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产品描述

产品规格模块式包装说明全新

西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8诚信经营



1 引言

近年来在城市污水处理的工艺中,投资少、运行灵活的SBR处理工艺得到广泛的应用。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)序批式活性污泥工艺早在1904年就被开发,并了较好的效果,只是由于当时的自动化水平和设备制造工艺的限制,所以没有得到推广应用。而近年来随着自动化技术及在线监测技术的飞速发展,为SBR工艺的发展和应用提供了前提条件,因为对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率、降低处理能耗的关键,所以SBR工艺也是各种污水处理工艺中对自动化系统要求较高的一种工艺。SBR反应过程主要是在生物反应池内进行的,该工艺主要由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等五个阶段组成。SBR工艺的处理效果主要取决于其运行参数,其中主要参数包括各反应段时间以及曝气强度。一般采用以PLC(培训)为的工艺过程自动监控系统,实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及各反应段时间,使水质达到国家规定的排放标准。

由此可见,SBR污水处理工艺是一个多参量(如液位、流量、压力、生物指标等)、多任务(如污水输送、风量控制、水泵的启停等)、多设备(如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等) 且具有随机性 、时变性和耦合性的复杂系统。因此,应由稳定的数据信息交换网络与综合管理系统来进行自动化的管理,使之地运行。


2 工业以太网PROFINET技术应用

所谓工业以太网,一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容,但在产品设计时,在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、性、抗干扰性和本质等方面能满足工业现场的需要。

PROFINET是Process Field Net的缩写,它是PROFIBUS客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。PROFINET是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案,它以一整套完整并可升级的方式,可以为PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;PROFINET标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性,从而可以保护用户的投资与利益。 PROFINET可以使工程与组态、试运行、操作和维护为便捷,并且能够与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。

这种跨越供应商的开放式标准建立在工业以太网基础之上,覆盖了工厂自动化的所有领域。依赖于现行的IT标准,并且无条件地支持TCP/IP协议,从而确保了公司范围内从办公区域到现场级的集成通讯。 它主要包含3方面的技术: ① 基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统; ② 规定了PROFIBUS和标准以太网之间的开放、透明通信; ③ 提供了一个包括设备层和系统层、立于制造商的系统模型。

PROFINET采用标准以太网作为连接介质,采用TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统PROFIBUS系统和新型的智能现场设备。现有的PROFIBUS网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到PROFINET网络当中,使整套PROFIBUS设备和协议能够原封不动地在PROFINET中使用。传统的PROFIBUS设备可通过代理proxy与PROFINET上面的COM对象进行通信,并通过OLE自动化接口实现COM对象之间的调用。

与其他现场总线相比,工业以太网应用主要有以下特点:

1) 实时通信 采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术,以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施,提高了以太网通信的实时性。

2) 总线供电 采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术,设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器,解决了以太网总线的供电问题。

3) 远距离传输 采用网络分层、控制区域微网段化、网络小时滞中继以及光纤等技术实现了以太网的远距离传输。

4) 网络 采用控制区域微网段化,各控制区域通过具有网络隔离和过滤的现场控制器与系统主干相连,实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。

5) 性 采用分散结构化设计、EMC设计、冗余、自诊断等性设计技术等,提高基于以太网技术的现场设备性。

6) 一网到底 即它可以一直延伸到企业现场设备控制层,所以被人们普遍认为是未来控制网络的解决方案,工业以太网已成为现场总线中的主流技术。

工程实践证明,在组建企业工控网络时采用PROFINET通讯技术可以节省近15%的硬件投资。


3 控制系统组成及功能设计 现代化的污水处理系统需要实现管理与控制一体化,实现办公自动化。

控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口,而且具有与上层管理系统集成的接口,同时具有可扩展性。所以本系统采用的工业以太网PRIFINET或现场总线PROFIBUS等技术,适应了当前的这种需求。为了加强系统的性,使整个系统能够长时间无故障地运行,上位监控系统还采用容错(冗余)技术。

3.1系统组成及特点 根据全集成自动化(Totally Integrated Automation)的思想,将污水厂 控制系统分为管理级、控制级、现场级。系统简图如下页图:

(1)管理级 管理级是系统的部分,完成对污水处理过程各部分的管理和控制 ,并实现厂级的办公自动化。管理级提供人机接口,是整个控制系统与外部信息交换的界面 。管理级的工业计算机具有相互通讯的功能,实现数据交换或共享。考虑到管理层功能结构的层次性和可分割性,采用客户/服务器(Client/Server)的体系结构。服务器选用大型的网络关系数据库,满足开放、分布式数据库管理方式的要求。服务器具有远程控制操作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能和冗余功能等。厂控制室中设备包括:两台安装Siemens公司WinCC监控组态软件的冗余服务器作为上位机 ,安装有WinCC组态软件的版以及冗余软件包,两台服务器互为备用,实现冗余,提高系统的性。装有WinCC运行版的PC机作为监控工程师操作站。这种配置的主要的优点是保证数据的完整性和监控操作的连续性。如果一个WinCC服务器出现故障,该服务器的客户机(工作站)自动从发生故障的服务器切换到备用的服务器上,使所有的客户机始终可以监控生产过程,修复后的服务器回到系统后,自动实现归档数据的匹配,管理级与控制级的数据交换均采用了工业以太网,真正体现了公司范围内从办公区域到现场级的集成通讯。


(2)控制级 控制级是实现系统功能的关键,也是管理级与现场级之间的枢纽层。 其主要功能是接受管理层设置的参数或命令,对污水处理生产过程进行控制,同时将现场状态输送到管理层。控制器是整个系统的,所以在控制级中,主要采用三套Siemens公司S7_300(CPU315_2PN/DP)型PLC(培训)组成,采用光纤和交换机构建成数据交换网络, CPU315_2PN/DP配有集成的PROFINET接口,通过该接口连接I/O现场设备,STEP7包含有所需的驱动,也可以延伸到低端PROFIBUS上的设备,而重新连接编程器.现场设备也能够使用额外集成的PROFIBUS接口进行连接,而且,PROFINET接口可以用于单元级的通讯.PRIFINET CPU 能够使用STEP7在工业以太网上通过编程器/PC进行编程.

(3)现场级 现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由一次仪表(如液位计、DO 传感器等)、控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的状态、传感器参数进行监测,并把监测到的数据上传;接受控制级的指令对执行机构进行控制。由于控制设备比较分散,在传统的工厂内,输入/输出设备连接到一个集中的机架,在设备改变和系统扩展时,导致接线工作量大,成本高,柔性度低。通过开放的、标准化的现场总线PROFIBUS系统来连接现场控制部件(一些控制设备可能是三方厂商提供),是解决这些问题的方案。分布式配置意味着可编程序控制 、I/O模块和现场设备通过PROFIBUS_DP现场总线的信号电缆连接。将输入/输出模块转换成就地监测器和执行器,可就地转换和处理过程信号。从而保证了控制级与现场级控制设备的立和兼容 ,同时解决了与三方设备(撇水器、脱水机等)通讯问题,本系统的三方设备均使用了SIEMENS公司性价比较高的S7_200小型PLC(培训),通过其附加通讯模块EM277可与PROFIBUS现场总线相连接,从而方便了运行过程中的系统维护和修理。 污水处理过程中,需要实时地在线监测各种水质参数以保证准确的工艺运行参数和及时显示处理结果。

在本系统中传感器数量大、种类多,包括pH、SS(固体悬浮 物)、DO(溶解氧)、COD、液位传感器以及电磁流量计、压力计等。 传感器全部采用德国Endress+Hauser公司的产品,这些传感器都带有PROFIBUS_DP接口,利用这些智能接口,这些仪表能与自动化过程控制系统集成,这样获得的所有过程参数可以集中显示, 同时作为工艺的控制参数。


3.2 工艺控制规律

软件编程的主要依据为生产工艺提供的控制规律。同一种处理工艺可能会有不同的控制策略,根据目前的研究状况,SBR工艺的控制可以分为三种:

种是生物浓度法。是指根据在线测得的水质参数与设定参数形成闭环控制;

二种是反应时间控制。对于时间控制规律而言, 它是根据对SBR反应的五个阶段所需要的时间进行自动控制的。

三种是流量程序控制。是根据污水流量的变化来调整各个阶段所需时间进行自动控制。

后两种控制方法都不是根据废水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制的。 生物浓度控制的基本思想是动态的控制SBR的反应时间,使其中的物浓度(用COD或BOD表示)达到允许的排放标准,就停止曝气。在线测定物浓度的BOD或COD传感器比较贵 ,一般都在几十万元,目前还没有应用报道,而且实时性比较差,反应时间慢。时间控制程序是根据对SBR反应池的五个运行阶段所需要的时间进行自动控制。该方法不是根据污水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制。对于进水时间、曝气时间、 沉淀时间、排水时间及闲置时间均可由上位机设定。SBR反应池的各段工艺过程及其执行时间均严格按时序进行,每个反应池的任何设备均可通过电气柜上的手动/自动转换开关改变其状态,但均不能改变PLC(培训)所设定的工作时序,并且一旦切入自动状态后便进入PLC(培训)所设定的时序。在自动状态下,操作人员在控制室可以通过人机界面实现远程遥控操作。现场设备的工作状态均送往上位机显示。


