6ES7223-1BH22-0XA8使用选型

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治理大气污染，有准确的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的项目和企业中应用CEMS，结合环境监测仪器、ABB PLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。

CEMS中有很多种监测方法：比如烟气SO2自动分析仪的原理有电导法、非分散红外吸收法（动态范围较窄）、紫外吸收法、紫外荧光法、火焰光度法和定电位电解法。采用方式主要有：

（1）直接抽气采样法

（2）稀释抽气采样法（包括烟道内稀释和烟道外稀释，占85.5%，主要为欧美产品）；

（3）在线直接测量法；

（4）定电位电解法。

CEMS环保行业有两个典型的特点：

一是典型的SA应用，二是数据及报表处理比较复杂。

ABB AC500 PLC 和FameView在这两方面做的为出色：

 ABB PLC集成有MODBUS 主、从协议，通讯灵活;

 可配置的开关量、模拟量模块，集成简单;

 AC500的模块和端子分离，预接线方便;

 FameView强大而简单的数据库连接功能,存储各种数据到各种数据库中;

 根据需求能提供各种打印报表;

 能通过宽带/ADSL/GPRS/CDMA/电话拨号向站提供实时数据和历史数据;

 提供站软件，能接收和管理100个分站的数据;

 FameView近三年已成功应用到900多套CEMS子站和多个站。

AC500 PLC的部分开关量通道可以通过软件设为输入或输出，这大大的方便了用户的使用和适应现场的变化。而模拟量模块上的每个通道都可以根据用户的需求接入：电流，电压和热电阻信号，可以在同一个模块上接入各种不同的分析信号，简化了系统。

近年来，由于CEMS系统的要求越来越高，使得“组态软件+PLC”的组合模式在CEMS系统中的应用越来越广泛，并已逐步取代以前惯用的“上位软件+单片机+板卡”，成为CEMS系统中实现数据采集及控制的。

FameView组态软件和ABB公司的AC500系列PLC共同开发的CEMS系统，以其稳定的通讯能力和强大的数据处理能力，逐渐为业界所认可。

AC500系列PLC是ABB公司的产品，其中烟气上用了一款CPU是PM571，它的特点是：

1、24VDC供电，64K程序内存，1K字节指令执行时间0.3mS；

2、用户程序密码保护，支持多任务、浮点运算；

3、集成RS232/RS485、以太网RJ45；

4、CPU面板上能显示状态、诊断信息；

5、串口直接支持MODBUS 主、从协议

6、支持多种语言编程FBD、IL、LD、ST、SFC、CFC

7、可以用SD卡扩展128M的数据空间

在没有上位监控子站的系统中，AC500 PLC的串口除了可以作为Modbus通讯外，还可以通过Modem 直接和GPRS 等系统相连，并可以在就地用SD卡储存高达128M 的历史数据。

系统概述：

烟气污染物排放总量数据监测系统（CEMS），根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数（如：SO2、NOX、CO、CO2、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度等）。这些参数数值一般由各类分析仪采集烟道中气体进行测量分析后传送到上位机，由上位机对其进行处理、运算、存储、报表等。同时，上位机还要作为服务器与环保行政主管部门进行远程通讯，向其提供数据。

污染源在线监控系统由数据处理软件和传输系统两大部分构成。

硬件设计：

CEMS测量烟道中的固体烟尘。现国内一般采用直接抽取法采样，将湿烟气经过过滤送氧化锆分析仪，测出湿氧含量。再把烟气经干燥器送入烟气分析仪，分析CO、SO2及氮氧化合物、干氧的含量。烟气的湿度可采用干湿润氧法计算得出，直接测量得出。压力一般由压力测试仪测得，并通过压力计算出烟气流速和流量。

软件设计

CEMS一般由PLC控制、上位机程序、远程通讯三部分组成。

•PLC控制程序

由于CEMS中需要控制的是按一定时间序列开闭的管路，故PLC程序主要用于接收各种操作命令，控制各种阀、泵、指示灯的开闭及互锁，并定时或实时完成对采样通道的吹扫、测量仪器的标定。并对采集到的各模拟量进行数字滤波。

•　　上位机程序

主要用于显示各个分析设备的工作情况，汇总烟气的历史数据，进行打印归档、趋势显示及报警信息处理。

上位机通过FameView组态软件与AC500 PLC通过MODBUS-RTU或MODBUS-TCPIP协议进行通讯。实时的从仪器上数据，将采集到的数据分析处理后保存到数据库中，并实现实时数据和历史数据查看和曲线查询，对数据库中的数据进行查询、报表打印或导出到 EXCEL 表格中。

