6ES7232-0HB22-0XA8使用方式

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引言：

随着舞阳钢铁公司新的100万吨生产线的建设，作为新生产线炼钢部分的配套工程，在原来两座石灰竖窑的基础上，新建两座单窑生产能力150T/D的石灰竖窑。石灰是炼铁、炼钢生产中的原料之一。石灰品质的好坏直接影响着钢铁的质量，因此，采用的自动控制系统，对于提高炼铁炼钢的产量和质量，有十分重要的意义。

一、 自控系统设计要求：

石灰窑生产的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在竖窑的加料口加入石灰石，经过煤气燃烧，煅烧成生石灰，输出到成品料仓。控制系统主要包括石灰石筛选、上料系统，煅烧系统，冷却空气循环系统，助燃空气循环系统，废气除尘循环系统，成品出窑、运输系统以及配套的煤气加压泵站、液压站。新建石灰窑工艺设计，自动化程度高，所有设备具备机旁手动、半自动、全自动三种控制模式，并具备设备故障诊断报警功能。

根据用户和工艺设计的要求，石灰窑的控制系统分为三级监控系统。分别为车间生产管理级、窑前生产操作级 、现场控制级。


1、 车间生产管理级

面向生产管理人员，使用微软的SQL 2000作为数据服务器，对生产中的各种数据进行存储、管理、产生各种生产报表。

2、 窑前生产操作级

面向生产操作人员，由两套工业控制计算机作为HMI,在HMI的监控画面上显示各种设备的工况参数，并通过HMI来对生产过程进行控制调节。根据生产情况可选择半自动、全自动工作模式。当生产中出现异常时，在HMI上显示报警信息。正常情况下，两台HMI分别监控两座竖窑的情况，在一个HMI出现问题时，可互为冗余，确保生产的正常进行。

3、现场控制级

面向生产过程，由过程控制器以及现场智能I/O处理器、各种模板构成，为基础测控级。完成生产现场大量压力、温度、流量的采集和处理，对生产过程进行控制。自动控制系统通过对由振动给料筛、板链式提升机、电子秤量斗、单斗提升机，拖板出料机、卸料闸板、振动给料机构成的竖窑筛选、加料、卸料系统的自动控制，实现原料的筛选、加料、卸料的自动化。在出料过程中为保石灰竖窑的密闭型，确保上下卸料闸板只有一个同时处于开启状态。煤气加压机、助燃风机、冷却风机是变频器控制下的罗茨风机，通过对煤气压力、助燃空气压力、冷却空气压力的PID调节，达到恒压控制的要求。控制系统不间断的对煤气压力进行监视，当出现煤气压力过低，危及到生产的，立即自动切断煤气截止阀。按照工艺要求窑废气压力控制在-0.2Kpa到+0.2Kpa的允许范围内，控制系统通过对引风机入口阀开口度的PID调节，达到设计要求。控制系统还包括除尘、液压站、带式输送机、刮板机、以及各种电动阀门的控制。


二、系统硬件选型及特点


为了满足以上的设计要求，在本项目中我们选择了美国OPTO22公司推出的基于以态网的过程自动化控制器SNAP-PAC-S1。

SNAP-PAC-S1过程控制器CPU为主频266MHz、32位、带浮点协处理器，内存为32M的RAM、8M电池后备RAM、16M的Flash EEPROM,提供强大的处理能力和运算功能。PAC控制器可以同时运行32个任务，现场智能I/O单元完成PID功能，适应实时工业控制、远程监控、数据采集的要求。能够处理多种自动控制任务，包括开关量、模拟量、串行数据处理、PID调节。PAC控制器有支持多种通讯协议，带有2个RS-232接口、1个RS-485接口。

PAC-S1控制器带有两个立的10/100M自适应Ethernet网络接口，通过软件配置及可以实现控制器、智能I/O处理器的冗余，也可以通过网络分段的办法把控制网络和生产管理网络隔离。


由于本项目使用的开关量I/O点比较多，开关量选择的是32通道输入模块SNAP-IDC32和32通道输出模块SNAP-ODC32，以及配套的信号转接板SNAP-IDC-HDB和SANP-ODC-HDB。根据工艺的需要智能I/O处理器选择了带PID调节的SNAP-B3000-ENET。二、项目背景

