西门子模块6ES7211-0AA23-0XB0品质好货

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1、引言 

西钢炼铁厂10m3竖炉于1994年建造并投产，生产炼铁所需的球团矿。竖炉在炼铁工艺中起着举足轻重的作用，其中布料系统是竖炉生产的环节，对球团质量起着决定性的作用。原布料系统的电气控制部分采用继电器控制方式，2台驱动设备，使用各类中间继电器89个，时间继电器62个，控制线路错综复杂，故障，严重影响竖炉的生产和球团质量，如何减少设备故障率，提高设备作业率，确保竖炉达产达效，是重大技改课题。 

2、竖炉控制系统的研制 

2.1 设备技改路线分析 

（1）在国内很多小型竖炉中，仍然普遍采用继电器式控制方式。该控制方式的优点：传统方式容易实现，技术含量低，岗位工人容易接受。其缺点有以下几个方面：所用电器元件较多，成本较高；故障点较多，线路复杂，维护困难，故障处理时间长；性差，难以适应恶劣的环境；电能损失大。 

（2）采用小型PC一体式结构系统。小型系统优点是：体积小，结构紧凑，价格较低。其缺点是：硬件固定，灵活性较差，整机备件，相对地提高了成本。 

（3）采用大型PLC系统。整个竖炉采用一套大型的PLC系统，布料系统是其中一部分或一个远程站。 

该系统优点是：控制灵活，功能强大，适用于较大的系统。其缺点是：价格昂贵，对于小系统显然是不经济的。 

2.2 技改方案的确定 

通过对竖炉控制系统故障原因分析，造成竖炉设备电气故障的原因主要有以下几个方面：由于采用继电器控制方式，各类继电器达150多个，故障点较多；由于环境恶劣及元件本身质量的影响，工作性大大降低；由于控制线路的复杂性，使维修产生一定的困难，造成故障处理时间的延长；由于煤气及粉尘的影响，给维护带来不便。 

在保证生产的基础上，结合我厂实际情况，提出了用PLC控制系统代替继电器控制的方案。这样，不仅可以大大简化控制线路，减少故障点，而且提高了系统稳定性、性和灵活性，具有很高的性能价格比，对于降，减少运转费用都有积意义。 

2.3 设备选型 

经过市场调研，目前市场上常见结构有两种。一种是一体式结构，另一种是模块式结构。种具有结构紧凑、体积小、价格低等优点，但是备件只能整机备件，相对而言成本较高；后一种模块式结构，具有系统构成灵活、扩展功能强等特点，又不需整机备件，但一次投入费用较高。我们着眼于全局考虑，为了方便以后的改造和扩建工作，决定采用模块式。该产品具有较高的性能价格比，且系统构成灵活，技术支持完备，售后服务较好。 

3、项目研制 

3.1 硬件部分 

（1）系统的硬件设备：电源模块1块；CPU模块1块；数字量输入模块4块；数字量输出模块4块。各模块之间由地址总线连接，由现场送来的操作及设备状态信号，通过4个输入模块进入CPU，由CPU进行逻辑运算后，把送至输出模块，直接控制各驱动设备的接触线圈，完成整个系统的控制。 

（2）系统点数：9点接收操作台起停信号；14点接收设备运行状态信号；9点接收事故信号。输出32点：11点用于设备状态及故障显示；18点用于启动设备指令；3点用于故障报警及显示。 

本系统结构简单，线路清晰，体积小，可完成两个继电器柜所能完成的一切控制功能。可实现自动、手动两种方式对12台驱动设备的连锁控制，同时增加了系统停机、故障报警、灯光显示等功能。 

3.2 软件部分 

主要功能：实现两种工艺要求，正常生产和调剂炉况两条不同的流程。其大特点是： 

（1）确保按工艺流程启动，防止误动作。 

（2）提高故障判断、显示及处理能力。 

（3）实现了系统重大故障时全线停机功能。 

（4）节约能源。 

（5）增加了皮带功能，包括断带、撕裂、跑偏、启动等功能。 

（6）为了防止误操作，设计了按钮的确认功能。 

原来的布料系统中，在某一设备发生故障时，只有该设备和前序设备同时停机，后序设备仍然运行，而且，系统故障发生时，线路控制自锁，当解除故障后，该设备又自动启动。由于该套设备是流水线作业，当系统中某一环节发生重大故障时，后序设备没有必要也不应该运行；一方面，可能造成原料的堆积和散落，使事故扩大化，另一方面也是能源的浪费，还有故障解除后，设备又自动启动，不仅容易造成事故而且可能引发新的设备事故。为此，我们在设计中考虑两方面的问题，一是增加对故障点的报警和显示，给维护和操作人员方便，尽可能减少故障处理时间，另一方面，一旦某一设备出现重故障时，后序设备立即按流程自动停车，不仅有效地防止事故扩大而且节约了能源。 

