6ES7212-1BB23-0XB8实体经营

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1 引言
在化工生产中，尤其是烧碱的制造过程中，原盐是基本的生产原料，要保生产系统的运转，有、稳定的原料保证。过去锦化化工集团一直采用原盐露天堆放、铲车堆码、行车抓斗上盐的传统方式，这样，即浪费了大量的人力和物力，又造成了原料的浪费，特别是在雨季，根本无法保证按时上盐，同时流失的原盐也给厂区周围的生态环境造成严重的污染和破坏。为适应现代化生产的需求，节约有限的土地资源，我们在12万吨离子膜烧碱工程的建设中大胆地采用了新型的立体式桶仓结构设计，对原有露天盐场进行了现代化改建和扩建。
改造后，运盐列车可直接驶入全封闭式车库，物料经的螺旋卸车机卸入地槽式栈桥后、沿皮带廊上行、进入大型立式桶仓储存、需要时再由皮带机下盐，传送至各生产工序。如此庞大复杂系统的电气控制和生产管理，依靠传统的手工操作和继电器控制即不也不经济。因此，为有效提高系统的生产效率，保证化工生产的稳定、连续，我们选用了PLC可编程序控制技术来完成整个原盐储运工序的生产运行和操作监控任务。

2 工艺流程
整个原盐储运工序主要是由叶轮给料机、皮带机、犁式卸料器和圆盘给料机等关键设备，以及12个高30米、储盐量均为1700吨的大型桶仓和总长度为3km的封闭皮带廊构成。其工艺流程如图1所式：
原盐卸入长300m的A、B地槽后，分别经由其底部的叶轮给料机传送至1A、1B皮带机，然后经2#、3#、4#皮带机传送至桶仓部，再经由犁式卸料器La、Lb分别配送至、5B、5C，并终到达仓位，完成整个上盐过程。
下盐过程则通过控制1-12号桶仓底部的圆盘给料机，向6A、6B、6C送盐，通过各自的盐斗汇流至7#皮带机、经7#皮带震动器震动后，在8#皮带机上由犁式卸料器控制，按工艺要求向4万吨生产工序和12万吨生产工序的化盐桶输送原盐，从而完成整个生产过程。


3 设计分析
通过对工艺过程的介绍，不难看出这是一个典型的顺序控制工程。我们可以通过对控制对象—各运转设备电动机的依次起动、停车和正反转控制，以及各种报警指示和开关变位信号的采集和编程处理来实现对工艺过程的自动化控制。
根据盐场的实际情况，低压配电室（即MCC电动机控制）和控制室集中建在桶仓的底部，工序内所有设备的动力均由MCC供电配出，现场采集到的各种报警信号和开关变位也统一传送到中控室内装设的集中控制屏内，经DI模块输入PLC系统进行处理，再按预定的保护程序，经DO模块输出，驱动相应电气设备的起、停及现场预警音响系统的动作，从而完成所有的工艺控制功能。同时，为方便现场观察、生产管理和系统监控在中控屏上设置了触摸屏。
各设备的运行状态和报警信号等为DI输入量，PLC系统根据电气控制回路中交流接触器的常开触点及采样开关的通断变化来控制信息；之后系统发出的动作指令，由DO的输出节点通过控制直流中间继电器的主触点吸合，并送回设备的电气主回路，实现设备的状态改变、或直接驱动中控屏上相应的闪光报警光示盘，给出相应的故障信息。针对控制对象的不同，具体分析如下：
（1）叶轮给料机和圆盘给料机均为普通电机的循环起动和停止控制，只须采集和控制设备的运行状态，没有报警和其他控制信号输入。
（2）1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#、4万吨、12万吨皮带机的电机均为单向运转、但由于皮带较长，都装设有皮带打滑和轻跑偏（均为报警信号）、重跑偏和拉绳（均为停车信号）信号的控制开关，因此DI输入量较多。
（3）通过对犁式卸料器La、Lb、Lc的上升位和下降位的采集分析，就可以控制档板的升降，从而实现阻断物流，改变流向的控制目的。
（4）桶仓部的行走皮带机控制较为复杂，它由两台可双向转动的电机即大车行走电机和皮带电机构成，且要满足向4个仓位轮流卸盐的要求。为方便控制和编程，允许大车有两个工作位置，以行走皮带机为例，在1#位置，皮带机正转，则向1号桶仓卸盐，皮带机反转，则向3号桶仓卸盐；行走电机正转则前进到2#位置，此时行程开关动作，大车停止，这样借助控制皮带机的正反转就可以达到向2、4号仓卸盐的目的。三台行走皮带机的控制原理相同，为防止行程开关失效，在大车导轨两侧均设置了双重行程保护和终端机械止档，以防止意外。行走皮带机的皮带装有轻、重跑偏开关。
因此，按DI、DO点的不同类型，确定原盐系统所需的设备控制点数如下表所示：


