西门子6ES7253-1AA22-0XA0使用方式

西门子6ES7253-1AA22-0XA0使用方式

循环流化床锅炉是一种环保型锅炉，但随着环境治理要求的进一步加深，其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境，减少SO2对大气的污染，决定对#4(75t/h)、#5(135t/h)循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统，采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。

一 系统工艺流程

对于循环流化床锅炉进行脱硫处理，目种普遍采用的方法是将脱硫剂(石灰石粉：粒径0～2mm，比重约1.4t/m3)通过送粉管道从炉次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧，通过化学反应生成CaSO4，达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下：

(1)石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；

(2)空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路(另一路送气化风)→炉前检修隔断门→炉膛；

(3)气化风→空气加热器(有旁路阀)→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。

该系统设计采用双路联调送粉方式，每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。

二 控制系统设计实施

整个控制系统由一台中控室内的监控计算机(操作员/工程师站)、一台现场控制站 FX2N型PLC-128MR、并配以4个 FX2N-4A/D数据采集模块、一个 FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测，现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作，并与上位机采用RS-485进行实时通信。

现场控制站配置见附图。

1. FX2N-128MR现场控制站

FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的，其运算处理速度：基本指令0.08µs/指令，应用指令1.52～100µs/指令，输入输出总点数256点，大存储容量16k步，内置存储器容量8k步，顺控指令27条，步进梯形图指令2条，应用指令128种，298个。 FX2N-4A/D数据采集模块：接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。 FX2N-4D/A模拟数据输出模块：将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。

2. 喷钙脱硫系统的启动和控制

喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。

(1)方式一：自动启动

将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置，在显示器屏上点击“全自动启动”按钮，系统将按下列顺序启动设备。

(a)启动罗茨风机延时12s，开始下一步，否则报警；

(b)自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时，开始下一步，否则12s后报警；

(c)此时空气母管压力下降至运行I值(调试确定)。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至设定转速(调试确定)运行l 2s；

(d)启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀，并接通缓冲罐料位控制回路；

(e)接通SO2监测控制系统回路，通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速，使SO2测量值达设定标准值(<1200mg／m3)，此时空气母管的压力要上升至运行II值；

(f)启动电加热器，并将温度调至设定值。

(2)方式二：远方操作启动

各就地设备控制箱的切换开关切至“远方”位置。设备启动顺序与方式与上述相同，只不过是由设备操作人员在主控室CRT前利用鼠标按程序提示框逐一进行启动操作。

(3)方式三：就地操作启动

各就地设备控制箱的切换开关切至“就地”位置，此时设备的启动顺序不受限制，由操作人员任意启动，但若不是特殊情况，不采用此工作方式，因为该方式即使启动设备也不会实现PLC联调，达不到系统的使用目的。

3. 喷钙脱硫控制系统的运行

(1)系统运行时显示的状态参数有：粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态(停止、运行交替显示)、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。

(2)系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能，各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。

(a)数据采集：通过画面中的按钮设定数据，通过PLC的A/D模块进行数据采集；

(b)结果显示：将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；

(c)状态显示：通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；

(d)故障报警：当出现故障时，报警画面自动弹出，查看出现故障的地方；

(e)数据存储：通过设定后，设定的数据将自动存储到系统中去；

(f)生成报表：可用工具栏中的按钮查看报表；

(g)图形显示：加上运行狗(watch-dog)之后，启动系统就可显示图形画画，从而从画面中监视整个系统；

(h)打印：选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；

(i)内部通信：通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。

(3)系统运行时的联锁保护逻辑关系

Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时，自动解列联调方式变为单调方式，并停止该套送粉装置；

Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速设定值，但SO2的值不能满足排放标准时，报警；

Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时，直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；

Le当风机电动蝶阀误关时，3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀，并停止本风机运行，否则进入事故停机程序；