3.3 初期投入发现的问题 

（1）系统改为PLC自动控制以后，操作人员和维护人员一时难以适应，出现故障后手忙脚乱，无从下手。针对这个问题，我们多次加强岗位人员和维修人员的培训，提高他们处理问题的能力。 

（2）由于竖炉风机负荷较大，它的启动、停车对电网影响较大、PLC系统因电网干扰有时误动作，为此，我们在PLC供电部分增加了隔离变压器滤掉电网尖峰干扰。 

通过对上述方案的、完善、保证了PLC控制系统的性。 

3.4 实施效果 

该控制系统自2004年11月投入生产后，效果显著，通过生产实践，该系统优点主要体现在以下几方面： 

（1）系统设计合理，较好地满足了8立方米竖炉生产的工艺要求。 

（2）该控制方案功能齐全，系统灵活，在国内同类竖炉中达到了国内水平。 

（3）本系统与具有相同功能的继电器控制系统相比，结构大大简化，线路清晰直观，便于维护，缩短了故障处理时间，减少了工人的劳动强度，深受工人。 

（4）该系统对恶劣的环境适应性很强，抗干扰性能好，运行稳定，降低了故障率，提高了设备作业率，从而提高了竖炉产生能量。 

4、结束语 

用PLC控制系统代替继电器控制系统，使竖炉电气故障明显减少，处理故障时间也大大缩短，从而有效地提高了竖炉布料系统设备作业率，使竖炉很快达产达效。(end)

1、引言 

热风炉是给高炉提供热风的炼铁设备。在燃烧期，热风炉燃烧高炉煤气，产生的废气流经蓄热室，使蓄热室的格子砖蓄热。在送风期，冷风反向流经蓄热室被加热后送往高炉，为高炉提供连续的、适宜温度的热风，以提高冶炼强度，降低焦比，达到高炉节能降耗的目的。由于种种原因，相当多的热风炉控制落后，运行状况并不令人满意，有的甚至是手动控制。操作者通常依据个人经验手动调节煤气量和空气量以控制热风炉拱温度和废气温度，通入其中的空气和燃气很难恰到好处。由于控制不当，送风温度一直偏低，造成资源的严重浪费，影响高炉的冶炼。热风炉采用自动控制，可以降低操作人员的劳动强度，确保系统稳定运行，在一定的程度上起到了降低能耗，提高风温的作用。 

2、热风炉的工艺概述 

热风炉有燃烧、焖炉、送风三种状态，按燃烧、送风的周期循环工作。其过程为：热风阀、冷风阀关闭，烟道阀和助燃空气、煤气切断阀，调节阀打开时为燃烧状态。此时助燃空气和煤气按空燃比混合，在热风炉部燃烧，高温烟气从上向下经过球床体，将热量存储在热风炉内。当拱和烟道温度达到设定值，蓄热室储存足够热量，关闭煤气、助燃空气的调节阀、切断阀，关闭烟道阀，热风炉处于焖炉状态，等待送风。需要热风炉送风时，先打开冷风均压阀使冷风阀两端的差压减小，再打开冷风阀和热风阀，关闭冷风均压阀，热风炉处于送风状态。此时，冷风从下向上经过热风炉球床体，被加热成温度略拱的热风，将储存于热风炉内的热量送往高炉。随着送风时间的延长，风温逐渐下降，热风炉再转入燃烧状态，循环工作。 

新1#高炉配备3座热风炉，设置有“两烧一送”、“一烧两送”（正常工作）、“一烧一送”（非正常）三种送风制度，由操作人员根据高炉送风需要选取。3座热风炉根据送风制度，遵循拱和烟道温度先达到设定值的热风炉先送风的优选原则，交替燃烧、送风，向高炉连续供风。除高炉休风外，系统中应至少有1座热风炉处于送风状态。 

3、系统设计 

3.1 系统结构设计 

系统结构分工程师/操作员站、PLC控制站2级，网络分上层管理网、下层控制网2层，见图1。上层管理网连接PLC控制站和操作员/工程师站，符合TCP/IP协议，通信速率100Mb/s，介质为双绞线。PLC控制站通过140 NOE 771 01以太网适配器与路由器连接，操作员/工程师站为工控机，通过网卡与路由器连接。PLC控制站由四个机架组成，其中机架1为主站，其余3个机架为分站。主站和分站之间通过RIO处理器接口，RIO分支器以及F接头进行连接。采用该网络结构模式具有安装灵活、的特点。工程师/操作员站使用Schneider编程软件Concept和IFIX软件完成PLC的控制逻辑和人机界面的组态。热风炉控制系统配备2台操作员站，互为备用，接收PLC控制站的实时数据，显示热风炉生产过程的流程图、设备运行状况和过程参数值；提供过程量设定值和控制参数的设定、修改画面；显示实时/历史趋势并形成历史数据库；显示设备故障和控制系统自身故障的报警画面；实现报表的生成和打印。另外，系统配备了脱离自动控制系统的操作台，并将关键的工艺参数用二次仪表加以显示，以便在控制系统的非正常状态时进行手动操作，避免控制系统故障带来的损失。