3.3 控制程序特点 根据以上情况,对应设计了多种控制模式,可根据实际情况由上位机选择运行。

(1)生物浓度法控制程序 生物浓度法采用反馈控制,利用在线测得的进水水质参数作为输入,按照预先确定好的控制模型进行运算,然后用计算的作为输出控制现场的设备,动态控制反应时间,以达到控制反应的目的。

(2)时间控制程序
①本控制系统严格按照时序、按顺序工作。
②允许在工作过程中任意进行遥控、自控切换且不影响工作时序。

(3)分组工作程序 由于该污水处理厂来水水量不均衡,造成生物处理池的负荷无法平衡,同时吨能量消耗大,运行不经济。故我们采用了分组运行的办法,每两个生物处理池为一组,既可以两组同时运行,又可以一组投运自动运行,另一组备用手动控制的方式。一方面解决了生物处理池的负荷问题,另一方面也解决了处理池相关设备的检修问题。


4 上位机组态软件

对SA(数据采集与监控系统)系统要求:通过工业以太网PROFINET,具有与多台下位机系统通讯的能力,实时监控多台下位机的工作状态 ,显示生产过程中的工作曲线;具有远程控制能力;向下位机采集数据,对历史数据进行存储、查询、显示、打印等。因此,在一个自动监控系统中,运行的监控组态软件是系统的数据收集处理、远程监视和数据转发,与各种控制、检测设备(如PLC(培训)、智能仪表等)共同构成能快速响应的控制。 本系统选用了Siemens公司WinCC(bbbbbbs Control Center)6.0组态软件。WinCC具有控制自动化过程的强大功能,是基于个人计算机,同时具有高性价比的SA级操作监视系统 。

在两台服务器上安装服务器版和冗余软件包,工作站上安装运行版。 监控系统的功能及特点:

(1) 界面显示 具有全中文显示,界面友好,操作方便。操作画面采用主菜单的形式,在每幅画面下通过按钮进行切换。在控制室能对全系统被控设备进行实时控制, 如启停设备,在线设置PLC(培训)中程序的某些工艺参数等。 机械处理监控界面

2)实时画面显示功能 用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况,以及现场的状态参数。用模拟仪表、趋势图、曲线、柱状图动态显示参数的实时变化情况。根据阀门开闭及水泵的启停状态,生产管理人员能够快速、清晰地了解整个系统的生产运行情况。

(3)数据管理 数据库存储生产过程数据,供统计分析使用。工作人员可以定期把历史数据库备份到其它存储介质,以便于历史数据的查询。利用数据库中的数据进行比较和分析 ,得出一些有用的经验参数,有利于优化SBR工艺的闭环控制。

(4)报警功能 当参数过设定范围或设备发生故障时,可根据组态发出不同等级的声光报警。在每幅画面的下方都有一个报警框,显示近发生的报警事件。所有报警信息都可显示在报警综合监视画面,所有的报警信息均被记录在报警数据库中,通过此画面可以查看当前系统的所有报警信息,也可查看长达几个月的报警历史数据,便于以后的事故分析使用。

(5)报表打印功能 可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式分为定时打印和事件实时触发打印。

(6)通讯功能 WinCC是基于标准的bbbbbbs平台开发的SA系统软件,充分考虑了与其它系统交换信息的必要性,支持如DDE,OLE,ODBC,OPC和SQL等标准。可以提供多种方式与上层系统数据交换。

(7)冗余功能 两台装有WinCC组态软件的服务器互为冗余,确保数据完整,提高了系统的性。


5 结束语

在污水处理控制系统中采用工业以太网(PROFINET)改变了传统的现场总线及全模拟量传输的数据交换方式,在现场总线级实现了Ethernet数字传输,达到了提高信息传送距离、传送数据量和传送精度的目的,增强了现场控制灵活性,降低了数据交换网络初装费和设计施工费用,达到了减少电缆敷设,易于维护和扩展的目的。该控制系统2006年底在中科国益涿州污水处理厂已投入正常运行,实现了污水处理SBR工艺的自动控制,网络数据交换及控制功能十分稳定,污水处理的效率和效果十分理想,同时降低了能耗,得到了用户的认可,从而了良好的经济效益和社会效益。

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一、概述
今天,的工业自动化动力、控制和信息系统解决方案供应商罗克韦尔自动化的集成架构产品和解决方案已经在冶金、电力、水处理、乳品饮料、、水泥、石化、矿山、汽车制造等各个行业得到成功的应用和广泛的认同,其控制系统、软件、变频器在冶金各工艺生产中的应用举不胜数。宣钢炼钢车间的2座80t炼钢转炉、LF精练炉、2台连铸机及辅助布袋除尘器等工艺设施的测控全部采用了ControlLogix系统,工程于2002年5月18日顺利投产。据我们所知,这是ControlLogix系统在国内炼钢转炉上的应用。