此外，由于皮带廊很长，系统的自动化水平很高，为保证人身和设备的正常维修，每台设备均设有的现场操作柱，且内置大功率的声光报警器，并在皮带廊沿线装设警笛，巡检人员可方便的通过转换开关改变皮带机的自动、手动和停用状态，并由声光报警信号开车信息。

4 系统配置
SIMATIC S7-300是德国西门子公司生产的用于快速处理工艺过程或增强处理数据功能的自动化产品，是面向中大型应用的控制系统，具有丰富的功能、完善的指令集、强大的通讯功能和的诊断能力；西门子组态软件则基于bbbbbbs 集成开发环境，简单易学、可进行率的软件开发，同时内置多种图库，支持多种图形格式，可模拟用户应用程序进行离线调试。因而非常适合在本系统应用。
整个控制系统由编程器（笔记本电脑）、人机对话单元HMI（触摸屏）和S7-300PLC构成。编程器负责HMI设备的组态和PLC系统的软件编程工作，人机对话设备则通过与PLC的通讯完成系统的各项控制功能。系统的硬件配置如下图所示：


（1）软件构成：
人机界面、显示屏及触摸屏组态软件 PROTOOL，1套
SIMATIC S7-300编程软件 STEP7 BASIS ，1套
（2）主要的硬件配置
编程器 TOSHIBA SAbbbLITE 1710，14寸笔记本电脑，1台
TP27触摸屏 6AV3627-1QL00，10寸彩屏，1台
PS307负载电源 6ES7321-1EA00，1个
处理器CPU 6ES7314-1AE04，24K RAM，1个
SM321数字输入模板 6ES7321-1BL00，32点输入，24VDC，5个
SM322数字输出模板 6ES7322-1HH00，16点继电器输出，4个
6ES7322-1BL00，32点输出，24VDC，2个
IM365扩展模板 6ES7365-3CA01 ，一对

5系统功能及控制特点
（1） 完善的工艺控制功能
手动控制：各运转设备可现场通过转换开关实现手动；远控时，手动操作可由值班员根据原盐系统的储盐状况、或按照工艺要求，通过触摸屏的配置画面或设备控制画面中相应的软件键，对现场设备进行远程手动控制，实现切换各储盐仓位及进行各设备的单机远程调试等目的。
自动控制：上盐时，由操作员在触摸屏上选择自动轮仓的起始仓位、或修改工艺控制参数后，按动起动按钮，PLC系统按预定程序，在报警30秒后，依次间隔10秒钟起动相应的行走皮带机、5#、4#、3#、2#、1#皮带机和叶轮给料机，五分钟后行走皮带机前进到下一仓位，依次循环从而完成上盐过程；下盐时，选择出盐起始仓位的圆盘给料机并设置受盐单位后，在报警30秒后，依次间隔10秒钟起动4万吨或12万吨生产装置的受盐皮带机、7#、6A#、6B#或6C#皮带机和圆盘给料机，五分钟后切换至下一仓位的给料机，依次循环从而完成下盐过程。
（2）分组方式灵活
上盐时，可设置任意组仓位作为起始位，或某一组仓位的设备故障时，将该组设备置为停位，此时自控程序将保证相关设备不被起动，只在其他仓位间实现轮仓储盐。
下盐时，可设置任意仓位作为起始位，或某些仓位的圆盘给料机故障时，将该组设备置为停位，此时自控程序将跳过相关设备，在其他给料机间实现自动切换出盐。
（3）参数配置简单、方便
PLC系统可按工艺要求或生产实际配置开车报警延时、皮带机起动间隔时间及各仓位的轮仓间隔时间，而且只须在开车前由操作员在触摸屏的配置菜单上手动设置即可，编程技术人员的参与。通过设定多级密码，也确保了操作人员在中控室只能对许可的工艺参数进行修改，增加了系统的性。
（4）丰富的画面显示及故障诊断、报警管理功能
自动控制时，触摸屏依靠图线颜色的变化,动态显示原盐系统的工艺流程图，操作人员可随时察看系统的配置画面和报警记录；手动时，系统会在操作画面上列出设备的起停控制按钮，并由设备颜色的变化来反映上电状况；系统故障或报警时，设备急停或在触摸屏上显示故障标签名称、报警信息、故障时间等、并对历史报警资料进行管理和保存。
（5）可实现远程控制功能
各种数据采集后在中控室集中进行显示并保存，系统随时监控工艺参数的变化、设备运行状态、故障等。通过控制画面的变化，工作人员可对生产过程的各个部位充分了解，及时掌握各个环节发生的各种情况。
（6）现场抗干扰措施
因为整个原盐储运工序的控制线路很长，且现场控制信号较多，为有效避免电磁干扰对PLC系统的影响，所有通往中控室的信号线均采用了的阻燃屏蔽电缆，并在单的电缆桥架内敷设，有效的了系统的运行。

