西门子模块6ES7211-0AA23-0XB0诚信合作

西门子模块6ES7211-0AA23-0XB0诚信合作

引言

黑液蒸发把洗选工段产生的副产品------稀黑液高度浓缩后送燃烧工段处理，碱回收设备的工况十分恶劣，尤其是腐蚀性和黑液结垢问题很为棘手，平稳整个工艺过程的运行，使设备工作在合理，优的工艺参数范围内是减慢结垢速度、延长设备使用寿命的有效方法。

由于后续工段燃烧的要求，蒸发站的出浓液浓度不能某个限，但出浓液浓度偏高也会带来许多问题，如蒸汽消耗大、结垢速度加快，管道阻力大，易堵，恶化燃烧工段许多设备如圆盘蒸发器的工况等。我国制浆造纸碱回收设备中，对黑液蒸发浓度实施自动控制的比例很小，而不熟练的手工操作易出现出浓液深度偏低或偏高的情况，使设备工作在不合理的工况。本文简要介绍作者在河南白云纸业五效蒸发站实施计算机集散控制的控制方案。

1控制方案

黑液蒸发的主要设备是蒸发器。蒸发器串联组成蒸发站。本设计中所控制的蒸发站是由五台板式降膜蒸发器串联组成。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽， 闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下三个基本的工艺流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸发站中，来低压蒸汽（0.4Mpa 151℃），进入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入II效，为II效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来稀黑液，进入稀黑液槽，经稀黑液泵进入末效蒸发器，然后再到IV效，III效，以此类推，直至I效。与蒸发流程反向而行。这样随着黑液浓度的提高，蒸发温度也提高，而黑液粘度增加缓慢。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式，不仅可节省蒸汽消耗，部分程度上也可缓解黑液结垢问题。

在本蒸发工段的主要控制目标是稳定浓黑液的深度和降低蒸汽消耗，影响浓黑液波美度的因素主要是进效稀黑液的浓度和流量及蒸发设备各效的总有效差压。稳定有效差压要稳定进I效的新鲜蒸汽的压力和末效二次蒸汽的真空度，即稳定总压差。然后尽量减少和稳定蒸发过程中的压差损失，因此，要控制下列参数：

进效稀黑液的浓度和流量；

（1） 出效浓黑液的浓度；

（2） 进效新鲜蒸汽的压力和流量；

（3） 末效的二次蒸汽的真空度；

（4） 出效黑液的液位；

（5） 出效冷却水液位；

所以，我们选取压力、流量、温度、液位为主要的控制对象，共设置了8路压力、6路流量、21路温度、16路液位总计51个测控点。为防止流送过程中，因电机启停不当而造成的不良后果，我们又对所使用的22台电机实行连锁控制。

1.1系统硬件设计

1.1.1本自动控制系统采用西门子的S7-400可编程控制器。它是西门子公司开发的适合当代计算机技术发展的新一代可编程控制系统。它具有高的控制能力、运算速度、网络功能和优的性能价格比。通过PROFIBUS-DP现场总线可与ET200M I/0站相连。ET200M 可置于MCC低压柜旁边，从而可方便将电机和泵类的控制纳入DCS中去。

1.1.2系统网络采用工业以太网。其优点：

抗干扰能力强，不需特殊的接地要求，不对其它电子设备产生影响。

处理单元型号为CPU 414-2DP。系统的输入输出模板的型号和数量由现场电气和仪表信号的类型和数量决定。

DI模板主要用于显示电机启停和过载指示；DO模板用于控制电机启停；AI模板主要用于对电动机电流、功率以及各测控点如温度、压力、流量、液位进行采样显示。DO模板在实际应用中为提高抗干扰能力和控制容量要通过中间继电器隔离，由中间继电器触点去控制电气设备（如接触器etc）。模拟量输入模板在使用前要通过跳线组态成本方案所需要的输入方式。

各模板的型号、数量确定后，再选择放置模板的框架的型号和数量以及电源的型号和数量。终选用长为530mm的导轨。据模板的数量选取择4个机架，考虑到成本问题而选取用了3个S7-300机架，1个S7-400机架，一个为主框架（含3个机架、一个S7-400机架、2个S7-300机架）放在蒸发主控制拒中，另一个远程控制I/O框架（含一个S7-300机架）放在ET200蒸发控制柜中。

