6ES7214-1BD23-0XB8一级代理

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级—监控管理，由控制室的操作站实现。选用工控计算机，以TCP/ IP工业以太网与PLC系统通讯,实行集中控制。通过工控软件实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。
二级—过程控制，由现场的各分系统或成套设备的控制系统实现。以AC500 PLC系统作为现场控制 ,按场区配置分站 ,通过CS31网与所属分布I/O通讯对流量、液位、pH值、电机等参数进行采集、控制。
三级—单机就地控制，由现场电气控制系统实现。采用ABB公司的AC31系列产品组成分布I/O,采集现场参数,执行上一级PLC主站的控制命令。
监控组态设计及与PLC主站的通讯
由于污水处理控制对象多且分散,生产工艺流程复杂,如果采用集中控制方式,则需要使用大量导线，在长距离传输过程中非常受到干扰,所以本系统采用分布式集散控制系统,将管理与控制分离。计算机选用HP工业PC机,预装北京昆仑通态公司的MCGS 5.5通用版。MCGS监控组态设计包含监控界面设计，定义数据变量，组态设计，动画等方面。用MCGS提供的基本绘图工具与元件库创建图形块并进行组态设计，污水处理系统工艺流程组态画面（如图4）：

图4 污水处理工艺流程组态图
鼓风机，水泵，运行阀的工作状态可以通过动画实时显示；污水，污泥，药水，空气的流动方向及流量表的数据也能根据现场的情况随时新。操作人员在登陆并输入用户名和密码后，可任意调入各局部工艺图、运行表、设定表和控制表，工艺图以图形的方式显示各个工段的工艺流程和数据，并能根据控制的需要直接设定现场的相应参数（例如，泵站的变频器的恒定水位，报警水位，停泵水位的设定，排泥时间的设定等）。此外，系统还可以提供故障报警查询，工作报表生成等功能。MCGS中的实时数据库是监控系统的，而数据变量是构成实时数据库的基本单元。将用户界面中的图形对象与实时数据库中的数据变量建立联系，现场的运行情况就可以通过动画实时的显示在监控界面上了。
工控计算机只需一块普通的网卡就可以通过Ethernet LAN接收到来自PLC主站的数据。PLC主站由1台AC500系列PLC及相应的外围设备组成,置于控制室。PLC主站从分布I/O接收数据，进行相关的处理与控制，同时通过标准工业以太网TCP/IP通讯模块(TB521-ETH)传输给工控计算机,传输速率为10Mbit/s ,介质为屏蔽双绞线。
PLC主站与分布I/O的通信
PLC主站与分布I/O的通讯网络框图，如图5所示：

图5 CS31通讯网络图

PLC主站通过CPU(PM581)上保留的CS31通讯接口、CS31通讯总线与分布I/O（AC31远程扩展模块）构成高速通讯网络,随时采集现场设备的运行状况和故障信息,并上传工控计算机 ,形成分布控制。
本系统共设8个分布I/O。从经济角度考虑，由于AC500系统可以兼容AC31的远程扩展模块， 1#～8# 分布I/O分别选用AC31系统的远程扩展模块（ICMK14 N1-24DC）。分布I/O置于污水控制现场, 就近控制所属设备,形成分布控制的能力,并采集现场设备的运行状况和故障信息,通过CS31总线联接到PLC主站 。CS31总线是一种点对多点的RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米，加中继大可达到2000米。通讯介质为:屏蔽双绞线。
以1＃分布I/O远程扩展模块为例，定义它的地址表，如表1：

地址%MX0.0.0至%MX0.0.7是ICMK14N1-M的系统保留区域，不能使用。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作为此远程扩展模块自带的开关量输入，分别对应进水泵房及沉砂池的相应设备。依照同样的方法，可以继续定义1＃分布I/O的（XI16E1,XC32L,HE10-20,…等）开关量及模拟量输入/输出模块，然后依次是2＃～8＃分布I/O的所有模块。
在完成所有I/O地址表的设定后，就可以通过AC500的Control Builder软件来编写PLC的内部通信程序。由于AC500的Control Builder软件可以提供现成的MODBUS功能块，编程十分简单。以1#分布I/O的读指令为例，如图6：

图6 AC500 程序图

只需设定好MODBUS功能块的（COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等）参数，PLC主站就可以顺利的从1#I/O子站读取数据。其中FCT，NB的参数可根据实际情况依照表2确定 。

运用MODBUS功能块依次完成1～8＃分布I/O的读，写指令的编程，PLC主站与分布I/O之间的通信就建立完成了。在实际调试中，发现还需通过软件的PLC组态选项，将MODBUS的参数：RTS control设置为“bbbegram”, Parity设置为“none”，Operation Mode设置为：“Master”。至此，PLC的主站已经可以对I/O从站中的各种参数进行采集与控制，并通过以太网显示在工控计算机的监控界面上。

