产品描述
西门子6ES7222-1HD22-0XA0使用方式
在现代化的工业生产中,大量采用了可编程序控制系统,可编程序控制器能在恶劣的工作环 境下正常工作,但其构成的控制系统由于设计、安装、干扰等因素有时会出现故障。有些问 题是在系统设计时考虑不周造成的。根据实践中的经验和教训,本文阐述可编程序控制系统 设计时应注意的问题。
1、一个系统中使用的成熟技术至少应占到75%以上
“成熟技术”一是经过一定的生产实践考验的可编程控制器产品或类似设计,或者确定能在未来的生产实践中,经得起考验;二是设计工作人员对于需要使用的技术要有经验或有掌握它的能力。设计与配置一个可编程序控制系统选用的技术与设计方案切实可行。因为一个生产过程控制系统,一旦做出来,要长久使用下去,难以找到机会反复修改。设计的硬件系 统和编程软件,其中某些缺欠,可能一直隐藏在已完成的系统中。若遇到发生破坏作用的条件,后果难以预料。
2、系统的硬件结构和网络要简明而清晰
硬件结构不要追求繁琐,网络组态不要追求交叉因素太多,要力求使用可编程序控制器自 身配置的组网能力。在组成I/O机箱配套的模板时,建议型号简单,力求一致,模板密度不宜过大。使用的结线点不宜过多,从目前机箱的制造和配线工艺来看,输入与输出配线密度不能太高。
3、控制系统的功能和管理系统的功能应严格划分界限
由于可编程序控制器组成的过程控制系统中的实时性要求很高,而网络通信是允许暂时失 去通信联系,过后自己能重新恢复,但是在重新恢复之前这一间隔时间可编程序控制器会处于失控。另外,在用多个可编程序控制器系统组成一个大系统时,对于主控制的关键命令,除了使用可编程序控制器自身的网络通信传送它的信息外,有使用它的I/O点做成的硬件联 锁,特别是两者之间“急停”的处理;虽然两个系统都在自身的通信扫描中互相变换着“停 止”或“急停”命令,但因一方在急停故障时已经停止运行,另一方并未收到已停止的信息 而照常运行,其后果难测。可编程序控制器控制系统关键的“急停”应先切除执行机构的电源,然后将其信号送入可编程序控制器,这样可设备保护的时间。
4、可编程序控制器的程序要简明且可读
用户软件的编写是“平铺直叙”,用户软件可看成是一个有序的“黑盒子”系列,每个“ 黑盒子”按照结构化语言划分,可分为几种典型的语句。每个语句方式、手法可能十分单调 ,但一定要明确。在设计与编写这些语句时,若使用不易推理的逻辑关系太多,或者语 句因素太多,特殊条件太多,就会使人阅读这些语句时十分难懂。因此,一个可编程控制器 的用户软件的可读性,即编写的软件能为大多数人读懂,能理解可编程控制器在执行这个语 句时,“发生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能单一而流畅,这是软件在使用和维护时的重要条件。
5、可编程序控制系统在硬件和软件上的预置,有运行检测的关键监视条件
可编程序控制系统配置了彩色图形工作站/屏幕监视,但从价格及反映现场状态的时间来看,屏幕监视尚不方便。关键的故障,或者在关键的机械设备附近,可配置一些指示灯,它们可以用数字量输出做成,用来监视程序的正常运行,或用来调试程序,在指示灯旁配以功能标牌,可帮助操作人员确认可编程序控制系统的正常运行和及时反映故障。
6、设计大中型可编程序控制系统时不要耗尽它的硬件和软件资源
对于设计的新系统,硬件上至少要保留15%左右的冗余,在软件编制时,同样要估计用户软件对计算机资源的需要与用量。尤其对中间继电器,计数器/定时器的使用,要留有余地 。因为在调试和运行后,软件总会被、,甚至重新编制。已编制的软件让人无法和完善,在工程上是不实际的。
7、合理地配置可编程序控制器系统的冗余