6 结束语
原盐储运工序由于采用了计算机控制技术和PLC控制技术相结合的方法，大大提高了输盐系统的生产效率，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的自动化管理水平。自2000年在我公司投入使用以来，一直工作稳定、运行良好，对各种故障进行了准确的报警显示，有效的防止了人身意外的发生，为公司节约了大量的资金。因此，广泛的采用这一技术，不但可以提高工艺控制的准确性、科学性，降低事故率，而且对于提高电气控制系统的自动化水平和发展国民经济，也必将起到积的推动作用，值得在化工厂、发电厂等行业的物料输送系统中广泛推广和使用。

主控单元采用C200HE PLC是OMRON公司的中小型PLC产品，方便实现扩展性优良的生产现场；它能进一步增强PC的基本功能，，方便的数据处理提高生产现场工作效率；CX-Programmer是OMRON开发的应用于C200H PLC的编程软件，运行在bbbbbbs2000操作系统中，在自动化工程各方面具有友好的用户功能。它致力生产现场情报化充实适应bbbbbbs的软件；它的单元品种齐全，对各种各样的机械设备实现控制。
1 工艺简介
本例根据原水水质条件、锅炉汽水系统对补给水的水质要求，锅炉补给水处理系统流程为：原水→原水箱→原水泵→热交换器→多介质过滤器→活性炭过滤器→反渗透预脱盐系统→中间水箱→中间水泵→混和离子交换床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。另外包括过滤器反洗系统、混合离子交换床再生系统、加药系统等。
原水箱用于贮存进入本系统的原水，其目的是为了调节进水流量的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证系统的进水量及进水水质的稳定。
原水泵是为预处理系统提供充足的原水流量和压力。
热交换器的作用是使进水维持在一定的温度范围之内，以利于保反渗透系统出力的稳定。
多介质过滤器的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体，物等杂质，以及经加药后形成的矾花，从而保其出水SDI（污染指数）≤4。
活性炭过滤器的作用是去除水中低分子物，游离氯，也能较少水中异味，色度和嗅味。
反渗透预脱盐系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分，胶体，物及微生物。
中间水箱使反渗透产水侧承受较低的压力，避免反渗透膜受到背压而导致不可恢复的损坏，同时缓冲由于后级离子交换系统阀门切换时造成的压力波动，并可通过中间水箱的液位控制反渗透的启、停运行。
中间水泵的作用是为后续水处理系统提供稳定的压力和水量。
混和离子交换床的作用是将反渗透产水中留存的离子进一步去除。
除盐水箱用于贮存本系统的产水，其目的是为了保证锅炉供水水量的稳定。
除盐水泵的作用是为锅炉系统提供稳定的压力和水量。

2.1 总体控制要求及功能
电厂锅炉补给水处理自控系统的要求是对水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围。在公司水处理控制室上位机发出指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、流量、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息由现场上传到水处理控制室上位机。
功能如下：
（1） 控制操作：在水处理控制室能对被控设备进行在线实时控制。
（2） 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。
（3） 数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史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，有利于优化控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
（4） 报警功能：当某一模拟量（如流量、电导、水位等）测量值过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。另外还可对PLC进行诊断报警。
（5） 打印功能：可以实现报表和趋势打印以及各种事件和报警实时打印。

1 引言
电气化铁道是由沿线分布的牵引变电所分段供电的，多个牵引变电所由远端的调度实现远动监控。每个变电所设置RTU在线采集运行数据和确定运行状态，并将它们传输至调度;RTU接收调度指令对变电所的设备实施控制，构成完整的SA/RTU系统。为适应教学和科研的需要，2000年经教育部立项，西南交通大学在峨眉校区建成了“变电所远动监控（SA/RTU）实验系统”，该系统的设计目标是实施对铁路牵引变电所等多种供电设备进行远程监视、控制、测量，实现无人值守，对各种瞬间发生的电气事故进行分析判断，对现场众多电气数据进行记录和统计处理。