1992 年三月， Transwestern 管道公司（ Enron 公司的联营公司，以下简称 TW ）开始一个项目，该项目旨在通过输油管道网的改造来提高输送气的能力，公司的输油管道从奥克拉荷马和得克萨斯一直延伸 1000 英里到加利福尼亚中部和南部的各个网点，气输送由十二个泵站负责，气流由带有三台五千马力的大型空压机的泵站驱动。 传统上，沿输送管线分布的每个泵站 24 小时都有人值守，以维护每个泵站的三台空压缩机。为使气的输送正常，每次都需要技术人员从休斯顿控制的电话告知何时开动空压机，何时调节输出量，何时关机。并根据公共网点用气需要量的变化，日夜不停地由人改变供气量。旧的空压机控制方式直到近期才改变。旧控制系统的设计带有延时继电器和单回路控制器，它们存在几个问题：不能与休斯顿控制组网工作，难以用梯形逻辑进行编程修改，报表能力有限和蹩脚的操作员界面。

在搜寻新的解决方案中， TW 与系统供应商 WAYSON 接触联系， WAYSON 是基于用户需求的集散系统 TCS 的 OEM 制造商，一个基于 PC 的 SA 系统被给了 TM ，这个系统结合了以下特点：一个带有 32 位 SNAP 控制器的 486 个人计算机，智能 I/O 模块，流程图形 FACTORY FLOOR 控制软件。经过多方比较评估，公司认为 TCS 系统具有以下特点：使用户好地介入工艺过程的界面，大的编程灵活性，组网能力和简单人机操作员界面；而所有这些特点都建立在一个具有吸引力的性能 / 价格比的基础上。系统具有模块化结构，它使以后系统能灵活随意地修改，因此公司选择新墨西哥站点的托罗作为新控制系统的一个实验现场，该系统终也将代替其他站点的控制设备。


三、新系统组成

好的控制特性

托罗站原被设计成共有 550 个 I/O 点的系统，三个发动机中，每台共使用了 144 个 OPTO22 的 I/O 点，其有 80 个开关量和 64 个模拟量点。新系统被设计成带有 4 个 SNAP 控制器的系统， SNAP 以点对点方式进行数据交换，其中一台 SNAP 控制器被设计成主控制器（每台发动机配 一台从控制器），所有控制器通过 ARCENT 网连接在一起，主控制器和其他三台发动机的从控制器都有各自的打印数据记录。使用新系统，公司的休斯顿操作现在通过卫星通讯能直接向主控制器发出空压机的启动、调节或停止的命令，而主控制器与每台从属控制器进行通讯。控制对每个发动机能监控过 50 多个 I/O 点，通过这些 I/O 点及其构成的 PID 回路对发动机的定时、温度、压力报警进行控制，并将结果返还给控制器。 发动机温度 PID 回路控制是用 SNAP 的智能模拟 I/O 模块在 I/O 级就完成，风冷型制冷机成年累月地对发动机提供 24 小时不停的冷却。

智能I/O

控制发动机温度和压力的 I/O 智能单元通过一根双绞线和控制器相连，可以构成很大的分布式系统。每个智能单元含有很多就地控制的带光隔离功能的 12 位 I/O 模块和一个智能控制单元。模拟量智能单元可以完成高低限报警、滤波、热电偶线性化、波形产生、累加、平均、斜坡函数和其他功能。对 TW 而言， SNAP 的智能 I/O 模块在工作量和成本方面占有重要优势。 因为系统要求具有故障纠错能力，所以旧系统将所有 I/O 点从发动机室用硬线连到主控制室中。而 SNAP 系统的分布式智能单元提供了在 I/O 一级的就地控制能力，所以只需将三个从属控制器用线和主控制器机房相连接。一个可与各从控制器通信的、设立在机房的智能单元能立完成紧急停车任务，从而省去了昂贵的并需花大量时间安装的硬线连接的继电器控制面板。

危险环境操作运行

SNAP 产品具有一类危险环境工作资格证书。它使 TW 能够将三个机房用的控制器放在标准的 NEMA 机箱内，而没有该证书的控制器放在昂贵的防爆箱内才能工作。
TW 采用 FACTORY FLOOR 软件对 SNAP 控制器进行编程， FACTORY FLOOR 通过流程图画面提供了一个控制逻辑的清晰的可见的表达方式。通过用带有一个或多个命令的动作块来绘制一个“ TO DO ”（需要做）的表格，例如“打开阀门 1 ”，然后将这些动作块与条件模块用线相连以确定条件是否满足，即会问“阀门 1 开了吗？”动作块间的连线显示执行的顺序。通过以上方法就编制好了一个应用程序。

