西门子6ES7315-2AH14-0AB0参数方式

西门子6ES7315-2AH14-0AB0参数方式

1  引言

当前可编程序控制器(PLC)已经成为自动控制系统中为广泛的控制设备,它不仅实现复杂的逻辑控制,还能完成各种顺序控制或定时控制的闭环控制功能,并且抗干扰能力强、性高、稳定性好、能在恶劣环境下长时间、不间断的运行,且编程简单,维护方便,并配有各类通讯接口与模块处理,方便扩容[1]。随着当今社会的发展,PLC在自来水供应系统中的应用越来越广泛,该控制系统能大大提高自动化水平,降低生产成本,提高供水质量。因此PLC及其控制系统在净水厂的日常应用中就显得尤为重要。本文以三亚西部供水工程净水厂为例,介绍下PLC在净水厂中的应用。 

2  工艺简介

三亚西部供水工程由四部分组成:源水管、净水厂、清配水管、红塘管理站、加压泵站。在以三亚西部供水工程的净水厂为例,介绍其功能和控制方式。净水厂选址于三亚市崖城镇,占地面积为66670平方米,建设规模为日处理量10×104米3,共有6格V型滤池,其中工艺处理流程如下:

此净水厂的工艺是常规的“混凝-沉淀-过滤-”流程,从泵房将水库的水打到混合井,然后经初滤,再加水沉淀剂聚合,沉淀后过滤得到清水,加,将水储入清水池备用,再经送水泵房的高压泵压出供水,流入千家万户。沉淀污泥经排泥池在浓缩池浓缩后经污泥脱水后,泥饼外运。 

3  系统结构

三亚西部供水工程自控系统的系统结构由三层网络组成,包括管理级、控制级、现场级。系统的三层网络分别为基于TCP/IP协议的高速以太网、工业以太网络、现场总线网。4台操作站主机、4台生产管理计算机和2台打印机,向上接入全厂管理系统网络;工业以太网以光缆为通信介质,连接5个PLC现场控制站,配置有各自的电源,通讯模块,接口模块,每个站都配有一台UPS,加强了系统的性。为了提供报表、报警打印服务,配置两台打印机,实现各种报表以及实时报警和报警历史的打印功能。两台操作站计算机相互在线冗余,向下通过光纤网络对各现场监控子站进行监视。建立在bbbbbbs 2000/XP基础上的Wonderware公司IUCH组态软件提供了功能、简单易用的操作界面,操作人员通过IUCH实现对全厂生产过程、工艺参数和设备运行状态进行实时监控。

系统共有5个现场主控制站,每个站以S7-400 系列处理器模块为,配上相应的输入输出I/O模块、机架、电源模块、通讯接口模块以及远程I/O模块等组成现场控制站,5个主站以光纤环网通讯的方式和中控室连接。其中PLC2.0主站通过无线DTU,接受来自两个沉淀池子站的监控数据,同时也可以下达动作指令到子站,两个子站采用S7-300 系列处理器模块为,配上相应的输入输出I/O模块、机架、电源模块、通讯接口模块、无线DTU等组成现场控制站。其中PLC3.0主站通过PROFIBUS DP总线,接受来自六个滤池子站的监控数据,同时也可以下达动作指令到子站,六个子站采用S7-300 系列处理器模块为,配上相应的输入输出I/O模块、机架、电源模块、通讯接口模块等组成现场控制站。管网子站采用200系列产品。编程软件采用SIEMENS Step7,生产监控组态软件采用Wonderware公司Intouch组态软件,实现上位机界面操作控制设备。所有I/O模块具有光电隔离功能,同时支持带电拔插。压力监测点PLC6.1～PLC6.14采用S7-200系列处理器模块和相应的输入输出I/O模块、无线DTU等组成现场控制站,通过电信的无线CDMA把数据送到监控。根据各个站处理I/O点数的多少,预留20%以上的余量,配置相应数量的I/O模块,自控系统配置图如下: 

