西门子6ES7223-1PH22-0XA8实体经营

西门子6ES7223-1PH22-0XA8实体经营

概述
华新水泥有限公司日产5500 吨的水泥生产线，从石灰石破碎到水泥包装的生产过程监控、信息管理全部纳入计算机控制系统。整个控制系统以生产过程控制为，将高低压电动机、自动化仪表、生料质量控制、工厂信息管理等通过网络连接成一个整体。经营管理层采用以太网，生产管理层采用工业以太网，现场控制层以现场总线为主，常规分布式I/O 为辅，组成了一个适于大型水泥生产线的高水平、低投资的完整管理控制一体化系统。整个系统的基本配置见系统配置图。
控制系统配置
整个控制系统网络分为经营管理层、生产管理层和现场控制层。
1) 经营管理层
经营管理层依托华新水泥有限公司已建成的管理网络，通过标准以太网与生产管理层连接。
2) 生产管理层
整个系统根据生产线的布置情况和运行管理要求共设6个控制室：控制室、原料控制室、石灰石破碎控制
室、水泥包装控制室、码头控制室、总配电站。生产管理层采用标准TCP/IP 协议通过工业以太网实现现场控
制站与操作员站、工程师站务器之间的通讯。
· 操作员站/ 工程师站、PCS7 服务器、现场PLC 站和MIS 服务器通过OSM 连接到工业以太光纤环网上，可
以实时共享现场PLC 站的信息。
· 正常操作时，操作员站配置相同，互为备用。可立工作，也可同时工作，显示不同画面。调试和维修时工程师站可用作软件开发、诊断现场PLC 站故障原因并进行排除等工作。
· 中控室配置彩色喷墨打印机和激光打印机，分别用于报表打印、画面及趋势曲线打印和实时报警打印。
· 管理功能：通过清晰友好的人机界面(HMI) 监控生产线工艺流程实时数据。
· 控制功能：用图形菜单，即中控室操作人员通过操作站的键盘或鼠标对现场设备进行开停控制，也可对现场控制站的调节参数、设定值进行修改。
· 趋势图显示功能：用棒状图和趋势曲线显示主要工艺参数的历史趋势和实时趋势。通常在一幅趋势图中显示
1-4 个工艺参数。趋势图中的时间坐标可以选择调整，并能保存两年的历史数据。
· 报警处理功能：在操作员站的CRT 上，不论当前显示何种画面，都会在画面的报警栏处显示出醒目的故障状态，使得操作人员随时了解生产线的故障状态。
·工艺参数设定功能：工艺参数设定分为二类，连续回路控制中的控制值设定和报警的设定。
·其它功能：故障次数记录、主要设备运行累计时间记录、
大修周期时间、自动生成日/ 月/ 年报表，并可选择打印方式、自动记录设备或生产过程出现的非正常现象、
发生时间、排除时间，并打印报表、历史数据恢复和历史趋势曲线显示，实时数据和历史数据分析处理。
3) 现场控制层
现场控制层用于控制水泥生产线工艺过程的各个现场环节。根据本生产线现场I/O 信号的分布，现场控制层分
成6 个现场控制站、3 个远程I/O 站：原料控制站、石灰石破碎远程I/O 站、码头远程I/O 站、原料磨控制站、
窑尾控制站、窑头现场控制站、水泥磨现场控制站、熟料库底远程I/O 站和水泥包装现场控制站。
·现场控制站采用SIMATIC S7-400 系列控制器，每个现场控制站都自成系统，可以立运行，不受其他现场控制站或服务器故障停机的影响。
·远程I/O 站采用SIMATIC ET200M 远程I/O 站，配置CPU315-2DP 通过PROFIBUS-DP 与S7-400 系列现场
控制器进行通信，远程I/O 用于扩展现场控制器的远程输入输出能力。在SIMATIC PCS7 中， ET200M 远程站中的分布式I/O 模板，通过PROFIBUS-DP 与单元连接，为远程I/O 的配置提供了大的灵活性，即可在控制室内集中配置，也可在现场电力室或分站控制室内分布配置。可通过在处理单元插入多个通讯处理器来配置多条SIMATIC NET 网络。
·10kV 系统采用SIPROTEC 4 7SJ62 综合保护器，通过PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯，实现对高压电机和10kV 配电系统的控制和保护。·低压电动机采用3UF5 SIMOCODE-DP 电机保护控制器，通过PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯，系列实现对低压电动机的控制和保护。
· 调速装置采用6SE71 系列变频调速，通过CBP2 的PROFIBUS-DP 现场总线与S7-400 系列现场控制器进行通讯。
·电动执行机构采用SIPOS 5 通过PROFIBUS-DP 与S7-400 系列现场控制器进行通信。
· 现场智能仪表( 压力、温度、气体分析等) 通过PROFIBUS-PA 与S7-400 系列现场控制器进行通讯。
SIMATIC 网络系统
PCS7 的SIMATIC NET 工业通讯网络结构，拥有丰富灵活的网络层级。各个层级的通讯协议均采用标准的网络协议，保了系统的开放性。SIMATIC NET 的网络产品和模件都采用工业标准制造，适用于有电磁干扰和污染的工业环境。
1) 现场总线级SIMATIC PCS7 的现场仪表和设备级采用PROFIBUS现场总线进行通讯，控制器与现场I/O 站通过PROFIBUS-DP 互相进行通讯。
2) 系统总线级工业以太网作为连接操作员站、工程师站和自动化系统站的系统总线。SIMATIC NET 中的高速以太网采用全双工并行(FDX) 通讯模式。
3) 工厂管理级
SIMATIC PCS7 提供开放的系统平台，支持将系统连接到工厂管理级，以实现工厂管理层上众多软件包快速简便的集成，实现无缝管理和控制层上的数据交换和共享，并以WEB 方式实现与集团经营管理网的过程数据共享。
结束语
现场总线技术的出现和成熟，使传统的DCS 控制系统在结构和性能上都发生了的飞跃。系统结构的简化，使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出诸多优越性。它不仅节省了硬件数量与投资，节省了安装费用，而且系统的维护费用也大大地降低。SIMATIC PCS7 过程控制系统丰富的产品支撑和多层次的通讯网络可满足现代大型水泥工厂在传统的以生产管理为的控制系统结构上向经营管理层和现场控制层两端延伸的控制要求。上层通过标准以太网接入经营管理层，下层根据水泥生产线的特点，灵活地组成现场总线和分布I/O 现场控制层

