西门子6ES7231-0HF22-0XA0详细资料

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一、概述


近年来随着国家对可再生能源扶持政策的进一步出台，可再生能源特别是风力发电呈现蓬勃发展的趋势，国内众多厂家正通过和技术引进等形式进行风电设备的成套工作。目前，国内生产厂家对高速齿轮箱、电机和叶片等已具有了立生产能力，但作为风力发电控制系统的大脑——风电控制器，一直以来主要依靠国外技术引进。通过对国内主流风电设备生产厂家的控制系统研究发现，多数厂家的控制系统是和主机一起成套技术引进而来，如MITA和WINDTEC公司的产品。由于风电设备运行环境较为恶劣，安装空间有所限制，并且要求有很强的数据处理能力，因此现有的通用可编程控制器很难达到其技术要求。一是高低温要求，通用PLC运行温度一般为0℃～50℃，但风电设备要求运行在-25℃～60℃的环境中。虽然有国内厂家采用了通用PLC作为主控器，但在系统设计时需在机柜增加加热器，以保证在低温环境下的运行，这种处理方式虽然能满足运行要求，但可能会造成在低温环境下PLC上电后不能立即运行，并且加装了加热器导致PLC安装空间加狭窄。二是数据处理能力，现有的通用可编程控制器因本身设计思想的不足导致在功能上无法满足大规模数据存储的需要。对国外引进控制系统的研究表明，国外控制系统多采用嵌入式PC（如Bachmann、BeckHoff等）作为主控制器来适应风电控制系统的需求。


本方案以NA400系列可编程控制器为基础，针对某电站3MW（可适用于2.5MW和1.5MW机组）风机控制器的技术要求，在广泛吸收国外同类产品控制系统的技术优点的基础上提出的。


由于变流器和变浆系统采用成熟系统配套，因此本方案仅涉及3MW风力发电机组主控柜（主站）和机舱柜（机舱站）的控制。


二、技术需求


  （1）编程软件符合IEC61131-3标准；


  （2）软件支持多；


  （3）对CPU速度及处理能力、存储空间等有较高要求（要求具有100M的数据存储能力）；


  （4）I/O要求：输入光电隔离、输出继电器（总点数在100点以内）；


  （5）运行环境恶劣，要求具有较高的性：


l运行温度：-20℃~50℃


 储存温度：-40℃~70℃l


 较高的湿热要求，要求防湿抗凝露l


  （6）通信要求：


 以太网接口，支持TCP/IP、UDP等l


 Profibus-DP现场总线l


l CANOpen现场总线


  （7）人机界面采用具备按键操作的平板电脑，支持WinXP 嵌入式操作系统，不采用 常规的触摸屏；


  （8）信号类型：DI、DO、AI（0~10V和4~20mA）、Pt100热电阻、AO、SSI、高速计 数器模块；


  （9）结构要求：安装方便，所有螺钉应防锈。


   三、技术方案


   针对风力发电设备运行环境严酷、技术要求高的特点，现有通用PLC很难适应其应用需求。我公司NA400型可编程控制器采用一系列计算机领域和工业控制领域的研制。系统结构、功能强大、具有多任务、趋势曲线、环境适应性强等特点，适合风电行业的特点。


 3.1系统结构 




风机控制系统结构图 


采用LAN/FieldBus系统结构，主控站控制器对外提供百兆以太网接口，利用现场总线完成机舱扩展站控制器或其它现场智能设备（变频器等）的连接。主控站以太网接口支持标准的MODBUS TCP/IP规约，并支持UDP协议。


现场总线支持ProfiBus-DP或CANOpen。可以方便地利用现场总线完成远程I/O站的扩展，并能与其它智能设备通信。本方案中拟采用CAN总线，CAN总线的短信文结构及完备的底层校验和错误处理机制使得CAN总线具有优越的抗干扰性。根据现场环境的不同可选用光通信介质以提高性。


