西门子6ES7223-1PM22-0XA8一级代理

西门子6ES7223-1PM22-0XA8一级代理

内容：
１、可编程序控制器(Programmable logic contoroller)简称PLC，是以微处理器为，用于工业控制的计算机，由于PLC广泛采用微机技术，使得PLC不仅具有逻辑控制功能，而且还具有了运算、数据处理和数据传送等功能。目前城市供暖的锅炉在启停和运行的过程中都需要的实时控制，大多数锅炉系统的控制还采用继电器逻辑控制。这类系统自动化程序很低，大部分操作还是由手动来完成，只能处理一些开关量问题，无法处理系统的模拟量，即使控制一些开关量，其电气线路复杂，性不高，不便维护，实际锅炉系统控制中每台炉就需要一套继电器控制系统，而采用西门子S7-400系列可编程控制器设计的控制系统实现了在大庆采油十厂油改煤工程中使三台20T水炉的系统自动控制，并且实现了整个系统的优化控制。

2系统硬件构成

上位计算机系统硬件部分采用siemens触摸屏式工控机，上位监控组态软件采用siemens公司wincc进行组态。热源部分的控制系统采用siemens公司的大型双冗余PLC可编程控制器S7-400H通过双冗余光纤环网以100MBPS的速率与上位工控机相连利用TCP/IP网络通过组件实现数据共享和分布式数据库，锅炉房各模块及水处理间控制模块间通过ProfiBus现场总线相连，水处理间配以可操作的siemens的触摸屏。热力站的数据采集系统采用siemens公司的S7-300系列PLC，通过MODEM市话拨号的方式以9600BPS的速率与控制相连，热力站数据通过siemens触摸屏，可在热力站当前显示，系统硬件图如图1。 [upload=jpg]UploadFile/2005-9/200591913519742.jpg[/upload]

3系统的功能

3.1监控功能

系统在运行过程中，上位机将下位机采集上来的锅炉运行数据和热力站传送上来的运行参数进行实时处理，通过上位机的分析，判断，实现对现场温度、压力、液位、流量、烟气含氧量等工艺过程参数的模拟动态显示，通过下位机的反馈至上位机的信号实现对现场仪表、风机、水泵及上煤系统运行状态的监控。用产地通过上位机手动和自动切换，实现风机，水泵的启、停控制。系统与现场仪表，电气设备配合可实现多变量闭环调节(如送风变频控制、引风机变频控制、给煤机变频控制)和联锁控制(如上煤联锁控制)。

3.2调节控制功能

供暖燃煤锅炉是一种多变量系统，被控量之间的关系耦合程度高，因此本套系统配以优化的控制软件，该套软件以供水温度、烟气氧量、炉膛负压等为控制指标，室外温度为补偿量，同时具有PID控制，通过配置风煤化，前馈系统，来加大或解除给煤调节，送风机调节和引风机调节输出间的前馈联锁，以求取给煤量，送风量和引风量的控制参数，从而实现燃烧的优控制。考虑到锅炉的此三环节的对象为电机，所以PID手/自动切换时，加有无扰动切换。

3.3报警功能

系统具有故障报警(风机、水泵、上煤系统等的启、停故障等)和限报警(高、低液位、压力、流量、温度报警及用户的其它参数报警)。

3.4上煤联锁功能 本系统可实现手动操作，计算机联动和自动控制。

3.5数据报表记录功能

可根据用户的要求，对热网的供、回水流量、温度、压力、炉膛负压等工艺参数及电机负载情况，报警记录形成报表汇总。

3.6数据查询

计划，打印功能，用户对记录的报表数据，报警数据进行查询、打印。

3.7曲线功能

对用户关心的温度、流量等信号，系统以实时，历史趋势曲线的形式直观地表示出来。

3.8压力棒图功能

系统可根据采集到的数据显示整个热力管网的供水水压图，烟压力和风压图，用以监测网的不利点，便于供热调度。

3.9远程通讯功能 热力站和控制通过调制解调器可实现远程。

3.10冗余功能

为系统运行的，计算机测控通讯网采用双冗余光纤环网，当一条网络线出现故障时不会影响系统正常工作。两台上位机同为服务器，测控数据存于S7-400控制器中，使两台上位机数据同步，两台位机为对等关系，当一台主机出现故障时，另一台运行，不受影响。下位机控制器也采用双冗余控制器，以系统不间断地进行数据的实时采集，对现场仪表和控制器外围供电电源也采用双冗余工业电源，从而实现系统持续，稳定的运行。

一、概述

邯郸钢铁集团有限责任公司位于河北省南部重工业城市---邯郸市，1958年建厂，属国家特大型钢铁联合企业，具有年产铁钢材500万吨的生产能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高炉动工建设，2000年6月高炉顺利出铁。该高炉为引进德国克虏伯钢铁公司的设备和技术，年产生铁150万吨，利用系数 2.5，焦比480kg，喷煤量150kg/t，各项经济技术指标国内同类型高炉三名。


二、机型

2000m3高炉包括高炉及热风炉本体、水处理、煤粉喷吹、环保除尘等岗位，从性价比综合指标考虑，采用了大量性能优良的施耐德电气产品。高炉热风炉本体基础自动化控制系统PLC选用了TSX QUANTUM系列产品，风机变频器选用了Altivar产品，低压电器选用施耐德软起动器、开关、断路器、接近开关、光电开关等产品。


三、工艺描述

炼铁是在高炉内进行还原反应过程，炉料、矿石、燃料和熔剂从无钟炉装入炉内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦碳燃烧，产生热煤气由下向上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原，后到炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和出渣口放出。

高炉自动化的目的主要是保证高炉操作的4个主要问题：即正确的配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节料柱中炉料分布及保持与煤气流良好的接触；保持合适的热状态。

