西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8销售

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、引言

    造纸机是由一系列配套设备组成的联合机，分湿部和干部两大部分。湿部包括上浆流送系统、网部和压榨等部分，干部包括烘干、压光和卷取等部分。其生产流程一般是：浆料通过上浆流送系统传送到纸机生产流水线的流浆箱，然后浆流由此依次通过网部、压榨、前烘缸、后压榨、后烘缸、压光机和卷纸机等在内的分部设备，成为原纸；原纸又可以另外进入机外涂布和复卷机产出成品纸。

    造纸是一个连续生产的过程，因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。变频调速作为90年代中期后有力的控制方式进入了原本属于直流调速(适用于大中纸机)和滑差电机(适用于中小纸机)的造纸领域，并已近良好的市场效果。

    交流变频调速技术以其的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种有前途的交流调速方式。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差等原因，到了90年代已严重制约了造纸整机的性能价格比。而变频调速技术能上发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固、经济、动态响应好等)，再加上变频调速理论业已形成一门相对立的学科，变频调速技术应用于纸机生产线的时代已经到来了。本文就变频调速及其控制技术在纸机生产线上的应用做进一步的阐述。

    2、造纸机上浆系统的变频调速控制

    造纸机上浆系统负责将纸浆通过浆泵、冲浆泵、多级筛等设备输送到纸机网部流浆箱的过程，其中浆泵和冲浆泵为重要的设备，因为它们关系到成形纸的质量，尤其是克重，因此采用变频控制才能达到纸机的设计要求。实践证明，安装变频装置能适应不同车速、不同品种的用量变化，使浆泵组的运行始终处于状态。另外，采用变频控制时，电动机和浆泵的转速下降，轴承等机械部件磨损降低，泵端密封系统不易损坏，机泵的故障率大为降低，维修工作量也随之减少。

    上浆工艺符合以下要求：

    (1)向造纸机的网部输送的浆料量一定要稳定，误差不过±5%；

    (2)浆料的配比和浓度要稳定、均匀；

    (3)对浆料进行净化精选等。因此对浆泵和冲浆泵的速度控制是保(1)、(2)项实现的重中之重。

    下面以冲浆泵为例来说明速度控制的流程：该变频控制采用双闭环系统的速度控制方式(如图一所示)，外环是速度闭环(V-控制)，内环是电流或转矩闭环(I-控制)。冲浆泵速度的设定值一方面是由浆速和网速比变化而获得的V设定，另一方面是来自于流浆箱的压力控制器(P－控制)。前者是主调，后者是微调。纸机的浆速和网速比基本上是恒定的，因此纸机的网速一变化，V设定也随着变化，冲浆泵的转速也跟随变化；为了提高速度调节器的性和反映流浆箱的实际工艺过程，通常还需取流浆箱的压力PID控制输出值的±５%的变化来作为冲浆泵附加的速度设定值。速度的实际值(V实际)取自传动电机的实际速度采样，可通过旋转测速电机或光电旋转编码器等装置

燃烧时煤气和空气以一定比例在炉内混合燃烧产生热量，格子砖吸热蓄能;当炉温度上升到1300℃左右时停止燃烧。完成燃烧的热风炉从炉底通入冷风，冷风在炉内与格子砖进行热交换将冷风加热成具有一定风温的热风后从炉流出，供给需要的工艺设备，这一过程为送风。同一时间只有一座热风炉进行送风，此时若另有一座炉燃烧达到设定温度先停止燃烧，关闭该炉的所有进、出口，进行焖炉;待需要送风时才开启送风口和进风口。每座热风炉送风进行一段时间后，格子砖的热能逐渐减少，送出的热风温度降低，当风温降低到一定值时停止送风，切换到燃烧状态，由其他燃烧或焖炉状态的热风炉切换到送风状态。如此循环。热风炉生产主要是操作各个阀门的开闭来实现三种工作状态的切换，涉及的阀门有30多个，阀体体积较大、分布分散、处在户外、操作不便，现场兼有工业煤气等有毒气体的危害，工作条件恶劣。同时还要监控风温、炉温、烟道温度，原先运行人员均在现场观测，工作量大、效率低，且有高温伤害等危险。故在原工作方式下岗位人员需求大、换炉时间长、工作条件恶劣、效率低下。燃烧过程也存在按经验燃烧，存在燃烧不、燃料利用率低、有害气体如CO等排放量较大等问题。