     3.2人机界面


     3.2.1平板电脑


    人机界面（面板）硬件采用工业级平板电脑，可以采用以太网、串口、Profibus- DP等进行面板和控制器的组网连接。


采用我公司的ontrol组态软件开发界面，ontrol组态软件与控制器之间通过我公司开发的NA-PLC OPC服务器（OPC2.0规范）或者驱动程序通讯，底层协议不产生额外费用。NA-PLC OPC服务器可以方便地接入支持OPC接口的组态软件中（如iFix,WinCC等），因此如果不采用我方提供的面板，也可以方便地进行其他厂家面板与我方控制器之间的通讯。


     ontrol组态软件特点：


     基于bbbbbbs平台，采用面向对象的技术和方法进行系统设计、软件实现。遵循TCP/IP、SQL、ODBC、COM/DCOM、ActiveX、C++、Office、IEC61131-3、OPC等标准，系统功能齐全，操作简便，维护量小。具有良好的开放性、方便的扩展能力、完善的在线帮助及可不断融入新技术的特征。它具有数据采集和处理、控制与调节、画面、智能报警、报表、历史数据统计和查询、可视化顺控流程组态与执行、ONCALL、AGC/AVC应用软件、Web服务、与外系统通讯等功能。






 


     3.3方案优势


     结合我公司PLC技术优势和贵公司熟悉风机控制需求优势，我们开发的风机可编程控制器与其它通用PLC或者现有风机控制器相比具有的技术优势：


 （1）性高


 采用工业级或级芯片保证风机控制器可以运行在-25℃~60℃环境下。


 （2）抗干扰能力强


 采用CAN总线为现场总线网络，CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，其有的短信文结构及完备的底层校验和错误处理机制使得CAN总线具有优越的抗干扰性。


  高等级抗电磁干扰能力可以有效地防止现场干扰、提高系统数据采集的稳定性和运行性。


 （3）支持大容量数据存储


  支持128M数据存储，可有效存储风机故障时产生的数据。


 （4）实时多任务


 风机发生故障时生成100Mbytes大小的文件，在控制器正常运行的情况下可以采用多任务技术存储，避免影响控制器的正常工作，数据存储空间为单配置的FLASH。


 由于采用了实时多任务的方式，支持定时中断方式，因此可以方便地实现定时周期执行控制程序，保证程序执行时间恒定。


    （5）编程软件


     可以根据现场实际需求，调整NAPro编程软件功能。NAPro提供的顺序控制图编程语言适合顺序控制，编程简单、直观，调试可视化。

引言

过滤是制糖生产的重要环节，它不仅关系到成品质量，还涉及到加工过程中的糖分损失。对于不同的工艺方法，一般要选用不同的过滤设备。

我国加工甜菜的糖厂、原糖精炼糖厂与少部分甘蔗糖厂，采用碳酸法工艺，主要过滤设备是全自动隔膜压滤机与半自动压滤机。绝大部分甘蔗糖厂是采用亚法工艺，过滤设备种类较多，主要是真空吸滤机、无布真空吸滤机与半自动压滤机。全自动隔膜压滤机是新近在亚法糖厂投运的过滤设备。

全自动隔膜压滤机是现在发达国家制糖业采用的主流过滤设备，在我国制糖业己有应用，从根本上改变以前压滤设备在制糖生产中应用的被动局面，收到很好的效果。这种设备是采用带挤压隔膜的高压增强聚内烯滤板，利用PLC与变频技术，实现对整个压滤机与工艺过程的全自动控制。

半自动压滤机是我国在上世纪80年代，学习当时西欧技术设计开发的糖业过滤设备，采用铸铁滤板、液压紧自动保压、机械手自动拉板，此种压滤机逐渐发展，现在己有过滤面积80--300m2几种定型产品。

真空吸滤机是一种连续过滤设备，是在转鼓上安装滤布使其随转鼓一同转动，同时将滤布引出，脱泥后进行洗涤，在真空的作用下糖汁通过滤布并分离滤泥。

无布真空吸滤机是国外原糖加工普遍使用的过滤设备，它是采用吸滤的方法，过滤泥汁中掺入蔗渣，在真空的作用下，通过钢网与蔗渣糠组成的过滤介质，截留悬浮液中固体颗粒，实现固液分离。

2全自动隔膜压滤机应用情况

全自动隔膜压滤机采用压滤方式，利用的PLC控制技术与隔膜压榨方法，提高整机的生产效率，缩短了过滤时间，提高滤饼含固率。通过对滤饼的压榨优化了洗水方案，降低了滤饼含糖与含水。由于加工原料与工艺方法的不同，要分别针对碳酸法与亚法工艺特点设计设备结构与控制方案。

