西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0多仓发货

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目前在造纸行业中，国内外大小造纸生产厂家广泛采用的仍然是传统的油加热和蒸汽加热造纸烘缸。在多年的生产过程中，传统造纸烘缸设备暴露出诸多的不足，能源利用率低、设备投资大、污染环境、生产事故频发等。随着近些年上能源紧缺现象的加剧以及人们环保意识的增强，各个工业部门都在不断改造老旧的设备，开发节能的新型设备。作为造纸生产线中的耗能大户，造纸加热烘缸的改造，需要从根本上改变由热油和过热蒸汽作为加热介质的加热方式，寻找一种简单方便又的代替方案。 “感应加热”方案是一种合适的加热方式，有热效、加热均匀、等特点，在钢铁冶炼、汽车制造等行业已有成功应用。本文的点主要是将“感应加热”应用到造纸烘缸设备的开发中。基于此方案，设计和实现了一个直径1200mm、宽400mm的小型试验纸机中频感应烘缸，并利用SIEMENSS7-200系列PLC产品，开发了一套、控制、操作方便的控制系统。经过试运行，电磁感应烘缸可以满足原有生产工艺的要求，运行稳定，节能效果明显。可以作为传统烘缸的替代产品，有广阔的市场前景。 本文从感应加热电源的原理、烘缸的设计及造纸工艺、PLC控制系统的选型及控制算法等几个方面来对整个系统进行阐述，其内容主要包括以下几个方面： (1)对传统烘缸的优缺点进行了分析，介绍了感应加热的理论基础及感应电源的发展状况、应用成果。 (2)分析和比较了常用的并联型和串联型感应电源及特点，介绍了常用的几种调功方式原理，选择了串联型PWM&PFM方式应用于烘缸，找出了功率与相位角ψ及角频率ω之间的关系；简要说明了所采用的控制电路。 (3)比较了感应线圈与烘缸体的两种组合方式，介绍了由烘箱烘缸组成的造纸干燥流程、潮湿空气的排气循环系统等；并结合实际，选择了各个关键变量的检测方法及仪表，对PLC系统模块做了选型。 (4)采用PID算法编制了PLC控制系统程序。介绍了滤波算法、数字PID算法原理及各种改进算法，并将“带死区的滑动均值滤波算法”、“微分PID算法”、“带死区的PID算法”、“不微分的PID算法”等应用到程序实现中，提高了控制效果。

1、前言

纸巾机械中的分切复卷机原来是继电器电路控制，存在着计数不够，控制不够灵活，稳定性不高的弊病。采用北京凯迪恩自动化技术有限公司的K3系列PLC改造后，稳定性、可操作性和精度等性能得到了很大提高，而且可以减少两个接近开关的使用，大大降低了设备的故障率，进一步提升了产品的质量和档次。

该机型为半自动机型，整体电控方案为PLC＋人机界面＋变频器＋中间继电器＋接触器。PLC采用K306交流220伏24点继电器输出类型，人机界面采用4行文本显示器，变频器用来控制整机的主轴速度。

2、系统配置

（1）PLC的IO配置如下表：

（2）文本显示设置参数

由于整个工作过程中需要按时间顺序来执行，并且这些时间参数要可以自由设定。具体参数为：切启动延时，喷胶启动延时，喷胶持续时间，切纸持续时间，吹气持续时间和切复位时间。

工作过程中要实时显示当前机器的转速和卷动节数。

在停机状态下还可以设置卷纸的节数和变频器变速节数。

3、工艺流程

该控制方案是典型的顺序控制系统，控制工艺大致如下：

（1） 按下按钮，变频器输出，主轴转动，卷纸开始
（2） 当卷纸到达设定节数后，变频器将速运行
（3） 当卷纸结束后，变频器关输出，主轴停止转动
（4） 把卷好的纸卷放到切纸喷胶的工位上后，开始切纸喷胶
（5） 根据操作可以控制机器工作方式：联动或则单动

另外采用了文本液晶显示后，机器的人机交互加友好灵活。如可以提示用户输出时间参数的互斥，机器转速报警等。

4、结束语

该机器原来的故障主要是外部传感器经常坏，由于其原来控制系统的限制，不能采用加灵活的可调时间参数来控制机器的动作，而这正是PLC控制灵活的地方，加上PLC本身的稳定性很高使得改造后大大降低了机器的故障率。

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。系统拓朴结构如下图：

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。

经过在现场的实际运行，整个系统稳定。很好的完成了用户的工艺要求。

可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在
自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。

面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。

可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。

一、工作量

这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：

1、可以设计过程中遗漏的点；

2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；

3、将来增加点数的需要。

二、工作环境

工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。

三、通信网络

现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统解决的问题，但各厂家的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：

1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；

2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；

3、是否有利于将来。由于各厂家的通信协议各不相同，上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。

四、编程

程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。

1、编程方法

一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。

2、编程语言

编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：

（1）梯形图

这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；

（2）顺序功能图

它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；

（3）功能块图

它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；

（4）结构化文本

这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；

（5）指令表

它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。

厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的Xbbb编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。

3、存储器

PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512~128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。

PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。

4、易于改

PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意改控制结构（或控制过程），这就要求改程序方便快捷。

5、是否有模块

部分生产厂家的PLC产品提供一些模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。

五、与监控系统的通信

1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，仍能很好地控制现场。

2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点相应的控制方案，应该说仍以PLC为；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。

六、可延性

这里包括三个方面含义：

1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；

2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。

3、产品的新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。

七、售后服务与技术支持

1、选择好的公司产品；

2、选择信誉好的代理商；

3、是否有较强的售后服务与技术支持。

八、性价比

相对于自控系统性能的好坏于价格的选择。只是在几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。

在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是考虑的，而存在的问题也通过其它替代方式加以解决。

一般来说通过前5项的比较，已可确定2~3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情。