Lf空气电加热器的启动、停止，只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可，不必加入联锁；

Lg当空气分支管压力值过高值(调试时定)报警并延时3s停下旋转给料阀，然后进入逻辑Lb程序；

Lh当空气分支管压力值低压值(调试时定)时，执行逻辑La程序；

Li当下旋转给料机转速升至二设定转速(调试时确定)时报警。

4. 喷钙脱硫控制系统的停止

(1)正常停止

当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话，后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完，然后再停止运行，可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法，其顺序是一致的。其步骤如下：

(a)停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行，不再向缓冲罐送料；

(b)缓冲罐内料位降至低料位报警值后，让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；

(c)关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；

(d)切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路，将运行的罗茨风机停止运行；

(e)就地关闭该炉系统装置的手动插板，手动检修隔断门。

(2)事故停止

当系统设备在运行当中出现 La、Le所提及的故障情况时，系统要转入事故停机程序，各台设备顺序停机之间需要延时，停机步骤如下：

(a)停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。

(b)停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。

(c)解列运行及备用风机间的联锁，停止运行的罗茨风机。

三 应用体会

东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来，性能，运行平稳，经过2年多运行，出现过故障，基本不需要维护。 FX2N型PLC小型化、，适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断提高，该系统将拥有良好的开发前景

为达到定长切断的目的，除了保物料进给速度的稳定外，还要实时控制辊的运行速度，当切断长度正好等于辊旋转一周的尖轨迹长时，只须控制尖的线速度与物料进给速度相同即可。在实施定长切断的过程中，可以通过用伺服系统控制尖与物料进给进行位置随动跟踪，使得伺服电机的编码器脉冲与速度/长度测量辊的编码器脉冲成固定的比例k，即对应每个测量脉冲，伺服电机走过的脉冲数为k，如图2所示。
当切长小于辊旋转一周的尖轨迹长时，伺服电机的编码器脉冲数与速度/长度测量辊的编码器脉冲数的关系如图3所示。
当切长稍大于辊旋转一周的尖轨迹长时，伺服电机的编码器脉冲数与速度/长度测量辊的编码器脉冲数的关系如图4所示。
当切长远大于辊旋转一周的尖轨迹长时，伺服电机的编码器脉冲数与速度/长度测量辊的编码器脉冲数的关系如图5:

示例计算
设备的主要参数
主线速度测量辊直径Dzhu 100mm
主线速度测量编码器每转脉冲数Pzhu 2500脉冲
伺服电机编码器线数Dsifu 2500脉冲
伺服电机到辊的机械减速比K 6.24倍
辊刃口轨迹直径Ddao 235mm
设定切断长度Lshe 500mm(短)，10000mm(长)
切纸速度 200m/min
切纸频率 240次/分钟
要求切断精度 ±5mm
需要在调试时确定的参数
P1:上次切完毕后跟随运动的主线脉冲数 20脉冲(建议值)
P2:本次切前跟随运动的主线脉冲数 500脉冲(建议值)
设定长度修正量 -5~+5mm(建议值为0)
总体精度评估
伺服电机每脉冲对应位移0.047325mm，主线每脉冲对应位移0.04mm，根据设备总体精度指标，可以允许伺服位置跟踪误差大为±10个脉冲，考虑到齿轮传动精度限制，此数应适当减小。
在用户设定了所有参数之后，PLC计算出对应于每一个来自主线速度测量编码器的脉冲所需要输出至伺服电机的脉冲数，并形成电子齿轮比的数据表格(数据规律参见图1，计算方法请见下文计算实例)，然后接收来自主线速度测量编码器的脉冲，根据预先存在PLC内部的数据表格向伺服系统发送脉冲。在每一个切断周期完成后，PLC根据实际测量的切断长度修正发送脉冲的数据，以达到的控制。
计算
L:尖轨迹周长
L＝π×Ddao＝738.3mm
PL:对应于切长等于L的主线脉冲数
PL＝Pzhu×L/(π×Dzhu)＝5875脉冲
PLshe:对应于切长为设定长度Lshe的主线脉冲数
Plshe＝Pzhu×Lshe/(π×Dzhu)＝
l 3979(设定切长为短500mm);
l 5875(设定切长等于尖轨迹周长738.3mm);
l 79578(设定切长为长10000mm)。
PS:辊旋转一周对应电机轴上编码器脉冲数
PS=K×Dsifu=15600脉冲
K0:在切长等于尖轨迹周长时PLC输出脉冲和接收脉冲数量之比
K0=PS/PL=2.6553倍
情形一:
设定长度等于尖轨迹周长738.27mm
PLC接收主速度脉冲信号，同时发送K0倍数的脉冲给伺服。
当生产速度是200m/min时，主速度脉冲频率为26525.846Hz。此时PLC发送给伺服的脉冲频率为:
70434.5875Hz(对应伺服电机的速度为1690.43r/min)
情形二:
设定长度小于尖轨迹周长(短尺寸500mm)
PLC发送脉冲按下面几段规则:
l P1段:当上次切信号到达时，PLC对内部计长的计数器清零，重新计数，当计数值小于P1时，PLC每接收一个(或N个)主线脉冲，就发送K0个(或N×K0个)脉冲给伺服(或者说，PLC的输出脉冲频率等于输入频率的K0倍)
l 追赶段:如图6，版辊在追赶段比按照K0倍主速度脉冲频率多走(PS－PLshe×K0)个脉冲。
S1＝(P3＋P4)×ΔK/2=PS－Plshe×K0,
其中，P3＝Plshe－P1－P2,
则(Plshe－P1－P2＋P4)×ΔK/2＝PS－Plshe×K0
ΔK＝2(PS－Plshe×K0)/(Plshe－P1－P2＋P4)
或P4＝2(PS－Plshe×K0)/(ΔK－Plshe－P1－P2)
ΔK可根据辊电机的转速、大加速度以及主线速度的值来确定。比如，在短尺(500mm)切断时，每秒钟快切断4次，生产速度即为每分钟120m。此时，主线脉冲频率为15915.5078Hz，跟随时送给伺服的脉冲频率为:
42260.7525Hz，对应伺服电机的速度为1014.26r/min。
如果伺服的速度为2000r/min，则ΔK选取方法如下:伺服速度时，脉冲频率为83.333kHz，按速计算ΔK=2.58，取ΔK=2.5，
则P4＝2(15600－3979×2.6553)/2.5－3979＋20＋500＝568.649，取整为568，
速度上升段和下降段的主线脉冲数为:
(P3－P4)/2＝1445.5，取上升段为Psha＝1446，下降段Pxia＝1445。
l P2段:PLC每接收一个(或N个)主线脉冲，就发送K0个(或N×K0个)脉冲给伺服(或者说，PLC的输出脉冲频率等于输入频率的K0倍)
本情形下，可根据下面的计算生成数据表格:
P为当前周期PLC接收到的主线测速脉冲的总数。
当P≤P1时，
以主线速度测量脉冲输入至PLC申请中断(根据PLC的中断执行速度，可设置N个脉冲执行一次中断，表格的长度等于PLshe/N)，中断后输出以对应伺服速度的频率发出N×K0个脉冲。
当P1＜P≤(P1＋Psha)时，
每次中断输出脉冲数为:N×(K0＋(P－P1)×ΔK/P sha)。
当(P1＋Psha)＜P≤(P1＋Psha＋P4)时，
每次中断输出脉冲数为:N×(K0＋ΔK)。
当(P1＋Psha＋P4)＜P≤(P1＋P3)时，
每次中断输出脉冲数为:
N×[K0＋(P3＋P1－P)×ΔK/Pxia>。
当(PLshe－P2)＜P≤PLshe时，
每次中断输出脉冲数为:N×K0。
情形三:
设定长度大于尖轨迹周长(长尺寸10000mm)
PLC发送脉冲按下面几段规则:
l P1段:当上次切信号到达时，PLC对内部计长的计数器清零，重新计数，当计数值小于P1时，PLC每接收一个(或N个)主线脉冲，就发送K0个(或N×K0个)脉冲给伺服(或者说，PLC的输出脉冲频率等于输入频率的K0倍)
l 等待段:如图5，版辊在等待段比按照K0倍主速度脉冲频率少走
(PLshe×K0) － PS个脉冲。
S1＝(P3＋P4)×ΔK/2＝ PLshe×K0－ PS,
其中，P3＝PLshe－P1－P2,
则[(PLshe－P1－P2)＋P4>×ΔK/2＝ PLshe×K0－ PS
ΔK＝2(PLshe×K0－ PS)/[(PLshe－P1－P2)＋P4>
或P4＝2(PLshe×K0－ PS)/ΔK－(PLshe－P1－P2)
算例1:
切长10000mm时，ΔK选取方法如下:
按伺服加(减)速度小为原则。计算S1的面积，
则P4＝2(79578×2.6553－15600)/ΔK－79578＋20＋500＝195703.46/ΔK－79058，
当ΔK＝K0时，P4＝－5355，实际上P4不可能为负数，所以，可选P4＝0，此时
ΔK＝4.951此时，ΔK大于K0，也不符合实际，可以设想在长度为某值时，
ΔK＝K0、P4＝0，即2(PLshe×K0－ PS)/((PLshe－P1－P2)＋P4)＝K0，此时PLshe＝11230，即切长为1411.2mm，当切长小于此值时，按算例2、3计算(参照图6)，当切长大于此值时，比如本算例的10000mm，计算如下:取ΔK＝2.6553, P4＝68348，当切长为10m时，速度下降段和上升段分别对应的主线脉冲数为:Psha＝ Pxia＝(P3－P4)/2=5355。
算例2:
当切长为1000mm时，
P4＝2(PLshe×2.6553－15600)/ΔK－ PLshe＋P1＋P2
＝(7958×2.6553－15600)/ΔK－7958＋520
＝5530.8774/ΔK－7438，
当ΔK＝0.7436时，P4＝0，速度下降段和上升段分别对应的主线脉冲数为:
Psha＝ Pxia＝(P3－P4)/2＝3719。
算例3:
当切长为739mm时，
P4＝2(PLshe×2.6553－15600)/ΔK－ PLshe＋P1＋P2
＝(5881×2.6553－15600)/ΔK-5881＋520
＝15.8193/ΔK－5361，
当ΔK＝0.00295时，P4＝0，速度下降段和上升段分别对应的主线脉冲数为:Psha＝ Pxia＝(P3－P4)/2＝2680.5。