2.1全自动隔膜压滤机在碳酸法工艺中应用

碳酸饱充法滤泥结构好，主要成分碳酸钙能形成大而密的品状结构，便于过滤与洗涤。全自动隔膜压滤机就是根据这一特点，合理设计使生产过程达到化。对于碳法增稠泥浆过滤，在含固率为250-300g/L时，进料可在2--3min内完成，大进料量可达200m3/h。在原糖加工采用碳法过滤，就要控制过滤速度，保生产均衡。

通过隔膜压榨可减少洗水量，均匀降低整个压滤机滤饼含糖。总洗水量可稳定控制在干滤泥量的1—1.3倍，其中少部分洗水随滤清汁进入蒸发，大部分进入制糖其它工段，因此引起的清汁锤度降很小，基本控制在0.1-0.30Bx。在洗水降低滤泥糖分的前提下，可减少蒸发负担，降低能源消耗。

终滤泥含糖与含水情况，是过滤设备在制糖上应用的关键。全自动隔膜压滤机在碳酸法糖厂上是设备，在增稠过滤中表现的尤为，一个过滤周期可在22-25min内完成，一次卸滤泥重量在3400kg左右，每天可生产滤泥200吨左右，一台设备运行可满足日处理3000吨甜菜糖厂生产要求。

2.2全自动隔膜压滤机在亚法工艺中应用

在亚法制糖中，过滤液是沉降池底排出的泥汁，其中胶体团粒含量较高，滤泥层过滤阻力较大，所形成滤饼透气与透水性能不如碳酸法滤泥。应用全自动隔膜压滤机的工作效率，虽然达不到碳法的水平，但也可充分发挥其的特点，在泥汁含固率为40-60g/L情况下，压滤机进料通过位压与泵压结合的方式，一次进料可在50-55分钟内完成，一般进料流量在60-20m3/h。对含固率相对高的泥汁，进料时间要相对缩短，终进料流量相对低，滤饼的洗水与吹气阻力要增加，降低滤泥含糖与含水所用时间要增加。

亚法过滤所形成的滤饼，含有胶体与磷酸化合物量较大，导致滤饼成型性能好，但透水性能差，时常造成含糖含水高。全自动隔膜压滤机通过多种工艺改进，结合滤饼压榨功能，可将绝大多数滤饼含糖控制在干滤泥转光度4~9%左右，含水率在50~60%左右。

在这个工艺过程中，进料过滤、中压榨、洗水、角洗水与后压榨的关系很重要，要洗脱滤泥中的糖分，提高设备效率，这是关键环节，采用自动化控制。

在亚法制糖上应用全自动隔膜压滤机，可以有效降低滤泥含糖与含水，提高生产效率，滤饼结构完整、脱落、自动化控制水平高、减少了劳动强度，对环保没有影响。

3、比较与分析

3.1碳酸法糖厂过滤设备比较

碳酸法糖厂应用压滤机进行过滤，比较典型的是在一碳增稠工艺中应用，现在制糖应用的压滤机可分为全自动隔膜压滤机与半自动压滤机。

3.1.1性能分析

隔膜滤板是压滤机主要部件，采用纯高压增强聚内烯材料制造，具有重量轻、热损失少、韧性好、机械强度高、耐腐蚀、不易积垢的优良特性。合理的隔膜设计与角进料结构，使压滤机有加完善的功能。的自动化控制，可以保证优化的工艺得以实施，PLC与变频控制可保证在过滤初期清汁质量，还能大发挥压滤设备变量进料的效率。

通过隔膜压榨可有效降低滤饼含水率、缩短进料时间、增加洗水效果，在卸泥前己将滤饼压榨成型，大的降低了含水率，可顺利完成卸泥过程。半自动压滤机要顺利卸泥，就要依靠增加进料时间与压力，使滤泥填满滤腔并降低含水，只有在滤腔充满后，吹气与洗水才能起作用，但碳法滤饼易，使洗水与吹气性能受到很大限制。半自动压滤机在过滤的后期，耗时很大、过滤效率很低。应用隔膜压榨，提率剪除过滤低效时间，还可减少滤饼含水率。

