西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0详细

西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0详细

2.1 液位遥测系统

液位遥测系统采用分散采集，集中控制的设计理念，对相应舱室的液位，液货舱的温度以及四角吃水等进行检测与报警。由于所需采集的信号分布广，数量与种类多，因此所有的信号都通过安装在各个采集箱中的GE VersaMax Remote I/O模块进行，保证所采集信号的准确性。GE VersaMax Remote I/O模块通过GE的Genius Bus总线协议与安装在货控台的PLC主站通信，将所采集的信号发送到PLC的CPU模块。CPU经过运算将控制信号经Genius Bus发送到GE VersaMax Remote I/O模块，实现远程控制。

上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过TCP/IP协议与PLC主站通信，实现软件HMI/SA iFix与PLC之间的信息交换。操作者通过iFix软件可以实现对所有测量点的实时监测以及对报警信息的处理。

2.2 立高位及高高位报警系统

该系统通过采集立的报警信号，对液货舱、污水舱、压载水舱等舱室的高液位及高高液位信号进行报警。采用立的VersaMax Micro系列PLC作为控制器，QuickPanel View系列的触摸屏作为HMI，构成了一个相对立的控制系统，实现相应报警信号的显示和控制。

作为HMI的触摸屏与PLC控制器之间通过Mod Bus总线协议通信，所有报警信号的显示以及操作员对系统的操作在一个触摸屏上实现，使得整个系统为精简。

2.3 大舱进水报警系统

系统利用压力式液位测量原理，将压力信号转换成4-20mA电流信号，送至货控台上的VersaMax Micro系列PLC控制站，PLC控制站与QuickPanel View系列的触摸屏通过TCP/IP通信，实现报警信号的现实与控制。整套系统可以实现立的液位显示，报警显示及控制。

2.4 阀门遥控系统

阀门遥控系统由货控台GE Fanuc 90-30系列PLC控制主站、电磁阀箱VersaMax Remote I/O PLC采制站、阀门遥控工控机、液压动力泵站、电磁阀箱（包括应急阀块）、液动阀门、手摇泵、应急手摇泵组成。阀门遥控装置采用电—液型驱动装置来控制电磁阀的动作以达到遥控操纵货油及压载舱管路阀门的打开和关闭。阀门的开闭操作及阀位指示都在货控台上阀门遥控显示屏上。

在货控台的 PLC 控制主站处可对液动遥控阀进行开关操作。开关阀的开关指示，红色指示阀门关闭，指示为阀门打开;开度阀具有开度指示及控制。电磁阀箱 PLC 控制站通过 Genius Bus与货控台 PLC 主站连接，根据货控台 PLC控制站的操作要求，控制相应的电磁阀，通过电磁阀的瞬间通电换向并锁位功能，控制油路进出方向，达到开关阀门的目的;所有遥控阀的阀位指示及开度控制信号均送到电磁阀箱 PLC 控制站，通过 Genius Bus发送至货控台 PLC 控制站接收。

上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过 TCP/IP 协议与 PLC 主站通信，实现软件 HMI/SA iFix 与 PLC 之间的信息交换，实现阀门的控制及状态的显示及报警历史与查询。

3、系统特点

采用GE的PLC作为控制和信号采集模块，大限度保证了系统运行的稳定性和性; 分散采集，集中控制的设计，使得各种信号的采集与控制准确、方便；兼容多种通用的总线协议，如：Genius Bus，Mod Bus，ProfiBus等，大大扩展了系统的适用范围；的模块化打包设计，使得各子系统之间相对立，可以单运行，同时各子系统之间也可以无缝连接，协调工作，能满足根据客户的特殊需要，实现个性化的组合；多种人机界面，如：IPC、触摸屏、MIMIC板等，确保了操作人员能方便，快捷地信息并实现控制

 引 言

染色工序在纺织品生产中占有重要地位，染色质量直接决定了纺织品的色泽、外观，甚至还影响纺织品的生产成本。在染色工序中，影响染色的因素主要有染液浓度、温度、液位等，其中温度控制是很重要而又复杂的控制过程。染色过程实际上是执行由工艺人员针对不同织物的一条温度曲线，每个工艺对染色的温度、升降温过程都有严格的要求，否则，容易使织物产生色差、缸差、条痕等疵点，造成复染率上升，生产成本的增加。针对染色过程温度控制的复杂性，设计了基于PLC 的染色机温度控制系统，实现对染色过程温度的控制，从而减少织物疵点，提高生产效率，降低生产成本。