2控制措施

纸机碱回收控制中浓黑液在线测量一直是一个难题，而浓度控制是碱回收蒸发工段的终控制目标，其控制效果的好坏对后续燃烧工段起着举足轻重的作用，虽然浓黑液的浓度无法直接测量，但在本项目中可利用黑液的沸点在一定的压力下随其浓度的增大而升高的特性进行间接测量。即D= F（P，T）其中 D：浓度P：压力T：温度。为了使系统稳定，对浓黑液的浓度和进效蒸汽实施串级控制方案。事实证明在对驻马店遂平白云纸业的工程中不但效果稳定而且节能。

3软件设计

本系统采用西门子公司的S7-300系列产品。在设计当中，根据设备测控点的情况和厂方用户的要求，系统以S7314-2DP控制器为，通过PROFIBUS-DP总线与2个ET200M远程站相连（如图2 所示），用于采集现场仪表数据信息和控制算法的实现。在现场实际应用中，数字量输入输出，、模拟量输入输出都留有部分备用，已备系统将来扩充的需要。西门子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP协议的分布式I/O，应用时，S7PLC作为DP主站，通过带有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS总线，而ET200作为DP从站接到PROFIBUS。整个控制系统采用两个控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M从站放在主柜，采集系统的模拟信号；#2 ET200M从站放在副柜，用来采集工段的电动机执行机构阀位反馈信号及输出执行机构的驱动信号。系统采用主站加从站的结构，可使系统造价降低，并且扩展灵活。

据本工段的工艺特点和工艺要求，我们编制了采样子程序，该程序主要用于对所设测控点的温度压力流量进行信号采样；受外界影响，在不同时刻所采样的信号度不够高，为此我们又编制了滤波子程序，以及PID控制程序和量程转换子程序、电机启停子程序、设备间连锁子程序等。

4人机界面操作系统（HMI）

这部分主要由操作站、工程师站和打印机（外部设备）组成，实现人机接口。它的主要功能是集中各分散过程控制装置送过来的信息，通过监视和操作，把操作和命令下送到各分散控制装置。工业控制PC以Wincc作为人机界面，并分别设置了操作员站和工程师站。操作员站（OPU）用于画面显示、报警、泵和电机的手/自动启停以及现场各被控参数的采集、显示和控制，而工程师站（ENG）用于工程师对生产现场的监视、打印报表以及对工艺参数和控制器参数的修改等。操作员站和工程师站的画面组态软件选用SIEMEN公司的WINCC完成用户二次软件开发。PC的主要功能是显示工艺流程、电机及阀门等的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及其处理方法；显示温度、液位等模拟量，并能通过打印机打印。WINCC是西门子公司专门为过程控制和现场监控开发的监控系统软件，本系统分别制作了蒸发工段一、蒸发工段二个工艺画面，画面中的各参数的设定都是随着PLC的改变而改变的。工作人员可以通过这些画面监控各个电动机的运行和池中液位的高低，而且可随时根据系统运行状况而直接控制电动机的运行。

5 结果

3个被控参数在阶跃输入信号作用下的响应曲线的衰减比都近似于4：1，系统响应速度快，调节时间短，能很快达到稳定，系统调量小，且控制精度都比较高，其动态性能、稳定性能都能满足厂方的要求，如精度为0.05，远小于厂方提出的0.02，蒸发器开机10秒左右，液位、温度基本稳定于设定值。

6 应用体会

本S7-300具有以下显著特点：（1）循环、处理速度高；（2）程序结构简单、可用于复杂功能；（3）产品设计紧凑、可用于空间有限的场合；（4）模块化结构、适合紧密安装；（3）电源备份，免维修；（4）可在恶劣气候条件下露天使用。而且添加的分布式I/O与PLC站中的本地I/O具有同一的编址，因此在用户程序中可以像访问本地I/O一样方便的访问分布式I/O，这样编程时就不必考虑一个I/O地址在物理上是通过何种方式连接的。本系统抗干扰能力强，控制精度高，传输数据及时。、节能，已于2002年6月投入现场使用，经过近半年来的现场运行，系统至今仍稳定。