随着PLC技术的成熟、为适应现代工厂自动化发展需要，运用PLC+CRT的方式，实现热风炉燃烧智能控制，所有设备的状态监测、阀门的切换操作均通过上位机监控完成，燃烧比例采用自动控制，替代传统的现场操作模式。

二、运行情况

阀门操作全部改为电动执行机构，通过程控系统发出开、闭控制指令，操作员只需点击鼠标，用键盘给出阀门开度信号，轻松完成。

各处温度监视通过热电阻、热电偶等传感器将温度信号变送输入到程控系统，集中在上位机画面显示，替代人眼观测，实时、、。

换炉过程既可选择逐一操作单台设备，也可采用程控自动操作;自动换炉时只需选择该座热风炉需要切换的状态，便可由程序控制按工艺顺序自动完成整个换炉的设备操作。

高炉冶炼产生的废气——高炉煤气中含有大量CO经回收处理后供热风炉作为主燃料，既减少废放污染，又燃料节约成本。经工艺计算得出与空气燃烧的比值，通过程序控制煤气与空气管道的流量，使之按此比例混合燃烧，提高了燃料的利用率和能效。

程控系统还增加了报警、趋势显示、报表等功能，进一步增加了生产的性;自动的报表功能替代人工抄表，减少工作量，生产记录准确、及时。在传统操作模式下一个运行班组需要10来人左右，在程控操作下，只需2人即可完成生产运行的操作;运行人员不用在现场频繁奔走，只需在上位机操作台前工作即可，生产环境得到大改善，劳动性和效率大大提高。

三、效益分析

结合了的工业计算机监控技术及现场总线技术，对工矿企业中使用的热风炉进行智能控制的系统。具有集中控制、实时监控、自动燃烧等特点。可以使燃料按比值燃烧、燃烧充分，提高燃料利用率、减少污染物排放、保护环境，并使加热炉温度进一步提高。2003年在广东韶关冶炼厂一系统热风炉改造中成功应用该智能控制系统后，取代了原有纯手动操作的生产模式，大提高了整个热风炉系统生产自动化水平和生产效率，热风炉换炉周期缩短近1小时、风温提高 50℃以上，产效提高50﹪，充分挖掘出原设备潜力，实现了企业生产的、、环保、节能，由此带来可观的综合效益。

四、结论

热风炉采用上述中智能燃烧控制技术后，产生较大的经济效益和社会、环境效益：显著节约能源，大大降低企业的生产成本;提高产品质量;降低生产设备的故障率;延长设备的使用寿命;降低设备维修工作量;降低噪音;改善操作人员劳动环境。提高企业的综合竞争力和发展后劲，建议尽快大力推广应用。

一、 赫优讯netTAP网关介绍

赫优讯（Hilscher）netTAP网关支持将串口协议（RS232/RS422/RS485）转换为现场总线协议或以太网协议，通过简单的配置软件即可实现两种不同协议之间的自动转换，协议转换包括：

1、 串口协议至Profibus从站的转换

2、 串口协议至DeviceNet从站的转换

3、 串口协议至CANopen从站的转换

4、 串口协议至以太网协议的转换

其中串口协议可以是ModbusRTU协议、SIEMENS 3964R协议、标准自定义ASCII协议；以太网协议可以是ModbusTCP协议、标准TCP/IP协议或者UDP协议。

