向操作可以由操作人员根据需要强制进行，没有其他连锁条件。其他部分比如提升机构，液压油温等不提供手动功能。

增设一旁路信号。用途是在特殊情况下，操作人员可以根据需要，在保证的情况下，人为地给其他系统一个允许开机的连锁信号。也就是在全系统的开机连锁逻辑中将炉渣破碎机的状态旁路掉。临时满足维持全系统的正常运行。

效果反馈：

控制系统S5升级改造工程于2007完工至今，设备状态及性能稳定正常，各项功能指标均达到用户的工艺要求。系统的扩充，性能的提升，设备的升级，服务的升级。

一、前言：中国工业领域一直以来对于国产PLC有一种排斥的心理：受制于的劣势，总是以低的价格去冲击市场，而由此造成的直接后果就是缩短研发周期，缩减研发经费，选择临界质量的硬件以达到压缩硬件成本的目的。一个恶性循环就此形成，似乎永远也不可能消失的劣势！当然，口号的力量永远微乎其微，而市场对于质量的认可与否才是建立有力的推手。作为国产大中型PLC的者，南大傲拓科技为了改变工业领域一直以来对于国产PLC的消费观念，我们力求研发团队的完整性，做到任何一个细节的至善至美。软硬件研发的自主知识产权及强大的自主能力，造就了产品坚若磐石的质量体系，我们可以在任何时候，任何场合接受市场的检验。

二、NA400PLC的通讯特点：

1、NA400PLC的CPU模块均配置串口和以太网口，其中以太网口支持MODBUS TCP/IP协议，用作工业以太网通讯接口，在整个网络配置中勿需专配以太网模块；串口支持MODBUS RTU及自由端口通讯协议，支持串口扩展。通过DP主站和子站模块可构成PROFIBUS DP网络，远程I/O可控。

2、便利的通讯指令：无论您使用何种通讯协议都可以做到编程简单，程序简洁，勿需再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼。

三、三垦变频器通讯协议：

三垦变频器的通讯采用RS485串口，通讯协议；与通讯有关参数设置如下：

cd146:选择通信功能设定为1，有串行通讯功能

cd147:变频器编号在PPI时设定为1

cd148:通信速度选择与PLC的串口通讯波特率一致，此例设定5（19200bps）

cd149: 奇偶检验位设定0，无校验

cd150: 终止位的设定选择0，2位

三垦变频器的通信规约如下：计算机到变频器的信文规约：

参考：1、作为校验和的计算例，1号变频器的功能码设定为50.00Hz时

2、频率数据的整数部分固定为3位、小数部分固定为2位

写入命令：

数据的读取：

四、NA400 PLC与三垦变频器的通讯程序

对于通讯协议，NA400 PLC采用自由通讯协议与之通信，信文格式遵循原始格式。

例子完成3项任务：正转指令设定，输出频率写入及输出频率读取，变频器地址1，通信格式：19200bps 8 N 2

定义变量：选择序号，定义名称、维数及数据类型

1、 输出频率写入

三垦变频器输出频率设定信文格式（ASCII），转换为十六进制：40 01 50 24 0D 0A共6字节，该命令返回8字节

命令串放在以下定义的变量寄存器中：

返回数据存放在%MW0055至以后连续8个寄存器中

示例程序如下：XMT/RCV分别为发送和接收指令，发送方式可根据工况灵活设定。

2、 正转指令设定

三垦变频器正行指令信文格式（ASCII）（此例设定50Hz），转换为十六进制：40 01 4F 13 88 D5 0D 0A共8字节，该命令返回12字节

命令串放在以下定义的变量寄存器中：

示例程序如下：因为在实际工况下需要随时改变频率设定，所以可对示例程序中的SEND10[3]，SEND10[4]进行对应的变量运算，可以做到随时接收上位机的频率改变命令并发送变频器改变输出。

3、 输出频率读取

三垦变频器输出频率读取指令信文格式（ASCII），转换为十六进制：2A 30 31 43 0D 0A共6字节，该命令返回12字节

命令串放在以下定义的变量寄存器中：

返回字符串存放在以下定义的变量寄存器中：

示例程序如下：在实际工况下需要对接收的字符串进行相应的处理，所以需要进行变量的处理，从而可以在上位机显示采集的数值。

五、结语：自由端口通讯协议对于工业网络中不同设备之间的兼容提供了大的方便性。建立在此基础上的系统集成开发和设备使用维护，要求参与者读懂设备信文规约然后才有可能达到熟练程度，因此就要求软硬件开发商在使用说明中尽可能的详尽清楚的解释