 
图1 系统结构图

杭钢集团新1#高炉的热风炉自动控制系统降低了操作人员的劳动强度，提高系统运行的性和稳定性，在一定程度上提高了热利用率，减少了能耗。自2007年10月投产以来，为降低焦比、提高高炉利用系数起了积的作用

    0.前言

    可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一种适用性强的工业用控制器，广泛应用于各类工业生产线，移动机械设备的控制等环境较恶劣的工业场合。其工作性能稳定，可扩展性强，应用简便。根据不同的模块配置，可以进行逻辑及算数运算，对数字开关量、模拟量等进行控制和采集，同时具有丰富的总线接口形式，可以利用公开的协议与不同设备构成复杂的系统。在我们所研制的工业机械手中，各关节由比例阀或开关阀构成开环液压控制回路，实现比例调速或开关动作，因此我们选用了西门子的S7-200系列PLC作为其控制器。[1>[2>

    在一些环境复杂的应用场合，尤其是对于移动机械设备，控制系统的布线受到诸多限制，操作人员与控制系统的位置安排不方便。因此，具有高度灵活性的无线遥控操作系统的应用得到了推广。目前工业上应用的无线遥控操作系统一般采用无线电数字传输方式。一些芯片厂商如Infineon、Micrel、RFMonolithics、Melexis、CML、ATMEL等也都推出了各种适应于不同场合和要求的RF芯片[3>。

    无线数传模块是一种集成式的于无线数据收发的模块，可直接通过数据总线与其它控制、采集等模块连接完成无线数据收发功能，广泛应用于工业遥控、遥测，无线抄表，自动化数据采集等场合。具有性高，功耗低，协议透明使用方便等优点。传输距离可以达到几十至上百米，有些甚至可以到上千米的距离。目前很多厂商推出了工业化、系列化的产品，可以根据不同的使用场合和要求选择合适的产品。

    目些厂家推出了的基于嵌入式处理器的工业用无线遥控器，其性能优异，集成度高。如HBC、JAY等，应用于混凝土泵车、装载机等场合。但由于其一般针对工程设备，不具有较好的通用性及可扩展性，且主要是国外厂家，价格高昂，其应用推广受到限制。

    在我们研制的多关节工业机械手中，采用PLC作为其主控制器，完成对液压泵站和各关节液压阀的开关及比例控制，实现机械手的基本功能。采用无线数传模块通过无线通信方式收发数字信号，实现远程无线遥控功能，所设计的手持遥控器的输入开关量及模拟量由16位单片机采集并编码输出。

    1.总体方案

    该机械手用于巷道内进行混凝土喷浆作业，有自动和手动操作两种模式。自动模式下，PLC控制机械手各关节按程序预定的轨迹运动，调整机械手末端的方位与角度，使喷浆喷头按设定轨迹运动，且始终垂直于受喷的巷道面，完成巷道表面的喷浆作业。手动模式下，由操作员分别采用按钮和比例摇杆对开关阀和比例阀进行控制，驱动各关节运动，控制混凝土喷头的方位及角度。其中按钮控制泵站的启停及开关阀的方向切换，比例摇杆则根据操作人员的控制，形成一个±10V范围内的模拟量，比例阀根据模拟量的大小及方向，控制关节运动速度的大小及方向。其控制系统功能框图如图1所示。 

图1机械手控制系统功能框图

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    在布线方便的情况下，按钮操作及摇杆操作的开关及比例信号可通过电缆直接输入到PLC的数字量及模拟量输入模块。这种方式结构简单、、性高，控制系统的硬件设计及软件编程为简化。但在实际工业现场中，布线受到诸多限制，尤其是对于移动型设备，采用有线控制方式人员操作不够方便灵活。由于我们研制的机械手需要在轨道上长距离运动，且操作距离较远，因此采用无线遥控操作的方式。为此我们采用无线数传模块作为通信模块，并设计了基于16位单片机的手持式操作器，改进后的遥控型机械手控制系统总体功能框图如图2所示。无线数传模块成对使用，在手持操作器端和机械手本体上的控制系统端各有一块，分别完成数据的无线发送及接收功能。在控制系统需要的时候，也可以双向收发，即同一端的数传模块在数据接收和数据发送功能中切换。此时需要注意，数传模块的发送与接收功能的切换需要一定的时间。