近年来,随着炼钢转炉自动化程度的提高,随着生产性、性要求的提高,随着全厂调度管理网络自动化的提高,的、开放的控制系统在生产中得到越来越广泛的应用。

宣钢新建炼钢车间的测控系统在初期的方案设计定论后即开始系统、的招标,在的四大控制系统厂商:ABB、Siemens、Schneider、罗克韦尔自动化参与激烈竟标的情况下,罗克韦尔自动化的ControlLogix以其的配置、良好的性能价格比脱颖而出,博得评委的一致青睐,终中标。

二、系统简介
2.1.控制系统配置
转炉控制系统配置:每座转炉本体、散状加料、余热锅炉、烟气净化各用1台PLC及操作站,转炉本体公用部分、鼓风机房、煤气回收输配各用1台PLC及1台操作站。1#、2#转炉各设1台服务器。转炉控制系统配置如<图一>所示。

控制系统联接网络共有四层:1.设备网(DeviceNet/ProfiBUS);2.控制网(冗余ControlNet);3.厂级管理网(EtherNet/IP);4.局域网(EtherNet/IP),该网设置于转炉主控室,以便转炉主控室2座转炉的10台操作站务器的联网使用。

现场设备联接的设备网有DeviceNet、ProfiBus,如氧变频器、煤气鼓风机6KV中压变频器直接通过设备网卡与PLC通讯。

所有1#/2#转炉及公用部分PLC、操作站、服务器之间采用(ControlNet)冗余控制网连为一体,实现PLC、操作站、数据共享、实时交换。

连铸机、精炼炉同转炉一样,采用立的ControlLogix控制系统。厂级管理网(EtherNet/IP)将转炉、连铸机、LF精炼炉控制系统的服务器与厂级管理机、调度机相连接,实现主要生产、能源数据相互交换,为厂级管理和调度人员产生调度、决策数据。

转炉各操作站、服务器采用DELL中配置商用计算机。服务器、操作站系统平台为bbbbbbs2000(服务器/客户版)。操作站上位软件为RSView32,PLC组态软件为RSLogix5000,网络组态软件RSLinx(Control Net/DeviceNet)等。转炉本体操作画面如<图二>所示。

1#/2#转炉在主控室分别设置一台服务器,服务器用于网络管理、用户登陆控制,生产数据的管理、报表的打印,上位管理网的通讯、工程师的软件开发及维护使用等。为实现ERP功能奠定基础。在生产中服务器也可作为操作站使用。



<图二>

2.2.控制系统特点
代表自动化发展新趋势的新一代ControlLogix控制系统,从传统单纯的PLC和DCS控制转为PLC和DCS融合发展的方式,是罗克韦尔自动化顺应这种发展潮流推出的新一代的控制平台,Logix控制器平台是将高速离散控制、过程控制、协调传动控制、运动控制、批次控制和控制融于一体的一个控制平台。允许混合使用多个处理器、多种网络和I/O。系统灵活性强、易于集成、模块化设计、开放式结构,特有的升级固件,使得系统在应用中功能强大、,而且大地节省培训费用和工程实施费用。

ControlLogix在宣钢转炉过程控制中应用的技术,具有下述特点:
1. 控制器:每台Logix5555控制器大寻址量128000点DI/O,4000点AI/O及回路。ControlLogix平台通过背板提供了高速。各控制器能产生(广播)和使用(接收)系统标签,这种技术使得多个控制器共享输入信息和输出状态,非常实用。可选用户内存(1.5Mb)。

2. 1756系列智能I/O模块:I/O模块种类繁多,可拆卸端子,具有带电拔插、分变则报()、自诊断、时间标记、模块标识、闪存升级、电子保险、单隔离等功能。模块广播数据的速率可设定。1756-HSC高速计数模块(4通道)每2ms就能新数据,效。

3. 网络设置:网络分层、分工明确、。控制网ControlNet冗余、开放、高速、实时、对等传送数据信息,ControlNet能够预测数据何时发送,具有高度的确定性。设备网DevicelNet,是一种开放式的底层通用网络,基于标准的CAN技术,具有互操作性。成本及维护。

4. 罗克韦尔软件:是罗克韦尔自动化公司自行开发推出的产品,具有世界工业界的水平。RSLogix5000梯形图编程软件包,有灵活易用的编辑功能、通用的操作画面、诊断和纠错工具。RSView32是高度集成、基于组件的人机界面,发挥微软技术优势的软件,其开放性与三方程序有高度兼容性。RSLinx为现场设备连接罗克韦尔自动化产品的通讯软件,界面友好、功能强大,支持不同网络上的设备通讯。

