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西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8产品
PLC的编程语言与一般计算机语言相比,具有明显的特点,它既不同于语言,也不同与一般的汇编语言,它既要满足易于编写,又要满足易于调试的要求。目前,还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的其编程语言都具有以下特点图形式指令结构:程序由图形方式表达,指令由不同的图形符号组成,易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形,用户根据自己的需要把这些图形进行组合,并填入适当的参数。在逻辑运算部分,几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图,很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示,它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系,很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等,一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示,虽然象征性不如逻辑运算部分,也受用户欢迎,明确的变量常数:图形符相当于操作码,规定了运算功能,操作数由用户填人,如等中的变量和常数以及其取值范围有
简化的程序结构:的程序结构通常很简单,典型的为块式结构,不同块完成不同的功能,使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念
4.简化应用软件生成过程:使用汇编语言和语言编写程序,要完成编辑、编译和连接三个过程,而使用编程语言,只需要编辑一个过程,其余由系统软件自动完成,整个编辑过程都在人机对话下进行的,不要求用户有高深的软件设计能力。强化调试手段:无论是汇编程序,还是语言程序调试,都是令编辑人员的事,而的程序调试提供了完备的条件,使用编程器,利用和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等,并在软件支持下,诊断和调试操作都很简单。
总之的编程语言是面向用户的,对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练
1 系统结构
辽化鞍山炼油厂催化主风机组(以下简称“鞍炼机组”)选用GEFanuc公司的90-30PLC,设计上主要保证系统处理时间块、性高及(图1)。
PLC主机及I/O站组成本系统的基本控制层。PLC主机采用的是5槽底版,其上的卡件分别为一块PWR卡,一块CPU卡,两块GBC卡,一块ETH卡及一块空卡。用户通过编程器,使用其强大的内部控制指令来实现逻辑控制。I/O站采用的是VersaMax,本套系统总共挂接了5组VersaMax,每组VersaMax由一个网络接口单元(NIU)及多8个现场I/O模块构成。
上位控制层采用的是两台性能优良的ADVANCE工控机,其主要任务是控制和管理,并通过数据通讯对PLC进行监视与控制,进入PLC的信号通过以太网可在工控机上显示。
2 系统特点和组态
两组PLC控制器互为冗余,双机热备软件MaxON负责管理两PLC之间的主、备切换以及数据的交换。正常情况下,主PLC控制器完成系统操作,一旦主PLC控制器失效,则备用PLC将立刻接管对整个系统的控制。主、备控制器的确定可以人为(%M1020),也可以由系统根据情况确定。
PLC与VersaMax进行通讯的Genius总线采用冗余结构。正常情况下,系统从GeniusA总线数据,同时检测GeniusB总线的状态,一旦系统检测到GeniusA总线故障,则会对GeniusB总线存取数据,从而保证了系统的运行。