2 系统设计
变电所远动监控（SA/RTU）实验系统由三个部分组成：1、设置在调度端的控制站设备2、分布在某铁路沿线的五个牵引变电所（模拟），配置在五个变电所内的RTU和被控设备采集信号变送装置3、通道。系统结构图如图1。
由图1看出：系统包括上位机和下位机两部分。上位机是指调度端（调度员站），包括HMI（Human Machine Interface）系统和数据库管理系统，功能是遥控操作，遥信、遥测显示及数据报表统计，记录事故分析等。而下位机是指数据采集系统及各种智能控制设备，在这里指的是五个RTU。

2.2 PLC 编程软件
PLC编程用基于Microfost bbbbbbs环境的编程软件Concept开发。以实现现场数据的采集、计算、统计、数据通信、系统故障诊断等功能。Concept符合IEC-1131-3 编程语言标准，有梯形图、顺序功能图、功能块图、结构化文本、指令表。Concept提供了实用简单友好的用户界面，有丰富的编译工具、强劲的搜索功能、自由格式的图形编辑器、完善的在线帮助，使得对Modicon TSX Momentum(模块式Momentum PLC组板)构成的自动化控制系统的程序编写、软件调试、系统维护十分简单。

2.3系统软件设计
系统上位机采用以bbbbbbs 2000/NT的操作平台、美国Inbbtion公司的iFIX2.5工业监控组态软件。它采用开放的全分布式网络结构，其结构简单、扩展方便，因而所构成系统的规模视具体应用需要可大可小。iFIX2.5为用户提供标准的网络接口、硬件接口和软件接口，以满足系统的功能扩展、规模扩展、硬件新。
iFIX组态软件能较好地满足电力系统对数据采集的实时性和控制的性的要求如：数据采集和监视、遥控操作、数据处理及统计、自动职责划分、报警处理、自动操作记载、曲线、报表制作及打印功能、系统等。
2.4 系统网络结构
系统采用标准的开环总线以太网配置。这样不仅降低了成本，方便布线，易于扩展；而且网络结构上保了信息传输的性，能对数据进行有效的分流，从而减轻网络负荷，增强了系统的性。其网络标准为IEEE802.3；传输速率为10Mbps。整个系统采用10/100M以太网交换机形成自适应以太网通信。100M作为调度端内部的速率，而调度端与RTU之间的速率为10M，这是因为在RTU中采用的是通用的10Base-T集线器。
由于调度端与五个变电所之间都有数十公里的远距离，故它们之间用光纤连接成骨干网，这样不仅可以解决远距离通信问题，而且可以大大提高骨干网的抗干扰能力和性。通过光纤连接的骨干网具有较大的带宽，为将来网络的扩充、速度的提升预留了空间。各控制域的交换机到现场设备之间采用屏蔽双绞线，交换机的安装位置选择在靠近现场设备的地方。
上位机与下位机的通信是监控系统的一个关键。我们选用通用的工业标准Modbus协议，并与以太网TCP/IP结合，在TCP帧中嵌入Modbus信息帧，成为基于以太网的Modbus TCP/IP协议，如图2所示。


Modbus采用主从方式定时收发数据。在本系统，上位机定义为主设备，下位机五个RTU所有智能监控装置定义为从设备，只有主设备能初始化或对从设备查询。所有设备都有规定的IP地址，主设备按地址发布消息，从设备根据主设备查询或提供的数据决定要产生何种行动，实现了系统的监控功能;同时当系统故障，比如五个RTU中有某一模块从网络中断开，在主设备端马上诊断出来，而当故障后，网络又可自动接通，这样有利于操作员进行系统功能诊断。

3 系统工作过程
下位机从现场设备采集遥信及遥测信号，经过一定的处理（16个遥信开关量信号合成一个16位的字,每个遥测模拟量信号转换成一个16位的字）后存储到PLC的寄存器中供上位机读取；同时接收上位机发送的遥控命令经过处理后传给现场设备。而上位机则是负责从下位机读取遥信量和遥测量，经过处理后进行显示或生成报表等；同时根据操作员的需要发出遥控命令。下面分别介绍系统的具体工作过程。

3.1 系统通信
整个系统的通信都是基于IP地址的。
（1）上位机和下位机的通信，是通过为iFIX组态软件的各个通信通道，设置与其建立通信的PLC的IP地址来实现的。iFIX对每个变电所分配一个通信通道，五个变电所占用五个通信通道。
（2）下位机Momentum M1处理器和通信适配器间的通信：在下位机编程软件Concept-PLC/ Configuration-Config /Extensions-Ethernet/I/O scannner对话框中的Slave IP Address一栏中输入通信适配器的IP地址，再在该对话框的其它栏中输入要读写M1 处理器（主站）和通信适配器（从站）的寄存器地址，即可实现Momentum M1处理器和通信适配器的通信。
（3）Web网页的浏览。通过在浏览器中输入Momentum M1处理器的IP地址并建立连接，即可浏览到Momentum M1处理器中中Web网页。