  包装机械的大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面来讲，前者是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC的内部寄存器，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至多，且还有多种的内部电器，足可以应付一般的控制要求，需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于这种场合是能显现出其经济性。当然我们不仅忽视了PLC的另一个优点，那就是其运行速度及性和寿命远远继电器控制方式，从上述意义上来讲，PLC适合于需要大量中间继电器的场合。且PLC与其他工业控制系统比较具有许多优点:
1)改控制逻辑只需软件，对硬件作改动:
2)程序可以复制，批量生产很容易;
3)电气硬件设计大大简化;
4)由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的控制功能，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化;
5)性高;
6)成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增加 ，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲具有 无 可 比拟的优越性;
7)具有扩展单元或扩展模块，当需要较多工/0时可以方便地扩展。
因此，国外在注塑机、各种包装机上己经大量地采用了PLC来取代传统的继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。
我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化

一、 概述
纸模制品是一种较为新型的，广泛用于包装行业，是一种。某机械制造公司根据自己多年的生产经验，不断的探索的工艺，在原手动系统基础上，采用凯迪恩公司的KDN-K3系列PLC作为控制系统，顺利完成了全自动改造。改造后的系统操作方便，性能，实现了真正意义上的一体化全自动纸浆模塑机械。
硬件配置：
文本显示器： KDN-TOD110-24V 一块
CPU模块： KDN-K306-24DR 一个
DO扩展： KDN-K322-16XR 一个
模拟量输入： KDN-K331-04IV 一个
模拟量输出： KDN-K332-02IV 一个
另外比例控制阀一个，温度传感器两支，压力传感器一支，液压电磁阀一个，气动电阀阀18个，以及其它辅件组成。