二、 NT30-DPS-RSI2网关实现将SICK条码扫描器接入Profibus-DP网络

型号NT30-DPS-RSI2是将RS232串口协议转换为Profibus从站的网关，其中NT30代表netTAP30系列，DPS代表Profibus-DP Slave，RSI2代表RS232接口（其中的I代表端口隔离）。

在本案例中SICK智能型固定式一维条码扫描器CLV430-0010用于邮政分拣系统中EMS信件条形码的扫描读取，配备连接模块CDB420-001提供RS232通讯接口；在实际的控制系统上选用了西门子集成PROFIBUS-DP主站接口的CPU315-2DP处理器，考虑到布线、编程和系统扩展方便，设计选用网关将CLV430接入PROFIBUS-DP网络；

整个系统结构图如下：

三、 STEP7软件中的硬件组态

NT30-DPS-RSI2网关在Profibus-DP网络上作为从站运行，因此需要占用CPU315-2DP的输入输出映像区以用作数据交换；其中两个字节的输入和两个字节的输出是固定的，用于控制数据的接收和发送（即控制字）；其他输入输出映像区用于存放接收消息和待发消息，实际使用时可以根据协议帧的长度来选择合适的映像区大小；

所有的串口转现场总线netTAP网关都可以配置成两种工作模式：主站模式和从站模式。主站模式为接收总线方向来的数据帧，从站模式为接收串口总线方向来的数据帧。

在我们的案例中，当CLV430探测到EMS信件的条码信息后将自动发出数据帧，对于CPU315-2DP来说只需要不断地接收CLV430的条码信息即可，因此网关需要工作在从站模式下。

网关在从站模式下的基本原理是：

1、 数据接收：

当网关接收到来自RS232侧的数据帧后它将把接收到的完整的数据帧放入输入映像区，同时将输入映像区的控制字的个字节的接收通知位取反以通知CPU新的数据已经到达，控制字的二个字节存放接收到的数据帧字节长度；当CPU处理完接收数据（譬如将输入区数据帧备份到DB数据块）后将输出映像区控制字的个字节中的接收确认位的位值等同于输入映像区控制字的个字节的接收通知位，以确认接收成功，通知网关准备下次数据的接收。对于STEP编程，在OB1中添加以下代码即可：

A 接收通知位

= 接收确认位

2、 数据发送

如果CPU315-2DP接收到数据后需要回发数据帧至串口对象，那么只需要将发送信息帧放入输出映像区，将发送数据帧的长度放入输出映像区控制字的二个字节，然后取反输出映像区控制字的个字节中的发送通知位，当网关到输出映像区控制字中的发送通知位和输入映像区控制字中的发送确认位的位值不等时将自动把信息发送到串口对象，发送完后将自动把输入映像区控制字中的发送确认位的位值等同于输出映像区控制字的发送通知位，以通知CPU发送信息完成。关于网关工作原理的具体描述可以参考光盘中的相关文件。

本案例中关于STEP7硬件的组态：

打开STEP7中的Hardware，将网关随机光盘中的GSD文件夹下的HIL_08EA.GSD和Hil_0916.gsd文件添加到硬件库中，然后选择Profibus DP\Additional Field Devices\General\NT 30-DPS条目，将其拖拉到Profibus-DP网络线，设定其Profibus-DP地址为3，组态2个字节的输入（控制字）、32个字节的输入（接收消息区）、2个字节的输出（控制字）和32个字节的输出（发送消息区）；如下图所示：