l P2段:PLC每接收一个(或N个)主线脉冲，就发送K0个(或N×K0个)脉冲给伺服(或者说，PLC的输出脉冲频率等于输入频率的K0倍)本情形下，可根据下面的计算生成数据表格:
P为当前周期PLC接收到的主线测速脉冲的总数。
设定长度大于尖轨迹周长，但小于等于1411.2mm时
当P≤P1时，以主线速度测量脉冲输入至PLC申请中断(根据PLC的中断执行速度，可设置N个脉冲执行一次中断，表格的长度等于Plshe/N)，中断后输出以对应伺服速度的频率发出N×K0个脉冲。
当P1＜P≤(P1＋P3/2)时，每次中断输出脉冲数为:
N×(K0－(P－P1)×2ΔK/P3)。
当(P1＋3/2)＜P≤(PLshe－P2)时，每次中断输出脉冲数为:
N×(K0－(PLshe－P2－P)×2ΔK/P3)。
当(PLshe－P2)＜P≤PLshe时，每次中断输出脉冲数为:
N×K0。
设定长度大于1411.2mm时
当P≤P1时，以主线速度测量脉冲输入至PLC申请中断(根据PLC的中断执行速度，可设置N个脉冲执行一次中断，表格的长度等于Plshe/N)，中断后输出以对应伺服速度的频率发出N× K0个脉冲。
当P1＜P≤(P1＋5355)时，每次中断输出脉冲数为:
N×(K0－(P－P1)×K0/5355)
当(P1＋5355)＜P≤(PLshe－P2－5355)时，每次中断输出脉冲数为零。
当(PLshe－P2－5355)＜P≤(PLshe－P2)时，每次中断输出脉冲数为:
N×(P－(PLshe－P2－5355))×K0/5355
当(PLshe－P2)＜P≤PLshe时，每次中断输出脉冲数为:N×K0。
在以上计算中，如脉冲数为小数，则将小数部分累计到下一周期取整，再将小数递推累计。在切信号到达时，将接收到的脉冲数(实际切长)与理想值作比较，根据比较结果对发送给伺服的脉冲数进行调整，继续上述循环。