GBC模块可以自动报警及某些PLC故障。在一个总线扫描周期,只有一条诊断信息发送,设备保存其余的诊断信息直到下一个可获得的总线扫描周期。GBC保存其接收到的任何诊断信息,该信息被CPU自动读取,并在Versapro软件的PLC故障表中显示。
CPU的扫描既可以尽可能快的进行也可以被分配一个恒定的时间段。不管是否使用恒定的扫描时间,CPU的扫描总是从执行逻辑程序及变I/O开始,其余的时间用于通讯及后台任务。
GE90-30系列PLC有两种冗余方式,本套系统采用的是HBR冗余中的“HotStandby(热备)”模式。
Maxon主要用于完成冗余系统(PLCA,PLCB)之间用户数据范围的定义、冗余变量的定义及冗余软件与VersaPro之间的结合。由于Maxon1.5与VersaPro2.02之间的版本兼容性问题,VersaPro的组态包括PLC硬件配置的组态及逻辑组态两部分,由编程器执行逻辑及配置信息的下装。
I/O系统的硬件配置由编程器来完成。通过编程器可设置NIU在Genius总线上的地址,所挂I/O模件的类型,每个通道的信号形式、范围与通讯有关参数的设置等。通过接口线缆将编程器的COM口和每个I/O站的NIU接口连接,并将相应组态文件下装。
PLC硬件组态包括CPU的组态、GBC(2个)的组态及以太网卡的组态。
本系统所选用的CPU为IC693CPU364,在CPU的组态过程中,需要注意的问题为:(1)对于双机热备的控制系统,在CPU的组态中,主PLCCPU的ChksumWrds被设置为11,备PLCCPU的ChksumWrds被设置为12,对于单片机系统该值为8。(2)SWEEPMODE通常设置为“NORMAL”。
本系统所选用的以太网卡为IC693CMM321,在以太网卡的组态过程中需设置的内容为:(1)IPAddress(IP地址):用于标识TCP/IP主机的32位地址。(2)SubnetMASK(子网掩码):辨别某IP地址是在本地网络还是在远程网络。
本系统所选用的GBC卡为IC693BEM331,在GBC的组态过程中,需要注意的内容为:(1)PLCA中的两炔GBC的SBA均为31,PLCB中的两块GBC的SBA均为30。(2)对于冗余系统,GBC中bbbbbDef选项为OFF,Outatatart选项为DISABLE。
本系统的上位控制层采用的是美国GEFanuc公司推出的能够提供企业级解决方案的人机界面和数据采集与监督控制软件CIMPLICITYHMI6.0。
3 软件编程
PLC接收的现场输入模拟信号在CPU中是以0~32000的数值形式表示的,但是,由于各被测参数的测量范围不同,使相同的信号输入,代表的实际工业值却不同,大大降低了程序的可读性,同时给报警的测定运算带来不便,因此,我们对输入信号进行了相应的转换,利用VersaPro软件提供的乘、除运算模块先计算出相应的工程单位值,再进行数值比较,具体公式如下:
(PV*量程/32000)=工程单位值
其中PV代表以0~32000表示的现场输入信号值。
在VersaPro中提供了PID模块,“鞍炼机组”工程中有10个PID控制回路。下面以“主风机润滑油压力控制回路—1412”为例来介绍此模块的用法:
(1)PIDISA模块
PIDISA模块从%R4201开始到%R4240,共占用了40个%R寄存器,其中14个即%R4214就是PID模块的输出“CV”。在PIDISA模块中填上相应的“测量值PV”、“给定值SP”、“手/自动切换开关量MAN”等参数地址,就构成了一个完整的PID控制模块。由于是在上位机HNI中用脚本来控制手动情况下PID的输出,所以“UP”、“DN”参数可以只定义地址,但不使用。
(2)无扰动切换的实现
在闭环控制回路中,当进行手/自动切换时要求输出无扰动。实现的办法是在手动状态下,“给定值SP”始终跟踪“测量值PV”的变化,只有这样才能实现从手动到自动状态时输出无扰动。
