西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8货源充足

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近年来，市场上石化产品的竞争日趋激烈。与国外同类产品相比，我国的石化产品无论在生产工艺上，还是产品质量上，都存在着相当大的差距。为改变我国石化产品发展严重滞后的局面，国内石化行业的许多厂家已开始向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。我们应有关厂家提出的技术要求，针对石化产品生产工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特点，开发研制了计算机与PLC集成控制系统。该系统控制、操作简便、开放性强、性能价格比高，在国内石化系统的数家企业推广应用后，受到。

1　系统组成

计算机与PLC集成控制系统由生产系统和非生产系统二部分组成。生产系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等部分组成。非生产系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视、现场通话设备、质量检查系统、管理信息系统等部分组成。控制室负责处理来自生产系统和非生产系统的大量信息。通过计算机与PLC集成控制系统，将润滑油厂的各生产车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体，从而大限度地利用了信息资源。

2　系统功能

为满足用户提出的技术要求和现场的工况，此控制系统的设计具有以下功能：

1.根据用户提出的技术要求，按照添加剂配方的比例地配制生产各种型号的石化产品，并且通过微型机和现场PLC控制系统实现整个生产过程的自动化。

2.通过自行开发的计算机软件，实现生产现场的动态监控。良好的人机界面、清晰的组态图形，使得操作人员通过计算机屏幕，对于现场的各种工况变化一目了然。

3.在现场生产中，为提高整个控制系统的性，在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了局部反馈功能，这些相互立系统的局部反馈功能构成了对总系统反馈控制的有力支持。

4.当系统出现压力报警或油面报警时，一方面通过PLC程序实现自动停车，另一方面借助于语音卡，在控制间的操作人员可以立即听到报警信号，及时采取相应措施。

5.考虑到生产现场某些部位属于高温、有害气体残留处，技术人员不宜靠近，在现场设置了电视，让技术人员实现远程监控。为便于管理，还安装了现场通话设备。

6.在控制室设置了1个大屏幕模拟显示屏，在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路，而且能够动态显示油的液位、流向，让高层管理人员从宏观上掌握全厂的生产状况。

7.通过微机联网，质量检查部门可以直接得到工业现场的信息，各管理部门之间也可以实现数据通信与数据共享。

3　硬件与软件设计

3.1　硬件设计

在本系统中，工业现场控制是，而工业现场控制主要由PLC系统完成，所以如何合理有效地使用PLC技术就成了设计的关键。PLC的特点是控制，编程简单，但程序内存不大，不能进行复杂的编程；而石化产品的特点是生产工艺复杂，产品型号繁多，往往1条生产线就能够生产几十种型号的产品。这就形成了一对矛盾。如果设计时采用常规的PLC控制系统，那么1条生产线就需要20几台PLC基本模块和A/D转换模块。投资，而且按照现代控制理论，在1个控制系统中配置的控制模块越多，控制越不。为了减少投资和增强控制的性，在PLC控制系统的硬件配置上进行了多项。

以润滑油生产线为例，在润滑油生产车间，有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计32路模拟信号需要检测。如果按常规设计，需要8块FX-4AD模块。为减少投资，设计了多路开关切换电路，只用2块FX-4AD模块就完成了全部功能。

FX-4AD模块为12位4通道模拟量输入模块，Y0、Y1、Y2、Y3为PLC的任意输出触点。FX-4AD模块的多路开关切换电路的设计实质上是通过1个多路开关控制FX-4AD模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测4项功能，其中多路开关的4个转换触点接PLC的输出触点，由PLC编程控制。这个多路开关切换电路简单实用，而且节省了大量投资，实践证明，该电路在控制精度上满足用户的需要。

3.2　软件设计

在计算机与PLC集成控制系统的软件设计中，也采用了许多新的设计思想。

仍以润滑油生产车间为例，按照用户提出的72种润滑油的生产工艺和技术要求，如果用常规方法编程，需要12台PLC基本模块。为节约投资，我们充分利用PLC的文件寄存器(2000点)，用逐项查表的方法编写了1个72种润滑油的通用程序，用1台PLC基本模块带2台PLC扩展模块的方式完成了过去需要12台PLC才能实现的功能。