3.2 下位机接受遥控（YK）命令
上位机往下位机写的遥控（YK）命令，是以一个字（word）为单位的，一个字包括16位（bit），每一位（bit）代表一个遥控信号。由于各变电所的遥控对象小于8个，每个遥控对象又有两种操作状态（如断路器的分闸和合闸），因此每个变电所的遥控操作对象小于16个，因此五个变电所均只用一个字就可包括所有的遥控信号。
从上位机来的16位的遥控字（word）存到Momentum的M1处理器通信适配器的寄存器的某个区（如400011）中，当操作员发出一个遥控命令时，相应的遥控位由0变为1，离散量基板上对应的输出端被置为高电平，被控制的断路器受电动作。通过设置让输出端的高电平维持5秒钟，以确保断路器操作机构动作使断路器跳闸或合闸。
由于PLC模拟块是低电压低电流输入，而控制回路电压电流比较大，因此需要用继电器来进行电气隔离放大。

3.3下位机遥信（YX）信号处理
遥信（YX）信号包括位置信号和非位置信号，位置信号包括断路器和隔离开关的分、合状态；非位置信号包括保护信号和故障信号的状态。遥信信号是由Momentum的离散量基板进行采集的，离散量基板把从现场设备送上来的16位离散的输入数据以一个字（word）的方式传送给M1处理器通信适配器。再由M1处理器与上位机建立通信，传送数据。

3.4 下位机遥测（YC）信号处理
遥测信号是用TSX Momentum 170AAI的 8通道输入差分基板采集的，我们采用的是平均值变送器，把变电所一次回路中的交流电压和电流以直流平均值表示，再输入到模拟量基板中。基板的8输入通道是为8个模拟量输入提供的，每个模拟量占用一个通道，每个输入通道对应一个输入字(word)；由于模拟量AAI基板上扣有Momentum的M1处理器适配器，因此由基板传上来的模拟量信号直接存到M1处理器的寄存器中供上位机读取；而每个通道的输入参数则通过Concept中硬件配置中的I/O Map进行设定。

3.5上位机功能实现
上位机用的iFIX组态软件带有Modbus Ethernet I/O驱动程序，并为每个模拟变电所分配一个通信信道，通过以太网交换机和10Base-T以太网电缆直接与RTU中的PLC通信，采用的网络协议是TCP/IP协议。
上位机运用iFIX组态软件主要实现以下的功能模块：欢迎画面、主画面、系统运行记录、设备配置图、变电所实况图、电压电流显示图、变电所控制屏、事件记录、报警记录、模拟屏显示、曲线、重载数据库、程控操作、报警画面、数据备份与恢复、模拟变电所接线图、系统帮助画面。
采用C++Builder开发的数据库的报表管理系统对整个控制系统产生的数据进行查询、打印、转出、计算、分析。该系统主要有以下功能：日报管理、月报管理、电度日报管理、电度月报管理、操作事件管理、异常事件管理、报警信息管理、图形分析。
报表管理系统还具有丰富强大的电子制表功能。通过动态数据交换（DDE）和ODBC标准，可方便地将系统的实时数据、历史数据库、应用数据库与报表系统链接，可生成柱形图、条形图、面积图等二维或三维的彩色图型，形成图文并茂、直观清晰的图文报表，并可召唤、定时和条件驱动打印报表。

3.6 Web功能实现
在RTU方案中，所采用的施耐德电气公司Momentum系列的M1通信适配器，内置了Web服务器和带有五页嵌入式Web网页，因此不需要任何特殊的配置，只要有一台配置了Web浏览器（如IE、Netscape Navigator）的PC机就可以通过以太网浏览到Momentum M1处理器的Web 网页。Momentum M1处理器的嵌入式Web网页能实时地显示该处理器、以太网及当地I/O点的运行状况。

5 结束语
本文介绍了基于PLC的RTU的远程分布多变电所的SA/RTU方案，并据此设计和建成了一个完整的远动监控实验系统。系统组网简洁，软件层次清晰并满足性和可扩展性。Modbus TCP/IP协议由于它的开放性、简便性、以及需要少的硬件支持已经成为工业上的事实标准。特别是系统的五个RTU采用了具有嵌入式Web服务器的模块式结构的Momentum PLC系列，使得调度端、进一步乃至Internet上的任意节点，都能实时了解到该系统各部分的运行状态及运行记录。该系统已投入使用一年多，了满意的效果。