4  实现功能

本自控系统分三种控制方式,即现场控制、集中控制和自动控制。现场控制是在控制主站触摸屏上控制。集中控制是在单元PLC联网组态下由控制室主控机完成对全厂所有工艺、电气设备的控制。自动控制是自控系统根据各种工艺参数检测值和设备的运行状态,按照预定控制程序,自动完成生产过程的控制;三种控制方式可在中控室和各控制主站触摸屏自由切换,以满足实际工作中调试、检修和正常运行的需要。

各控制主站收集处理该生产过程内所有生产设备的数据信号、电气技术参数、水厂工艺参数(流量、压力、浊度、余氯、PH值/温度)。这些现场数据信息通过PLC控制主站经工业以太网传送至控制室主控机处理, 并实时显示、记录、打印和备份,还根据处理结果随时向各控制主站发送各种控制指令,完成生产调度。

中控实现的主要功能为:

1)  工艺流程监控功能。系统能按工艺要求对污水处理的各环节参数及设备状态进行监视,同时根据工艺要求选择自动、顺序、定时等控制方式。

2)  动态显示全厂平面图、全厂总工艺流程图、局部工艺流程(剖面)图、供电系统图,以及工艺参数、电气参数、电气设备运行状态的各种数据图表。具有图形编辑器可以灵活方便地绘制总平面图、工艺图、工艺区域图、工艺单元图、工艺控制图和单元控制图。

3)  数据记录存储功能。准确、及时采集全厂各个生产过程的工艺参数、电气设备运行状态和电气参数等信息,并将这些数据以各种棒状图、趋势图、单参数图和多参数图进行显示并存储,以备调用。

4)  报警及报警记录功能。当设备发生事故时,能在时间发现故障或限并发出警报,显示故障点和故障状态,按照报警等级做出相应反应,记录报警信息,并将报警信息存储、归档,进行报警汇总。报警信号以变色、闪烁显示和声响反应。

5) 联锁保护功能。当系统检测到局部故障后启动相应的联锁保护程序。可以根据工艺要求和设备运行工况设定工艺参数、控制参数。自动状态下,对工艺过程和控制设备按要求进行自动控制与调节。

6) 多级口令保护功能。在管理的任何一台监控计算机上可设定不同操作权限,只有相应操作权限的操作员,在输入正确的口令后才可访问该级画面。

7)  参数设定功能。可在管理的任何一台监控计算机或现场控制站的人机界面上进行报警上下限、调节参数、运行时间等参数的设定。

8) 数据记录存储功能。系统可对重要数据如工艺参数、工况、设备运行时间等进行记录操作记录功能。系统自动保存重要操作记录,如改动参数,操作设备的操作员代号、时间、内容等。

9) 实时数据曲线和历史数据曲线。对重要工艺参数可以进行实时曲线显示,并记录历史数据曲线。对传输数据进行整理、计算、储存,按要求自动生成各种生产报表,并能随时打印。

净水厂场站的实现的功能为:

1)  加药间控制主站集成控制实现: 

 跟加氯控制系统通讯,完成加控制系统数据交换。

 溶解池、溶液池设备如:计量泵、液下泵、搅拌机、阀门等加药设备的启动停止控制,运行状态监测。

 絮凝池阀门、进水搅拌机等设备的启动停止控制,运行状态监测。

 跟沉淀池行车控制系统CDMA通讯,实现行车子站跟PLC2主站的通讯数据交换。

 浊度仪,PH仪实现进水、沉前的水质监测分析。

2)  反冲泵房控制主站集成控制实现:

 滤池控制子站、回收水池控制子站的DP通讯,实现滤池阀门设备远程控制、数据交换、运行状态监测。

 反冲泵、反冲泵阀、鼓风机设备的启动停止控制,运行状态监测。

 滤前、滤后浊度、余氯、液位计、差压计等监测仪表,实现水质时时监测分析。

3)  送水泵房控制主站集成控制实现:

 高压水泵、电力监测485通讯。实现在线监测高压水泵、电力数据的交换、运行状态监测。

 低压水泵、真空泵等设备的控制、运行状态监测。

 出厂水仪表-浊度仪、PH仪、余氯仪、液位计、压力计等数据集成,在线水质监测分析。

4)  脱间控制主站集成控制实现:

 脱水机控制子站跟控制主站通讯,实现脱水设备的远程控制、数据交换、运行状态监测。

 排泥池、浓缩池设备的远程控制、数据交换、运行状态监测。

 排泥池液位计、浓缩池泥位计、污泥浓度计,实现水质监测分析。

5)        供水管网控制站集成控制实现:

 供水管网压力、流量监测点数据通过无线以太网通讯采用CDMA无线通信方式,传输至中控室服务器。分时段采集管网的压力、流量等数据,原水阀门的控制,运行状态监测。以满足供水调度、监测等任务。

5  结束语

该工程于2010年5月份开始实施,2011年12月份完成设备安装和调试,设备移交厂方运行,迄今为止其自控系统运行稳定、数据准确、出厂水质符合。系统投入使用后,操作人员在管理就能够了解整个厂区的运行情况,PLC对泵阀等主要设备能够根据预先设定好的参数进行自动控制。整个系统只需管理操作人员就能够保证系统的正常运行,大大降低了值班员的劳动强度。该系统的投运解决了以往净水厂自动化程度低,所有设备均需手动操作,值班人员劳动强度大、操作易出错,出水水质不稳定、生产过程无法集中监控的问题,并了很好的社会效益和经济效益。 

1  引言

传统的校验仪器普遍存在性能单一、难以实现多种检测功能集成的问题,这就造成在不具备综合检测平台的修理厂,每个设备都要配备一台检测仪器的现状[1]。本试验器以系统功能集成化为基本设计理念,以可编程控制器为,通过有效整合各种资源,实现了校验功能的高度集成,利用试验器可完成对5个主要起动设备的校验,其体积小、重量轻,非常适合的转场使用和机动使用要求。

发动机的起动系统涉及的起动控制设备较多,通过分析这些电气设备的功用,总结出起动系统电气设备的显著特点是:

(1)  起动系统涉及的电气设备种类多,工作过程复杂,需要检测时间、电压、电流、功率等众多参数[2][3]。

(2)  起动系统各电气设备的功能关联紧密,要检测某设备的性能往往需要连接多个电气设备协同工作,在没有大的检测平台的条件下,起动系统电气设备的全功能校验工作很难开展。

起动箱、起动电压调节盒、自动停车器和功率限制器是主要的控制设备,对这些起动系统控制设备进行定期检测、保证其性能良好和工作就成为某型飞机机务一项重要的和经常性的工作。 

2  系统的主要技术要求

(1)  以测试系统的综合性、通用性和小型化为目标的综合测试技术

本课题研究的目标是将某型飞机起动系统主要电气设备进行综合检测,要实现集中检测多种电气设备,各电气设备功能复杂、参数多,测试系统的结构设计与维修单位的条件相适应,并且力求做到体积小、重量轻、便于携行装运,设计难度大。 

(2)  低电压、大电流的大功率信号的生成

功率限制器的操纵信号是从起动发电机QF-24正电路和QFL-3分流器(25mv/1000A)来,功率限制器要检测的功率信号可达80kW,这就模拟提供低电压、大电流的大功率信号。传统的办法是采用分压电路的办法提供低压信号,但是对于毫伏级的低压信号,分压电路的缺点是动态性能差、精度低,很难满足测试的要求,要解决这个难题,设计大功率信号模拟技术[4]。 

3  大功率信号的实现

功率限制器的作用是测量及控制涡轮发电装置的电功率。当起动发电机输出电功率过一定值时,功率限制器发出过载指示、控制信号。功率限制器的工作原理如图1所示。 

从图1可以看出,对功率限制器性能校验的关键和难点就是给功率限制器提供准确的0-25mV低电压信号。传统的办法是模拟QFL-3分流器采用分压电路的办法提供低压信号,但是,对于毫伏级的低压信号,分压电路的缺点是动态性能差、精度低,同时还要有功率要求,很难满足测试的要求,针对这个难题,我们设计用稳压电源模拟功率限制器要求的输入信号,稳压电源模块采用220V供电,输出0-50mV电压信号,输出调节由2kΩ的可调变阻器控制。大功率信号模拟电路原理图如图3所示。 