说明：由于本案例CPU不需要发送数据帧至CLV430，因此可以将输出映像区的大小设置的小，小可以只有1个字节，具体可在网关参数配置软件中选择。

四、 网关的参数配置

netTAP网关统一采用赫优讯软件组态参数，点击随机光盘中的SYCONnet netTAP setup.exe进行安装。

注意：新的网关在使用前要通过下载固件，对于NT30-DPS-RSI2网关，光盘中存在三种固件：

1. ModbusRTU - ProfibusDP Salve；2. 3964R - ProfibusDP Salve；3. ASCII - ProfibusDP Salve

在本案例中我们选择ASCII - ProfibusDP Salve固件，固件文件为NTDPSASC.N34。

下载固件后进行参数配置，除了默认的参数外，以下参数需要改：

1、 ASCII参数页：Parity=none；bbbegram timeout=50；

注意：报文时参数是在End mode=only time control（默认模式，采用时间控制来判断接收数据帧的结束）时才有效。当然，如果串口协议具有明确的结束字符那么可以采用end identifier模式。报文时参数是网关为接收每个串口数据帧所保留的时间；举个例子，如果采用默认值1000ms，那么当网关花费30ms接收完串口数据帧后它还将等待970ms后才能接收下个串口数据帧，其间的所有串口数据帧网关将不予理会。

这个案例我们设置为50ms，由于扫描器每一帧数据长度固定为18个字节，在9600波特率下接收不会过30ms。因此偏大些设置为50ms。

2、 MODULES参数页：输入输出映像区大小2/32/2/32；

注意：STEP7中的组态要和此参数一致！

保存好参数后下载到网关即可。当网关和CPU315-2DP建立起Profibus-DP通讯后即进入协议转换运行状态。

下图为配置界面：

五、 案例应用

在本案例中某EMS条形码和接收数据的对应如下：

EMS条形码： *EO824508219CN*

接收数据（16进制）： 02 20 45 4F 38 32 34 35 30 38 32 31 39 43 4E 0D 0A 03

其中起始字符为02，20为空格字符，结束字符为0D 0A 03，中间为13字节的EMS条形码数据，共18个字节。不同应用中的字符格式和SICK扫描器通讯参数配置有关。

六、 结束语

当前现场总线和工业以太网网络在自动化工程中已经越来越普遍的存在，特别是Profibus、DeviceNet、CANopen、ModbusTCP等流行现场总线和工业以太网，其应用场合越来越多，赫优讯的netTAP系列网关在将传感器、仪表等具有串口协议的智能设备接入现场总线和工业以太网方面发挥着重要作用，为用户在网络通讯的系统集成带来了很多方便；另外，赫优讯在欧洲享有盛誉的可编程PKV系列网关提供了现场总线主站至工业以太网的协议数据通讯转换功能，为不同协议间的大型网络通讯提供了多的解决方案，在此我们对德国赫优讯自动化系统有限公司中国代表处的大力支持表示衷心的感谢。

1 引言
今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间通信的需要，"监控和数据采集系统"越来越受到用户的重视。在动力系统方面，以柴油发电机组作为应急备用电源的发电厂，在工厂、矿山、高层建筑、医院、邮电、宾馆、银行等许多部门都得到了广泛的应用。为了提高供电质量和供电性，改善操作人员的工作条件，减少维护运行人员，备用发电站迫切要求实现自动化运行和管理。该监控系统由监视主机（包括通信板）和若干现场的从站（正航A3）组成。实现发电机组的数据采集、报警、存储、备份等服务。本文主要介绍下位机A3的系统原理。

2 系统的总体设计
结合生产实际的需要，考虑该发电机组的自动化系统由5大功能部件组成（系统的硬件图如图1所示）。
（1） 发电机组的自动启动和自动停机;
（2） 工程市电和机电的自动切换;
（3） 发电机组电压和频率的自动调节;
（4） 发电机组故障自动检测，报警和故障处理;
（5） 发电机组电压、电流、频率、有功功率、启动电池电压等电量参数的自动调节。

3 系统组成
3.1 A3系统PLC的特性和特点
正航A3系列可编程控制器，，硬件配置齐全，它的特点与性能如下:
（1）机内有高速计数器，可同时输入三路高速脉冲，并可输出频率和脉宽可调的高速脉冲信号。
（2）具有21个中断源的中断管理，并配有RS485接口，可实现PLC 与PC机之间的远程通讯，便于上位机监控和联网。
（3）具有结构紧凑、组装灵活、编程简单，抗干扰能力强、性高等特点。
由此可见，它非常适用于工业控制中小型自动控制系统。经分析，决定采用A3系列可编程控制器作为发电机组自动控制系统的部件。