2 系统控制要求

1）温度曲线存储

温度曲线存储要求对于不同的染色品种，其对温度的要求是不同的，因此对应的温度工艺曲线也是不同的，若将所有染色品种的温度工艺曲线都存入现场温度控制器中，则对该控制器的内存要求非常高，导致系统臃肿，因此本系统设计通过一台中控机，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在中控机上输入后经PROFIBUS—DP 现场总线下传给现场控制器，现场控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制，同时现场控制器可以随时向中控机申请修改温度工 艺曲线的参数。在网络中断时，现场控制器可以保存当前的温度工艺曲线，并且具有断电长期保存当前温度曲线的功能。

2）温度控制要求

在染色工艺过程中，典型的工艺曲线如图1 下所示：

图1 典型的工艺曲线

由图1可知，染色工艺可以分为多个曲线段，不同的曲线段对应不同的温度。对染色过程的温度控制主要是对染槽升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温分为直接升温到温度和按斜率准确地升温到温度；同理，降温也分为直接降温到温度和根据斜率准确地降温到温度。因此温度控制分为五个子程序：直接升温、按斜率升温、保温、直接降温、按斜率降温。直接升温还是斜率升温、直接降温还是斜率降温根据实际需要通过中控机设定，而后由现场控制器PLC 的主程序调用相应子程序。

3）报警及显示功能

为系统设置了一个 TD 200 文本显示器，显示染色过程中的一些操作和报警信息，该显示器适用于所有西门子S7-200 系列的PLC。

4）中控机监控要求

采用西门子公司的WINCC 实现中控机对现场PLC 的监控，主要实现当前温度显示、动态温度曲线显示、温度等参数设置、报警记录和打印报表等功能。

3 系统的硬件构成

本系统采用西门子公司推出的 S7-200PLC 作为现场控制器，选用CPU226 主机模块；通过CP5613 卡完成现场控制器同中控机之间的通信。现场控制器S7-200 扩展了一块智能温度数据采集模块EM231，该模块带有4 个模拟输入点，集成有16 位/转换器，分辨率达0.1℃，能自动进行线性化处理，有冷端补偿功能，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。系统的温度信号的检测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定的特点，在工业上广泛用于-200℃~+500℃之间的温度测量。由于现场控制器S7-200 不能直接同PROFIBUS—DP 现场总线相连，因而为S7-200 外扩了PROFIBUSDP 模块EM277。

对于不同的染色品种，对应的温度工艺曲线也是不同的，若将所有可能用到的温度曲线存入现场控制器中，则对现场控制器的内存要求很高，因此本系统设计通过中控机，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在中控机上输入后经PROFIBUS—DP 现场总线下传给现场控制器，现场控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制，同时现场控制器可以随时向中控机申请修改温度工艺曲线的参数。在网络中断时，现场控制器可以保存当前的温度工艺曲线，并且具有断电长期保存当前温度曲线的功能，同时可以将现场的温度等信号上传至中控机，形成监控界面，如果需要可以通过网卡将中控机同工厂信息网以及Internet 网相连，实现底层到高层的信息共享。

1引言

    在电镀、刷镀或电解等行业要求工件表面光泽好、致密、附着力强的场合，其供电电源在正向工作一段时间后，通过一定时间的反向电流进行表面活化。即要求电源具有自动换向的功能。另外，随着电镀、电解工业的发展，用户不仅要求电源设备具有稳压、稳流及稳电流密度的功能，还要求电源设备操作简便，运行，自动化程度高。

    由可编程控制器（PLC）控制的自动换向型电镀电源正是为满足用户上述要求而设计生产的。与传统的换向型电镀电源相比，该电源技术、性高，控制功能齐全，工艺参数调整十分方便。本文对该电源的控制原理与控制功能作以介绍。

2主电路的联结

    电镀工艺要求电源输出的直流电压在6～48V，直流电流根据所镀工件的多少，可从几十安到几千安、几万安。对这种低电压、大电流，且要求自动换向的电源，其主电路采用两组反并联的晶闸管整流器，公用一台双反星带平衡电抗器的整流变压器。主电路的原理如图1所示。

图1换向型电镀电源主电路原理图

    双反星带平衡电抗器这一主电路联结型式减少了晶闸管正向压降的损耗，有利于提高电源的效率。而且两组反并联的整流器公用一台整流变压器不仅减小了设备的体积，也降低了设备的造价，这都是用户所期望的。

3控制电路的原理

    控制电路原理方框图如图2所示。

图2控制电路原理方框图

    由图2知该电源控制系统主要由触发调节单元、信号变换及故障保护单元、以PLC为的脉冲逻辑切换单元及继电控制等部分组成。现分别介绍如下：

    3.1触发调节单元

    本触发器为数字触发器。触发电路用计数脉冲的方法实现整流脉冲的移相控制。当计数脉冲数到达512时即产生触发脉冲。触发器内部的压控振荡器，

    实现数模转换，其频率与模拟控制信号电压幅值成正比，即f∝u，这样只要改变控制电压的大小，就可以改变移相控制角α的大小。

    整流触发脉1。冲为相距60°的双窄脉冲，脉冲移相范围为0～150°（电角度）。移相电压为15V时α=0°，移相电压为0V时α=150°。触发器内部的高频振荡器对触发脉冲进行高频调制，从而降低了脉冲功放管的功耗，减小的脉冲变压器的体积。与锯齿波移相的集成触发电路相比，数字触发器输出脉冲的对称性好，抗干扰能力强。