一、电解加工简介

电解加工是利用金属在电解液中产生阳溶解的机理实现对金属零件加工的，加工时工具阴与零件不接触，所以工具阴不损耗；同时，对材料的强度和韧性也没有要求。电解加工表面质量高，没有残余应力；电解加工效率很高，大约是机械加工的数倍到数十倍。

二、加工方式

该加工方式是连续加工方式中的一种简单应用。整个加工过程中只需要加工位置点和加工终点。当电处于加工位置时，开始加工；电机处于加工终点时，开始快速退回至加工位置，此时计件数加一；再进行计件数与预置数比较，若小于则退回到加工状态继续循环加工，若大于则结束整件产品的加工。

2. 常规加工

该加工方式是下面正向间歇加工方式中的一种简单应用，用以满足连续加工。整个加工过程中需要加工零点、加工位置点和加工终点。加工顺序为：当电处于加工零点时，开始分度；分度完毕后，开始加工，此时主轴慢速送进至零件表面，再退回一个初始间隙，然后打开整流器，送进速度改慢速为加工速度；当电处于加工终点位置时，开始退回至加工零点。

3. 正向间歇加工

该加工方式是获得较的电解加工的方式之一。效率很低，但复制精度很高，也有很高的利用。整个加工过程中需要加工零点、加工位置点和加工终点。加工顺序为： 当电机处于加工零点时，开始加工，此时主轴慢速进给至加工表面；当电机与工件短接时，主轴慢速退回一个加工间隙后开始通电加工，加工时间到，切断整流器；进行主轴位置与加工终点位置的比较，小于则退回一个冲刷间隙后，回到加工状态，若等于则进行加工终点的报警，同时快速退回至数字零点并报警提示可以分度，计件数加一；再进行计件数与预置数比较，若小于则分度完毕后回到加工状态，若等于则结束整件产品的加工。

该加工方式也是获得较的电解加工的方式之一。整个加工过程中需要加工零点、加工位置点和加工终点。加工顺序为：当电机处于加工零点时，开始加工，此时主轴慢速进给至加工表面；当电机与工件短接时，主轴慢速退回一个加工间隙和一个冲刷间隙后，主轴慢速进给至加工间隙位置开始通电加工，加工时间到，切断整流器；进行主轴位置与加工终点位置的比较，小于则回到主轴慢速退回一个加工间隙和一个冲刷间隙的加工状态上，若等于则进行加工终点的报警，同时快速退回至数字零点并报警提示可以分度，计件数加一；再进行计件数与预置数比较，若小于则分度完毕后回到加工状态，若等于则结束整件产品的加工。

四、硬件配置

FPG-C32T2

FPG-COM3

FPG-PP11

PWS-3700

MOTEC5相步进驱动及电机

RSF光栅尺

五、系统功能说明

通过在人机界面上选择不同的加工模式，PLC系统自动调用选用加工模式的各种参数，PLC控制完成以上四种加工方式的加工，并且监控系统运行过程中的各个参数，包括报警信息等等。报警信息有历史记录，方便对系统故障进行分析。

为了机床的终加工精度，控制系统有两种加工方式，开环控制方式和闭环控制方式。开环控制方式由PLC控制系统根据加工参数控制驱动系统运动，同时为了精度，通过程序对机械部分进行反向间隙进行补偿控制。闭环控制方式是在机械部分增加了光栅尺反馈，由光栅尺决定终的定位位置，使控制精度得到进一步提高。

由于在加工过程中不停的加入电解液，电解液电解后使得现场环境比较差，空气腐蚀性比较强，因此电气柜中增加机载空调，使电气柜内部形成密闭环境，以防止元器件受腐蚀老化，增加系统的性。

六、总结

通过对机床的电气部分进行改造，增加了设备的加工方式和控制的灵活性，并且系统运行稳定，得到用户

一．引言

SMS 短消息服务业务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的

重视。目前，GSM、CDMA、TDMA 等移动网络都支持SMS，这使SMS 成为一项非常普及的移动数据业务，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来，如资讯服务、商务、远程监控等。SMS 可以实现全国漫游，同时它克服了传统专网通信系统建网周期长、大、维护费高、用户数量有限的缺点，如果用户使用STK 加密卡，还可实现点对点的保密通信。利用GSM 短信息系统进行的双向数据传送运营、性能稳定，为各种远程监控提供了一个全新的的通信平台。