二、工艺介绍：
纸模的生产工艺按以下八个单步过程循环执行：
成型-成型脱膜-成型转移-转移脱膜-热压-热压脱膜-转移卸料-洗网-……。
在产品试样期间，通过手动在文本屏上依次操作这八个过程，执行一个完整循环。依据样品的状态，在文本屏上修改各种工艺参数，直至生产出合格的产品，固化工艺参数。全自动纸浆模塑机械出厂前需再次进行试生产，验证各参数的正确性和系统稳定性，以期达到提高生产效率，适应大规模批量生产的目的。
这八个的流程序按下面的示意图组成自动循环过程

三、系统控制：
纸模生产线是集电，气，液于一体的自动化生产线，为了确保生产线在手动，单步，自动过程的动作，我们在程序控制过程设计中做了精密的互锁，实时检测各汽缸的工位，从程序上避免了各部分相互干涉。
根据加工产品种类的不同，设置了四种工作模式，每种工作模式中分别有19个可设定的参数，所有这些数据都需要具有断电保持功能（客户称为自动记忆功能），使操作方便，人性化。
在热压这个关键环节，我们采用了PID控制。热压分加压和保压两步，在热压加压过程中不断改变压力的设定值，系统通过比较压力传感器的设定与反馈值， 实时改变比例阀的开度，确保各个工艺时段的压力维持在预期值。
根据工艺过程的实际情况，一般热压脱膜的时间都比较长，我们采取了成型与热压脱膜同时进行，大大提高生产效率。

    台达EH系列是一款非常的PLC，自推出市场以来，受到广大客户的，本文将对此作介绍，敬请您的关注。
台达EH系列是一款可扩充高功能型PLC，具有高速度、、涵盖应用层面广泛的特点。在原有的模拟输入输出模块、温度模块的基础上，中达电通今年又新推出几种特殊功能模块，主要针对应用中需要高速处理的控制场合，包括单轴定位模块01PU、1CH高速计数器模块01HC、2CH高速计数器模块02HC，大的丰富了PLC应用功能，使其加适应工业控制环境中的不同需求

     DVP01PU定位控制模块主要可应用于步进或伺服驱动系统之速度或位置控制，具有200 KHz脉波输出，输出采用高速Line Driver 接口或NPN开集输出，高噪声抑制；可透过程序指令FROM/TO来读写模块内之资料；模块内建原点复归、寸动运动、单段速定位运动、连续两段速定位运动、变速度运动、手摇轮 (MPG) 输入等八种行程控制模式及梯形曲线和S曲线两种脉波加速曲线； DVP01PU定位控制模块是一个容易使用的立单轴脉波定位模块，适用于得以接收脉波控制的各种运用场合，由于定位控制的运算有专门的硬件来完成，简化了程序撰写和调试，能够轻松实现工件的运动定位控制，是PLC较为高阶的应用。
DVP01HC、DVP02HC则是1信道和2信道的硬件高速计数模块，可接受外部200kHz之计数脉波信号，如1相或2相之编码器(Encoder)信号等；该功能模块具有上数及下数(AB相2相输入)、正转脉波/反转脉波(1相2输入)及计数脉波/方向(1相1输入)等三种计数模式，计数脉波可按1倍频、2倍频、4倍频处理，电压可选用通用的5V，12V及24V，这样可以满足绝大多数各种不同类型的传感器要求；另外模块还提供初始值设置的命令输入端(PRESET)和计数禁止命令输入端(DISABLE)，方便对计数进行控制；模块输出部分具有2个分别立隔离的输出点YH0、YH1，当计数值与设定值相等时相对应之输出点将导通，由于采用硬件电路比较及输出设定，不占用主机指令循环时间，因此输出点可以作到对比较结果进行实时处理；模块内之数据也通过指令FROM/TO来读写，十分便利，适用于有高速脉波计数的场合。
     三种模块均采用固定式端子台，导轨式安装，并都具有符合MODBUS协议的RS485通讯口，安装、接线和调试都十分方便，面板配有各种应用指示灯，模块运行情况一目了然。作为EH系列的新成员，他们与原有的功能模块相互，很大程度上提高了EH机种的应用范围，增强了该机型的综合应用性能和竞争力，并广泛适用于纺织机械、包装机械、造纸设备等各行各业，能够满足各种有较高要求的应用场合的需求。据悉，台达在近期还将推出多路脉波输出模块、以太网模块等功能模块，使台达PLC家族成员为丰富，功能加完善