    本调节器为比例积分（PI）调节器，由图2知，数字或模拟给定电压信号经软起动环节与信号变换板输出的反馈信号在调节器的输入端综合，当电源直流输出的电流（或电压、电流密度）因电网波动或负载波动而变化时，调节器输出的Uk变化，触发脉冲相移，使输出值稳定在设定值允许变化的范围内。

    3.2信号变换及故障保护单元

    由图2知：信号包括取样与信号变换两部分。电流反馈信号从分流器或电流互感器，电压反馈信号从整流器输出端，电流密度的检测是通过在电镀液中所置标准基板，测得单位面积（平方分米）电流强度的大小。每一种反馈信号都经过信号变换板进行隔离、放大。

    故障保护电路由光耦及集成电路器件组成。当发生快熔熔断、水压降低、过电流等任一故障时，故障保护电路封锁调节器和触发脉冲，使整个系统停止工作。此时触发调节板上的故障保护继电器动作，通过该继电器的触点与继电保护电路联锁。

    3.3脉冲逻辑切换单元及继电控制

    自动换向型电镀电源的脉冲逻辑切换及继电控制采用一台SIEMENS公司的小型LOGO PLC。标准型的LOGO 为6路输入，4路输出，其本身带有操作编程按键及一个LCD显示单元，不需专门的编程器。该PLC内部还有各种功能的辅助继电器、计数器、定时器等资源可以使用。LCD显示单元可实时显示各输入、输出点的状态及各定时器的运行时间。该PLC操作、使用、编程非常方便，是一种理想的小型自动化控制单元。

    脉冲逻辑切换单元以可编程控制器PLC为，可由PLC上的按键设定电源的正向电镀时间、反向电镀时间及正反向换向时间。正反向电镀时间及换向时间可根据工艺要求设定。各段时间的设定范围为0～99小时，在运行过程中，LCD显示单元实时显示各工作段的运行时间。为保证设备的运行，PLC根据性判断的指令，对正向和反向两组整流器进行互锁，即当一组整流器工作时，另一组整流器封锁。 电源设备的起、停信号及故障综号等输入PLC，通过内部的程序进行继电联锁，减少了设备的外围元器件及外部接线，从而提高了整个系统的性与自动化的程度。

图3限电流曲线

4 技术指标及结构特点

    由PLC可编程控制器控制的PKDS系列自动换向型电镀电源已投入工业运行数台，从运行效果看，其各项技术指标均达到或过JB/T1504—93行业标准《电镀用整流设备》的有关规定。设备的主要技术指标如下：

    （1）额定输出直流电压Udn：±6、±9、±12、±18、±24、±36、±48V

    （2）额定直流输出电流Idn：100～10000A

    （3）调压范围：0～Udn

    （4）允许负载值：在额定电压的67％及以上按I级负载连续运行。设备在额定电压的67％以下运行时，承载能力按图5递减。

    （5）稳流精度：±1％

    （6）稳压精度：±0.5％

    （7）电流密度的稳定误差：不过±5％

    本电镀电源不仅技术指标，控制及保护功能齐全，在结构上用户也可灵活地选择。中小功率电源有柜式风冷、柜式水冷和箱式防腐型三种结构。大功率电源整流变压器多为柜外式油浸自冷。在现场备有远控制操作台。

    (1) 炉膛压力调节系统

    此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，炉膛应保持一定的负压值(PT101)，故需对引风机(PV101)进行PI 调节。为防止引风机变频器运行过大或过小，造成锅炉熄火，调节系统中引入高、低限幅模块。

    (2) 干燥炉排温度调节系统

    此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，进入焚烧炉一燃室1#炉排的垃圾含有一定水分，直接影响炉膛温度，增加1#-2#燃烧器的负担。因此，从三燃室引入混合烟气进行干燥。由于三燃室混合烟气的温度较高，故通过调节干燥风机(TV108)使干燥炉排温度(TE108)维持在设定的工作范围。