实时数据监测：能实时的从与计算机连接的仪器上采集数据，并进行分析显示，可实时显示各种检测数据及系统运行时各部分的运行状态。系统主要完成如下功能：

系统设置：设置系统参数。

用户管理：实现系统的权限管理。

设备控制：能在计算机上对仪器进行控制，实现实时反吹和标定。

数据处理：将采集到的数据分析处理后保存到数据库中。

历史数据查询：可以按时间段来查询历史测量数据。

数据报表打印：可以打印小时平均值日报表、日平均值月报表及月平均值年报表。

•　　远程通讯

远程通讯主要是上位机与环保站之间通过GPRS/CDMA/电话拨号/局域网进行数据通讯。CEMS中的上位机作为服务器，环保站作为客户机，采用C/S模式数据。具体来说就是环保站站发送查询请求，CEMS上位机返回相应时间段内的烟放数据。

输入/输出接口是PLC与现场I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备(如开关、按钮、传感器)的状态或信息读入CPU，通过用户程序的运算与操作，把通过输出接口传递给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。

    在输入/输出接口电路中，一般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，以实现外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，PLC正是通过了这种接口实现了信号电平的转换。发光二管(LED)用来显示某一路输入端子是否有信号输入。当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。

    （1）输入接口电路

    各种PLC的输入接口电路结构大都相同，按其接口接受的外信号电源划分有两种类型：直流输入接口电路、交流输入接口电路。其作用是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。PLC的输入接口电路如图2所示。

    在输入接口电路中，每一个输入端子可接收一个来自用户设备的离散信号，即外部输入器件可以是无源触点，如按钮、开关、形程开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、接近开关、光电开关等。在PLC内部电源容量允许条件下，有源输入器件可以采用PLC输出电源（24V），否则外设电源。

直流输入接口电路中，当输入开关闭合时，光敏晶体管接收到光信号，并将接受的信号送入内部状态寄存器。即当现场开关闭合时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，同时该输入端的发光二管(LED)点亮；当现场开关断开时，对应的输入映像寄存器为“0”状态。光电耦合器隔离了输入电路与PLC内部电路的电气连接，使外部信号通过光电耦合变成内部电路能接收的标准信号。 
    交流输入接口电路中，当输入开关闭合时，经双向光电耦合器，将该信号送至PLC内部电路，供CPU处理，同时发光二管（LED）点亮。

    （2）输出接口电路

为适应不同负载需要，各类PLC的输出都有三种类型的接口电路，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。其作用是把PLC内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的开关量信号，驱动负载。发光二管(LED)用来显示某一路输出端子是否有信号输出。

继电器输出型接口电路中，当CPU根据用户程序的运算把输出信号送入PLC的输出映像区后，通过内部总线把输出信号送到锁存器中。当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的发光二管（LED）导通发光，继电器的线圈带电，其触点则把负载和电源连通起来，使得负载获得电流；当输出锁存器的对应位为“0”时,其对应的发光二管（LED）不导通，线圈不带电，其触点则把负载L和电源隔断，使得负载不会获得电流。 
    晶体管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的晶体管导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二管（LED）导通；当输出锁存器的对应为“0”时，其对应的晶体管截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二管（LED）不导通。 
    晶闸管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的光耦合器导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二管（LED）发光。当输出锁存器的对应位为“0”时，由于负载电源过零，其对应的光耦合器截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二管（LED）不导通。 
上述三种类型的输出接口电路中，继电器输出型常用，它适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与相应速度慢。晶体管输出型适用于直流负载，其特点是动作频，相应速度块，但带负载能力小。晶闸管输出型适用于交流负载，相应速度快，带带负载能力不强。

    在输出接口电路中，外部负载直接与PLC输出端子相连，负载电源由用户根据负载要求自行配备。在实际应用中，在考虑外驱动电源时，需考虑输出器件的类型，同时PLC输出端子的输出电流不能出其额定值。

 汽车制造厂的输送线和装配线的控制系统非常复杂，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、隔离开关、急停开关、接近开关、光电开关、传送机、张紧器、提升机、举升台等许多执行机构。在奇瑞公司二期工程总装车间里，采用两条装配线实现了四种车型的混线生产。整个控制系统由控制室和四个远程控制站组成了一个全厂工业局域网，远程控制柜PLC通过以太网将自己所控制区域内的生产情况传送至控制室的计算机系统。