    随着科学技术的迅猛发展，电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的不断进步，又因为变频器所具有的率性能和良好的控制特性，目前在交流电动机的速度控制中较多采用。使用变频器一个的优点就是节省能源，而且通过发挥其理想的控制特性，设备使用性能可以大幅提高。在智能建筑中，生活恒压给水在节能和性方面要作具体分析，从而选择合理控制方式。本文介绍了西门子ECO变频器在在智能建筑中恒压供水方面的应用，对变频器的设计和使用特点做了详细阐述。

    一概述

    在智能建筑日益增多的今天，供水问题成为业主比较关心的问题，所以变频恒压自动供水便提上了日程。以前在一般建筑的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外由于水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40％。与可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定，大大延长了设备的使用寿命。

    本系统为可编程控制的变频水压控制系统。系统采用可编程控制器（PLC），可实现手动开环调节、自动闭环调节、远方控制及本地控制。每台电机设置单的控制面板，具有水压显示、频率显示、工作状态显示功能，变频器故障、可编程控制器故障，可实现声光报警。变频调速器采用西门子公司产品，可实现电机的平滑调节，变频调速器加装交流电抗器及直流电抗器，确保变频调速器电源侧谐波分量小于5%。

    二变频控制恒压供水分析

    大家知道，水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3

    N：为水泵消耗功率；n：为水泵运行时的转速；K为比例系数。而水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时除高峰外，大部分时间流量较小，由于命名用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化，终达到节能的目的。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。

    变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。

    由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来计时，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。

    三ECO变频器选用原则

    ECO变频器是SIEMENS公司推出的用于风机、水泵等设备调速节能运行的变频器。其主要特点是：

    ⑴ECO变频器安装调试容易，维护和运行。由于变频器的特定功能使其产品的成本降至小，价格，降低了整套系统的成本。

    ⑵ECO变频器能够地跟随设，可使系统有好的性能。

    ⑶内置PID调节采用了标准比例、积分、微分控制的闭环过程控制，并为反馈传感器提供了标准电源。

    ⑷在运行噪声的控制方面采用了自动开关频率优化，从而降低电机运行时的噪声。

    ⑸ECO变频器针对风机、水泵节能运行的需要，设置了能量优化控制程序，为在运行中搜寻小能量消耗点，自动升高和降低电机电压。当电机达到稳的速度（即加程结束时）时通用变频器即在这个速度下运行，而ECO变频器此时开始分析电机的功率消耗。然后开始微小地升高或降低变频器的输出电压来搜索频率，即的功率消耗。如果ECO变频器出在升高电机电压时，功率消耗增加了，则变频器的控制策略（能量优化控制程序）就开始降低电机电压，以搜索的功率消耗水平，如果出在降低电机电压时，功率消耗增加，则升高电机电压。这样就可搜寻到效率，功率消耗小点并在此处运行。用这种优化节能程序（典型）可节约2%～5%的额定容量的电能。

    ⑹在选择ECO变频器时，不能用它驱动额定功率比它大或者额定功率不足其一半的电机，否则会影响变频器的性能甚至造成损坏。

    四控制系统详解

    为了保持供水系统水压的基本恒定，需要变频器根据给定的压力信号与管网水压的反馈信号进行比较，以调节水泵的转速，达到供水、水压恒定的目的。

    当恒压供水系统处于自动调节状态时，自动控制指示灯亮，系统进入自动控制状态。系统由管网水压传感器作为系统的反馈信号，反馈信号采用4-20mA电流信号，恒压值的设定可在可编程控制器（PLC）中人为设定，通过使用ECO变频器内部的PID控制功能，启动水泵作变频调节运行，并达到恒定的压力值，开成一个动态平衡过程。若设定恒压值为Y0，过程压力值为Yi，当用水量增加Yi＜Y0时，则变频器输出频率上升，转速提高，供水量增大，仍达到恒定的设定压力值，从而开成一个新的动态平衡过程，实现系统的自动控制功能。

    此系统也可进行手动开环调节运行。如管网水压传感器出现故障时，人为将手动/自动开关置于手动位置，系统处于手动调节状态，手动控制指示灯亮，可在控制面板实现频率（液位）手动设定，并变频启动水泵。如所需水压值实际水压值时，可人为调整变频调速器的输出频率，达到所需的恒压值。

    系统控制图

    五变频器主要调节参数

    六结语

    在智能建筑中供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一产品。在给水系统中，用水管式传感器水泵输出管网压力，在现场控制器与设定值比较，比较后去控制变频器的输出频率，达到控制水泵转速的目的。如给水管网用户用水量增多，管网压力减少，控制器控制变频器输出频率增加，水泵转速随着增加，增加供水量以满足用户的需求。如给水管网用户用水量减少，管网压力增大，控制器控制变频器输出频率降低，水泵转速随着减少，减少供水量，从而达到节能的目的。