2.3.控制系统主要功能及效果
控制系统完成1#/2#转炉本体、散状加料、汽化冷却、烟气净化及公用部分、煤气鼓风机房、煤气回收输配等工艺的生产参数的在线检测、数据处理运算、显示、存储、管理、控制输出、报表打印、记录操作过程等功能。程序全自动时,设备由计算机控制,操作人员可通过人机对话修改设定值、可直接控制设备运行。

转炉吹氧及介质控制、转炉低吹数模控制、转炉散状加料控制、二文喉口开度调节、汽包液位调节等全自动控制等在任何转炉生产车间都是较难控制的工艺对象,而宣钢转炉控制系统,加以特的程序处理,这些工艺对象控制得非常理想,其中转炉/底吹气体压力或流量可以控制在设定值的3%以内,转炉喉口差压可以控制在6Pa以内,这些数据与兄弟单位相比,处于地位。

三、应用推广
的控制系统是一个现代化工厂的标志,对于企业有着深远的社会效益和经济效益。ControlLogix系统在宣钢转炉及整个炼钢车间的成功使用,不论生产测控,还是厂级生产调度管理,都达到的水平。为宣钢节约了能源、降低了成本、减少了操作人员,提高了生产的性,提高了产品的合格率、生产率。炼钢车间自2002年5月18日投产后,一个星期即达产。半年的生产时间,使宣钢创下了的历史产量及经济效益。经与甲方交流,估计由控制系统良好使用带来的效益每月至少增加200万元(人民币)。

“尽管许多自动化公司都声称能够向客户提供自动化设备及解决方案,但我们认为只有罗克韦尔自动化公司和及其代理商雄越公司做得!”宣钢炼钢厂自动化车间樊主任说:“他们有的产品技术、雄厚的技术力量、良好的售后服务,我们与他们合作是的选择,在未来的项目中我们将继续采用他们的产品技术。”

宣钢80吨转炉的投产,尤其是控制系统,成为了兄弟单位参观学习的样例工程。山东青岛钢厂(80t转炉)、珠海粤裕丰钢厂(2x65t转炉)、承德钢厂(3x100t转炉)等单位在考查完宣钢80吨转炉项目后,已确定炼钢车间控制系统全部采用ControlLogix,项目正在实施中,在不久的明年我们又可以看到多的ControlLogix系统在炼钢车间的成功应用。


自60年代末美国台可编程控制器PLC问世以来,可编程控制技术已走过了30年的发展历程,尤其是随着近年来计算机技术和微电子技术的迅猛发展,它已在软硬件技术方面都了很大的发展。奥地利B&R工业自动化公司推出的可编程计算机控制器PCC就是代表了这一发展趋势的。

与常规PLC相比较,PCC大的特点在于分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计,常规的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序,来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道地状态采集与刷新,这样PLC的执行速度取决于应用程序的大小,这一结果,无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件解决了这一问题,它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台,这样应用程序的运行周期则与程序长短无关,而是由操作系统的循环周期决定,由此,它将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来,满足了真正实时控制的要求,当然,这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下,按照用户的实际要求,任意调整。

基于这样的操作系统,PCC的应用程序由多任务模块构成,这样给项目应用软件的开发带来了了很大的便利,因为这样可以方便地按控制项目中各部分不同的功能要求,如数据采集,报警,PID调节运算,通信控制等,分别编制出控制程序模块(任务),这些模块既相互立运行,而数据间又保持一定的相互关联,这些模块经过分步骤的立编制和调试完成之后,可一同下载至PCC的CPU中,在多任务操作系统的调度管理下,并行运行,共同实现项目的控制要求,这一特点,可图示如下:


图一:PCC的软件系统


基于上述功能强大的特殊的操作系统,PCC在应用程序的设计上,有着常规PLC无法比拟的灵活性。

由于PCC是基于多任务环境下设计程序,采用大型应用软件的模块化设计思想,各个任务模块的功 能描述趋清晰简洁,用户在开发自己的任务时,由于对其功能的提取具有通用性,因而作为一个立的功能模块,用户可十分方便地将其封装起来,以便于日后在其他应用项目重新使用。
PCC的编程硬件采用普通PC机配以一套功能强劲的开发软件作为在线开发工具,这种方式,不仅节省了用户的硬件投资,重要的是,它发挥了PC机作为在线编程开发工具的强大的软硬件优势,它为用户提供了源程序级的单步、断点、单周期及PCC在线错误自诊断等多种形式的调试手段,使应用程序的开发十分灵活便捷。另外,通过PC机上编程软件包所提供的为数众多的函数,用户可短时间内编制出而复杂的控制程序来。

PCC在编制不同的单个任务模块时,具有灵活选用不同编程语言的特点,这就意味着不仅在常规 PLC上指令表语言可在PCC上继续沿用,而且用户还可采用为直观的语言(PL2000)。它是一套面向控制的文本语言,熟悉BASIC的技术人员会对它的语法有种似曾相识的感觉,它对于控制要求的描述非常简便、直观。除此之外,PCC的应用软件开发还具有集成“C”语言程序的能力。