可编程序控制系统可能做出多种方式的冗余,处理器的双机热备、冷备冗余是常见的方式。另外,双系统冗余,即处理器和全部的输入、输出、组网通信冗余,其价格和实用性虽然在许多工程项目中难以被人接受,但在有毒、有害的化工生产环境这种冗余很有必要。在设计系统中,要使配置冗余方式较为经济而又实用,力求使故障缩小在本设备身上。不要因某一设备发生故障,引起工艺流程中相关设备运行或状态受到冲击。
以上阐述的几个方面,是在可编程序控制系统总体方案设计时,要格外重视的问题,只有在设计系统时,考虑周到,系统投入运行之后,设计人员才能少些遗憾。
根据水处理厂设备分类和控制要求,水处理厂自控系统包括:取水泵站PLC1、加药站PLC2、滤池站PLC3(包括公共反冲洗)、送水泵站PLC4和控制室组成。水处理厂自控系统由管理层、控制管理层、现场控制层三层组成,控制系统结构采用集散型控制系统,以便于实现“集中管理,分散控制"的三级控制。指挥权集中、控制权分散、注重功能分散,以求控制灵活,提高整个系统的性。PLC1用于监控取水泵房取水泵运行和操作的,包括泵运行温度、电量参数,以及原水的pH、浊度、温度等水质参数。PLC2加药站用于监控加矾计量泵、石灰泵以及加氯机的运行和操作的,包括加混合后水质的SCD、pH、余氯,通过反馈,PLC PID调节设备的加药量实现自动控制。这样使水能达到好的沉淀和杀毒消菌的效果,并且保证水的pH。这是制水厂关键的控制环节。PLC3是控制滤池自动恒水位过滤、自动公共反冲洗的。PLC4是监控送水泵房送水泵运行和操作的。包括泵运行温度、电量参数,以及出厂水的pH、浊度、余氯、压力、流量等参数,保证城市供水量和水质。水处理厂的PLC通过屏蔽同轴电缆在全厂组成一个ControlNet网。
水处理厂控制室配置两台HMI操作站, 互为热备,是由两台各装有一块1784KTCX15卡的电脑运行RSView32系统做成了人机界面,监测和控制整个制水厂的生产和运行情况以及监测城市管网的压力情况。配置打印机打印报警、生产报表和曲线等。
3 城市管网测压点组成
在SA系统中,用于城市管网压力监测的PLC5-PLC12采用为经济的微型可编程控制器MicroLogix 1000,采集监测点的参数数据并作为SA系统的DF1从站。
4 公司监视站的组成
公司监视站包括供水集团公司大楼内部网络和装有1784PCIC卡的SA系统的电脑。由于制水控制室和供水集团公司大楼相距较远,采用了同轴电缆组成的 ControlNet网相连,装有1784PCIC卡,电脑安装了RSView32及RSView32 ADS为监控组态软件,用于监视制水厂和城市管网的压力实时数据,也实现了公司内部网络与控制网络的通讯。从而,通过ControlNet网、无线电调度系统、公司内部网络将水处理自控系统、城市管网调度系统和公司内部网络联成了一体化网络。在经理室等有关职能部门配置了监视终端,作为系统的客户机和公司网络上的其他任何终端一样只需安装ADS工作站或者Web Browser,在授权的情况下均可以监视制水厂和城市管网压力的运行情况。系统具有Internet/Intranet接口,可方便实现在任何地点、任何时候通过拨号上网的方式监视生产运行情况,即远程监视。
5 系统软件的组成
系统软件是整个系统的,直接关系到整个系统的成败。系统软件主要包括操作系统、软件平台等。制水厂中控室操作站采用bbbbbbs NT操作系统和RSView32人机监控组态软件。供水集团公司大楼ADS电脑安装bbbbbbs 2000 Server作为内部网上的立服务器,运行RSView32人机监控组态软件和RSView32 ADS Server。RSView32是罗克韦尔自动化软件公司采用开放的技术,以MFC(微软基础级)、DCOM(分布元件对象)组件技术为基础的人机软件,这个在图形显示中利用ActiveX、VBA、OPC的HMI产品,提供了监视、控制和数据采集等全部功能,是一个使用方便、可扩展性强、监控性能高的监控组态软件。RSView32 ADS将RSView32 HMI软件扩展为客户/服务器结构。ADS服务器不仅可以在现场,而且可以通过互联网在世界任何地方接入。客户端可以采用ADS Station软件或Internet Explorer作为软件平台。系统策略利用bbbbbbs 2000和RSView32提供的双重功能,bbbbbbs 2000在内部网络系统层负责管理操作人员或系统管理员的登录,而RSView32通过设置不同的级别在应用层对各用户的操作权限进行控制,从而保证系统的正常操作,防止越权操作。