一、系统选型及特点

    在认真分析控制系统公司的产品基础上，奇瑞公司根据自动化控制技术人员在产品实际应用上的经验，鉴于一期工程采用罗克韦尔A-B PLC产品的良好运行状况，决定在二期工程中仍采用A-B PLC用来控制整个生产车间。

    A-B PLC在工业界享有，其PLC-5系列作为A-B家族中旗舰产品拥有许多功能模块，可以实现多种复杂的控制系统。此外，罗克韦尔的软件众多，功能强大，能够给予A-B的产品广泛的支持。

    终，奇瑞公司确定选用罗克韦尔的PLC-5可编程序控制器、RSLogix 5编程软件、RSNetWork控制网组态软件以及RSView软件组成的自控系统来实现对总装车间的整个生产装配线的控制。除此之外，奇瑞公司二期工程的焊装输送线和涂装输送线也采用了罗克韦尔的A-B PLC。

    PLC-5/40E CPU的特点是内存容量大、数据处理能力强、网络功能强大，带有以太网网口，不需要额外的以太网通讯模块。PLC-5/40E CPU使用钥匙开关改变处理器的操作模式：在运行模式下，用户不能创建或删除程序文件、创建或删除数据文件、或通过编程软件变操作模式；在编程模式时，用软件编程不能变操作模式；通过编程软件，在远程编程、远程测试、远程运行模式之间改变。

    RSLogix 5编程软件具有的通讯能力、强大的编程功能以及的诊断能力、监控能力、运行控制功能。运用RSLogix 5梯形逻辑编程软件可以优化系统性能，节省项目开发时间，提高生产率。

    上位机软件RSView32是罗克韦尔自动化公司推出的组态软件平台，其特点是使用方便，可以构造灵活的界面和强大的功能，能够开发出较强的组合画面。利用上位机软件RSView32，坐在控制室就可对现场的生产情况一目了然，实现监控生产。

二、系统结构与配置

    罗克韦尔的通讯网络分为信息层、控制层和设备层。信息层应用以太网进行全厂的数据采集和程序维修；控制层应用控制网、DH+、DH485、远程I/O网络；设备层应用DeviceNet网络进行底层设备的、率信息集成。

    罗克韦尔采用基于生产者/客户模式的通讯技术控制网，即传送对时间有苛刻要求的控制信息也可同时传送其他的信息，但对时间无苛求的信息不会影响对时间苛求信息的传送。

    该控制网具有以下特点：

连续性；

传送与梯形逻辑程序的扫描异步；

以一个与用户在I/O映象表中所设定的通讯速率相等或快的速率传送，充分保证了控制网中的数据准确、、快速的发送、传递、接受和处理。

      总装车间控制系统是一个基于DeviceNet网络的现场总线控制系统。控制系统由一个控制柜和四个远程控制柜组成，并与上位机和企业的以太网相连接。系统的层是设备控制层，主要实现对生产设备的现场控制与监控；控制网主要是通过上位机完成对全车间生产线的在线监测，并向设备控制层下达控制指令；上层是EtherNet网络通过EtherNet网络与公司的企业资源管理（ERP）系统连接，向ERP系统提供整个车间的生产数据。

    1、控制室

      控制室采用RSView32组态软件。RSView32是高度集成、基于组件并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面软件，通过开放的技术扩展用户的视野，能够实现与罗克韦尔其他软件产品、微软产品以及三方应用程序的高度兼容。RSView32除了具备高质量人机界面软件的功能外，还能够提供特的系列工具以大限度地提升生产效率。

      控制室承担了数据管理、车间数据采集、报警、趋势、数据记录及中文报表等工作。在控制室设有操作员工作站，操作员通过操作终端详细了解整个车间的生产运行情况，下达操作控制指令指挥整个车间的生产，以实现车间自动化控制。

      控制室主要实现以下功能：

    (1) 控制操作：在控制室对整个系统的被控设备进行在线实时控制。

    (2) 显示功能：用图形实时显示各PLC站被控设备的运行工况；动态显示生产线工艺流程图，并能在流程图上选择弹出多级细部详图；动态显示各种信号的数值和范围清单。

    (3) 数据管理：建立生产数据库、操作信息库、故障信息库。

    (4) 数据处理：利用实时数据和历史数据计算主要生产指标。

    (5) 报警功能：当装配线出现故障时，工人按下呼人开关和急停开关，装配线停止运行，并把故障信息输入到报，屏幕显示报警信息，打印机输出报警信息，声光报警，并可依据报警信息推出相应的动态画面。

