西门子6ES7321-1BH50-0AA0支持验货

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本文介绍的控制系统用研华工控机＋MODICOM Quantum系列PLC＋现场电磁阀的结构，工控机采用iFIX3.5组态软件整个系统采用开放的网络协议工业以太网技术。的硬件系统和友好的人机接口实现了大型火电厂锅炉补给水的全程控制安徽宿州汇源热电公司4号135MW热电联产机组采用了该系统，实现了锅炉补给水的程序控制，大大提高了性，减少了运行人员的劳动强度，实现了无人或者少人值班。
一、工业组态软件iFIX3.5和Modieon Quantum PLC介绍
iFix是GE Fanuc自动化软件产品家族中的HMI／SCAOA重要的组件，它是基于bbbbbbsNTZ000平台上的功能强大全中文界面的组态软件，此外他还集中了主流PLC的驱动，i-FIX35集成了COM/OCOM，OPC，VBAACtiveX等的现代软件技术，使所有的应用程序都能无缝连接到一个系统中去，并且可以实现数据共享。Inbbtion Workspace包含两个全集成的环境组态环境和运行环境，还提供了开发和显示的画面，调度（scheduler）和vBA语言程序通过这些工具生成易于操作和友
好的画面，在运行和组态之间可以很方便地进行切换和修改，同时保持实时报警和数据采集。
施耐德公司的Modicon Quantum系列产品，是一个功能强大的控制器，能满足中性能的要求。本文CPU模板为14OCPU53414A，CPU为32位处理器，内存为4MB，CPU采用双机热备（硬热备）、电源模块冗余、通讯模件冗余、I/O远程网冗余、主干网IOOM以太网冗余。
二、iFix及Quantum PLC在火电厂锅炉补给水控制中的应用
1、系统总体简介
本文的锅炉补给水处理系统为1台135MW机组辅助部分，系统为一级除盐加混床处理系统，其中一级除盐系统采用母管制，混床为母管制连接、一级除盐装置为2台阳床、2台除二氧化碳器和2台阴床，混床2台，并列运行。其工艺系统流程为：原水→清水箱→纤维过滤器→双室固定阳床→除碳器→双室固定阴床→混床→除盐水箱→主厂房。辅助设备包括泵与风机、酸碱部分、压缩空气系统及废水池。
2、控制系统的组成
控制系统的组成如图1所示。