全自动隔膜压滤机能达到洗水时间短、洗水量少还可使滤饼糖分降低，主要原因是在进料段就结束了进料过程。一般结束进料时流量在100m3/h左右，这时滤饼结构松散透水性能良好，两层滤饼间有洗水通路，通过洗水、中间压榨与角洗水的合理搭配，达到洗涤滤饼的日的。在适量的洗水后，通过隔膜进行微压榨过程，可在不压实滤饼情况下，将滤饼空间收缩修补裂痕，使洗水均匀穿透整块滤饼，洗水与吹气不产生短路现象，提高洗水效率，节省压缩空气，达到了好的效果。

全自动隔膜压滤机可以保证过滤与洗水效率的另一关键问题，是具上洗布与酸洗功能。压滤设备在过滤过程中，主要是依靠泥层作为过滤介质，但滤布的过滤阻力也是不可忽视的因素，特别是滤布应用几个周期后，在过滤与洗水过程中，如不能及时清理滤布表面所积的泥垢，阻力要成倍增加。如果是在若十过滤周期中有几次工艺状况不好的情况，会影响其它周期的过滤与洗水。在一般工艺情况下40-50个过滤周期，要洗一次布，如果有饱充不满现象，要在情况好转后立即洗布，如不及时清洗滤布，洗水流量下降非常明显，由正常的洗水流量70m;/h很快降到20m3/h左右，角洗水流量就低了，基本上在lOm3/h以下，同样洗水量洗水时间被数倍延长。在15-20个洗布周期后，就要对压滤机进行酸洗，酸洗过程中可将滤板、滤布背面、流道与阀门等进行洗涤，达到软化滤布的目的。

半自动压滤机无机上洗布功能，要在应用一段时间后将滤布拆卸下来洗涤，人工与设备条件都将限制洗布周期不能很短，丧失了压滤机适应工艺条件变化的能力，使过滤与洗水效能受到严重制约。此方面的反应，在原糖加工中为明显。人工拆洗滤布劳动强度大、参与人员多、消耗时间长，为生产管理带来很多困难。拆洗是滤布导致损耗与漏榨的重要因素，洗涤后会造成滤布缩水变型，新换的滤布还有在机上使用定型的过程，易出现漏榨现象。

全自动隔膜压滤机过滤质量要好于半自动压滤机，虽然两种设备在过滤原理上是相同的，但全自动隔膜压滤机在进料上采用变频控制，其优势在于:一是可根据泥层增加逐步增加过滤压力，充分发挥泥层过滤的优势;一是开始过滤时泥浆泵在变频控制下，转速低可保泥浆中颗粒少受破坏，尽快建立起架桥效应，这些是在半自动压滤机无法实现的。

3.2亚法糖厂过滤设备比较

3.2.1无布真空吸滤机性能分析

无布真空吸滤机在国内有几年的应用历史，保留了吸滤设备结构简单、连续过滤、操作方便的优点同时又解决了生产与环保的矛盾、降低了滤泥的转光度，这是该设备被部分制糖企业认同的根据，但它也存在一些难以解决的问题，在生产中逐渐表现出来。

无布真空吸滤机过滤效果差，滤液回流导致己絮凝的沉淀物会复溶，为工艺处理增加负担，要获得相同的澄清效果，提高硫煎强度，增加澄清费用，在工艺上是不可取的。在环保上无洗布水，减少排污费用，在经济上是可取的。可见无布真空吸滤机,是解决现行真空吸滤机带来的环保问题的暂时替代设备，但它还有很多无法解决的问题。

3.2.2半自动压滤机亚法应用分析

半自动压滤机在亚法过滤中，以其过滤质量好、可配合无布机在停产时清空沉降池、对环保没有影响等优点，被广泛应用。亚法糖厂应用的大部分设备，在结构与工艺上，沿袭了碳法应用的设计，没有及时结合亚法泥汁特点，进行专项开发，影响了压滤机设备在亚法过滤中性能的发挥。

半自动压滤机在过滤中能够保证较好的质量，主要是由于过滤介质是滤布加滤泥层，滤泥层的空隙要比滤布小，随厚度增加过滤阻力增长，过滤质量越来越好，过滤效率逐渐下降。亚法滤泥胶体团粒比较多，在滤腔内滤饼比较松软，容易粘结在滤布表面，如果进料不能充满滤腔，滤饼不能降低水分成型，卸泥将十分困难。如果进料充满滤腔，滤饼阻力很大，通过洗水降低滤泥糖分困难要大于其它设备。