系统要求

在PLC程序不改动的情况下程序的执行顺序为1->2->3->4->5->6…->50, 每步根据界面设定的对应步数的“目的缸号”、“吊车互锁”、“机车升降”、“等待时间”、“滴水时间”等数据执行动作，基于每步的数据共5个，总长度小于2字（4byte）， 故我们在设计时将每步的数据使用PLC中对应的两个控制字来定义，针对用户的PLC，我们定义这50步的数据为DM1000～DM1100, 如1步对应DM1000和DM1001，2步对应DM1002和DM1003。 

实现步骤

用1步举例说明：

1．1列“目的缸号”的设置要求

共4种模式，多4个字符：

1）L或U模式，默认缸号为1号缸

当为‘L’时，即LOAD时，DM1000的0、6位置1

当为‘U’时，即UNLOAD时，DM1000的1、6位置1

2）XX模式，无SBUSCYLE模式

XX为数字，表示实际缸号，用DM1000的0～5位表示，6位置于0。

3）SXY模式，S代表SUBSYCLE

子循环数X用DM1000的2～4位表示

子循环数的工位数Y用DM1000的10～15位表示

DM1000的6位为1。

2．2列“吊车互锁”的设置要求

当字符为F或B时，说明有互锁情况，该列共有3种输入：

1）输入为FX，DM1000的9位置1，DM1001的0～7位设置为X

2）输入为BX，DM1000的9位置1，DM1001的8～15位设置为Y

3．3列“上升/下降”设置说明

字符＝Y， 说明是“上升”，  DM1000的7位设置= 0

字符＝N， 说明是“下降”,  DM1000的7位设置= 1

4．4列“等待时间”设置说明

XX: 数值，数据大长度2位，大值25， 当2列字符＝‘F’或‘B’时， 设

定DM1001的0～7位 = XX＊10

5．5列“滴水时间”设置说明

XXX: 数值，数据大长度3位，大值255， 当2列字符＝‘F’或‘B’时， 设

定DM1001的8～15位 = XXX

其它说明：

1．当遇到空操作N时

DM1000的7位置1

2．当执行到后一步时，将上一步低控制字的8位置1

3．高控制字在没有F/B时

高字节存放滴水时间,要＊10输入

低字节存放等待时间, 要＊10输入

4．高控制字在有F/B时

高字节存放BACKWORD的X值

低字节存放FORWORDA的X值

程序编写思路：

1．采用索引来输入每步的信息，这样可以简化画面制作难度。

2．宏指令执行过程：

1）读入每步信息，判断RWI0是否为空，若不为空则将其转化为控制字中的值，赋给LW0，LW1。

2）改变偏移量指向存储控制字的区域。

3）将LW0，LW1的值传到存储控制字的区域。

4）改变偏移量指向下一步信息。

5）当RWI0为空,中断循环,去执行给后一步赋标志位的程序（期间进行两次偏移量切换）。

6）用定时器的功能将转换后的控制值传到PLC相应的区域。 

宏指令实现（鉴于篇幅较长，省略）:

共9段宏指令。

宏指令一的执行是通过画面2中的“执行转换”按钮触发，同时在画面2中设置了多个定时器元件，每个定时器指令触发一条宏指令，通过宏指令一顺序执行其它的指令。

通过修改LW9000（RWI偏移量）值，每次转换7个字的数据，从RWI0～RWI6开始, 将转换后的数据传递给从RWI500～RWI501开始的本地数据区，由于在提取原始数据时是每7个字提取，而转换的为2个字，所以涉及到偏移量的改变，在宏指令中先后将偏移量值LW9000设置为7和2的倍数。后，将转换后的值利用配方卡的下载功能，将数据下载到PLC中。

2 分布式控制模式的系统构建

只有基于Web 的技术才能真正实现管控一体化管控一体化技术离不InternetIntranet 以及Infranet 技术如何将生产车间的现场控制信息设备的工艺运行参数和设备本身的健康指标等信息集成到企业管理信息中去是本系统设计的一大橡胶硫化机组结构设计遵循多功能灵活性的要求将整个网络分为三层设备层班组层以及车间MIS 层要实现企业管控一体化就有一种能在工业现场环境下运行性能造价及维护廉的通信系统形成企业底层网络Infranet 以完成现场设备之间的数字通信进一步实现与管理层网络之间的信息交换目前计算机网络的飞速发展测控系统的研究已集中在远距离数据通信方式的研究上以往国内传统的工业测控系统通信方式BITBUS 和RS 485 其效率较低灵活性差尤其是错误处理能力不强远不能满足长距离大范围内测控系统通信的需要而基于现场总线技术的现场总线控制系统(FCS)已成为数字化企业网络化的基础FCS 不需要一个控制单元来集中控制和操作而是通过智能现场设备来完成控制和通信任务可较好地解决实时控制和现场信号的网络通信PROFIBUS 作为德国和欧洲的现场总线标准是一种开放式通讯系统工业标准PROFIBUS 是目前上的具备较成熟的方案的现场总线技术具有非常灵活的模块配置性能速度可达12Mbps/100m 故本系统采用PROFIBUS 系列中广泛应用于现场设备的PROFIBUS-DP 总线,橡胶硫化机组监控系统采用分布式计算机监控管理方式各个现地控制单元可以立按照硫化工艺控制参数与运行并将采集到的温度各种运行状态量以及电机的运行健康状态等信息通过PROFIBUS 总线上传到班组服务器以备工作人员监视监控操作人员可通过PROFIBUS 将必要的控制参数下传到各个现地控制单元调整控制和工艺参数同时为备现地操作每个现地监控单元均有手动/自动按钮实现现地和远控两种操作以提高整个系统的性性以及运行的经济性为便于与整个橡胶加工厂的监控系统进行系统互联实现企业管控一体化班组服务器还通过Ethernet 经厂数据交换机与厂MIS 系统互联橡胶硫化机组分布式结构图见图1 所示由上位工控机和基于PROFIBUS 的现场智能节点及其I/O 功能模块构成典型的现场总线控制系统PROFIBUS DP 现场总线的主控模块选用了SIEMENS 的基于bbbbbbsNT 的软PLC 解决方案――Wi 这样系统上位机既作为PLC 的软控制器,承担远程控制功能又作为监控管理计算机同时还可进行新工艺组态实现一机多用。

Infranet 层由以SIEMENS 的S7 300 系列PLC 功能模块为主的4 个控制单元组成每个控制单元的输入输出模块通道都设有冗余便于功能扩展和维护同时具有手动/自动两种操作模式便于脱离上位机立操作上位机和各控制单元之间通过PROFIBUS DP 总线实现数据传送由于系统设计为一分布式的监控系统每个现地控制单元均可立于上位机运行将危险分散维护方便提高性符合橡胶厂分布式控制和模块化设计思想且在工艺成熟后的生产扩大化过程中,可直接套用本控制系统的软硬件方案,缩短工业扩大化周期,提高企业的竞争力现地单元选用的控制模块和作用见表1 所示班组服务器的SoftPLC采用SIMATIC Wi。