上位监控机的硬件部括1个工程师站、1操作员站。软件包括：操作系统采用MI－crosott公司的Win－dowsZ000（SP4）、上位机SCAOA软件采用iFIX3.5，PLC组态软件采用CONCEPT2.6，上位机还作为网关计算机负责与厂级监控信息系统（SIS）的进行接口通讯.下位控制器：采用Modicon TSXQuan－tum大型PLC系统，CPU为14OCPU53414A32位处理器，内存4MB，CPU双机热备（硬热备）、电源模块冗余（140CP512400可冗余累加）、CPU双机热备用光纤用CHSl1000模块进行互相监视和切换。网络部括:I/O远程双电缆冗余网〔同轴电缆〕和上位机通讯采用100M工业以太网通讯。
3、网络通信
Quantum工业以太网有3种开放的通用的网络标准：Eth-ernet、TCP/IP和Modbus Plus。本文采用了两种类型的网络模块。一类是完成上位机通讯的工业以太网模块；另一类是完成一个主站系统下的各I/O分站之间通信的远程I/O模块。通过Quantum系列的Modbus Plus接口将远程I/O网和PLC内的CPU相连，构成MB＋网络，形成管理／基础的控制级。传输距离在1000m内，速率为1.5Mbps，采用RG-6同轴电缆传输介质。
上位机通讯采用工业以太网通讯，通过100M快速交换机组成双网冗余将所有的操作站和PLC控制站连接在一起，具有高速、、冗余、恢复时间短等优点，交换机采用施耐德公司499NES17100的工业以太网交换机CEthernetSwitch510Base-T/100BASE端口Ports用于以太网双绞线电缆）。
三、人机接口CHMI)的设计
本文的人机接口(HMI)指人机接口设备包括操作员站、工程师站、打印机。本文采用两台人机接口站，一台作为运行人员的操作，其运行的iFix软件狗是运行版，另外一台作为工程师站，除了操作员站的所有功能外，还可进行组态编辑画面，通过Conpcet修改下位机程序，历史数据查询，报表等功能，采用的软件狗是开发版。
1、iFIX3.5系统配置
在配置中启动SA，选择已建立的数据库，建立数据库SZ.PDB文件，在I/O驱动器中选择MBE，在报警中启用AlarmODBCService报警，本地节点的路径采用D:\DYNAM-ICS\LOCAL\FIX.SCU节点名是FIX。的通讯的建立和数据交换
I/O驱动是现场硬件（PLC）与SA/HMI数据库的软件接口，它为SA/HMI过程数据库、图形和历史库提供实时数据，可提供的特有格式又可支持开放式标准（OPCIOLEforProcessControl），本文采用POWERTOOL驱动。在PLC中I/O点的约束：定义为6位地址，模拟量输入（AI）为3xxxxx，模拟量输出（AO）4xxxxx，开关量输入（DI）1xxxxx，开关量输出（DO）Oxxxxxo在iFIX数据库中采用与PLC相同的点地址进行通讯。
3、系统画面的设计
如图2所示在系统总貌图上可以监视到整个系统的运行情况，右边分别显示了个子系统的运行状态。在主画面中可以监视到整个系统的运行状况，并可以通过下面按钮方便切换。在主画面还可以进行系统全自动方式的运行。

4、运行模式
(1) 点操：在CR丁操作员站上对控制对象进行一一对应操作。
(2) 步操：进行单一小步的操作，如过滤器的清洗等。
(3) 半自动：自动完成一个子系统的自动控制，如阴树脂的再生等。
(4) 全自动（系统一键启停）：自动

完成整个生产工艺的全过程。
5、趋势曲线
通过在SCu配置好历史数据文件路径，在后台启动d：\Dynamics\hta.exe程序，定义好采集的历史数据的标签点，历史趋势的采集小相位是1s。可以根据每个标签点的级别设置不同的采样相位的周期，对一些开关量的启动停止，可作为事故追忆的参考，采用1s，而对于一些模拟量的趋势选用lmin.历史数据以数据文件的形式存储，可通过“chart对象来显示曲线”。
四、下位机编程
Cconcept PLC编程软件包括所有的IEC1311-3标准的5种语言，SFCI梯形图LD，功能块FBD，指令表IL和结构化文本ST，五种语言之间可以混合编程。

本文采用了SFC，梯形图LD，功能块FBD三种语言。对步序本文采用状态功能图(SFC)，具有结构简单，编程方便，易于调试等优点。
PLC上电进入初始状态引，用户根据运行需要切换开关进入程控S2或者步操S4.在程控S2下如果检测到异常情况（如阀门行程未到位，或者水的电导等指标不允许进行下一步）则跳出，如果没有异常情况继续下一步的操作S3。利用SFC编程，系统在运行中每次只有一个状态，所以在PLC循环周期内只运行一个指令，可以大大节省CPU的资源。
程序运行中的问题有：①本系统采用的行程开关是磁接点式，经常出现开关不吸合的现象，导致程序无法进行下去。②由于在设计时，没有采用每台床对应一台Na+表，而只在出水母管上装了一台Na+表，所以出水的合格与否还靠运行人员进行手动化验。
五、结束语
该套系统投入运行以来，系统运行，稳定，节省人员，原来该厂化水需要2人值班，现在只需要1人即可完成