SA系统协议
ControlNet网是罗克韦尔自动化公司新推出的全新的工业控制网络,是一个开放的高速确定网络,他可用于传输对时间有苛刻要求的信息,通信速率可达到5Mbps,提供实时的控制和对等的通信服务。采用生产者/客户方式,将传统的网络针对不同站点需多次发送改为一次发送多点共享,减少了网络发送次数,从而使网络实时、有效。用RSNETworx软件完成ControlNet的网络组态。由于历史的原因我们采用的是SLC5/03 PLC,所以要上ControlNet网每个PLC机架上增加了1747-SCNR通信模块,在送水泵站PLC4上另外还增加了1747-KFC15通信模块,以满足1784KTCX15和1784PCIC卡与PLC cpu的通信。
罗克韦尔自动化公司的A-B SLC5/03、SLC5/04和MicroLogix 1000可编程控制器具有内置的多功能标准RS232接口通道,该接口的系统方式支持DFl通讯协议。DF1协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯,各系列PLC及装有RSLinx通讯软件的计算机均支持DF1协议,通过该协议可以构成基于PLC的调度系统。恩平城市管网调度系统采用点对多点半双工通讯模式,PLC4作为主站采用DFl半双工主通讯方式,其他PLC5- PLC12控制器作为从站采用DFl半双工从通讯方式,主站PLC采用对各站轮询方式实现数据交换。
SA系统功能与特点
1 集中管理、分散控制
在制水厂控制室能集中对全系统各种设备和生产运行数据进行监视和控制。能实现三级控制。即:就地手动控制,分站PLC控制,中控室集中控制。在控制室具有自动控制和远程手动控制(遥控)两种方式。
(1) 就地手动控制:就地通过控制箱或柜上的按钮或控制器对设备进行手动控制。
(2) 分站PLC控制:各分站的PLC执行自己的控制程序,处理该站现场I/O信号。在与控制室脱机或通讯出现故障时各分站能立利用自己的PLC进行控制及PLC之间的通讯。
(3) 中控室集中控制:就是在控制室对全厂生产过程和城市管网压力进行监测控制和数据处理,对所控设备进行自动或遥控控制。在自动控制方式下能对制水厂的相关设备进行联动控制,如开泵过程为先开泵后开阀,停泵过程为先关阀后停泵。若吸水井水位泵轴,直接开泵;若吸水井水位泵轴,开泵之前先抽真空,真空形成后,停真空泵,开泵(泵阀联动);通过闭环反馈PID对进行自动投加处理;以及滤池的PID恒水位自动过滤,自动进行反冲洗等,在遥控方式下能对各控制设备进行立控制。
水处理的整个PLC组成一个ControlNet网络。无线电通讯速率可达960Obps。DF1轮询时间可以根据实际需要在监控画面上设定,以达到数据的实时有效。公司采用10OM以太网,保证了整个系统可以快速稳定和地运行。
3 系统可扩展性和开放性强
该系统采用的硬件和软件都是符合标准、世界范围内应用广泛的产品,例如:监控系统是基于微软公司的bbbbbbsNT、2000或9X平台,支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。为过程控制系统与管理信息系统交互信息实现管理控制一体化提供了接口基础。
4 丰富的画面显示功能
计算机操作站显示的画面有管网监控图、制水厂各个分站的动态模拟图、高压配电图、设备操作画面、趋势图、报警画面等。操作人员通过调用这些画面可以的掌握整个系统的运行情况,并且很方便地对设备进行操作。