在现行亚法制糖应用半自动压滤机，主要问题是劳动强度大、糖分损失高、卸泥困难、滤泥对滤布的粘结不能及时得到清洗、单机过滤效率偏低与滤布损耗较大等问题，这些问题都严重影响现代企业生产管理，己很难适应生产发展的需要。

3.2.3全自动隔膜压滤机亚法应用性能分析

应用在亚法制糖的全自动隔膜压滤机，在结构与工艺设计上，充分研究了亚法过滤的特点，结合控制设备，完善的机上洗布与酸洗功能，不仅解决了半自动压滤机存在的主要问题，还使每台全自动隔膜压滤机成为一个过滤系统，使过滤设备适应工艺变化能力得到加强，基本上保证每次过滤工艺效果十分接近。

通过实践我们总结出在亚法过滤中，滤泥颗粒细腻，泥层阻力很大，洗水与压榨时间较长，要提高过滤效率就要增加过滤面积，提高一个过滤周期内处理滤泥能力。现在国内亚法糖厂应用的压滤机，大部分过滤面积小于180m2，这适用于小型糖厂应用，可以均衡间歇过滤设备工作特点，但对于3000吨以上的糖厂，应该应用250m2以上的设备。一台250m2全自动隔膜压滤机，生产能力可以达到35m2真空吸滤机水平。

4、经济效益分析

全自动隔膜压滤机在国内糖业是新生设备，在南北糖厂都有应用。

4.1全自动隔膜压滤机在碳法糖厂与半自动压滤机比较

4.1.1降低滤泥糖分损失

碳法糖厂滤泥产量大，通过降低滤泥糖分，可创造很大经济效益。全自动隔膜压滤机滤泥平均含糖在0.5%(对泥)以下，一般采用半自动压滤机滤泥平均含糖在1.7%以上，按照3000吨糖厂，加工50万吨甜菜计算，可减少糖损:

半自动压滤机糖分损失:190吨泥/天/(50%/70%)x1.7%=4.5吨/天

全自动隔膜压滤机糖损:190吨泥/天x0.5%=0.95吨/天

每天减少滤泥糖分损失:3.5吨/天

50万吨甜菜可减少糖损:3.5吨/天x170天=595吨

折合人民币大约在:595吨x280/吨=167万元

4.1.2减少滤泥量节约回填场地与运输费用

由于滤泥含水率降低，使滤泥输送量减少。

50万吨甜菜降低的滤泥重量:

(500000x10%)/50%/(500000x10%)/70%=28600吨。

运输与回填费用折合人民币:

28600吨x9.5元/吨=27万元。

4.1.3节约滤布损耗

半自动压滤机加工50万吨甜菜用国产滤布:5.6套/台x10台=56套。

全自动隔膜压滤机50万吨甜菜用进日滤布:2套/台x1台=2套。

节约滤布费用折合人民币:56套x800/2套x10000=25万元。

4.1.4可直接得到的经济效益为219万元，还有多回收热水、降低蒸发负荷、减少设备数量与维护费用等一些间接经济效益。

4.2全自动隔膜压滤机在亚法糖厂与半自动压滤机比较

4.2.1降低滤泥糖分损失

亚法糖厂滤泥产量相对少，但含糖高，通过降低滤泥糖分，也可创造很大经济效益。

全自动压滤机干滤泥平均转光度(糖度）可控制在9%以下，一般采用半自动压滤机平均干滤泥平均转光度在16%，干滤泥与蔗比按照1.5%计算,50万吨甘蔗可节约糖分损失折合人民币大约为:500000x1.5%x(16%一9%)x2800=147万元。

4.2.2节约滤布与压缩空气消耗

配置洗布机后，可达到机上洗布，同时改进滤布缝制方法，可大量节约滤布。如果按照不安装洗布机来计算，可节省滤布损耗在6~7万元以上。

隔膜压榨可减少压缩空气消耗，在此方面可节电2.6万元

4.2.3可直接得到的经济效益为156万元，还有提高设备效率、提高产品质量、改善操作环境等，一些间接经济效益。

5结论

全自动隔膜压滤机适用于不同的制糖工艺条件，可以大幅提高设备效率，降低糖分损失，没有环保负担，可获得过滤质量。