日立PLC在煤粉锅炉控制系统中的应用
一、系统概述：
      本系统主要是针对煤粉蒸汽或热水锅炉的控制。具有锅炉水位自动控制、燃烧经济性自动控制、炉膛负压自动控制、炉压波动补偿点火系统、蒸汽压、缺水保护等自动联锁保护功能。
      本系统的控制方式分自动/手动/就地，三种方式可转换。锅炉正常运行生产时，使用自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由控制台自动控制、联锁保护；手动时，可在控制台操作各设备，有互锁和联动关系；就地时，在现场操作可启停设备，闭锁，保护现场操作人员的。

二、系统的实现：
①、初始化
检测各电气设备已通电，并且有动作；然后依次检测锅炉水位是否下限，蒸汽压力是否限，煤粉罐料位是否下限，中间料仓是否下限，如上述条件有任意一条为“是”均不能。
②、点火
关闭一、二次风电动调节阀，然后依次启动引风机、二次风机、全开二次风阀门，如任意动作未执行，则停炉并报警；如设备运行正常，则延时吹扫1分钟，然后调节二次风电动阀至设定位置，启动点，此时监测火焰是否建立，延时30秒，启动一次风机，调节一次风阀门至设定位置，启动搅拌器，启动给料螺旋并调节至设定转速，此时监测火焰是否建立，如火焰建立，则油与煤粉混燃10分钟后关闭点，火焰检测器继续监测火焰是否建立，如上述任意条件为“否”或任意动作未执行，则执行停炉控制程序。
③、运行
实时监测蒸汽压力，如过设定压力，则执行停炉控制程序；如未出设定压力，则执行经济燃烧控制程序。
④、停炉
检测点是否关闭，然后依次停止搅拌器、供料螺旋、一次风机；将二次风阀门调至全开位置，延时吹扫1分钟后；检测炉膛温度直至设定温度后停止引风机、停二次风机，关闭一、二次风阀门。

锅炉紧急或异常停车：
２、锅筒水位自动控制
根据本系统锅炉容量，采用单冲量控制方式。
３、燃烧经济性自动控制
根据5分钟内对烟气中氧气含量检测的平均值，改变送风量的大小，进而达到调节锅炉经济、燃烧的目的。
燃烧经济性自动控制条件：
①、在一定的采样周期内，实际含氧量浓度变化率大于或小于工艺设定的含氧量目标值时，差值经PID运算后控制二次风阀执行器，执行器调整二次送风量，并在一定的时间内保持，以满足燃烧的经济性。
②、在一定的采样周期内，实际含氧浓度变化率在工艺含氧量目标值范围内时，系统不做运算，二次送风量保持原状态。
４、炉膛负压自动控制
考虑到燃烧过程的波动性，控制系统应设有死区不响应功能。但是当炉压持续出现波动时，起动给油泵，同时点火器动作并延时，当炉压趋于稳定，关闭点火器同时停给油泵。启动给油泵、点火器点火并在给定的延迟时间内炉压还不能趋于稳定状态，则停止锅炉的运行。
５、中间粉仓料位自动控制
根据粉仓重量控制煤粉罐旋转阀的启停，当中间粉仓重量到达下，启动旋转阀；当中间粉仓重量到达上，停止旋转阀。
６、煤粉锅炉系统连锁保护
①、水位保护
锅炉水位报警共设定水位高、水位高、水位低、水位低等4种水位报警信号。
锅炉水位保护共社水位高、水位低等两种保护。当水位高或低时停止锅炉运行。
②、蒸汽压力高保护。当蒸汽压力过设定的压力保护值时停止锅炉运行。
③、锅炉炉膛熄火保护。即锅炉在正常的运行状态下的非正常的熄火保护。
④、紧急停车保护。在现场设备调试及设备试运行期间，如果设备出现故障而设置的手动紧急保护功能
三、控制系统硬件配置：
      根据工艺要求及操作使用方便，本系统将配置：低压电气柜一台和操作箱一台。
（1） 主要的低压电气元件选用富士。
（2） 数据集中采集及控制采用日立EH-150系列。
（3） 变频器采用日立L300P系列。
（4） 集中监控采用工控机。
（5） 温度传感器选用符合IEC标准的热电阻和热电偶。
（6） 锅筒水位采用配备就地式水位表和的压差变送器。
（7） 蒸汽压力采用蓝宝石高温压力传感器。
（8） 蒸汽流量和给水流量采用一体化带温补的涡街计。
四、 结束语：
      该煤粉锅炉控制系统性高、自动化程度高、使用方便、操作简单、功能丰富、控制灵活，满足用户的控制要求，运行正常稳定