改造主要目的：
对粗轧区域油库控制设备进行升级。
主要问题：
1.系统抗环境干扰能力差。
2.系统本身的固有缺陷难以克服，S5-115U的位故障不断发生，而始终不能找到根本的原因，而且故障一旦发生根本无法准确地找到故障点，只能逐块换模板直到故障排除。
3.L1网是西门子公司开发的低速网，扩展性差，速率低。
4.VIDEO 2000监控系统组态复杂，维护困难，备件已无法供应,出现问题很难解决。

改造方案
航星公司对系统的改造采用西门子的S7-400产品来替代原有的S5-115U，并将这两个系统上连入西门子的开放性好、扩展性强、速度快的PROFIBUS 网络上。原有ProfiBus网因当时站点少、通讯距离短，从经济上考虑采用电缆作为通讯媒介。
本次改造后，通讯距离大大加长，考虑到将来整个系统都将逐步改造升级连入ProfiBus网络，通讯速度、网络的抗干扰能力及网络通讯的性也改善，所以这次改造将原有的ProfiBus 电网络改为光网，以提高网络的通讯速度和性。

具体方案：
1.控制设备采用西门子公司的S7-400，分别用作换辊平衡液压系统、E1 AWC液压系统等七个系统。
2.四个换辊的操作台，操作站改为系统通过PROFIBUS-DP网与西门子的液晶操作面板相连。
3.监控采用WinCC。
4.在SHC电气室放置与BA相连的操作站用于监视基础自动化的状态和工程师站用于维护和临时修改程序。
改造特点：
1.此次S5升级S7系统，柜内接线上基本不变，模板的选型也基本与原设计保持一致,这样可以给年修提供多的调试时间。
2.此次改造将原西门子低速网L1网改造为西门子开发的开放性好的PROFIBUS网,保了现场设备的快速性并提高了系统的抗干扰性。通过该网将新改造的油库控制系统和已有的R3、R4换辊控制系统及WINCC操作系统组成的ProfiBus 现场总线（为提高其性和通讯能力，将现有的ProfiBus 电网络改为光网）相连接, 使它们之间进行的数据交换 。
3.该改造后的系统增加上位监视功能,，监控该系统的运行状况。
4.改善后的系统在每套150U中加一块网卡，使新老系统的信息可相互传送。
5.增加4个操作箱站，可以就地进行换辊操作。
6.将使以前立的阀手动调节控制改为S7-400内部的闭环自动控制系统，操作加方便，性大大提高。
7.将多套系统并入改造后的PROFIBUS网内，进行统一的集中监控。

.前言
在空分生产装置中，空压透平机是重要的单体设备，是空分生产的，设备性能和过程控制的好坏，将直接影响生产的顺行。生产中我们选用西门子SIMATIC S7-300对其进行控制。SIMATIC S7-300是中小型PLC系统，它的模块化、无排风扇结构和易于实现分布特点很好满足了控制的要求。本文简述了工艺过程、西门子PLC系统配置及功能特点、过程通讯等，并详细阐述了防喘振功能功能的实现。