五，结语
以本文的研究结果为基础的技术方案,在浙江某生活污水处理厂具体实施。实际的运行结果表明,其设计合理,,控制精度高，满足了生产的实际需要，。AC500 PLC系统除了有外形美观，性能，价格适中等特点，在项目具体实施中还具有如下优点：可设置输入/输出的开关量模块，为备用点数的设置提供了方便并能进一步降；模拟量的每个输入通道都可以设定电流，电压或者热电阻等输入信号，使用方便；编程软件中集成的MODBUS功能块，非常实用，易于操作，大大节省了编程时间；此外，CS31总线的连接只需要普通的屏蔽双绞线就可以完成，廉，操作灵活简单

随着PLC在工业自动控制系统中的应用越来越广泛，对PLC的正确选型非常重要。从工作量、工作环境、通信网络、编程、与监控系统的通信、可延性、售后服务与技术支持、性价比等八个方面提出了在自动控制系统设计中对PLC选型的看法。

关键词：控制；系统设计；可编程控制器；选型

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。

一 散装机的工作原理及控制流程
1 散装机的组成结构
SZ系列固定式水泥散装机是由进料接头、伸缩下料套管散装头、下料锥斗、卷扬装置（包括松绳开关装置、料满控制器）、收尘系统、除尘系统、卸料阀、气源阀、闸门等零部件组成。散装机既可安装在库底也可安装在库侧同相应的卸料装置配套使用。库侧散装机使用时配备空气输送斜槽(含高压离心风机)，库底散装机使用时配备短斜槽输送部分(含高压离心风机)，以适应工艺布置的需要。
2 散装机的原理及流程
水泥罐车抵达位置后，按控制装置上的“下降”按钮使散装头下降到罐车入料口进入准备装料状态。按“装车”钮进行装车。此时高压离心风机工作，使物料在打开卸料电磁阀后能输送斜槽；同时气源电磁阀打开，接通气源；收尘风机同时启动，收尘电磁阀开启驱使气缸动作推动外壳内翻板并使翻板处于导通状态，此时除尘电磁阀处于关闭状态，储气罐储存气体，收尘系统进入工作状态；同时料位风机和活化灰风机打开。0.5秒后卸料电磁阀开启，驱使气缸控制卸料阀门打开进行装料。装载容器内的含尘气体通过伸缩套管中的夹层通道由收尘接口抽到配套的收尘器中，使含尘气体吸附到布袋上，工作现场可实现无尘作业。当物料装到预先调定的高度或容器已经装满时，装载容器内的物料会堵住散装头下方的风管接头，产生料满报警并自动关闭卸料电磁阀停止装料。卸料电磁阀关闭1分钟后活化灰风机关闭，再过30秒后收尘风机关闭，收尘电磁阀关闭，此时外壳内翻板处于关闭状态，除尘电磁阀打开清灰2~3分钟左右自动停止，料位风机和高压离心风机停止，气源停止。后按“上升”钮使散装头上升至预定位置。灌装结束。

二 PLC控制的优点
目前国内水泥散装机的电控部分大都是以大量的时间继电器和中间继电器组成的实序逻辑控制电路来控制各个阀门、电机的启停时间和顺序，在整个工作流程中各元器件动作很频繁，尤其是时间继电器在现场环境比较恶劣的条件下是容易损坏，故障率高。经常造成装车工作被迫中断，降低了工作效率。而采用PLC控制系统则大大避免了上述问题。PLC控制系统与继电器控制系统相比有如下优点：
2.1 控制方式
继电器的控制是采用硬件接线实现的，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。 而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，方便快捷。
2.2 控制速度
继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
2.3 延时控制
继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大。 PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。
2.4 上传数据
现在水泥厂的自动化程度越来越高，对设备DCS的要求也越来越高，因此在电气方面我们要实现如下功能：
⑴能自动实现从开启除尘器设备到水泥罐车装满的全过程。
⑵运行过程中，能将各设备的运行信号反馈到中控室。
⑶中控室接到备妥后可以实现远程启、停设备。
⑷停车状态下，提供设备的备妥信号。
⑸运行过程中若出现故障，可向中控室提供故障信号。
⑹实时监控水泥罐车内水泥的多少。

三 PLC控制的具体实现
基于以上几点，我们选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器作为控制，通过对其编程实现各设备的运行。
1 系统硬件组成
主要构成如下：西门子S7-200系列CPU一台、数字量扩展模块EM223一台、模拟量扩展模块EM231一台，我们将各个电机和阀门的状态及控制信号接入PLC，由PLC对这些设备进行控制；EM231可接收罐车重量信号4-20mA电流信号。我们也可以将这些信号通过EM277模块按照 PROFIBUS-DP协议将系统连接到全厂PROFIBUS-DP总线上，将系统升级为一个PROFIBUS-DP从站，实现中控室对散装车间的控制。

治理大气污染，有准确的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的项目和企业中应用CEMS，结合环境监测仪器、ABB PLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。

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