表1 现地单元选用的控制模块及其作用

为了使控制系统加同时为了提高三相异步电机的执行效率采用了基MicroMaster420 变频器该变频器特别适合大力矩电机的拖动我们曾采用闽台一家的变频器生产公司的变频器系统运行时故障不断尤其是其保护能力较差导致故障频繁后改用了MicroMaster420 变频器后系统运行一直比较稳定采用三相380V 交流输入9.7kW 其特的自我保护能力如下：

过载能力为150 额定负载电流持续时间60 秒

过电压欠电压保护

变频器过温保护

接地故障保护短路保护

I2t 电动机过热保护

采用PTC 通过数字端接入的电机过热保护

采用PIN 编号实现参数连锁

闭锁电机保护防止失速保护整个监控系统的特性为所有S7 300 现地控制单元与班组服务器的SoftPLC Wi 采用ProfibusDP 进行数据通信使系统网络拓扑图结构清晰易于维护。

由于系统采用了网络及现场总线传递过程数据多种信息的交换仅依靠网缆或屏蔽双绞线即可完成这样就大量减少了系统施工时的布线工作量也为今后系统的维护及故障查找提供了方便过程参数的数字化传递避免了模拟量传输所带来的漂移抗干扰等问题大大提高了系统的稳定性。

若今后机组工艺设备发生变只需要在总线上增添或摘除相应节点并对软件作少量即可所以这种柔性的系统连接方式具有一定的适应性可以地保护用户的投资。

3 基于Wi 和OPC 的控制系统软件设计

为了实现Wi 的功能在班组服务器上安装一块Profibus DP 接口模块CP5611 Wi 控制引擎通过Profibus DP 接口模块CP5611 与分布式控制器进行数据通信完成数据采集分析控制 PC 与PLC 之间的通信等任务。

3.1 SIMATIC Wi

SIMATIC Wi 的功能不仅实现了在PC 上实现PLC 的功能同时它将PLC 与PC 间实现的集成将控制数据采集通讯人机界面及其它技术完整地结合一起集成于一台PC 机上SIMATIC WI 与S7 系列处理器兼容其编程采用统一的SIMATIC 编程工具程序既可以用于WI 也可用于S7 系列处理器仅从其兼容性和通用性而言对熟知SIMATIC 技术的人来讲重新学习便能充分掌握并应用何况其亲切友好的操作界面使人倍感亲切另外基于PC 的自动化与标准办公系统可共享标准PC 技术bbbbbbs NT 操作系统和TCP/IP 通讯标准因而是控制系统与管理系统的理想接口基于PC 的自动化是复杂控制和在空间散的自动化系统的优化系统

3.2 系统软件设计思路与特点

系统软件的设计采用基于面向对象的设计方法控制功能采用软PLC 解决方案Wi,均集中在班组服务器中进行由计算机来实现数据采制和管理其特点如下:

Wi 将控制数据采集通讯人机界面及其它技术完整地集成在一台PC 机上,能满足中试装置硬件精炼功能完善的要求。

Wi 与SIMATICS7 系列PLC 控制器兼容其编程采用统一的SIMATIC 编程工具编制的程序既可使用于Wi 也可用于S7 系PLC 控制器有利于系统的新和扩充。

Wi 提供了ActiveX 控件使得bbbbbbs 下的标准应用程序可非常简便地过程数据为重要的是Wi 还提供了用于诊断显示及运算的ActiveX 控件系统上位软件采用Microsoft 公司的Visual C 而Wi 作为系统的OPC服务器为基于bbbbbbsNT 的软件提供实时数据这些功能大地扩大了使用的灵活性为系统的功能扩展带来了很大的空间Wi 中的WinLC 即为软件PLC控制程序在WinLC 中参数设定好后就可像使用常规PLC 的CPU 模块一样使用Wi 的控制程序采用SIEMENS S7 系列可编程序控制器的标准编程工具STEP7 编制然后下载到Wi 中PLC 程序设计中结合STEP7 的特点利用其中的采用模块化程序设计对常用的程序段用或实现使程序清晰易懂便于调试由于STEP7 不是面向对象的程序设计语言在具体编程时借鉴面向对象的程序设计思想便可实现面向对象的程序设计中的数据和代码的分开简化了设计程序的工作量。