经济发展使得人们的生活水平逐渐的提高,但同时也使人们周围的生活环境不断恶化,人们逐渐意识到环境污染的危害,并提出了经济与环境协调发展的要求。大气污染与人们的生活息息相关,因为它会直接造成人群死亡率增加,破坏生态系统,造成的经济损失。而火电厂、炼钢厂等工业所排放的废气正是大气污染的主要来源。鉴于此,国家有关部委了法规要求电厂增加脱硫系统。当前行业内对减排的主要方法有:烟气脱硫。将锅炉烧煤后的烟气通入石灰水中洗气,将硫产物吸收,石灰水洗气后加入氢氧化钠NaOH再生,这就是脱硫。目前应用较为广泛的烟气脱硫工艺有:石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、烟气循环流化床脱硫、海水脱硫、电子束法脱硫。国内针对过200MW的大型机组考虑采用石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫。本文结合西门子电气公司西门子系列PLC在山西某自备发电厂(简称弘电)2×200MW机组烟气脱硫系统的实际应用,着重探讨石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫监控系统部分设计与实际应用。
2、湿法脱硫工艺简介
石灰石(石灰)—石膏湿法脱硫工艺采用易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水磨制成吸收浆液。在吸收塔内,吸收浆液与气接触混合,烟气中的与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除,终反应产物为石膏。其反应原理可用以下化学反应方程来描述:
CaCO3+SO2=CaSO3+CO2
2CaSO3+O2=2CaSO4
弘电脱硫工艺系统由三个子系统组成:#1炉系统,#2炉系统和公用系统。其中#1炉系统与#2炉系统的组成结构基本一样,分别负责来自1号和2号锅炉烟气的脱硫任务,按功能分成烟道功能子系统和吸收塔功能子系统。公用系统是指#1炉和#2炉共同使用的功能设备的统称,按功能划分为公用辅助系统、石灰石卸料与磨制系统和废水处理系统等。
3、脱硫控制系统
根据上述脱硫系统的特点,整个控制系统也划分三个子系统,共采用三对西门子电气公司的西门子系列PLC300系列控制器组成冗余的控制系统和网络,控制器通过西门子系列N以太网模块与100M以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站,采用双机热备运行方式。
脱硫DCS系统运行时需要与#1、#2锅炉的DCS系统进行状态信号的交流,从#1、#2过来到达脱硫DCS系统的状态主要有:锅炉的负荷、锅炉油工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉MFT以及电除尘的运行状态。从脱硫DCS系统传递到#1、#2锅炉DCS的信号有:旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行,所以锅炉DCS与脱硫DCS之间的接口采用硬接线方式。
#1炉和#2炉设备是相对立的,它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统,#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护,这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过Modbus-TCP协议传输,从而节省了重复的IO电缆铺设费用。脱硫DCS系统主要实现的功能有:数据采集系统(DAS),模拟量控制系统(MCS),组态软件和顺序控制系统(SCS)。
(1)数据采集系统(DAS)
数据采集系统按所选定的数据采集设备的采样速率,周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示,作为运行人员监视和操作现场设备的依据。
数据采集系统的基本功能有:数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。
数据采集系统是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态,然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后,将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的,脱硫DCS系统拥有两个数据库:一个是控制器数据库,另一个是上位机数据库。上位机通过Modbus-TCP协议与控制器联接,按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化,并同时对上位机数据库与画面显示进行新。