1 引言
      控制系统的控制对象较为简单—本文以上海新奥托实业有限公司生产的一个车辆运行模拟控制系统为对象，已经实现了一般I/O模块的PLC控制。为有效利用资源，在此，考虑将高密度I/O单元引入到系统中来。系统模型虽然十分简单，但是在改造过程中还是应该基于系统的硬件组成及其工作原理进行必要的可行性分析，实验，然后才能给出合理的改造方案。

2 硬件组成
(1) 控制对象
控制对象即本实验装置是由上海新奥托实业有限公司生产的一个车辆运行模拟控制系统，它由6个手动/自动道叉、1-2台火车模型、2个站台、2对红/绿信号灯以及3段供电的轨道和沿途共设置的22个红外信号检测元件所组成。其中，供电轨道存在供电电压和供电电压方向两个控制因素。其模型示意图如图1所示。

图1 车辆运行控制系统模型图

其中，火车模型的运行是靠两段轨道的上输出的直流电压来供电，且运行的方向和速度则是通过对输出电压的方向和大小进行无调节和控制来实现的--这就说明了理论上在同一段轨道上，两辆火车的运行速度及其方向是一样的，系统中同时有两辆火车运行时，不存在碰撞或者追尾的问题。22个红外信号检测元件主要是对火车的位置实时监控，作为系统的控制信号输入到控制器上。在两个站台的出/入口和内侧轨道的一端共设有6个手动/自动叉道，通过给定的脉冲信号来选择轨道,但是要注意脉冲宽度不能太大,否则，就会损坏叉道。这样，就可以对系统的信号进行一个初步的统计:
·输入信号: 22个光电检测信号;
·输出信号: 23个数字量;
3对模拟量。
(2) 原有控制系统
基于以上的分析，我们设定在本实验系统中要实现如下基本功能:
· 站前鸣笛，以提醒工作人员接站;进站时速度减慢，直至停下。出站时也要鸣笛。
·一次只能有一辆火车停在站台，若已有火车停下，其他要进站火车只能在站外等候进站;否则须绕道(外围轨道)而行，以免发生撞车事故。
·红/绿灯作为火车能否出站的标记:绿灯即通行，红灯不通行。
为了实现上述功能，并基于上述对系统控制信号的统计，在原有控制系统中我们用了相应的I/O模块:2个ID212模块，1个OC224和1个OC225模块和1个DA004模块。

3 系统改造
      原有系统已经实现了对系统的控制。但是在以上的分析中我们可以发现系统中控制信号多为数字量，而且点数相对较多，为了充分利用实验室资源，决定将高密度I/O单元引入到系统中来，对原有系统进行改造。我们采用的高密度单元都为32点，这样原有系统的两个输入、输出模块都可以分别采用一个。具体改造如下:
(1) 输入模块改造
系统共有22点数字量输入，在此，只要采用1个32点的高密度单元就可以了。结合实验室现有状况，我们选用1个ID215模块来代替原有系统的两个ID212模块。在原系统中，ID212的COM端接地，在此，由于ID215是双向晶体管输入，即它的COM为接地或者5～24VDC均可，所以，在改造过程中不存在电路转换的问题，改造方案是可行的----将原信号线直接接到新的高密度模块上来即可。
(2) 输出模块改造
系统的输出点数也较多，共23点。我们决定采用OD215来代替原有的OD225和OD224，这里，OD215用作32点静态输出用的晶体管输出单元，其电路配置如图2所示。