尤为与众不同的是,所有这些编程语言,PCC都采用“符合变量”来标识外部I/O通道及内部寄存器单元,软件开发人员毋需熟知 PCC内部的硬件资源的分布,而只须集中精力于项目本身的要求,即可编制出自己的控制程序来。

在硬件结构方面,PCC的特点是很显著的。在其的运算模块内部,PCC为其CPU配备了数倍于常规 PLC的大容量存储单元(100K-16M),这无疑为强大的系统和应用软件提供了监视的硬件基础。而在硬件外部,它有着全模块式的插装结构,在工业现场,不仅可以方便地带电插拔,而且在接线端子,模块供电及工作状态显示等诸多方面均有着精巧的设计。

PCC在硬件上的特点,还体现在它为工业现场的各种信号设计了许多的接口模块,如温度,高频脉冲,增量脉冲编码器,称重信号及声波信号接口模块等。它们将各种形式的现场信号十分方便的联入以PCC为的数字控制系统中,用户可按需要对应用系统的硬件I/O通道以单路,十余路或数十路为单位模块,进行数十点至数百点上千点的扩展与联网。

PCC在远程通信方面的灵活性,是区别于常规PLC的一大显著标志,作为未来构成分布式现场I/O控制的主要角色之一,PCC为此提供了十分灵活多样的解决方案。


图二:PCC的网络方案

除上述开放式现场总线的网络方案之外,PCC还提供了RS485总线上多种局部主从网络协议,用户不仅可以采用PCC自身的网络协议,也可以方便的与其他厂家的PLC等工控设备联网通信(如西门子,AB, Modicon等),在一些特殊情况下,PCC还为用户提供了创建自定义协议的工具(帧驱动器),由于具备这样的技术优势,PCC常常能解决许多常规PLC所望尘莫及的通信难题,轻松实现与各种不同产品,不同通信协议的互联。

通过以上的讨论,我们对PCC的特点有一个较为的了解,在此不妨将其与传统的PLC以表格的形式作一下比较.

传统的PLC
PCC
内存容量
几十kB
100kB-16MB,便于大量分析运算.
编程语言
指令表,梯形图
指令表,梯形图,汇编,顺序功能图,语言(Automation Basic ,C)
操作系统
特定
定性多任务分时
系统的模块化
硬件上可以实现
硬件,软件
I/O处理能力
开关量
开关量,模拟量和回路调节技术
I/O模块带电插拔
不可
可以
系统扩展及组网能力
好. Ethernet, 现场总线如CAN, ProfiBus (FMS, DP), INA2000, RS485.可实现多层次网络结构(管理层,控制层和现场层).
开放性
好。通信的兼容性强:过程显示接口-PVI, Frame Driver (帧驱动)
系统的智能性
MP(多处理器),IP(智能I/O模块),软件的自诊断能力强。
传统的PLC
PCC
通用性和高度化的结合
好。在机械行业PCC以模块的方式对如下功能进行了集成:
贝加莱运动控制技术
· 高速编码计数
· 速度和位置补偿
· 电子齿轮传动
· 凸轮形
· 多轴插补
· CNC技术
· 飞锯
通用性和高度化的结合
无限制的PID条件(约50ms一个回路)
智能温度控制技术
· 自校正PID调节
· 传感器直接接
· PCC温度模块
· 方便的参数整定
· 的运行性能


总之,PCC虽然从PLC发展而来,但拥有其不可比拟的优势。加强大的内存空间、灵活的编制手段、优越的控制方式,使PCC有许多普通PLC难以完成功能,如到±1℃温度调节;准确的伺服控制;远程通信功能等。并且PCC还能随着当前的计算机和网络技术的发展,不断新换代,有着好的升级能力,所以PCC正广泛地在工业控制中使用,特别适用于塑料机械的精密控制,并且取的良好的应用效果,受到业内人士的。



前言

罗斯蒙特质量流量计广泛应用于石化等领域,是当今世界上的流量测量仪表之一,在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用,精度高达1.7‰,为我厂的能源、物料的流量测量提高了准确度,避免了不必要的损失,创造了可观的经济效益。

一、质量流量测量原理

一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿二定律:力=质量×加速度(F=ma)

当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时,质点受两个分量的加速度及其力:

(1)法向加速度,即向心加速度αr,其量值等于2ωr,朝向P轴;
(2)切向角速度αt,即科里奥利加速度,其值等于2ωV,方向与αr垂直。由于复合运动,在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm,管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。

当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时,任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx (1)