(2)模拟量控制系统(MCS)
模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能,脱硫控制系统的主要闭环调节回路有:增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆流量调节,还有公用系统中的滤饼厚度调节等。
●增压风机入口压力调节
增压风机入口压力调节的目的在于使锅炉炉膛压力保持稳定。将锅炉正常运行时的引风机出口压力作为增压风机入口压力调节的设定值,测量实际运行的压力,然后进行比较得出偏差,偏差经过控制算法计算,得出调节量作用在增压风机的调节导叶上,使得增压风机入口压力稳定在设定值附近。
增压风机入口压力闭环调节控制算法通常是PID调节,这是因为PID算法简单而且能够满足工程的要求。为了提高压力调节的响应速度,将锅炉负荷作为前馈量引入到调节中,从而缩短了调节时间和减小了调量。
●吸收塔液位自动调节
高温气进入吸收塔反应后由于冷却和饱和作用会带走一部分水,使得浆液变稠,脱硫吸收效果变差。这部分损失掉的水,通过吸收塔上部的除雾器冲洗系统进行。除雾器冲洗系统由32个电磁阀组成,每组8个,共四组。它们是按一定的顺序轮流开关,两个工艺相邻阀门之间的开启间隔时间则是依据吸收塔液位来进行调节。
在所能参考的资料中还没有的吸收塔液位与气流量关系的数学模型,根据热力学原理,由进入吸收塔内的气流量及其在塔内的热量交换可以计算出蒸发与饱和作用带走的水量率,定吸收塔除雾器冲洗阀每次开阀冲洗的时间为常数,只要烟气所带走的水量率按时间作积分所得的值等于每次冲洗所能的水量时,则进行冲洗。由此得到了吸收塔除雾器两次冲洗的时间间隔,它随着烟气流入量的波动而变化。
在弘电项目的吸收塔液位调节算法中,增加了一个阈函数,意在使液位能够尽快地收敛到设定值附近。其基本原理是当吸收塔液位偏差的大于预先设定的阈值时,吸收塔调节时间将乘以一个惩罚系数,促使调节往收敛方向加速发展。惩罚系数可以是偏差函数或者是常数,在弘电的脱硫系统中,液位偏差落在偏差阈值内时,惩罚系数为1,当出现正偏差并出阈值时,惩罚系数可取为大于零而小于1的数值,这样就能减少除雾器冲洗门两次冲洗的等待时间;当出现负偏差并出阈值时,可将惩罚系数取为大于1的数值,从而延长冲洗间隔时间,添加了惩罚系数能使控制效果得到好的改善。
●石灰石供浆流量调节
石灰石供浆流量调节的目的在于调节吸收塔内的pH值,使烟气与石灰石浆液在适合的pH值下发生化学反应,这是保证脱硫质量的关键之处。
采用普通的PID控制时,由于pH值具有较大的滞后,控制效果并不理想。考虑到影响吸收塔pH值的主要因数是烟气中的硫元素与浆液中的钙元素的摩尔比,因此在弘电脱硫系统中使用了串级PID控制的思想。引入了硫钙比闭环调节的石灰石供浆流量调节后使得系统的反应速度和调量等都有了较大的改善。
硫元素和钙元素的摩尔比不能直接测出,只能经过间接的方式求出。脱硫系统安装有原烟气分析仪和烟气差压计,经过流体力学中的伯努利方程计算可以粗略得到烟气的流量值,进一步算出硫的摩尔数,将主控回路中的输出作为修正系数算出与硫摩尔数对应的钙摩尔数,根据现场安装的石灰石浆液密度和供浆流量算出钙的摩尔数,比较得出偏差,经副控回路计算后作用在供浆调节阀上。
●滤饼厚度调节
石膏浆经过旋流后,底流将输送到真空皮带进行真空脱水,为了保证脱水效果,滤饼厚度要控制在一定的范围之内。滤饼的厚度往往容易受到底流浆液密度和流量变化的干扰,因此通过设立一个滤饼厚度调节降低操作人员手动介入操作的频率,降低操作人员的劳动强度。
滤饼厚度调节是通过测量滤饼的厚度与工艺设定值做比较,进行偏差抑制的PID运算,得到的输出作用在真空皮带的变频器上,以达到运行的期望。其原理比较简单,采用常规的PID算法即可。实际南通弘电石膏滤饼厚度测量仪表安装位置不当,造成了为严重的滞后,采用常规PID算法会出现不稳定的效果。为此,在工程中应用了其他的控制方法,譬如适当延长PID调节的采样周期或者采用智能控制方法,都可以使系统稳定在一定范围之内,效果有了较大的提高。