图2 高密度模块OD215的电路配置
      由以上的电路配置图可以知道，OD215和ID215不同，它的COM端只能接地，但是在原系统中，由其硬件电路决定了OC224以及OC225的COM端接2～24VDC，所以，这里就不能直接换接了。同时，由OD215模块的性能可知，其大开关能力为5VDC＋10%35mA(280mA/公共端，1.12A/单元，输出电阻4.7kΩ)，在改造过程中还是要考虑到模块的大负荷能力，以免烧坏模块。系统有23点数字量输出:12个叉道控制信号;6个方向控制信号;1个蜂鸣器外加4个红/绿灯信号(其中前19个信号都是继电器输出)。
·红/绿灯电路改造
      在对红/绿灯电路进行改造之前，要得出电路的工作原理。实验表明，系统的红/绿灯电路本身存在一个门槛电压的问题，也就是说只有达到一定的电压值时，红/绿灯才会发光。同时结合模块性能，对原有电路进行改造是可行的。
      考虑到要在原有系统中增加一个上拉电阻R1，这样就可以解决OD215和OC224以及OC225的COM端的矛盾了，整个系统处于“负逻辑”的控制状态，这里所接的上拉电阻的阻值要尽可能的大(一般在1k~5k之间)。这样在此路信号为高电平的时候，模块中单路电流才会很小，控制在35mA之内不会过模块的限流电流值;同时还要考虑到红/绿灯电路的门槛电压的问题。多次实验表明:在上拉电阻R1小到将近500Ω的时候，才能保证红/绿灯电路的正常工作;同时在模块的输出侧增加一个电阻模块R2分流以避免模块中单路电流过大，从而保护了模块。这样一来，改造后的系统便可保证原有系统既正常又的工作。系统的改造电路如图3所示。图3中:R1=500Ω，R2=170Ω，模块输出为高电平时，红/绿灯电压约为3V，没有过其门槛电压，不导通;输出为低电平时，红/绿灯电压约为7V，正常工作。
·继电器电路改造

图3 红/绿灯电路部分改造

对系统中继电器电路部分的改造相对简单多了。和红/绿灯电路改造步骤一样，直接在电路中串连一个电阻，在1k~5k之间。实验结果表明:只要在每路输出电路中串连一个1.2kΩ的上拉电阻，这样在此路信号为高电平的时候，模块中单路电流才会很小，控制在24mA之内不会过模块的限流电流值，即可保证原系统此类继电器输出部分即正常又的工作。其改造电路如图4所示。

图4 继电器电路部分改造

至此基本完成了对原有控制系统的高密度I/O单元的改造，在红/绿灯的改造过程中我们可以发现模块的单路电流都接近其单路电流的限流值，考虑到模块的性、使用寿命以及优化控制系统的思想，在接线过程中就将4路红/绿灯信号分散到了模块的不同的公共端。

4 系统软件造
      对系统的硬件改造在实质上并没有改变原有系统软件的控制思想，所不同的是，系统的硬件改造中所引用的高密度I/O单元都是特殊功能模块，输入输出点的表示有所不同，在改造过程中需要将原有地址和现有地址一一对应进行改造;同时，还需要注意的是OD215是采用负逻辑的方式输出的，在原有PLC程序中需要对其作出相应的调整。在原有由组态王开发的系统实时监控画面也需要修改原有程序中的某些地址以满足对现有系统的实施监控的目的。

5 结束语
      在确定了对系统进行改造的方案以后，通过一段时间的硬件连接、软件造以及调试，系统已经能够达到如期的控制效果，并能有效地实现控制任务。同时有效利用了实验室现有资源，说明了在某些系统中引入高密度控制单元的可行性并体现了控制系统的控制水平。