我们选用了三菱公司生产的FX系列的可编程序控制器，文件寄存器共计2 000点(D1000～D2999)。为节约程序内存，充分利用PLC本身提供的指令资源，我们选用了字传送方式，用1个16bit的字来控制PLC触点的16个输出触点，而不必像过去那样，1条指令只能控制1个输出触点。例如在图3中，X0导通，十进制数K6送入数据寄存器D0，接着X1导通，数据寄存器D0的数值K6转化为二进制数“0000　0000　0000　0110”送入K4Y0，控制输出Y0～Y17共计16个触点的动作，其开关动作和数据寄存器D0的数值K6一一对应。“1”控制输出触点导通，“0”控制输出触点关断。在此例中，Y1、Y2触点导通，其余输出触点关断。

通过字传送方式，我们用1条指令就可控制16个电动阀及输油泵的动作，大大节省了程序空间。在这种设计思想下，我们把72种润滑油的工艺流程全部用字方式编写，然后输入文件寄存器，并在此基础上，编制了72种润滑油的通用程序。在通用程序运行时，根据某一润滑油的型号，通过查表的方式，在文件寄存器中调出对应的数据段(这些数据段也就是该种润滑油的工艺流程)，然后该数据自动输入PLC的控制程序，使得PLC按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。润滑油品种LSO-1的工艺状态字存于文件寄存器D1050～D1060 10个字节中。程序运行时，根据润滑油型号在文件寄存器中寻址，查到正确的后，调出D1050～D1060 10个字节的数据，然后输入到通用程序的相应寄存器，参与工业控制。

4　计算机与PLC的通信技术

在计算机与PLC集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信。若在整个系统设计中全部采用进口器件，软件也选用相应的进口产品，那么，整个工程造价惊人。针对这种情况，我们自行开发了计算机与PLC的串行通信技术。该技术设计思想，软硬件简单实用，性高，性能价格比好，兼容性强，可适用于市场上多种型号的计算机与PLC。

从硬件上讲，现在中国市场上使用的PLC，在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口；而微型机多采用RS232接口。这样在计算机与PLC通信时就不可避免地要选用RS422-RS232转换模块，同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求，这个转换模块具有良好的隔离功能和放大功能，而选用进口模块，必定提高工程造价。

针对这种情况，为降低工程造价，我们在硬件上用1根普通的通信电缆代替进口的通信模块，在电缆的接口处采用的电路设计技术和单片机技术，以完成信号的隔离和放大功能。实践证明，通信的性可以和国外的进口模块，而且造价低。

从软件上讲，计算机和PLC的通信技术属于保密技术，长期为国外公司。这就使得我们只要选用了该厂家生产的PLC，用它开发的工控软件，提高工程造价。针对这种情况，我们开发了自己的工控软件。

通过改变命令号和地址号，就可以实现计算机与PLC之间的读、写、强制开关等基本功能，用户可以使用我们研制的通信软件，也可以在该软件基础上，根据实际情况灵活地用C语言开发自己的通信程序，这正体现了该软件的开放性特点。

5　结束语

计算机集成控制系统采用了的系统集成的设计思想，投入运行后，为企业带来了可观的经济效益和社会效益。该系统在工业现场控制方面，尤其在PLC控制方面，树一帜，以其的控制功能和良好的性能价格比，赢得了用户的广泛赞誉。

PLC解决方案将在本周北京举行的FTF China大会上亮相，在QNX展区进行演示。

PLC参考平台在毫秒内即可响应EtherCAT任务，而使用的资源只占双核QorIQ P1025处理器中一个内核的百分之一。它这提供了充足的性能空间来运行通信协议和控制应用，全部只需一个器件即可完成。客户可以选择在两个内核之间分配处理功能，也可选择在一个内核上运行实时控制功能，同时在另一个内核上运行维护与通信功能。对于复杂的控制算法，飞思卡尔QorIQ P1处理器家族有降的引脚兼容的单核版本，也有可扩展至5700 MIPS处理容量的双核版本。