一、 概述

1.1污水处理简介

1、概况：相关资料显示，美国平均每1拥有1座污水处理厂，英国和德国则每7000~8000人就拥有1座污水处理厂，而中国每150才拥有一座污水处理厂。所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。

2、常用的污水处理工艺：污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法。常用的工艺有以下几种：

（1）传统活性污泥法。古老的污水处理工艺，关键组成部分为曝气池与沉淀池。污水中的物在曝气池停留的过程

图1

中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。

该工艺的优点有：物去除；污泥负荷高；池的容积小；耗电省，运行。

该工艺的缺点有：普通曝气法占地多，因而建设投资大；仅能满足污水处理标准中的相关指标；容易产生污泥膨胀现象；磷和氮的去除率低。

（2）A/O法。在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中A代表Anocix（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一种缺氧—好氧生物污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化—反硝化反应系统，很好地处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是硝化—反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了高的管理要求，这也形成了该工艺的一大缺点。

（3）氧化沟法。是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动，因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉淀池和污泥硝化池、物去除率较高、脱氮、除磷（沟前增设厌氧池）、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、耗、运转费用偏高的缺点，适用于中小规模的低负荷污水处理厂。可根据构筑物不同分为：卡鲁塞尔氧化沟法、奥贝尔氧化法和一体化氧化沟法。

另外还有A2/O法，A/B法， SBR法及UNITANK法，在这里就不详尽介绍，，如需了解详细，请查阅相关资料。

3、污水处理系统控制形式

（1）DCS系统。是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。有计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：

①采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。

②实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，性提高。

③扩展能力较强。

④软硬件资源丰富，可适应各种要求。

⑤实时性好，响应快。

（2）现场总线控制系统。是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备与计算机之间进行和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点如下所示：

①可利用计算机丰富的软硬件资源。

②响应快，实时性好。

③通信协议公开，不同产品可互连。

（3）PLC系统。可编程逻辑控制器用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：

①编程方便、开发、维护容易。

②通用性强，使用方便。

③控制能力强。

④模块化结构，扩展能力强。

二、 系统设计

1、 污水处理系统的工作原理

（1） 控制系统总体框架图：如图2所示，NA400 PLC为控制器，通过检测操作板按钮的输入、各类传感器的输入以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。

图2

（2） 工作过程：在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板的按钮输入来控制，无逻辑限制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下，进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启挺控制，其工作过程如图3

① 接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。

② 运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环运行。

③ 根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行和停止。

④ 进水泵房中的潜水泵根据液面的高低进行运行、停止及运行数量的控制。

⑤ 转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行和停止。

⑥ 污泥回流泵的运行和停止根据液面的高低进行控制。

⑦ 在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

图3

2、 硬件系统配置

（1） PLC选型。根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、性等方面考虑，选择NA-400PLC作为污水处理系统的电气控制系统的控制主机。该系统涉及的数字量输入/输出点较多，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此也需要扩展模拟量输入/输出模块。具体配置如表1

名称	型号	说明	数量
电源模块	400PWM4011001	直流24V电压输入，额定电流：20A 功率：100W	1
CPU	400CPU401-0301	CPU，内置2个RS232（标准MODBUS），1个以太网口（标准MODBUS/TCP），程序空间4M	1
数字量输入	400DIM4013201	32点输入24VDC(漏型)	1
数字量输出	400DOM4011602	16点输出继电器	2
模拟量输入/输出	400AIO4011601	模拟量输入模块 8通道，电流型 ；模拟量输出模块 8通道，4~20mA电流	1

表1

（2） PLC的I/O点资源配置

① 数字量输入部分，在此控制系统中，所需要的输入量基本上属于数字量，主要包括各种控制按钮、旋转按钮及数字输入，共31个数字量输入，如表2所示。

 

表2

② 数字量输出部分。在这个控制系统中，主要输出控制的设备有各种接触器、阀门等，共有19个输出点，其中具体分配如表3所示。

 