3.3 Wi OPC 以及Visual C 的关系

三者之间的关系见图2 所示：

                                 图2 Wi OPC 以及Visual C 的关系

图片3说明在整个系统中PC 与现场总线和分布式I/O 的优点表现为简化了系统的体系网络结构和设备设计提高了系统的通讯效率降低了硬件和备件投资易于调试和维护同时充分利用PC 中CPU 强功能Wi 控制器在数据处理 用户算法和多回路调节的控制任务中的特点基于PC 的一体化设计大大提高了控制器人机界面和网络部件的数据交换速度同时与传统的PLC 解决方案相比 SIMATIC 基于PC 的自动化有明显的性能价格优势

3.4 OPC 服务器

Wi 内嵌了实时OPC 服务器使用Wi_OPC 服务器用户的OPC 客户机应用程序如人机界面软件数据存取等可以存取Wi 控制引擎中的数据利于客户与Visual C

编程工具的无缝连接主要是Wi 借助兵使用了Microsoft_DCOM 分布式组件技术这正是Wi 特之处为客户编程提供了大的方便OPC 是OLE for Process Control的缩写即把OLE 应用于工业控制领域OPC 服务器由对象组成相当于三种层次上的接口服务器erver 组Group 和数据项Item OPC 客户对设备寄存器的操作都是通过其数据项来完成的通过定义数据项OPC 规范尽可能的隐藏了设备的特殊信息也使OPC 服务器的通用性大大增强OPC 数据项并不提供对外接口客户不能直接对之进行操作所有操作都是通过组对象进行的应用程序作为OPC 接口中的Client 方硬件驱动程序作为OPC 接口中的Server 方每一个OPC Client 应用程序都可以接若干个OPC Server 每一个硬件驱动程序可以为若干个应用程序提供数据OPC Server OPC Group OPC Item 层次之间的接口关系如图3 所示

作为OPC 客户程序它可以从其他OPC 服务器程序中访问数据与DDE 类似当实时数据库作为客户端访问OPC 服务器程序时是将OPC 服务器程序当作一个I/O 设备数据库中的点参数通过I/O 数据连接与OPC 服务器程序进行数据交换。

                                                  图3 OPC 数据层次图

利用Wi 的OPC 技术在本系统设计中的主要实现

􀂾 记录实时过程的历史数据用于过程存档历史数据查询事故分析系统建模等连接各种现场的自控设备配以监控界面实现自动监控，通过数据库网络通讯功能构建分布式应用系统，运行在控制系统的上位机中在数据库上运行控制软件优化控制软件和其它用户应用程序在客户机上运行各种界面软件实现可扩展的控制或优化控制的目标连接现场控制系统和设备实现车间级分厂级及总厂级实时数据综合利用和管理配合关系数据库管理系统构建生产指挥调度系统及其它管控一体化系统，通过数据的Web 功能利用Internet/Intranet 资源在浏览器上访问生产过程数据。的开放功能以实时数据库为平台进行再次开发实际上OPC 服务器本身就是一个可执行程序该程序以设定的速率不断地同物理设备进行数据交互OPC 客户和OPC 服务器进行数据交互采用异步方式主要是当有大量客户和大量数据交互时异步方式能提供的性能尽量避免阻塞客户数据请求并大可能地节省CPU 和网络资源。

4 结束语

本控制系统采用PLC Profibus DP和软PLC等技术简化了硬件结构便于调试维护运输安装,适应性强Wi 是基于PC 的自动化的解决方案SIMATIC Wi 技术满足了快速实时的要求简化了通讯接口降低了编程工作量并且可以在线调试使编程调试简单方便大大加快了系统的开发进度同时降低了成本节省了安装空间SIMENS公司不仅为企业的管控一体化提供了坚实的硬件平台为重要的是她为企业实现B toB的电子商务方式使企业能及时组织生产降低库存回避风险实现Just-In-Time管理。