经过多次试验验证,该技术的运用大大提高了功率限制器测试的精度和稳定性,满足了校验要求。 

4  系统的硬件设计

设计试验器的硬件总体方案时总的原则有:

(1)  QDXYQ-1运八飞机起动系统试验器要适应的特定条件,完成定检、排故和新品装机检测的任务要求,符合测试附件的全部技术标准。

(2)  实践模块化的设计思想,系统按功能和结构相结合的方法划分模块,具体体现在设计概念、设计原理和设计目标的定位方面。

(3)  试验器应采用成熟的嵌入式工控技术,实现测试过程的自动化检测。并选用成熟的货架产品和设计方案,保证系统运行的性,通过PLC嵌入式软硬件体系结构设计,控制系统具有结构紧凑开放、资源充分利用、、功能灵活、易于扩展和监控的特点[5]。

(4)  操控界面要友好,操作方便,易于展现检测数据,方便操纵人员记录和查看检测结果。

(5)  系统应具有良好的可用性、性、可维护性和可扩展性,系统要满足标准化、模块化、通用化的要求,如果设备升级可在不改变硬件结构下,通过升级软件实现检测仪器升级。

飞机起动系统综合检测仪的硬件结构图如图4所示: 

5  系统软件设计

系统的软件设计分为PLC的程序设计和触摸屏的程序设计。PLC选用OMRON的CP1E型,编程软件为CX-ONE2.0,触摸屏选用信捷4.7寸彩色液晶屏,编程软件为TouchWin。

5.1  PLC软件设计

设计试验器的软件总体方案的基本原则[6]:

(1)  软件总体设计采用模块化设计,各检测模块相互立,方便调试和维护;

(2)  软件采用零误操作设计,考虑操作人员各种可能的误操纵,设计相应的容错处理程序模块,从上避人员误操作的可能性;

(3)  充分考虑PLC程序和液晶触摸屏智能帮助系统的配合工作,真正实现智能测试在线指导;

(4)  系统能检测待测设备的型号,自动选择相应的检测模块,方便操作人员使用。 

PLC的软件总体方案如图5所示。

5.2  触摸屏人机交互界面设计 

系统的显示与操作界面选用信捷液晶触摸屏,界面的设计使用触摸屏的组态软件TouchWin,触摸屏与PLC的串行通讯口相连。触摸屏在功能上由主界面和主要功能界面组成。主画面为索引画面,通过主画面可以选择各画面。从主界面跳转到各设备画面有两种方式,一是手动方式,通过点击各检测设备进入;另一种是自动方式,当正确插入被测设备插销后,系统出设备的型号,自动跳转到相应的界面。起动箱检测界面如图6所示。 

6  结束语

经过近两年的外场使用,证明飞机起动系统综合检测仪的各项功能和指标达到设计要求,经上级主管部门的验收及修理厂的使用,该检测仪在管用、、好用、技术含量高等方面得到了认可和。这些技术的运用有效提高了某型飞机起动系统电气设备的完好率和的维护水平

1  引言

RH真空脱气法从50年代的脱氢处理发展成为具有脱氧,脱碳,脱硫,脱磷等多项冶金功能的精炼方法。它在改善钢水质量,降上显著效果,适合大量生产纯净钢。

经RH处理的钢水优点明显:合金基本不与炉渣反应,合金直接加入钢水中,收得率高;钢水能快速均匀混合;合金成分可控制在狭窄的范围之内;气体含量低,夹杂物少,钢水纯净度高;还可以用进行化学升温的温度调整,为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水,以利于连铸生产的多炉连浇。

2  控制系统结构

2.1  硬件

自动化控制系统由德国西门子公司生产的S7-400H系列冗余PLC、远程I/O站、监控计算机(HMI)组成;通过PROFIBUS网络和工业以太网组成的一个电气、计算机集中控制系统,软件采用西门子公司的WINCC软件;控制系统包括两套互为冗余的PLC。