3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能
经过分析，本系统采用10个开关量输入，10个开关量输出和3个模拟量输入，即可满足系统控制需求，因此——PLC配置如下:
CPU模块：A3-C2405DT
AI模块： A3-AI0401LA

I/O的分配和功能如下:
开关量输入:
IO.0:输入中断 （配合脉宽调制使用）
IO.1:方式选择 （0-远程控制 1-自动）
IO.2:市电检测 （0-无市电 1-有市电）
IO.3:机电检测 （0-无机电 1-电）
IO.4:油压低 （0-油压正常 1-油压偏低）
IO.5:油水温高 （0-油水温正常 1-油水温偏高）
IO.6:高速计数器HSCI （利用高速计数器启动电池电压）
IO.7:紧急停车 （0-非紧急停车状态 1-紧急停车状态）
IO.0:复位 （1-手动复位）
（利用高速计数器转速）

开关量输入:
Q0.0:高速脉冲输出 （通过控制直流电磁铁调节转速）
Q0.1:停机 （1-停机电磁阀动作）
Q0.2:启动 （1-启动马达动作）
Q0.3:市电合闸 （1-市电主开关动作）
Q0.4:机电合闸 （1-机电主开关动作）
Q0.5:三启失败 （1-三启失败信号灯亮）
Q0.6:机组故障 （1-机组故障信号灯亮）
Q0.7:警铃 （1-警铃响）
Q1.0:自动强激磁 （1-强激磁继电器动作）
Q1.1:冷启动自动辅助 （1-冷启动辅助装置电磁阀动作）

模拟量输入:
AIWO:母线电压
AIW2:母线电流
AIW4:负载功率

4 系统实现
发电站自动化监控系统由机组自动启停控制，转速自动调节，电量参数自动检测，故障自动检测等功能模块组成。
4.1 制动启停控制
本功能模块是根据各开关量的输入状态，自动控制机组的启动、停止和机电与市电的相互切换。这主要属于顺序控制具有较强的逻辑控制。用A3实现简易而。
4.2 转速调节
油机转速调节是通过CPU中高速脉冲输出脉宽调制（PWM）功能调节可控直流电磁铁控制柴油机油门开度来实现的。用CPU实现转速调节方法如下:转速信号由安装在柴油机上磁电式传感器获得，CPU通过高速计数器测量油机转速，测得转速信号送入PID调节器，将调节器输出的数字量转换为脉冲宽度的时间量，再通过CPU中的脉宽可调的高速脉冲输出（QO，0），经过功率驱动器控制可控制直流电磁铁调节紧油机门开度大小，从而实现对油机转速的调节。

本系统属于反馈控制和的数字控制，涉及到一些控制算法问题。
在CPU中，方法实现了一种转速控制的PID调节器。PID的模拟表达式: M（t）=KC（1+1/Ti＊fe（t）dt+Td＊de（t）/de（t））

在CPU中，微公和积分采用如下公式:
微分运算:[新差值E（n）-旧差值E（n-1）]÷控制周期TC
积分运算:[旧差值E（n-1）+新差值E（n）]×控制TO÷2
转速-与转速传感器频率关系的计算公式如下:
f————转速传感器信号频率
n————转速（转/分）
z————传感齿轮齿数

为好的实现全程调速我们采用分程PID限幅
怠速时间:转速设定值 VW108=192
小输出值 VW126=180
大输出值 VW124=420
高速期间:转速设定值 VW108=VW212（由模拟电位器设定）
小输出值 VW126=420
大输出值 VW124=995

本系统中:n=1500r/mln z=128齿
这样f>3200Hz，故采用7kHz的高速计数器HSC2测量转速。停机时，将转速设定值和网缓冲器全部置0。输出限制在VW106=5上，以使PWM能够连续工作。同时使Q0.1=1，停机磁阀动作，切断油路达到停机目的。