西门子6ES7212-1AB23-0XB8一级代理

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。

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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：

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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。

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工作时操作人员通过控制机（可为PLC或工业PC）设定比例运行参数，然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和性降低；同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。

二、系统硬件构成

系统硬件结构如图2 所示，主要由下列组件构成；

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1、FX0N—24MR为PLC基本单元，执行系统及用户软件，是系统的。
2、FX0N—48DP为FX0N系统PLC的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机—PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多PLC构成n:n网络时作为网络适配器，一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其作为通讯主站使用，完成变频调速器控制信号的发送。
3、FR—CU03为FR—A044系列比例调速器的计算机连接单元，符合RS—422/RS—485通讯规范，用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。
4、FR—A044变频调查器，实现电机调速。
在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，PLC通过FX0N—48DP发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理，这样就保了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。

本文介绍了西门子S7-300 PLC及6ES70变频器在特殊造纸传动控制系统上的应用。根据传统造纸行业传动系统大惯量，高起动转矩的特点，并针对具体的工艺控制要求，我们提出了一套高控制精度的控制系统。

1 项目简介
烟台氨纶股份有限公司位于山东半岛风景优美的港城——烟台。公司创建于1987年，从事高科技特种纤维的研发与生产，是中国家生产氨纶的企业。现已成为国家企业，中国特种纤维主任单位。并实现了规模化生产，形成国内大的氨纶生产基地。跻身世界氨纶大企业行列。目前又成功地开发出耐高温、阻燃、绝缘新材料——芳纶1313，芳纶1414并实现了工业化生产，了少数发达国家对我国的技术封锁和市场。目前烟台芳纶1313产品年产能已升至2500吨，跃居世界二，仅次于美国杜邦公司。并且成功开发出芳纶纤维造纸技术。在此之前，世界上仅有美国杜邦公司拥有这一技术,家着芳纶纸市场。烟台氨纶公司芳纶造纸项目就是在这样的形势下应运而生的。芳纶1313纤维纸，是用纯芳纶1313制成的特种纸，具有高强度、低形变、耐温、耐腐、阻燃、绝缘等优良性能，是芳纶1313纤维的深加工产品。本项目主要包括两套控制系统：造纸DCS过程控制系统和造纸传动控制系统。DCS过程控制系统用的是西门子的PCS7；传动控制系统用的是S7-300PLC和6ES70变频器。本论文着重详细介绍传动控制系统。

2项目简要工艺介绍
项目简要工艺流程如下图所示：

从工艺流程图可见，浆流箱之前的工艺属于造纸DCS过程控制系统的范畴，本文不做过多的阐述。从浆流箱到卷取机之间的工艺属于造纸传动控制系统。详细的工艺流程如下：从浆流箱出来的纸浆经过网部驱网辊抄制出纸张的雏形，此处的纸张潮湿、粗糙、不平整。经过压榨部真空辊和盲孔辊的压榨，再经过干燥部三组烘缸的烘干，后由压光部压光机的压光，形成平整、干燥、光滑的成品纸。从网部到压光部，共有12台电机参与纸机传动系统的控制，这12台电机分别为：网部驱网辊电机，一压真空辊电机，二压下盲孔辊电机，干网一，干网二，一组烘缸电机，二组烘缸电机，三组烘缸电机，干网三，干网四，压光电机,辅网传动电机。12台电机都是采用的*，且电机上都配有*的编码器。在纸机正常运行时，12套电机的速度要保持一定的速比，来保纸张的平滑过渡，而不至于断裂。电机的速度和速比都是由S7-300通过6ES70变频器进行矢量控制，控制精度高达0.01%。在纸机正常运行时，有时还需要对网毯的松紧进行调整，引纸时还需要微调辊速。在纸机调试或维护时，12台电机又可以单控制开停和速度，电机之间不存在速比关系。
从纸机传动工艺来看，控制系统好像并不复杂，但其实不然。，造纸传动系统的特点：大惯量，高起动转矩。其次，本系统要求控制。再次,操作台距离控制室远且要求丰富的操作功能。后，对系统性和稳定性要求高。
根据工艺要求，经过认真调研和周密思考，终选择西门子S7-300PLC作为控制系统。本系统选用CPU 315-2DP作主控制。12台6ES70变频器的控制通过Profibus通讯。现场操作台控制采用ET200M扩展。现场还有两套西门子的人机界面，采用的是TP270。它们与PLC都是通过 Profibus进行通讯的。