控制系统包括:2套西门子PLC控制站,2台HMI服务器,2套三电可共用的操作站。1套L1软件开发和系统维护用的工程师站,2台L1用报警报表和编程维护打印机。1套L2过程控制计算机服务器,2台L2软件开发计算机终端,1台L2报警报表打印机。结构如图1所示: 

2.2  软件

控制系统使用可中文操作的软件操作系统,HMI使用中文版的WINCC软件。RH钢水真空处理装置控制系统通过L2过程控制计算机网络与炼钢厂计算机系统连接通讯。

2.3  系统工艺

RH(即真空循环脱气)系统设备是一种用于生产钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管,上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。

钢水处理前,先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时,钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内(真空槽内大约0.67 mbar时可使钢水上升1.48m高度)。与真空槽连通的两个浸渍管,一个为上升管,一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气,相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差,使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管,如此不断循环反复。在真空状态下,流经真空槽钢水中的氩气、氢气、等气体在钢液循环过程中被抽走。同时进入真空槽内的钢水进行一系列的冶金反应,比如碳氧反应等;如此循环脱气、精炼使钢液得到净化。

工艺流程的12步骤:

(1)  钢水即将到达前,先将移动弯管接通准备接受钢水的工位(例如A工位)。关闭主真空阀为真空泵的提前启动作好准备。

(2)  盛有钢水的钢包座落于A工位钢包台车上,并启动前级真空泵进行预抽。

(3)  钢包台车运行到A工位正下方,将环流气体由氮气切换到氩气。

(4)  启动液压升机构,将钢包升到预定高度,打开主真空阀,钢水即进入真空槽,形成环流。

(5)  测温取样及定氧,根据测定结果决定是否进行“处理”。处理即正规处理以外的预备性处理。如钢水温度过低,可化学升温;钢水含氧过高,可加AL处理;钢水含碳过低可加碳处理等。处理后须再次测温取样以确认处理的结果。

(6)  对钢水进行该钢种所进行的处理,(如脱氢处理,深脱碳处理,轻处理,深脱氧处理等)。处理过程中真空度和环流气体流量按各处理模式自动进行变换。

(7)  处理结束前再次测温取样,确认处理目的是否已达到。合金微调及终脱氧。

(8)  测温取样后关闭主真空阀,破真空(此时移动弯管可移动至接通B工位处)。

(9)  钢包下降,座落到钢包台车,同时将环流气体切换成氮气。

(10)  B工位钢包车已开到处理位处,可开始序号4及以后工作。

(11)  钢包台车运行到喂丝,加保温剂位,按钢种要求喂丝,加保温剂。

(12)  钢包台车开出,用吊车将钢包吊至下工序[1]。

3  PLC控制系统功能和特点

3.1  系统简介

RH精炼炉控制系统,一级采用德国西门子公司WinCC/S7-400H/远程I/O站控制系统,完成生产过程的控制、数据采集、工艺显示、历史数据存储、故障报警及报表打印等功能。二级主要采用C++.NET、ORACLE等软件编制,主要完成数据存取和数据管理、生产计划编制和冶金动静态模型的应用等。

3.2  系统特点

采用西门子6SE7系列变频器,变频器与PLC控制系统之间通过PROFIBUS-DP现场总线网络进行和通讯。全数字信号传输,抗干扰能力强。

控制器之间、控制器与监控站之间、监控站之间、服务器与客户机之间都采用光纤以太环网通讯,环网中的一个节点损坏,不影响整个系统的数据通讯,满足了连铸的高性要求,高速的满足了控制器之间数据交换的要求。

该项目采用西门子S7-400H系列冗余CPU系统,减少了PLC故障停机的危险性。基于标准S7-400模板的S7-400H是一个冗余的PLC,可以明显地减少生产过程的故障停机率,适用于那些需要尽可能减少或避免故障停机的应用场合。例如发电或输、配电、化学工业、采矿、运输等。