    (3) 再循环烟气温度调节系统

    此系统为单冲量调节回路。通过调节再循环风机(TV109)使四燃室烟气温度(TE109)维持在设定的工作范围。

    (4) 一燃区炉膛温度调节系统

    此系统为条件切换多输出调节回路。按系统工艺，焚烧炉一燃室分为起炉运行和正常运行两个阶段。在起炉运行阶段，炉膛温度(TE101)主要由1#-6#燃烧器的燃油量来控制，通过调节1#-6#燃烧器回油调节阀(HV107、HV111、HV117、HV121、HV127、HV131)来维持系统对炉膛温度(TE101)的要求。在正常运行阶段，炉膛温度主要靠1#-4#炉排上垃圾的燃烧来维持，通过调节1#-4#炉排的排风调节阀(HV104、HV114、HV124、HV134)(送风机转速一定，排风调节阀可调节送风量)来控制1#-4#炉排上垃圾的燃烧，从而达到系统对炉膛温度(TE101)的要求。此调节过程将直接影响炉膛负压，为防止炉膛负压的减少对系统的影响，当炉膛负压突破一定值时(如小于1kpa)，对排风调节阀限幅。

    (5) 锅炉汽包水位调节系统

    此系统为三冲量调节回路。通过采用给水流量(FT101)、蒸汽流量(FT103)和汽包水位(LT102)主信号一起对给水调节阀(LV102)进行PI调节，使汽包水位保持在设定范围内，以适应锅炉的蒸发量。

    (6) 过热蒸汽温度调节系统

    系统将减温器后蒸汽温度(TE116)作为前馈信号引入调节，与过热蒸汽温度(TE119)主信号一起对减温水调节阀(TV119)进行PI调节。

    (7) 汽机前压调节系统

    此系统为条件切换输出调节回路。正常发电时，利用汽轮机与旁路系统平衡配置，通过汽轮机同步控制器调速汽门来调节主汽门前压力(PT302)，使其稳定在工作压力上下。当发电机甩负荷时，控制旁路蒸汽调节阀(PV302)，退出自动状态。

    (8) 减温减压器温度调节系统

    减温减压器共有两项调节任务:调节喷水量维持减压后蒸汽温度在工作范围内;调节减压阀的开度维持减压后蒸汽压力在工作范围内。

    本调节系统通过减温水调节阀(TV327)来调节减温减压器后温度(TE327)，使其稳定在工作温度上下。

    (9) 减温减压器压力调节系统

    此系统为条件切换输出调节回路。在低负荷状态时，本调节系统通过调节蒸汽旁路调节阀(HV302)来维持减温减压器后压力(PT325)，使其稳定在设定工作范围内。当处于甩负荷状态时，调节系统来调节蒸汽调节阀(PV325)。

    (10) 低压分汽缸压力调节系统

    此系统为双调节器条件切换单输出回路。低压分汽缸的蒸汽在正常发电模式下来自汽轮机的抽汽;当发电机处于甩负荷状态或汽轮机故障状态时，则来自于主蒸汽经减温减压器后的一部分蒸汽(而另一部分蒸汽则进入高压冷凝器)。本调节系统根据系统要求，通过调节蒸汽调节阀来合理的分配这两部分蒸汽。

    当高压蒸汽冷凝器的压力(PT327)小于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀(PV326)来维持低压分汽缸压力(PT326)，使其稳定在设定工作范围内。当高压蒸汽冷凝器的压力(PT327)大于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀(PV326)来维持高压蒸汽冷凝器的压力(PT327)，使其稳定在设定工作范围内。

    (11) 除氧器液位调节系统

    此系统为条件切换输出调节回路。正常发电模式时，大量的凝结水由凝汽器通过低加直接送回到除氧器，不通过疏水箱，除氧器的补给水通过调节进水调节阀(LV304_1)，实现除氧器液位(LT404)的恒定。当汽轮机故障状态时，大量的凝结水从高压冷凝器聚到疏水箱，除氧器的补给水则通过疏水箱输送，除氧器液位(LT404)通过调节进水调节阀(LV304_2)，实现液位的恒定。

    6 结束语

    该PLC集散控制系统经两年多的运行证明，各项技术指标均达到水平，主要表现如下:

    (1) 燃烧效:垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽;

    (2) 回热效:余热锅炉分布在主炉膛和烟道中，可充分吸收垃圾燃烧热量，正常燃烧热效率80%以上，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上;

    (3) 处理垃圾范围广泛:能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等;

    (4) 运行维护:炉排采用了整块设计维护量小，自动控制水平高，运行人员少;

    (5) 性高:经过近2年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，利用率可达95%以上;

    (6) 排放物控制水平高:由于采用二级烟气再燃烧和的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理。经长期测试，烟放物中CO含量1～10PPM，HC含量2～3PPM，NOx含量35PPM，符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000℃，并且停留时间达2s以上, 可使基本分解，烟气中的含量为0.04ng/m3, 远欧美标准0.5ng/m3。