式中,A—管道的流通截面积。

由于存在关系式:mq=ρVA

所以:ΔFc =2ωqmΔx (2)

因此,直接或间接测量在旋转管中流 动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。

传感器内是U型流量管,在没有流体流经流量管时,流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动,其振幅小于1mm,频率约为80Hz,流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内,流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力;反之,流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲,在振动的另外半个周期,流量管向下振动,扭曲方向则相反,这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象,即科氏力。

根据牛顿二定律,流量管扭曲量的大小与流经流量管的质量流量大小成正比,安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时,流量管不产生扭曲,两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的;当有流体流经流量管时,流量管产生扭曲,从而导致两个检测信号产生相位差,这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。

由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量,流量管的振动,以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力,致使每个流管产生扭转,扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另管的扭曲,质量管上的传感器输出信号可通过电路比较,来确定扭曲量。

电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个“时间差”ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声,提高测量分辨率。时间差乘量标定系数来表示质量流量。由于温度影响流管钢性,科氏力产生的扭曲量也将受温度影响。被测量的流量不断由变送器调整,后者随时检测粘在流管外表上的铂电阻温度计输出。变送器用一个三相的电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度,放大器的输出电压转化成频率,并由计数器数字化后读入微处理器。

二、密度测量原理

流量管的一端被固定,而另一端是自由的。这一结构可看做一重物悬挂在弹簧上构成的重物/弹簧系统,一旦被施以一运动,这一重物/弹簧系统将在它的谐振频率上振动,这一谐振频率与重物的质量有关。质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反馈电路在它的谐振频率上振动,振动管的谐振频率与振动管的结构、材料及质量有关。振动管的质量由两部分组成:振动管本身的质量和振动管中介质的质量。每一台传感器生产好后振动管本身的质量就确定了,振动管中介质的质量是介质密度与振动管体积的乘积,而振动管的体积对每种口径的传感器来说是固定的,因此振动频率直接与密度有相应的关系,那么,对于确定结构和材料的传感器,介质的密度可以通过测量流量管的谐振频率获得。

利用流量测量的一对信号检测器可获得代表谐振频率的信号,一个温度传感器的信号用于补偿温度变化而引起的流量管钢性的变化,振动周期的测量是通过测量流量管的振动周期和温度获得,介质密度的测量利用了密度与流量管振动周期的线性关系及标准的校定常数。

科氏质量流量传感器振动管测量密度时,管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率,因而由测量的管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期的时间,测量值经数字滤波,对于由操作温度导致管道钢性变化,进而引起固有频率的变化进行补偿后,用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。

三、信号特性

罗斯蒙特公司的变送器为模块化并带有微处理器功能,配合ASICS数字技术,可选择数字通信协议。它与传感器连接使用可获得高度的质量流量、密度、温度和体积流量信号,并将获得的信号转换为模拟量、频率等输出信号,还可使用275型HART协议通信手操器或AMS、Probbbb软件对其组态、检查及通信。

四、SP数字信号处理器特性

DSP数字信号处理器是一个实时处理信号的微处理器,在科里奥利流量计里,我们使测量管在一个已知的频率下振动,因此任何在此振动频率范围之外的频率都是“噪声”,需要除掉它们以准确地确定质量流量。例如,一个50Hz或60Hz的信号很可能来源于与附近动力线的耦合。如何在实际上“过滤”这些多余的信号则需要一些多的在那时刻所得到的背景信息,图8表明了噪声如何出现在原转换器信号上,以及被过滤后的终信号。

与使用时间常量去阻抑和稳定信号相比,使用数字信号处理(DSP)技术的主要好处之一,是能够以一个被提高了的采样率去过滤实时信号,减少了流量计对流量的阶跃变化的响应时间。使用多参数数字(MVD)变送器的响应时间比使用模拟信号处理的传统变送器快2~4倍,快的响应时间会提高短批量控制的效率和度。

DSP技术另一个颇有且富有挑战性的应用实例是气体测量,因为高速气体通过流量计会引起较严重的噪声。通过高准Elite系列传感器,与流量信号混杂的噪声被减至校现在DSP技术能好地滤波,并进一步减小了质量流量计对噪声的敏感度。采用MVD变送器测量气体的结果在重复性和度上都有了显著提高。

DSP技术提供了一个“通往处理的窗户”,当浏览这个窗户时,集中在测量管振动频率附近的信号上。实际上,有意地抛弃了其余的信息,很可能正是隐藏在这些“无用的”数据里的信息会铺平通往新的诊断技术的道路。例如,频谱分析可能会引导我们在夹杂空气或团状流动流体测量上的进展,流体在测量管内壁的附着也是另一个有希望被DSP技术检测到的故障,频谱的变化也很可能被用于预测传感器的故障。

五、测量环境的影响

1、流体压力的影响

考虑流体压力不应过规定工作压力,其次考虑静压变化影响的程度。压力变化影响测量管绷紧程度和布登效应的程度,以及破坏测量管不对称的原零点偏置。虽然仪表常数变动和零漂很小,但是使用压力时和校准时相差甚大时,对于高度仪表影响值还是不能忽视的。仪表壁厚管径比大,影响小;大口径仪表壁厚管径比校.