2.工艺概述
空压透平机为GT078L3K3型离心式三级压缩机，传动装置为西门子高压无刷同步电机。空气经过吸气塔消音除尘处理后，进入一级压缩机，一级吸入压力正常值为100Kpa。压缩后的气体经过水冷却后，以正常37℃进入二级压缩机，再经水冷却和压缩后排出，排体的正常温度和压力分别为95℃和410Kpa。

3.系统配置及功能特点
SIMATIC S7-300可编程控制器模块化设计结构，使各种立的模块之间可以进行广泛的组合，易于扩展。

3.1硬件系统
（1）处理单元选用CPU315-2DP,1块，它具有大型的程序存储容量，并有PROFIBUS-DP主/从接口，可以配制成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。智能化的诊断功能连续监控系统工作是否正常，并记录错误和特殊系统事件。
（2）接口模块采用IM360,共2块，用于多机架配置中主机架和扩展机架之间的连接，可扩展3个机架，各机架之间的大距离为10米。
（3）SM为信号模块，其中数字量输入模块7块、输出模块3块，模拟量输入模块2块、出模块2块。数字量输入/输出模块能自动诊断无编码器电源、无内外部辅助电压、模块参数错误、错误、EPROM故障、过程报警信息丢失等；模拟量输入模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、共模故障、短线、测量范围溢出等故障；模拟量输出模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、对地短路等故障。
（4）人机界面选用OP27,用于实现用户对生产过程的监控和操作。人机界面服务已集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程工作大大降低。

3.2软件系统
（1）编程器PG是人机界面的组态工具，组态软件选用bbbbbbs下的SIMATIC ProTool/Lite和ProTool软件，对OP27操作面板进行组态。由于是在标准的bbbbbbs操作系统下运行，又有在线帮助功能，学习掌握方便。
（2）口令保护，多机口令保护可以使用户高度、有效的保护其技术秘密，防止未经允许的复制和修改。

4.系统通讯
过程通讯采用多点接口MPI数据通讯方式，MPI通讯口集成在S7-300 CPU上，实现简单数据联网。

MPI能同时连接编程器、人机界面（HMI）,互联的CPU可以利用全局数据服务，周期性地相互进行数据交换。任意两个给定的MPI节点之间可串联多10个中继器，使通讯距离大大加长。

5.系统应用
5.1控制功能
空压透平机控制主要包括入口导叶开度及限位控制、旁通阀开度及限位控制、轴承震动控制、轴位移控制、温度控制、防喘振控制等，使用STEP7提供的语句表和梯形图编程语言方便的实现了以上控制功能。

5.2防喘振控制
防喘振控制是空压透平机控制的部分。压缩机产生喘振的直接原因是由于压缩机进口流量与出口压力不匹配，造成压缩机轴向低频大振幅周期性气流震荡。喘振使压缩机的性能恶化，气流参数（压力、流量）产生大幅波动，噪声和震动加剧，严重时足以损坏压缩机。防喘振系统就是通过调节入口导叶开度和旁通阀开度来控制压缩机的流量和出口压力，使之在正常的工作区内运行。

图中虚线喘振线为理论喘振曲线，实际程序设计中采用“三线法”计算喘振曲线值，三线如图a、b、c所示，数学模型分别为：
y1=k1*x1+a
y2=k2*x2+b
y3=k3*x3+c
控制中，当压力一定时，即y值一定时，取三中x小值为喘振流量值；当流量一定时，即x值一定时，取三中y大值为喘振压力值，并由喘振压力值计算得到喘振报警值。喘振曲线由控制程序根据设备实际运行状况动态计算得到。

6、结束语
空压透平机投运到现在运行状况良好。SIMATIC S7-300控制设备性能稳定，维护方便，既降低了维护人员的劳动强度，又保证了生产的稳定畅行，收到了很好的经济效益和社会效益。