(3)组态软件的选择
在众多的组态软件中,常见的组态软件有wincc、ifix、intoch和国内开发的组态软件组态王等。其软件各种开发功能各有千秋。其中IFIX软件是美国的工控组态软件,在美国工控软件中。IFIX软件适用于各种PLC,例如支持西门子200300400,三菱A系列,Fx系列;,GE等。支持各种工控板卡,RS_232,RS_485,honywell公司R_150,R_160,S9000,各种智能变送器。也可用于工业控制管理网络。IFIX是一个软件系统。其部分提供了各种基本功能,这些功能使得应用程序可以执行的任务。其中两个基本的功能是数据采集和数据处理。IFix提供了大量的IO驱动器。这些驱动器具有查错、报告、恢复、内置数据以及支持冗余通讯。IFIX软件还支持DDE服务器。IFix提供和特殊的IO设备的各种IO驱动程序,由于每个IO驱动支持特定的硬件,因此每个IO驱动由各自的手册介绍。IFIX软件是真正32位软件,支持bbbbbbSNTbbbbbbS2000。IFIX软件具有强大的网络功能,支持NetbiosTcpip。IFIX软件支持200多种国内外PLC,DCS,IO板卡产品,可为产品定做驱动程序。
●IFIX软件采用DLL通讯方式,采样速度快,性高;
●IFIX软件具有强大的ODBC技术,支持Oracle,Sybase,FoxPro等关系数据库;
●IFIX增加了OPC功能(OLE方式的IO设备驱动程序接口);
●IFIX内嵌VBA,以及双机热冗余功能。
采用那种组态软件并不重要,关键是利用软件实现工程设计中的控制思想和控制模式。IFIX软件有这么多优点,把它作为自控系统的开发软件是的选择之一。
(4)顺序控制系统(SCS)
顺序控制系统(SCS)可以使操作人员在控制室内监视和控制脱硫系统的所有电机、阀门,并实现设备的连锁及保护。顺序控制系统(SCS)能完成大量设备的高度智能化控制,它将设备按功能相关原则归组和划分为功能组和功能子组,按照所编写的程序一步一步执行下去,从而减少了操作人员的手动介入,降低了操作人员的劳动强度和误操作风险。
系统中的任一种设备或功能组都可以抽象为一个函数模块。根据设备的不同,其函数模块也会表现为形式参数、内部条件判断和输出的不同。
函数模块一般都包括以下形式参数操作员输入指令;自动控制输入指令;保护连锁输入指令;各种指令屏蔽条件;指令互锁;设备状态反馈。
函数内部条件判断是编程人员依据工艺的要求编写的判断程序,以保证各种指令按照人们的期望执行下去。
输出则是输入经过内部判断所希望得出的,譬如说某电机或功能组具有自动控制ON指令输入并且内部条件判断满足,则输出为电机或功能组启动。
脱硫系统的主要顺序控制组有:烟道系统、挡板密封风机、气气换热器、净化风机、增压风机、吸收塔系统、石灰石浆液泵、循环浆泵、除雾器、石膏排出泵、石膏溢流浆液泵、真空皮带脱水系统、工艺水泵、废水处理系统和石灰石输送及制浆系统等。
每个单元的热工保护直接在各个单元控制器中实现,它们作为设备函数模块的保护参数输入驱动设备。一些参与保护的重要模拟量的采用三取二的表决原则或采用双重测量方式,以保证系统运行的性。由于旁路挡板在脱硫系统中的特殊地位,在远程操作站上专门设有紧急开启按钮,直接通过硬接线操作旁路挡板和向DCS控制系统发送紧急开启信号。
4、分析及讨论
弘电脱硫系统#1炉单元和公用系统已投运,#2炉单元也将在年底投运。由#1炉实际运行效果来看,采用西门子系列PLC控制后大大降低了操作人员的劳动强度和系统运行的性与连续性,能够实现大型DCS控制系统的功能,并且它们的运算处理时间相差并不大,而在成本与开放性上PLC比DCS有较大的优势。自控系统是烟气脱硫工程的神经,是地把脱硫工艺和工业自动化系统结合起来,达到大脱硫效果。自控系统的好坏直接决定了脱硫工程项目实施的成败,国内烟气脱硫项目在工程施工和调试阶段暴露很多问题,而这些问题直接的原因是自控系统的设计不合理。脱硫工艺有上百种,只有把脱硫工艺和自动化系统的结合起来,才能发挥大的效益;当两者结合到一起时也带来了许多技术方面和工程方面的难题,值得国内业界**的思考和探索。