PLC是控制系统的，控制的功能，适用性，性和性价比是选型的依据。根据控制目标和控制点数，以及工艺的具体控制要求。考虑到现场操作台及操作屏距离控制室较远，并且现场有大量的I/O点（按钮，旋钮，指示灯，报等），我们在操作台内增加了分布式I/O ET200M扩展。考虑到系统的扩展以及与其它厂家西门子系统（如QCS,复卷机）的互联，系统的通讯都采用了Profibus。终我们选用了西门子S7-300 PLC,CPU选用的是315-2DP。
人机界面的选择，选用的是西门子的TP270（ 规格：10.4" 640＊480 256色），特点是性高，组网方便，大屏幕，组态画面丰富，功能强大，从操作性，易用性，友好性上可以满足用户的要求。
变频器的选择，也是以控制功能，控制精度，适用性，性，性价比为选型依据。结合具体的工艺要求，终选择西门子的6ES70系列变频器来实现的矢量控制。
上位操作站选用的是DELL的商用机，实用，。
上位机工艺流程监视画面如下图：

4控制系统功能
控制系统的功能，是围绕着6ES70变频器和12台传动电机（带编码器）进行的。下面分别从程序功能，矢量控制，操作台功能，上位机功能和人机界面功能几个方面，择做一下介绍。
（1）程序的功能是实现了手动/自动控制，按照工艺也可以叫做单动/联动控制。在单动时，可以单启动或停止某台电机，可以对其将进行速度控制，可以微调速度等；在联动时，12台电机存在于同一个速度链上，每相邻的两台电机存在一个速度比，且以台电机（网部驱网辊电机）的速度作为参考速度，不能对某台电机进行单启动或停止，但可以对某台电机进行升降速控制。脱链控制是根据工艺控制要求，在联动控制时实现速度在链和脱链两种状态之间自由切换，且在脱链状态时要求其后电机的速度比自动切换到以其前的电机为参考。 其次，程序还实现了工艺要求的一些联锁控制，如电机和风机的联锁等。再次，程序还实现了保护和防止误操作的功能，如电机启动保护和过负荷保护，速比保护和防误操作功能等。后，程序还实现了过负荷报警，故障报警，来驱动不同颜色的报并发出报警声音。
联动控制原理如下图：

（2）矢量控制主要针对于6ES70变频器的控制。
这也是本系统的和难点。变频器通过的矢量控制对电机进行控制，脉冲编码器将电机的转速反馈给变频器。变频器通过Profibus通讯将速度，电流，电压，负荷率，状态字等数据上传PLC，PLC通过Profibus来启动停止电机，设定电机的速度等。矢量控制的难点在于
1、与矢量控制相关的变频器参数设置，要反复的改以达到优控制效果。
2、电机模型的辨识，这直接影响电机的控制精度
3、如何实现矢量控制的高稳定性。这也是系统调试过程出现的问题。
（3）操作台的功能是实现现场控制，主要功能如下：
1、采用两位置旋钮开关，实现手动/自动转换，网毯张紧/电机升降速度转换。
2、采用带灯按钮，实现12台电机的启动和停止，并且带状态灯显示。（手动状态可控，自动状态不可控）
3、采用自复位三位置旋钮，在网毯张紧状态实现网毯的张紧或者放松；在电机升降速度状态实现电机速度的升降控制。
4、其他功能，如故障报警指示，故障复位，系统急停，系统联锁和系统预警。
（4）上位机画面采用西门子功能强大的WINCC进行组态，主要功能：
1、界面采用模块化设计，画面和功能操作友好、灵活、方便。
2、实现了所有重要数据的实时监控，所有控制参数的权限化操作。
3、实现了电机重要参数的灵活设置，报警记录，重要变量记录和操作记录。
（5）人机界面采用西门子设计软件PROTOOL进行组态，主要功能：
1、实现了重要数据的实时监控和控制，画面和功能操作友好、灵活、方便。
2、实现了速比的配方管理，大大方便了用户的操作。
3、实现了重要数据（如电机负荷率）的实时曲线显示，参数设置等，显示直观，操作方便。

5项目运行
目前，本项目正处在试运行阶段，系统运行稳定、。程序功能强大，画面操作友好、灵活、方便。获得该公司和技术人员的，深得现场操作人员的喜爱。据悉，等项目运行之后，该公司准备上二期工程。

6应用体会
通过项目的实施和调试，对西门子的控制系统有了深层次的把握，对6ES70变频器的应用有了深的认识。
（1）西门子的控制系统功能强大，模块丰富，组态灵活，扩展方便。
（2）西门子的编程软件STEP7，结构化程序开发思想，多种编程语言选择，编程灵活，。组态软件WINCC，功能强大，画面丰富，使用方便。
（3）本系统的优点在于采用了Profibus通讯和分布式I/O控制的结构模式，不但大大节省了控制线缆，而且充分发挥了西门子控制系统的优势，提高了系统的稳定性和性。不足之处在于人机界面选用的是触摸屏，如果选用操作屏会。

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