ISaGRAF PLC 固件使开发人员可以轻松地使用IEC 61499 和 IEC 61131-3等业界标准的控制语言，创建功能丰富的控制系统。现有应用可以轻松地升级到基于QorIQ处理器和QNX Neutrino RTOS的新平台。除固件外，ISaGRAF还提供名为“ISaGRAF 6 Workbench”的完整控制应用开发环境，通过面向多种特性的一套插件来提供集成的EtherCAT从站管理，如符合IEC 61131-3标准的语言、集成HMI以及与KPA Studio相集成等。ISaGRAF的模块性将允许客户创建定制的工作台，以便只提供其控制产品所需的功能。

QNX Neutrino RTOS 已经广泛应用于可编程逻辑控制器、列车控制系统，风力发电机，核电厂，楼宇管理系统，流程自动化系统和其他关键任务环境，受到用户的广泛认可。它提供自适应CPU分区和多核支持，为自动化和控制系统提供关键的，包括流程隔离、时间上的可预测性和自机制等。

QNX Software Systems的业务拓展总监Bob Monkman说，“生产工业控制应用产品的OEM面临双重挑战，不仅需要日益加快产品上市速度，而且还需要经济地维护和演进这些生命周期很长的系统。QNX Software Systems为这些OEM实现轻松的工业控制系统编程提供了理想的操作系统平台。预集成的参考设计平台同时结合了QNX Neutrino RTOS与飞思卡尔、KPA及ISaGRAF解决方案，是这些挑战的为有力的解决方案。”

KPA EtherCAT主从模块呈菊花链连接，不需要交换机和路由器，降低了工厂自动化、流程控制、工业驱动、运动控制和器件的复杂性和成本。KPA EtherCAT Master 提供易于使用的硬实时性能、配置和网络活动监控功能。它采用的“C”型实施，可通过线缆冗余、热连接及多主站等功能提供可扩展的EtherCAT特性。另外还有KPA EtherCAT Studio ，提供外部工具的数据记录、触发与定时分析，项目比较及拓扑查看等。

PLC参考设计基于飞思卡尔QorIQ 处理器，包括单核、双核和多核等版本，集成支持通信协议，如EtherCAT, EtherNet/IP, PROFINET 和 PROFIBUS。飞思卡尔控制和网络处理器解决方案旨在满足生产、加工和关键基础设施等面临的苛刻的和性需求。坚固的飞思卡尔处理器经常被智能电网和智能电表，医疗，工厂自动化和驱动器，电机控制，家电，楼宇控制，销售网点和信息亭、航空航天，和工业交通运输市场广泛部署到工业控制，传感，网络和人机界面（HMI）应用中。

 0 引言

    供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无调速技术，它以其特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了加深入的应用。恒压供水方式技术、水压恒定、操作方便、运行、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：（1）维持水压恒定；（2）控制系统可手动/自动运行；（3）多台泵自动切换运行；（4）系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；（5）在线调整PID参数；（6）泵组及线路保护检测报警，信号显示等。

  将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。

    1 系统硬件构成

    系统采用压力传感器、PLC和变频器作为控制装置，实现所需功能。

 安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20mA的电流信号，提供给PLC与变频器。

    变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。ACS变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止（DI1、DI5）、模拟量给定（AI1）、实际值（AI2）、控制方式选择（DI2）、恒速（DI3）、允许运行（DI4）；3个输出信号：模拟输出（频率）、继电器输出1（故障）、继电器输出2（运行）；DIP开关选择输入0～10V电压值或0～20mA电流值（系统采用电流值）。变频器根据给定值AI1和实际值AI2，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保管网压力恒定要求。