简单易用的bbbbbbs API函数库—包含功能强大的分析和纠错工具。
串口编程函数库
现在的多串口卡能在不同的软件编程平台下工作,以至于应用,例如在远程访问服务器、WinFAX和终端都能运用。无论如何, 多串口卡在其他应用时,如在控制外部的设备时要求有专门的软件编程。既然是这样, 就开发成本和时间而言,简单易用的函数库和有效的调试工具成为关键因素。因此,建立在操作系统下的不同的解决方案是有必要的。
1. DOS
在DOS下没有标准的API定义,所以使用不同的解决方案就显得尤为必要,例如直接的I/O 存取、Int14或所有的API。但这些解决方案彼此不再兼容,所以,寻找一个简单的编程解决方案已是重要的问题。
2. bbbbbbs 3.x
bbbbbbs 3.x提供Win16 Comm SDK容许的串口编程接入PC的串口。基于Win16的通讯对象,例如MsCOMM为VB,可以接入串口。无论如何,由于bbbbbbs 3.x OS的限制,您只能在系统上多安装9个串口。
3. bbbbbbs 2000/NT/95/98/ME
bbbbbbs NT提供256个串口,然而bbbbbbs 95/98/ME支持大值为128个串口。虽然在Win32 API中的每个串口,随便哪一个都可以接入使用,且弹性很大,但是依据复杂程度会增加开发成本的,迫使去发现比编程容易的解决方案。和综合的Win32 API比较,通讯对象也是通俗和可以接受的。在Microsoft Visual Basic例子里,您可以用MsComm对象接入您的串口。而对于三方通信对象,例如Inprise Delphi编译程序,也是可行的。虽然通信对象简单易用,但是并不能满足所有系统的性能扩展,例如MsComms大只支持16个串口。
调试工具
当系统开发时,程序设计员需要适当对在线通讯设备进行验证。这里有两种基本的解决方案:硬件方案,例如一个协议分析仪和数据显示器,它是的并的,只是在费用上很不利。另一种方法是通过软件编程把PC变成数据显示器,虽然您将失去精密度和自动侦测功能,但这相对是有限的费用却是有效的。
DOS 平台下的API-232/DOS
API-232/DOS是所有Moxa产品在DOS下的编程函数库,每个功能也是综合和简单易用的。API-232/DOS提供多方面的功能以基本数据的传输,从而达到和XModem、YModem和ZModem文件传输一样好的功能。此外,这种编程同时支持征询和中断格式功能,和函数库和绝大多数大众化的编程也是兼容的,包括asic、Turbo/Borland C、Microsoft C、Turbo Pascal、Assembly和Clipper。API-232/DOS驱动程序包含SCOPE.EXE,操作系统同样指向数据范围,帮助您和分析在线数据通信。
bbbbbbs 3.x平台的下API-232/Win3.x
虽然bbbbbbs 3.x只支持到9 个端口,并相对到受系统的限制,但它仍然是经济的16-bit GUI系统。在这个案例中,API-232/Win3.x帮助系统在bbbbbbs 3.x系统下建立少于9 个串口设备的系统。API-232/Win3.x与16-bit Borland C和Microsoft Visual C++是兼容的,而且就像API-232/DOS是专为减少维护和节省费用设计的。
bbbbbbs 2000/NT/95/98/ME平台下PComm函数库
PComm函数库是系统根本生产能力的体现。它简单易用,还提供了基本和的功能,例如在文件转换和复核。PComm函数操作与API-232/DOS/Win3.x函数类似,用这种方式可以利用强大的32位平台减轻时间和成本。PComm函数是PComm Lite和PComm内嵌的,是32位编程的大众工作方式,例如Microsoft Visual Basic、Microsoft Visual C++、Borland C++和Inprise Delphi。作为调试工具包,PComm是经济的和有力的。PComm也提供强有力的和多方面的数据采集工具,在故障排除和数据采集的帮助下,您的PC可以在基于bbbbbbs状态下在线显示和数据。此外,数据可以方便的存取,也便于将来分析。