容错性是通过二个并行的控制器实现的。它们的CPU通过光缆连接并通过冗余的PROFIBUS DP线路对冗余的I/O进行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外,I/O自身可以冗余。当发生错误或故障时进行无扰动的切换,即未受影响的热备控制器将在中断点继续执行控制而不丢失任何信息。[2]

3.3  系统模型的作用

3.3.1  RH精炼炉钢液温度实时预测方法

钢液温度实时预测方法能准确的预测RH精炼炉的钢液温度,从而提高了精炼处理结束时的钢水温度命中率,又减少了测温次数。温度预报模型温度预报模型是基于精炼处理的工艺原理,并根据钢液状态、成分信息、测温信息,在处理开始时预报钢液温度随处理时间的变化趋势,随着操作过程的进展,根据合金投入、实际吹氧量信息以及操作人员的设定信息,模型实时预报钢水温度的变化值。操作人员根据温度预报值,可有效地对处理过程进行控制,提高处理末尾温度的命中率,减少测温次数,降低生产成本。钢液在真空处理的过程实际上也是一个吸热和散热的过程,预测钢液在此过程的温度变化,主要是计算吸热和散热的量以及统筹考虑将影响吸热和散热的诸多因素。影响温度的因素包括为保工艺需要而采取的措施,如脱氧、脱碳、合金化、升温、必要的处理时间和环流量等;此外,真空槽的初始状态、废气带走的热量、真空槽、钢包与钢液的传导和辐射散热和处理前钢液在钢包中的停留时间等也是影响温度的变化的原因。在影响温度变化的诸多因素中,合金的投入及吹氧是关键因素。模型根据合金的用途,把加入的合金分成两类成分调整合金和特殊合金。成分合金的添加主要是满足产品目标成分要求,对已有元素成分进行微调。特殊合金是指为脱氧、升温为目的而添加的合金。用途不一的合金,对温度变化的贡献也不一样,因而在模型中应分别对待[3]。

3.3.2  静态脱碳模型

对需要脱碳的钢种,RH处理初期还能预报为达到目标碳浓度所必需的处理时间和吹氧量等综息,对脱碳钢种的生产过程中有一定的指导意义。动态脱碳模型是基于分析碳及处理过程中产生的废气信息,结合自适应控制技术,实时预报钢水碳含量的模型。该模型能大大提高如质谱仪,红外分析仪等废弃分析设备的利用率和实际效果。

3.3.3  合金模型

合金模型的目的是根据所处理的钢水成份要求、元素收得率和钢水分析值等信息,计算出一组成本的合金组合,即在炼钢过程中,满足除了提供生产要求的合金投入配比外,还要使投入合金总成本小。模型的算法可归结于线性规划问题,算法采用成熟的单纯型法,并加入了整数规划功能,适用于无投料称量装置等情况下,投料小单位可能影响投料精度的情形,并且投料单位可任意确定,从而也解决了整包投料问题。此外,模型考虑了添加的合金料重量对于原钢水重量的影响和合金收得率的问题,提高了模型的计算精度。对模型中要使用到的模型参数,如合金中各元素成分的含量、价格、比热系数、元素分析值、元素收得率等,分别创建相应的数据文件表来保存。模型用到的数据文件有:模型常数表、合金品位表、标准收得率、学习收得率、合金模型输入和元素初始成分等。模型所需的计算参数(模型输入数据)由模型数据预处理系统负责收集、处理并写入模型输入文件[4]。

3.3.4  成份预报模型

根据实际合金投入量,钢水分析值,收得率,结合终点锰预测模型和终点磷含量预测模型预测钢水多种元素的成份、添加合金后合金投入总成本、钢水温降、钢水增重等供参考操作。与合金模型配合,能使合金模型的实用性大大提高。利用转炉静态脱碳、温度、磷和锰的预报模型,为提高转炉的终点控制命中率、减少补吹的次数、实现直接出钢打下良好的基础。 

4  结束语

随着计算机和自动控制水平的提高,RH脱气设备的控制系统正在稳步发展。今后将在提高钢质量,缩短理时间和降低生产费用及减少熟练技术操作人员的方向而努力。