由于PLC 适合工业企业对自动化系统高性的要求，长期以来，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制系统提供了、的应用案例。另一方面，PLC 还依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。开放式通信网络技术的应用当其冲，一些PLC 厂商在基于现场总线、internet 及移动通信的PLC 网络互连功能的开发方面已有所突破。

本文设计的分布式远程无线监控系统，现场测控采用以色列UNITRONICS 公司具有SMS 功能的M90型PLC，远程无线传输途径选用性能稳定的GSM 公用网络，传输模式采用成熟的SMS 短消息方式，以PLC 现场站定时自动上传到监控的数据为主信息流，同时设有监控服务器适时呼叫参数和手机加密移动查询功能，从而形成集中与移动方式结合的完整的远程监控应用方案，实践证明该系统功能完备、性能 、规模配置灵活、。

二．系统硬件配置及工作原理

该系统由一个集中监控、多个PLC 现场监控站和GSM 网络组成。

2． 1GSM 传输站

GSM 传输站由GSM MODEM、SIM 卡、RS232连接电缆、直流电源和外接天线组成。每一个传输站可很方便的接入GSM 公网。GSM MODEM 集成了使用西门子TC35的GSM 信道单元、信令转换单元、电平转换单元。在应用中，现场PLC 测控站和监控服务器通过RS232接口连接到内插GSM 手机通用的SIM 卡的 GSM MODEM 来发送和接收GSM 短消息，完成远程数据交换功能。DC24V 的直流电源用于现场的GSM 传输站是比较方便的，监控的GSM 传输站可选常用5V 变压器。

2．2现场测控站

一个PLC 现场测控站由各种现场传感器和一台M90 PLC 组成，每一台PLC 分别配置一个GSM 传输站。

现场传感器如流量计、液位计监测到数据以0-5V 获4-20mA 的标准模拟信号形式输入PLC，现场设备状态与开关控制信号接入PLC 的数字I/O 端，由PLC 就可立的实现传统的现场控制。由于M90-PLC 自身具有很强的通信功能包括CAN 总线、基于PSTN 的串口远程通信，别具特色的是它基于串口的SMS 短信收发功能。按照监控系统的要求，M90-PLC 可以将设备工况与产量信息通过GSM 传输站以短信的形式发送给监控，并接收监控或授权的的操作命令短消息，进行现场参数设定和设备控制。

2．3监控

监控主要由监控服务器和打印机等办公设备组成。根据用户的性要求，监控的服务器可以为 一台PC 机或工业用的高性的工控机，还可以配置两台互为冗余的服务器。每个服务器通过RS232接口连接到一个GSM 传输站，实现24小时在线的实时监控，并可通过打印机输出报表，或进行大屏幕的动态监控。

本监控系统以PLC 现场站定时自动上传到监控的数据为主信息流，同时设有手动适时呼叫参数的功能，并配有手机加密移动查询与自动告警功能，形成完整的信息传递模式。 监控将分散在各地的各个测控站的数据分类整理，并存入数据库中。如果现场出现了告警信息，现场测控站通过GSM 传输站同时发送告警信息到监控和值班人员的上；监控对告警信息进行统计和分析，并及时通知相关 责任人，还可以根据险情启动应急预案，包括现场设备的远程启停控制。当告警排除后，现场测控站同样发送告警排除通知短消息到监控，监控就可以恢复正常的数据采集与状态报告了。

三．系统软件设计

3．1 下位机软件设计

下位机即M90-PLC 测控站的编程是通过使用安装在计算机内的Unitronics 的U90编程软件来实现的。

Unitronics’ 软件工具遵从IEC 113.1 标准，并提供了可视化的集成开发环境。除了具有传统PLC 的助记符和梯形图等控制软件编程功能外，还提供了各种功能模块，包括各种通信功能选择、通信参数设置、短信息内容编辑、1K 内容的现场数据库以及可以具体到某年、某月、某日、某个时间段的多种定时器等，允许我们用多有效的方法去执行各种各样的功能。这样可以很方便的实现监控系统的下位软件编制，并有利于缩短开发周期和节省程序容量。