2、流体密度影响

流体密度变化改变流量测量系统的质量,从而使流量传感器的平衡发生变化,导致零点偏移。如果测量某一特定液体,只要在实际使用的液体密度条件下调零,使用过程中的密度变化不大,一般不存在问题。但在一根管道上测量密度差别较大的几种液体时,会带来零点变动的附加误差。

3、流体粘度影响

罗斯蒙特公司的科氏力质量流量计CMF可测量液体粘度的范围很宽,并呈现良好的测量性能。虽有报告论及粘度影响测量度,但很少有试验数据。液体粘度会改变系统的阻尼特性,从而影响零偏置;在低流量时对流量测量值有一定程度的影响。

4、双相流体中异相含量影响

制造厂常称含有百分几体积比游离气体影响测量不大。当测量气泡小而分布均匀的液体,如冰淇淋和相似乳化液,影响可能是相对的。含气泡1%时有些型号无明显影响,有些型号误差为1%~2%,其中一台双管直管式则高达10%~15%;含气泡10%时,误差普遍增加到15%~20%,个别型号高达80%。此外流体的压力、流速、粘度和气液混合方式的差异,所带来的影响也不一样。测量含有少量固体的液体时,各类型CMF都有较高的信赖度。当固体含量较多或固体具有强磨蚀性或软固体(如食品汤汁中的蔬菜块),应选用单管直管型或串联双管型。因为如用并联双管型,分流器上有可能粘附异物或磨损导致改变两路分流量,产生误差;为严重者如一路堵塞可能不被立即发现。

5、环境振动影响

CMF可以在振动环境下工作,但与振动隔离,例如与振动管间用柔性管连接和采用隔离振动的支撑架。但应预防振动频率与CMF的工作频率或谐波频率相同。 同一型号多台仪表串接安装或较接近地平行安装,尤其是装在同一支撑台架上,各CMF间工作频率振动会相互影响,引起异常振动,严重时会使仪表无法工作。在订购时可专门向制造厂提出,错开两串联CMF的工作频率。

6、管道应力影响

若连接流量传感器管道未对准(或不平行)或管道温度改变,管道应力会形成压力、拉力、或剪切力作用到CMF测量管间的对准,引起检测探头的不对称性,导致零点变动。CMF安装好后调零以或减小这一影响。若管道严重未对准,有可能无法调至零位。管道温度偏离安装时温度,管道产生的热膨胀(或收缩)力亦将作用到流量传感器。有些CMF设计在测量管进出口各有一个很重的分流器,可减小管道应力对测量管的影响。直形测量管CMF特别易受热膨胀力的影响,必要时可在管道装热膨胀隔离管件。

六、实际应用

1、异相流应用

CMF在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用,但如果使用不当可导致计量差甚至中断计量。

在原料轻烃的测量中,由于轻烃介质中组分复杂,即含有固体颗粒,又含有气泡,属典型的异相流体,使用过程中经常出现故障,变送器显示的故障信息是Sensor Error、 Dens Overrng、Slug flow即传感器出错、密度限、团状流,流量计中断计量,为了解决此问题,我们在流量计入口安装了过滤器,用来过滤固体颗粒,又将流量计出口阀门开度限位,以此提高入口压力,用来减少轻烃介质中的气泡含量,采取以上措施后流量计投用正常。

2、故障信息及处理

变送器出现Drive Overrng或bbbbb Overrange即变送器中产生错误输出,流速出传感器量程,检查在变送器和传感器中红色电缆到棕色电缆之间是否开路或短路即传感器驱动线圈开路或短路;检查变送器和传感器中电缆到白色电缆之间开路或短路,即传感器左检测线圈开路或短路。

变送器出现Sensor Error即电缆有问题,检查变送器和传感器中蓝色电缆到灰色电缆之间开路或短路,即传感器检测线圈开路或短路。

变送器出现Power Reset表示电源故障、灯光暗淡或电力循环已中断了变送器工作,检查电源系统是否正常。

变送器出现Zero Too High 或Zero Too Low表示在传感器调零期间流体没有终止流动,导致变送器计算出来的零点流量偏移太大而不能进行的流量测量,在调零时使流体终止流动。

结论

质量流量计是一个较为准确、快速、、、稳定、灵活的流量测量仪表,在石油加工、化工等领域将得到加广泛的应用,相信将在推动流量测量上显示出的潜力。




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