    (6) 报表功能：包括即时报表、日报表、月报表、年报表。

    (7) 功能：按不同操作级别分级加密，并记录操作人的员工号和所有操作信息。

    (8) 打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警的实时打印。

    2、双行道板式输送机系统

      总装车间有两套双行道板式输送机系统。该系统由四柱叉式提升机、助推器、回转举升台、传送机和接近开关等设备组成，每套系统由两条平板输送线组成。平行回行是一种非常复杂的控制技术，在国内处于技术的地位。该输送线能够在很大程度上降低工人的劳动强度，提高生产效率。因此，对控制系统技术的要求比较高，难度也比较大。设备控制和调试起来非常困难，要求控制系统的各个部分互相紧密配合，不能出现半点差错，这是控制中的难点和。

      从四柱叉式提升机的控制系统中取一个信号，用来控制吊具从宽推杆积放式悬挂输送链到双行道板式输送机上或从双行道板式输送机到宽推杆积放式悬挂输送链上，过程之间的紧密衔接，以杜绝差错和故障的出现。同时，在现场设有自动/手动切换箱，以防生产过程中出现紧急事故。

    3、车型吊具识别系统

      在油漆车身上料点，操作人员将当前吊具号及车的信息输入到录入计算机中，然后通过以太网传送至PLC进行堆栈存储。录入计算机将车的信息通过识别系统写头写入载码体，通过以太网将吊具号及车的信息传送至上位机，并在录入计算机内存储，当录入完毕后向PLC发送信号。

      上位机做出与输送线相对应的画面及参数，通过PLC给出的指针及录入计算机给出的信息进行显示，并与PLC给出的堆栈信息进行比较，上位机根据信息及要求控制出入库的道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员采用人工控制运行，待上位机正常后从PLC调出堆栈信息恢复显示。

      在库存入口处的识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，上位机根据库存及车的信息控制入库区的道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行，待上位机正常后从PLC调出堆栈信息恢复显示。

      库区出口处，上位机根据计划及库区信息通过以太网控制停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。

      载车吊具入口处，上位机根据识别系统读头读取载码体信息通过以太网传至上位机，然后上位机根据车的信息控制道岔及停止器。当上位机出现故障时，操作人员人工控制运行。

      在装配悬链整车下线提升机工位处（ST48）设置识别系统读头，现场仪表板上线处设置显示计算机及打印机各一台。当车通过ST48工位时，读头将载码体信息读入，并在计算机处显示。

      发动机上线完毕后，通过以太网发送一信息，计算机自动。计算机能依次显示3台车辆的信息，并能打印当天的产量及参数。

    4、吊具储存区

      总装车间吊具存储区分空吊具存储区和油漆车身吊具存储区。其中油漆车身吊具存储区由九条宽推杆积放式悬挂输送链系统组成，用来存储不同的车型和同种车型的不同颜色车身的吊具。

      控制系统需要区分吊具的类型，在吊具进入存储区和移出存储区时需要鉴别吊具的类型，并与已经输入的信息进行比较。然后做出吊具应该进入哪一条悬挂输送线存储区，或者哪种吊具从悬挂输送线存储区出去的决定。

      在空吊具存储区前有一个坏吊具识别和检修区，把需要检修的吊具送入检修区进行维修，正常的空吊具进入吊具存储区。

三、结束语

      总装车间控制系统的特点同时也是控制的难点，主要体现在以下两方面：一是，要切实保证设备运行的性，在生产过程中出现任何微小的故障都可能导致重大的事故和的经济损失；二是，控制系统复杂的连锁关系，从载油漆车身的吊具上线到成品车下线，包括工艺链和快速链之间的衔接，需要设备的各个环节紧密配合，不能出现丝毫差错。

      总装车间控制系统自动化程度较高、数据采集量大、控制站多，因此，对系统性的要求较高。通过采用罗克韦尔的产品和技术，系统基本达到设计要求，运行效果较好，运行稳定、，灵活地实现了复杂的连锁任务，具有较高的机电一体化水平。同时，该系统设计合理、，减轻了工人的劳动强度，减少了设备运行的故障率，提高了生产效率。