表3

③ 模拟量输入部分。由于需要采集一个溶解氧仪所反馈的数据，因此扩展了一个模拟量输入输出模块，具体如表4所示

表4

④ 模拟量输出部分。在此控制系统中需要将采集回来的模拟量进行数据处理，然后，通过模拟量输出口对变频器进行控制，进而控制其他设备的运行，如表5所示

表5

（3） 其他资源配置

① 接触器 此系统共需17个接触器：格栅机接触器、清污机接触器、潜水泵接触器、分离机接触器、转碟曝气机接触器、潜水搅拌机接触器、刮泥机接触器等。

② 变频器。使用SIEMENS MM430变频器，其为风机水泵负载变频器，。在此控制系统中，需要对变频器进行通信控制，因此需要先对变频器的参数进行设置，主要对以下几个参数进行调整，如表6所示。

参数号	参数值	说明
P0003	3	用户访问级(级)
P0700	5	选择命令源(通过COM链路的USS设定)
P1000	5	频率设定值的选择(通过COM链路的USS设定)
P2009	1	USS使能规格化,如果P2009设置为1,数值是以十进制数的形式发送,即4000(十进制)(=0FA0hex)等于40.00Hz.
P2010	6	USS波特率(9600波特)
P2011	1	USS地址,为变频器一个的串行通讯地址.
P2012	2	USS协议的PZD(过程数据)长度
P2013	127	USS协议的PKW长度,可变长度

表6

对于次系统的变频器，在进行手动调试时采用通信控制，因此需要改变变频器的参数。

③ 各类按钮、人机界面、液位差计、溶解氧仪等。

3、 软件系统设计 在设计程序过程中，会使用到许多中间继电器、寄存器、定时器等软元件，为了便于编程及修改，在程序编写前先列出可能用到的软元件，如表7所示。

（1） 手动控制程序 在系统上电后，控制方式选择手动方式时，可通过面板上的按牛控制每个设备的运行。设置手动主要是便于在生产线初装时进行调试，检测各个设备是否能正常运行，手动控制程序如下。

（2） 自动控制程序 在生产中，大多采用自动过程进行控制，系统通过传感器的反馈信号来控制设备的启动和停止，以及调速控制，自动控制程序如下所示。

（3）功能程序 在此系统中，采用模块化编程，功能块涉及粗、细格栅机，潜水泵，除污系统，污泥回流系统及变频器通讯等。这里只举例介绍其中几种并介绍与变频器通讯的功能块。

①粗格栅机系统程序，完成粗格栅机和清污机的控制，系统梯形图如下。

②曝气沉砂系统程序，完成对转碟曝气机运行、调速及停止的控制，曝气沉砂系统梯形图程序如下。

③变频器读取参数程序，用于变频器的输出频率，变频器读参数梯形图程序如下所示。

④PID指令，用于模拟量的处理，输出数据AOUT到%QW0001，用于输出模拟量来控制其他设备的运行。

三、 系统设计中的问题及解决方法。由于污水处理系统的机械结构种类较多，而且不同类型的污水处理方法，其控制方法也有很大差异，因此需要确定采用什么形式的污水处理法，然后决定控制方式。在电气控制方面的要求比较多，需要检测大量的数字量，而且需要采集模拟量。

（1）硬件方面的问题 在污水处理系统中，主要的硬件问题包括机械结构和PLC的外围电路设计和接线处。

机械结构上的问题主要是转碟曝气机的安装位置，需要根据氧化池的结构，放置在合适的位置上。若位置合适则可使用少量的曝气机就能完成供氧的功能。在PLC的外围硬件连线方面，主要是增加一些保护设备。由于输出都是和接触器等元件连接，接触器的突然断开和闭合会形成突变波形对PLC的输出端子造成损坏，因此需要加装一些保护装置，例如，续流二管等，增加触点的寿命。

（2）软件方面的问题 在程序编写完毕后，需要在电脑上对程序进行软件，主要是检查是否存在各种错误，可利用NAPro自带的软件。然后通过模拟硬件的方式检查程序是否存在逻辑上的错误。调试时，可根据功能模块分类分别调试，后进行总体调试。

四、设计小结 此控制系统采用了南大傲拓科技有限公司的NA400系列PLC作为控制设备。在该系统中利用定时器和计数器组合实现了长时间定时，变频器的控制方式采用模拟量控制，通过PID指令实现闭环控制，达到了污水处理系统的控制要求。在此要感谢山东飞洋环境工程有限公司的电气工程师张云峰，在他的大力下，是文章的内容得到大的丰富。

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