现代高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC完成。由于高炉在钢铁厂处于咽喉位置，需及时和稳定地供给炼钢工序合格的铁水，故其稳定性是很重要的。近年来，高炉向大型化方向发展，稍有不正常，损失就很大，因此其稳定性就显得愈加重要。高炉自动化的控制性能是决定高炉稳定顺行的一个至关重要的因素。


四、系统控制内容及功能要求

高炉生产要求计算机控制系统能够保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集，刷新速率快，特别对通讯网络而言，速率、网络稳定性和正确性尤为重要。


1、 高炉部分

·炉、炉喉、炉身、炉腰、炉缸、炉底、炉基的温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测。要求数据采集度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

·炉压力控制：这是高炉生产中重要的、投入自动运行的控制。正常情况下，高炉压为250±3KPa。2000 m3高炉压调节采用了比肖夫环缝洗涤塔技术，串联方式的上下两级喉口一个投入自动，一个投入手动。

·炉身静压校正：在高炉不同高度测量炉身静压力，可以较早得知炉况变化，较准确判断局部管道和悬料位置，以便及时采取措施。2000 m3高炉在四个水平面上装设4个取压口以测量炉身静压力。

·炉体冷却壁热负荷检测：高炉一代炉役的长短取决于冷却壁的侵蚀情况。因此冷却壁热负荷检测属于监控和维护内容，分析该处实时曲线和历史趋势可以帮助高炉工长正确判断炉况，采取相应措施延长高炉炉龄。

·煤气分析：分析高炉煤气中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解炉内反应，风口或冷却系统漏水等情况。

·水冷系统控制：通过膨胀罐、接受罐、水泵、气密箱、密闭循环水系统、炉打水的连锁与阀门控制保护炉设备。

·氮风系统控制：通过送风阀、送氮阀、风机连锁控制保护齿轮箱、阀箱等炉设备。
2热风炉部分

·炉体温度、压力、差压、流量参数检测

·热风温度控制：通过自动调节混风切断阀开度将适当配比的冷风掺入热风管道中，控制送往高炉热风围管的热风温度在1200±20℃内。

·废气温度与煤气支管流量的串级控制：废气温度与煤气支管流量组成串级调节回路，废气温度调节器的输出作为煤气支管流量调节器的外给定值。

1 引言

汽包水位 给水流量 蒸汽 三冲量 自动控制系统 燃烧过程控制在宾馆里，空调是不可决少的，耗电非常大，空调主要是用来实现室内的恒温，空调主要由制冷机、冷却水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。空调工作原理图如图1所示。通常冷冻水泵的容量是按温度、满住率，并在此基础上留有10-20%的余量设计，在一年四季中，水泵系统长期在固定的大水流量工作，由于季节、昼夜及住房率变化大，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。与决定水泵流量和压力的大设计负载（负荷率**）相比，一年中负荷率在50%以下的运行时间将近一半，一般冷冻水设计温度为5——-7℃，而事实上在全年决大部分时间冷冻水的温度仅为2——-4℃，即水泵却是全功率运行，增加了管道能量损失，浪费了水泵运行的输送能量。这就存在能量的无效使用，而通过变频调速技术就能实现自动调节并显著节能的效果，用PLC改造传统电气控制系统的则使运行性大大加强。

2 变频调速功能

2.1 变频器节能原理：

变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给 电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用。

由水泵的工作原理可知：风机、水泵特性：Q∝n H∝n2 P∝n3

即流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

根据公式：转速

其中f为电源频率，我国工频为50HZ，P为对数，S为转差率，那么调节电动机电源频率就可调节电动机转速，调节电机转速也就是调节它的负载转速，那么，根据风机、水泵特性可知，调节风机水泵的转速可以达到调节流（风）量的目的，同时，显著调节轴功率。通过在水泵加装变频器，，则可实现自动调节控制，可使系统工作平缓稳定。并通过变频节能收回投资。如图2所示，图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗的功率差。因此，随热负载而改变水量的变流量空调水系统显示了的优越性。

2.2 变频技术应用：

空调系统采用变频调速技术，电机可在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水流量，达 到制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。

3 PLC控制变频调速系统工作原理：

3.1 采用性能的松下系列PLC为控制，所有输入信号起停，保护都通过光电隔离输入到PLC的输入口，利用编程软件，根据控制要求对PLC进行梯形图编程，PLC输出控制变频器的起停。采用PLC控制后，可取消全部时间继电器和中间继电器，所有逻辑控制通过梯形图软编程，在不用改变控制线路的情况下，可随时按控制要求修改程序，实现新的控制方案，灵活性相当高;并具有强大的通讯接口，可与上位电脑相连，，实现远程监控，为将来联网控制留 有接口，具有良好的扩展性，能与其他控制系统协调工作。变频器调速控制电路简单， 克服传统线路易出故障的缺点，降低了事故发生。

3.2 根据空调系统的实际情况，设计应包括以下几点：

（1）冷却系统、冷冻系统各装1台变频器。

（2）可根据内不同阶段的冷量要求，设置不同要求运行。

（3）常用与备用可切换。

（4）变频控制与原控制间可换，确保设备正常运行。

一、简介

ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

二、控制系统方案设计

旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：

触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：

三、控制系统主要功能

西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。

1、双向高速计数信号

S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。

旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。

同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。

钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。

2、左右控制手柄多路按钮信号的检测

旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。

3、外部传感信号的检测

西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。

旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。

4、实现对液压执行机构的控制

西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。

5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。

利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。

中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的认可和信赖，成为我国自主的新一代重要桩基设备。

四、几点体会

西门子S7-200系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境;丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测;CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输。