5 报警和保护处理功能
系统记录设备和软件报警发生时的有关信息,如故障标签名称、报警信息、故障报警时间等,并可以对报警信息进行管理。系统还提供了对重要设备的保护功能,如过载、温及三相电流不平衡等保护。
6 报表功能
本系统输出报表有生产日志、生产日报表、月报表、季度报表、年报表与管网压力报表等。
7 远程监视功能
基于客户/服务器HMI组态软件RSView32 ADS,可实现对整个系统的远程监视。操作人员可在控制室对生产过程进行监控,公司甚至出差在外也可以监视和查询制水厂及城市管网压力的运行情况,及时掌握生产情况,以便快作出决策和调度,提高生产效率。
使用效果与实际存在问题
恩平水处理厂自2001年11月调试完毕,正式投入使用以来,系统运行比较稳定,自动化控制效果良好。
但是由于特定的原因我们采用的是SLC5/03 PLC,而没有选用A-B的ControlLogix5000系列 PLC,虽然每个机架上增加了1747-SCNR通信模块组成了一个ControlNet网,但是电脑上的1784KTCX15和1784PCIC卡是没有办法直接和SLC5/03 PLC CPU通信的。为了解决这个问题我们在送水泵站PLC4上另外还加了增块1747-KFC15通信模块,这样送水泵站SLC5/03 PLC CPU通过RS232串口可以先和1747-KFC15通信,电脑上的1784KTCX15和1784PCIC卡通过ControlNet网和1747-KFC15进行通信,从而解决了1784KTCX15和1784PCIC卡与SLC5/03 PLC CPU的通信的问题,由于只有一块1747-KFC15通信模块,对于其他的取水、加药和滤池站的SLC5/03 PLC,我们通过ControlNet网,先把要处理的PLC地址传送到各自的1747-SCNR通信模块M地址中,然后把取水、加药和滤池站1747-SCNR的M数据传到送水泵站1747-SCNR上,这样再把所有的送水泵站1747-SCNR上的传送来的M地址送到送水泵站SLC5/03 PLC CPU上,从而实现了对整个水处理厂的各个分站的监控。虽然问题是解决了,也存在不足之处,SLC5/03 PLC CPU通过RS232串口和1747-KFC15通信的速率大只能设到19200bps,这样电脑上的1784KTCX15和1784PCIC卡与SLC5/03 PLC CPU多也只能是19200bps,而ControlNet网是一个开放的高速确定网络,通信速率可达到5Mbps。这样,ControlNet网的高速、实时和有效性难以体现出来
概述:
本文以电气控制系统改造为题,进行一些探讨与分析,进行改造的起重机的机构主要分为:起升,变幅,旋转三大部分,但是不能行走,这样在生产中带来不便, 它的主要电气控制元件使用继电器和交流接触器。因为各机构电动机功率相当大,原系统采用了转子串电阻进行降压起动,调速也是通过切除转子所串电阻进行调速。转子串电阻方式调速范围窄,很难达到集装箱低速着地的要求。由于该机使用频、线路复杂、接头触点多、耗电量大、起动电流大等原因造成需经常换交流接触器,导致故障,使该机存在运行质量低等弊端。这次改造中,主要是对起升、变幅、旋转三大机构的电控系统进行改进,并增加大车行走控制系统。在这次改造中整机的电气控制系统由我负责安装与调试。
我公司是外运系统中的一个仓码公司,以集装箱装卸业务为主,大型起重机装卸机械是我司主要的生产工具。随着我司业务的发展,一些旧设备日渐跟不上生产需要,对其进行改造,使其发挥能。现我司有四台龙门吊及三台40吨固定式起重机,为了提高生产能力,促进我司的发展。在2003年10月我司对自编为3号的GQ4024集装箱固定式起重机进行改造,将其改造成MQ4035轨道式门座起重机,改造后提高了控制系统的自动化程度,简化操作,大大地提高了工作效率及方便了装卸船作业。下面分三部分对改造后电气系统进行叙述。