TW 的发动机内部的温度和压力是用 PID 环路来调节的，这些 PID 环路非常复杂，进行浮点运算， FACTORY FLOOR 支持 IEEE 标准的浮点算法，这种浮点算法通过在控制器一级的 SNAP 的数学协处理器实施运算。另一个对 SNAP 的长处是在每个从控制器和主控制器上均可进行数据记录。

人机界面软件

TW 用新的 MMI 软件对操作员界面进行编程。由于新的软件的显示数据库和控制数据库是同一个，所以省去了数据库对应工作，使精度高，并减少了编程时间。新的软件可以对 I/O 、控制变量、报警状态、数据记录进行访问，其复杂而精致的目标生成的图形软件环境包括一系列的 3-D 图库和 ISA 符号库，这些特点使得操作员界面的开发变得非常容易。

TW 的操作员在每个系统的现场均使用 MMI 软件，当发现问题时，操作员很容易就能确定原因，从而能派出合适的机械或仪表技术员。

软件的简易性使得操作员不必成为培训过的程序员就可以进行大多数简单的维护，次使用的操作员也有可能对 MMI 进行升级。


四、结语

随着托罗基地安装工程的完工， TW 开始用 SNAP 对位于另一处 ---- 亚利桑那州的泵站也进行了升级和新，这个泵站有望在几个月后投产，接着，源源不断随后而来要求改造的泵站的换可能要花去 WAYSON 该工程组的工程师们几年的时间。

1. 概述

紧急停车系统ESD，英文Emergency Shutdown Device，这种的保护系统是90年代发展起来的，以它的高性和灵活性而受到。目前上还有另外两种不同的叫法：如 仪表系统SIS ，英文Safety Instrumented System， 仪表保护系统IPS ，英文 Instrumented Protective System，这几种叫法都是指用仪表系统来实施保护。

天津市协力自动化工程有限公司（简称SHELLY公司），针对不同用户的需要，具体设计紧急停车联锁控制系统ESS，英文Emergency Shutdown Safety。也就是说：不仅装置及机组，需要采用事故型，即当控制系统失电时，装置及机组可以停下来，也要求控制系统具有型，保证装置及机组能按正确的联锁逻辑紧急停车，这在生产的现代工业生产中具有特别重要的意义，ESS就是适应这种需求的重要产物。

SHELLY公司是开发、研制、生产ESS 的化系统集成公司，可提供用户满意的公司的硬件设备（PLC 、FPGA 、继电器以及开关插接件等）构成不同类型的ESS系统。

SHELLY公司典型设计包括：适合于石化各类工艺装置的故障型设计，SINPLEX模式、DUPLEX模式、TRIPLEX模式、操作界面设计、机组防喘振控制、机组调速控制、系统供电、接地回路设计、旁路功能、故障诊断以及与DCS等其它系统的接口等等。
SHELLY公司于98年9月通过公司对ISO-9001质量体系的认证，并获得英国认证颁发的UKAS质量体系认证证书。

数据块（DB）定义在S7-CPU的存储器中，用户可在存储器中建立一个或多个数据块。每个数据块可大可小，但CPU对数据块数量和数据总量有限制，对于CPU314，用作数据块的存储器多为8KB，用户定义的数据总量不能过这个。数据块遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统错误。
数据块（DB）可用来存储用户程序中逻辑块的变量数据（如数值）。逻辑块执行结束或数据块关闭时，数据块中的数据保持不变。
用户程序可以使用位、字节、字或双字操作方式访问数据块，也可以使用符号或地址访问。
一、数据块的分类
    数据块有三种类型：共享数据块、背景数据块和用户定义数据块。
共享数据块又称全局数据块。用于存储全局数据，所有逻辑块（OB、FC、FB）都可以访问共享数据块存储的信息。
背景数据块用作“私有存储区”即用作功能块（FB）的“存储器”。FB的参数和静态变量安排在它的背景数据块中。背景数据块不是由用户编辑的，而是由编辑器生成的。
背景数据块和共享数据块有不同的用途。任何FB、FC、或OB均可读写存放在共享数据块中的数据。背景数据块是FB运行时的工作存储区，它存放FB的部分运行变量，调用FB时，一个相关的背景数据块。作为规则，只有FB才能访问存放在背景数据块中的数据。如果CPU中没有足够的内部存储位来保存所有数据，可将一些的数据存储到一个共享数据块中。存储在共享数据块中的数据可以被其他的任意一个块使用。而一个背景数据块被给一个特定的功能块，它的数据只在这个功能块中有效。与背景数据块相反，在符号表*享数据块的数据类型总是地址。对于背景数据块，相应的功能块总是的数据类型。
CPU有两个数据块寄存器：DB（存放共享数据）和DI（存放背景数据）寄存器。这样，可以同时打开两个数据块。