M90的编程步骤：

（1）接着按照现场控制要求通过的PLC 通用的梯形图方式，实现开关量和标准模拟输测与控制。

（2）按照监控的需要，通过集成开发工具提供的SMS 窗口，实现固定的短消息的编辑与GSM 通信设置；

（3）将代表某个的短消息的内部继电器接入到梯形图中，在满足设定的逻辑条件时，通过触发特有的S 与R 触点，实现短消息的收发。

3．2上位软件设计

上位软件包括上位机SMS收发通信程序、监控界面软件与监控数据库软件三部分。我们选用VB6.0 作为开发工具。

1．上位机SMS 收发通信程序设计

Visual Basic 串口通信由于bbbbbbs 系统程序的支持而变得为方便，而通过串口控制GSM MODEM，实现SMS 功能的方法也比较简单。

GSM 传输站的GSM MODEM 支持AT 命令集的指令，上位机通过RS232串口向GSM

MODEM 直接下发AT 命令，就可以快捷的实现SMS 的收发、查询与处理。SMS 端信息的发送和接收常用两种格式，文本（Text）方式和PDU（Protocol Debbbbbbion Unit）方式.M90 PLC 内部使用的是TEXT 方式，在上位软件设计中我主要针对Text 方式进行了上下位机站的固定文本短消息通信，另设置了TEXT/PDU 模式的转换接口，以便应用于通过手机或PC 进行监控数据库的中文查询功能。

由于篇幅所限，这里尽就Text 方式收发短信息的VB 程序开发做一下介绍。采用Text 方式收发短信息比较简单，使用VB 编写程序为方便。程序中进行初始化设定之后，就可以通过MSComm1控件下发AT 命令进行短信息发送了。下面是一段VB 的短信初始化和测试示例：

mPort=1

‘选择通信口为COM1口

MSComm1.Setting=”9600，N，8，1”1

‘设定串口通信格式：速率为9600bps，无奇偶校‘验，8个数据位，1位停止位

MSComm1.PortOpen=True

‘打开COM 口

MSComm1.Output=”AT+CSCA=”&Chr（34）&”+863800210500”&Chr（34）&”

‘设置西安地区中国联通短信息服务号码

MSComm1.Output=”AT+CMGS=”&Chr（34）&”+”&Chr（34）&”

MSComm1.Output=”Happy New Year！”

MSComm1.PortOpen=FalSe

‘关闭COM 口

2．监控界面与数据库设计

这里介绍一种中小型SMS 远程监控系统界面的设计内容。

监控系统界面主要包括系统登录界面和监控系统主界面。点击监控服务器桌面的SMS 远程监控系统图标，

出现系统登录窗口，系统在检验用户名和密码，确认有效后，即可进控系统主界面。

监控系统主界面又分为系统设置界面、短消息查询与处理界面和远程控制界面。

用户管理：监控用户名、用户密码和用户权限改，用户添加与删除管理

系统通信管理：通信格式设定、SIM 卡号码设定与短消息收发管理

现场站设置：现场单位名、站号、手机号、设备数量等的设定

现场当前信息：各单位的各个现场站点的工作状态查询;如排污口的污水或油井出油量对应的瞬时流量、累积流量，设备状态和运行时间。

息收发：监控与现场站之间短信息收发的分类记录

即时查询：现场站定时上传数据之外，监控用户可进行手动查询现场信息。

设备控制：授权的监控系统用户可进行设备的远程控制，包括参数设定和设备启停。

四、结束语

短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格、覆盖范围广等优势，特别适用于需频繁传送小数据量的应用，还适用于偏远地区、架设通信线路困难的地方。而以PLC 为的高性的监控系统，已经为各种各样的自动化控制系统提供了、的应用案例。本文采用GSM 网的SMS 短消息业务，实现了现场PLC 控制站、监控和移动之间的远程数据通信，这是通信技术、控制技术和计算机技术的结合，也使该远程监控系统具有、、经济、便利的显著特色。在生产流水线上、在油井旁、在气输送管道边，无论你在那儿，你就可以通过这种远程监控系统，用或计算机随时监测各种产品的产出量，并进行工况远程移动监控。该系统已在昆明、成都、大连等地多个行业投入运行，实践该系统工作性非常高。