一、控制系统硬件配置
该机改造后的控制硬件配置主要由操纵手柄、PLC、变频器、电动机及其它电
气单元组成。如下(图1)所示:
1 引言
造纸机电气传动控制系统性能的好坏是决定一台造纸机能否率、高质量进行生产的前提,那么对于一台正常生产的造纸机来说,为保证其连续地率、高质量进行生产,传动系统的维护就显得尤为重要,本文列举了造纸机传动系统维护中的几类常见故障,并给出了相关分析及解决办法。
2 整机故障的判断与分析
作为电气技术人员,对所管理的设备要有充分的了解,对工作原理和设计思想要有非常清楚地认识。从原理上搞清楚再依据现象作出分析判断,是正确区分故障原因的基础。
一般车间操作工或维修电工所能发现的只是生产过程中的表面现象。例如操作失灵,频繁断纸,引纸困难等。这些现象往往被操作人员视为电气故障,经常听到的抱怨是“车速不稳”。对于这种抱怨电气技术人员要做到一看二测三试验。一看是先看准问题的部位和现象位置及综合工艺流程分析原因所在;二测是对观察到的速度、电流等参数进行实测确认,排除指示错误;三试验是进行开环或空载等单机试验,确认电气或机械故障的大体范围。
2.1 可以确定的电气故障或机械故障
1. 电气故障
1) 变频器不能启动,而负荷又不存在卡死或堵转情况;
2) 电机发热异常,甚至冒烟,或者电流很大而电机不转或力矩很小,这有可能是线路故障或电机内部故障;
3) 操作失灵,加减速不动作,或反映不正常时好时坏;负荷分配不平衡,可以调整但变化度不稳定等。这些可能与线路接触或通讯干扰等故障有关。
2.机械故障
1) 轴承发热;
2) 设备转动声音异常,明显周期性声响且能观察到机械周期;
3) 网部常见的机械故障就是驱网辊打滑,表现为负荷分配时好时坏,特别是异常加速。如驱网辊打滑后摩擦阻力突然下降负荷电流下降,而程序上对负荷下降的动作是加速,因而造成驱网辊不断加速后飞车。这种情况简单的可以把网子张紧一些,如果不行则只能减小伏辊电流限值或增大驱网辊包角。
2.2 难以确认故障源的故障
对于比较明显的故障则可以直接从故障点入手解决,而纸机实际运行中往往会出现一些难以确定故障源的异常现象。常见到的有以下三个原因:
1. 速度不稳定
影响速度不稳定的因素有:
1) 速度传感器(一般为编码器)机械联接不良,应检查联接器;
2) 机械设备负荷变化大。打开与机械设备的联接器,只运转电机,以判断干扰是否来自机械设备;
3) 速度调节器参数不合适,检查并调整速度调节器参数;
4) 纸机湿部开车引纸的情况下,往往会出现纸幅含水量偏高,引纸时纸幅的下垂部分的自重会将纸幅拉长,所以总认为后边分部速度太慢,事实上越调快后边分部的速度,下垂的现象越严重,应检查相应部分的脱水情况,并予以调整。
2. 速度突变
影响速度突变的因素有:
1) 速度传感器的机械连接不良,应检查联接器。
2) 线路连接点接触不良,应检查接线。
3) 机械设备故障,如轴承损坏等。
3. 负荷波动大
影响负荷波动的因素有:
1) 速度传感器的机械连接不良,应检查联接器。
2) 机械设备负荷波动大,应打开机械设备的联轴器只运转电动机,以判断干扰是否来自机械设备。
3 变频器的故障分析
3.1 变频器故障原因查找
3.1.1 电机不转故障原因
1) 有无电源接入,检查电源;
2) 有无故障报警,排除故障;
3) 电机有无故障,检查电机;
4) 变频器故障,不能自行解决时与变频器供应商联系。
3.1.2 电机振动而且有响声,但不能转动故障原因
1) 电机故障;
2) 变频器故障:变频器输出三相电压不平衡,检查变频器的功率元件有无损坏,若有损坏予以换,仍不能解决,与供应商联系。GTR单管检查的方法是用万用表测量各之间的电阻值。正常电阻值如下:
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