接地有2个目的。 
①通过将漏电、感应时由于故障等产生的电位保持在接地电位水平以防止人体触电，即以保证为目的的保护接地。 
②包括为防止外部侵入的噪声，及为防止设备及装置自身产生的噪声给其他的设备及装置带来危害的防干扰用接地，是为发挥该设备或系统的功能所必需的接地（功能接地）。 
关于这些接地，有时需要凭经验通过实验来解决。因此，事行充分研究及考虑，再进行接地。
(1)一点接地的原则 
希望事先考虑到接地线是「决定电位的设施」。正常状态下，接地线中没有电流流动（不可将电流回流的返回电路与接地共用）。 
(2)接地时，尽量使用接地（其接地与其他的接地相距10m以上）。 
①接地工程用D类接地，是与其他设备的接地分开的接地。 
②无法使用接地时，如图12（b）所示，其接地与其他设备的接地相连接相连构成共用接地。 
③特别是避免与电机/变频器等大功率设备共用接地，为了防止互相影响，应分别进行接地。 
④避免向单纯以防触电为目的的多个设备连接的接地（有时仅为钢筋）进行接地。 
⑤接地应尽量靠近PLC，以便缩短接地线。

1 引言

本着技术、配置合理、操作维护简单、节约投资的原则，基础自动化采用电仪一体化的可编程序控制器（PLC）进行控制，铸机本体设置操作站和操作台。三电（电气、仪表和计算机）自动化控制系统设计拟采用网络控制技术，其基础自动化级设计方案，是集自动化技术、计算机技术和通讯技术为一体的控制方案。


2、 方案的研究和确定

基础自动化级采用以 PLC 控制装置为（电控和仪控），根据控制功能区域划分为分散式的控制单元，采用典型的远程I/O，这样可以大量节省控制电缆和施工费用。每流仪表柜、阀柜、控制操作台（主操作台、拉矫切割操作台、出坯操作台）分别设置远程I/O站，实现分散远程控制，系统简单。仪表检测和控制亦采用 PLC 控制装置，完成过程参数设定、采集、监视及回路调节。通过软件组态编程实现过程控制所必要的全部监控功能。从而满足工艺模型自动控制、工况监测、生产、介质消耗计量等要求。从而满足工艺模型自动控制、工况监测、生产、介质消耗计量等要求。

整体自动化信息系统由四级构成：4级，公司生产信息管理系统；3级，生产控制计算机系统；2级，过程控制计算机系统；1级，基础自动化系统。L4包括生产管理、物流管理、质量管理、技术管理、成本管理、销售管理和发货管理等功能。L3负责对各生产机组的生产组织和协调，是信息系统的枢纽。它接受L4的生产计划，下达生产指令。L2的功能包括铸机的物料跟踪、模型计算、参数设定、质量跟踪和班报表/日报表等。L1（基础自动化系统）由电气和仪表等控制系统组成，控制上主要包括逻辑/顺序控制、传动控制、回路控制，人机接口和数据通信等。过程控制计算机（L2）和HMI人机接口（含L1级）过程控制计算机系统，上连生产控制计算机系统，下接基础自动化系统。主要完成生产计划的接受、跟踪，生产节奏控制，生产实绩上传，模型计算，生产报表等功能。设置过程控制计算机的主要目的是实现快速有效的模型控制和信息管理。本着、适用、经济、易操作管理和可扩充的原则对二级计算机进行配置。HMI计算机监视操作站和PLC在开放的网络上进行数据采集和过程监控。操作站采用台式计算机，配置：。L2级和L1级操作站只是在功能上进行划分，而在物理连接上没有分别。


3、 技术方案的特点

1. 运转模式

运转模式分为：送引锭准备模式，送引锭模式 ，浇铸准备模式，浇铸模式，尾坯模式,检测模式.