    根据泵站供水实际情况与需求，利用一台变频器控制3台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定，当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时，要投入下一台泵运行。反之，当变频器输出频率降至小，压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX－4AD（4模拟量入）获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC[1>，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限（考虑到水泵电机在低速运行时危险，保证其频率不20Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz）进行比较，实现泵的切换与转速的变化。

    系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，从而提高供水质量。但元件动作过程太快，会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生，硬件上设置闭锁保护，即1Q与4Q，2Q与5Q，3Q与6Q不能同时闭合。    

   2 系统软件设计

    控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。

    当变频器输出频率达到频率上限，供水压力未达到预设值时，发出加泵信号，投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下，发出减泵信号，切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时，情况简单，启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行，而其他泵则可能在变频器控制下运行，因此预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后，按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序考虑。获得减泵信号后，按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序考虑。

    为了防止故障的发生，软件上也设置保护程序，保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时设置元件动作顺序及延时，防止误动作发生。

考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63％的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法。

3 系统参数的确定

    系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数量很大的参数群，初始情况下，只有所谓的基本参数可以看到。只需设定简单的几个参数，变频器就可以工作。 

 变频器根据偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态。

   4 试验结果

   由于系统的显示和通讯功能，可以对系统工作情况进行监测。考虑到管网覆盖面积大，泵站海拔高度相对低，远端供水压力需维持3kg，因此泵站出水口压力维持5kg。试验条件为管网初始无压 力，电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。获得的数据经MATLAB进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线[5]。

试验记录的数据显示，系统在未进行滤波和PID控制时，响应速度特别慢、误差大、振荡严重，在未进行滤波而引入数字PID控制时，响应速度明显加快，但振荡问题未能得到解决，这是由于喘振现象的存在；当管道压力与设定值近似相当时，水锤效应影响明显，压力波动异常，PID的参数跟踪整定，形成恶性循环，管道中空气的存在也会导致振荡问题，

  该系统是按照工业生产需求设计的，实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定和性，在长时间运行中了良好的效果。只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。

介绍了PLC在布袋除尘系统中的应用，以及控制系统的硬件结构和软件设计，并详细解释了控制方案。整个系统、经济实用，投入使用后，达到了良好的除尘效果。

我国是世界上使用燃煤锅炉数量多的国家，燃煤锅炉是我国大气环境主要的污染源，燃煤锅炉排放出大量的粉尘。其中30%是PM10(直径在10 µm)以下的“可吸入粉尘”，这些粉尘悬浮在大气中，严重影响大气环境质量。尤其是其中PM2.5(直径在2.5 µm)以下的细粉尘，对人类健康危害大。有效治理燃煤锅炉烟气粉尘污染，是提高我国大气环境质量和人类健康水平的关键，因此需要燃煤锅炉具备的除尘设备，这为布袋除尘系统在烟气净化中的应用提供了好的机会。布袋除尘系统大量应用于锅炉烟气除尘，具有清灰技术、气布比高、处理风量大、占地面积小、净化、工作、结构简单、维修量小等特点。本文结合锦州某电厂的75 t/h循环流化床锅炉除尘项目，浅谈PLC在循环流化床锅炉除尘系统中的应用。

1 除尘系统的结构及工作原理

1.1 基本结构

除尘系统在结构上由5个部分组成：(1)上箱体：盖板、口;(2)中箱体：多孔板、骨架、滤袋、进气口、检修门;(3)下箱体：灰斗、挡灰板、检修道、支脚;(4)排灰系统：气力输送、卸灰阀;(5)消灰系统：脉冲阀、气包、喷吹管。

1.2 工作原理

含尘烟气由进气口进入除尘箱，因气体突然扩张，流速骤然降低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，再从除尘系统出口排出。

被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器阻力逐渐上升，处理的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，把设备阻力稳定在一定的范围内，就需要吸附在滤袋外壁的积灰。清灰过程是由控制系统按规定要求对各个脉冲阀发出指令，依次打开阀门，顺序向各组滤袋内喷吹高压空气，使滤袋吹胀变形振动，加上气流的吹力，将吸附在滤袋外壁的粉尘下来。