(1) 送引锭准备模式

送引锭准备模式，亦称准备模式。

用于线上设备的维修与调整，以达到浇铸前各设备处于待运转状态。此模式只能从尾坯模式后选择。


(2) 送引锭模式

送引锭模式铸机中有关操作的模式。此模式可以从送引锭准备模式后选择。


(3) 浇铸准备模式

浇铸准备模式，亦称保持模式。是引锭头进入结晶器后等待铸造的模式。从送引锭模式完成开始到开浇为止。此模式开始后，为了防止引锭下滑，1#~4#扇形段内弧驱动辊处于制动状态。


(4) 浇铸模式

用于正常浇铸。此模式只能从浇铸准备模式后选择。


(5) 尾坯模式

拉尾坯模式，用于浇铸末期对结晶器中钢液面进行封处理后进行的操作。只能从浇铸模式后开始。此模式包括重拉坯，即各种原因致使正常浇铸操作中断时的拉坯。


(6) 检测模式

有三种功能:a.辊缝测量 b.辊子旋转测量 c.外弧对弧测量

硬件采用AB公司产品，主要包括PLC模块、控制单元、通讯接口、HMI。每台操作站具体配置如下：

(1)工控机P4，主频2.8 GHZ，内存512MB，硬盘80GB,采用19"液晶显示器

(2)软件系统组成：编程软件RSLOGIX5000、过程画面编辑软件RSView32。

(3)系统网络结构


整个基础自动化采用可编程序控制器（PLC）进行控制，连铸机设置三套PLC和三套HMI操作站。PLC公用系统一台，铸流系统一台，仪控系统一台。PLC计算机之间将通过光纤收发器转换为100Mbps工业Ethernet网相连。PLC的主机与远程站之间连接采用ControlNet网络连接，变频器传动装置之间采用DeviceNet网络连接。供电电源的质量直接影响PLC的使用性，也是故障率较高的部件，检查电压是否满足额定范围的85%～110％及考察电压波动是否频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化，建议加装稳压电源。对于使用10多年的PLC系统，若常出现程序执行错误，应考虑电压模块供电质量。运行环境的检查：
     (1)PLC运行环境温度在0～60℃。温度过高将使得PLC内部元件性能恶化和故障增加，尤其是CPU会因“电子迁移”现象的加速而降低PLC的寿命。温度偏低，模拟回路的系数也会变小，低温时可能引起控制系统动作不正常。解决的办法是在控制柜安装合适的轴流风扇或者加装空调，并注意经常检查。
     (2)环境相对湿度在5%～95％之间。在湿度较大的环境中，水分容模块上的IC的金属表面的缺陷侵入内部，引起内部元件性能的恶化，使内部绝缘性能降低，会因高压或浪涌电压而引起短路；在其干燥的环境下，MOS集成电路会因静电而引起击穿。
     (3)要定期吹扫内部灰尘，以保证风道的畅通和元件的绝缘。建议PLC的电控柜使用密封式结构，并且电控柜的进风口和出风口加装过滤器，可阻挡绝大部分灰尘的进入。
检查PLC的安装状态。各PLC单元固定是否牢固，各种I/O模块端子是否松动，PLC通信电缆的子母连接器是否插入并旋紧，外部连接线有无损伤。检查PLC的程序存储器的电池是否需要换。
根据维修的特点可分为①外线维修，包括通信总线和I/O所连接的传感器、连接器、继电器、限位开关、保护元件、连接线和变频器等。②PLC的固件维修，包括CPU单元、I/O单元、智能单元、供电模块的内部电路维修。 PLC控制器具有一定的自检能力，而且在系统运行周期中都有自诊断处理阶段。系统工作过程中无论发生何种故障，维修人员都要遵循一定的操作步骤。
1．检查PLC供电是否正常。若POWER指示灯不亮，可检查供电线路和熔断器。
2．检查PLC系统。启动PLC查看“RUN”指示是否正常，有无报警发生。通常正在使用的PLC系统很难发生这种故障。
3．I/O模块的检查。I/O模块是CPU与外部控制对象沟通信息的通道，也是容易损坏的部分，因此使维修的主要内容。
4．工作环境的检查。主要影响的因素是温度和湿度。5．固件的维修。当确认是PLC固件损坏，的办法是换新的备件。