除尘系统共分为16个工作室，每个工作室有1台净气提升阀，6个脉冲阀。有4个灰斗，每个灰斗有1台振打电机，2套电加热器，1个料位计，1个空气炮。设有1台压差变送器检测滤袋内外侧压差，设有2台温度变送器分别入口、出口温度。

2 系统的硬件设计

系统的硬件设计原则为性、经济性、友好性、操作简单、易于维护。

PLC采用LG产电K200S系列，其具有性能、编程简单、应用范围广等优点，价格也相对较低，特点如下：

高速运算处理功能，带有0.2 µs/步的运算处理器。强自诊断功能，根据错误的内容对错误代码进行分类，很容易找出错误原因。调试运行功能，如果PLC的运行方式设定为调试方式，则可以进行在线调试。程序执行，除了扫描程序、时间驱动中断()、过程驱动中断(PDI)和子程序可以由设定的执行条件执行外，用户还可以设定不同的程序执行方式。

系统的上位机采用工控机，组态软件为亚控公司的组态王。

执行部分包括96个脉冲阀、16个净气提升阀、4个振打电机、8个电加热器、4个空气炮。

部分包括1个压差变送器、2个温度变送器、4个料位计。

3 系统的软件设计

PLC编程使用KGL_WIN 3.62编程软件，特点如下：

(1)软件把用户自定义程序当成一个包括参数和变量/注释的工程项目来管理，同时允许用户把程序(*.PRG)、参数(*.PMT)、变量(*.VAR)、注释(*.CNT)各自保存起来;

(2)友好的用户接口，为创建、编辑和监视提供简单友好的界面;

(3)在线编辑功能，在线方式下可以获得实时编辑，编辑的程序可以自动下载，而不必停止与PLC的硬件连接;

(4)PLC信息监视功能，用户可以轻易监视PLC的错误状态、网络信息和系统信息;

(5)调试和自诊断功能，在调试中可以取样跟踪、触发和强制I/O。

系统的上位机组态软件使用组态王6.53，其特点是可视化操作界面，完整的脚本编辑功能，实时趋势监视，设备集成能力强。

4 系统实现

4.1 系统介绍

控制系统发出启动指令或滤袋内外侧压差过限定值后，1号至16号各工作室开始依次清灰，先是1号净气提升阀关闭，切断该室气路，停止过滤。5 s后工作室内的6个脉冲阀依次喷吹，喷吹间隔为5～10 s，滤袋上的粉尘。喷吹完毕后，打开净气提升阀恢复过滤。5 s后按同样动作顺序进行下一号工作室的清灰，所有16个工作室清灰完毕后，间隔5～10 min，又开始下一个工作室依次清灰周期。同时，4个灰斗中任何一个灰斗出现高料位，该灰斗上的振打电机和空气炮都会启动，帮助粉尘向灰斗底部运行，同时会给气力输送设备发信号，将粉尘输送走。

脉冲阀喷吹子程序如图2所示。

4.2 功能介绍

(1)手动控制：操作人员可对每个执行设备进行手动控制，实现控制室的软手动操作。

(2)自动控制：系统的主要运行方式，参数设定完成之后，可进行“一键式”自动运行。点击“系统启动”，系统即按初始设定的逻辑自动运行各个设备，同时根据检测仪表自动调节控制系统。

(3)报警连锁：系统在运行过程中，如有任何设备发生故障，系统将自动报警，诊断具体故障设备，并按设定程序连锁停机。如遇特殊情况，可按“急停”按钮，紧急停止所有设备。

(4)报表功能：可通过历史报表实时监测各个设备的启动时间、运行情况、故障情况等，可实时预览打印。

5 结语

本系统自2009年投运以来，运行稳定、，除尘系统的技术性能达到**要求。运行参数汇总及时，方便了主管部门的指挥和监控、减少了工作人员的劳动强度。