西门子中国代理商-触摸屏总代理商价格
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产品描述

产品规格模块式包装说明全新

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一、 概述

        锅炉是目前城市的主要空气污染源,尤其是在北方城市,烟筒林立的现象仍然存在。改善这种情况的方案之一是拆除那些设备陈旧、效率低、污染大的小锅炉房,合并成大锅炉房实行集中供热,并采用计算机控制、变频器等技术,从而有效地减少污染,提率,节约能源,同时也可以提高供暖质量,目前很多城市在实施这一方案。
  某高校原有四台个小锅炉房,现改造合并成一座大锅炉房,新建四台锅炉,其中一台15 吨蒸汽锅炉,三台20 吨热水炉,负责全校教学区,宿舍区,家属区的供暖任务,以及食堂,浴池等的供汽任务。我们结合多年设计锅炉控制系统的经验,为新锅炉系统设计了热工控制部分,锅炉的鼓风,引风,炉排,以及供暖循环泵等都采用变频调速控制,锅炉系统则采
用自行设计的计算机集散控制系统,实现了供暖锅炉的现代化控制与管理。本文介绍此
集散控制系统的设计与实现。

二、 系统总体结构

    锅炉系统工作在高温高压条件,有一定的危险性,对控制系统的性要求高,因此在系统结构上,我们采用了集散型控制系统的方案。系统主要由现场控制层、车间监控层和企业管理层三个层次构成。选择研华Adam5511 软PLC 做现场控制单元,每台5511 完成一台锅炉的控制任务;监控层采用奔腾III 工业控制机做上位机操作站,显示实时数据以及操作画面;系统设置有数据库服务器及WEB 服务器,管理人员可以通过internet 浏览锅炉的实时和历史数据,并据工程师站控制站1 控制站4 控制站5操作站1 操作站2 服务器RS-485至企业网及internet以太网1#炉4#炉公共部分此进行系统的运行优化等工作,构成了系统的管理层。现场控制站与操作站之间采用RS485 总线,MODBUS 协议通讯;操作站、工程师站及服务器之间采用以太网连接。整个系统性高,同时又具有的控制与管理功能,而其成本较采用进口DCS 低一倍以上,因此是类似系统的方案。系统的总体结构如图1 所示。 PLC

PLC


 
图1 系统总体结构

三、系统功能设计

1) 车间监控层及管理层
    监控层设置两台(或多台)操作员站、一台工程师站,一台服务器。操作员站采用研华奔腾III 工业控制微机,主要用于锅炉系统的数据显示及进行控制操作,工程师站采用奔腾IV 微机,用于进行系统参数设定及系统维护。
    操作员站的主要功能是提供给锅炉系统操作人员一个直观方便的人机界面。系统可具有两个或两个以上的操作员站,他们具有同样的功能并互为备用。操作员站设置有如下显示画面。
􀁺 流程画面:将现场控制站采集的现场数据及工艺参数显示在流程图的相应位置上,通过动画直观的显示锅炉运行状态及各种实时数据。操作人员可根据此画面了解整个锅炉系统的运行情况
􀁺 工艺参数画面:以数据表格的形式实时显示各工艺参数与对应的名称,单位,同时可显示对锅炉耗煤量,产汽(供热)量,用水量等的计算和累积结果。


􀁺 调节画面:将系统各控制回路的运行状态和有关参数以调节棒图的形式显示出来。可以显示回路的手自动状态。操作人员利用键盘或鼠标方便的对各控制回路,的控制参数进行再线修正。
􀁺 报警画面:用于记录何时何地有何报警,以便有关人员查询,同时实现连锁控制
􀁺 历史趋势画面:用于记录系统主要工艺参数的长期历史趋势数据,以曲线的形式显示出来,可为分析系统运行情况及效率,查找故障等提供依据。工程师站除具有操作站的全部功能外,还具有参数设定与修改,系统维护等功能。可设定系统的各模拟量测量点的标度变换系数、热电阻、热电偶的线性化参数、孔板流量计算参数、给煤量计算参数、锅炉及供热热效率参数、各控制回路组态参数、及
PID 参数等。工程师站负责系统的打印任务,可打印即时报警,历史报警记录以及锅炉运行日志和历史数据表格等。
  系统通过Web 服务器将锅炉系统数据及工艺参数送至校园网或企业内部网,使有关可从内部网上看到锅炉系统的运行状况,并可实现系统的远程诊断和维护。管理层实现的管理功能,位于企业厂长经理室,可通过internet 浏览系统的运行数据,监视系统的运行状态,对系统的运行进行计算统计和优化等。工程技术人员或企业无论出差何地,都可查看系统数据,甚至进行系统维护。
2)现场控制层
    现场控制层采用研华公司的产品,称为软PLC 的 Adam5511. 这是一种模块化的工业控制机,固化有dos 操作系统,支持C 语言编程,支持Modbus 通讯协议,每台锅炉由一台Adam5511 负责对其进行数据采集及控制,另有一台Adam5511 负责系统公共部分的数据采集及控制。每台Adam5511 配置16 点模拟量输入,4 点模拟量输出,16 点开关量输入输出。可采集16 点锅炉运行现场数据,组成4 个闭环控制回路。分别控制蒸汽锅炉的水位、汽压、炉膛负压,鼓风四个回路或热水锅炉的出水温度、炉膛负压及鼓风三个回路。

四、系统软件

    系统的操作站软件采用了中文工控组态软件MCGS 设计,MCGS 是全中文工业自动化控制组态软件, 可稳定运行于bbbbbbs95/98/NT 操作系统,集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与、网络、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身,使生成的系统图文并貌,运行稳定。
    系统的现场控制站的软件采用Turbo C3.0 设计,软件采用模块化的设计方法,它以实时数据库为,各种数据采集、处理、运算以及控制功能都设计成功能块的形式,系统的实时数据以及各功能块参数都存于实时数据库中,各功能块通过实时数据库交换数据。可通过在上位机进行组态然后下载 PLC资料网
组态参数至5511 中构成新系统。控制站与操作站之间采用modbus 协议交换数据。

五、 锅炉系统控制回路

    锅炉是一个复杂的控制对象,其控制回路非线性严重,同时控制回路之间有耦合,因此系统采用智能变形PID 算法,配和前馈等控制方法实现对锅炉个回路的控制。
    小型蒸汽锅炉的控制回路主要包括蒸汽压力、汽包水位、炉膛负压和鼓风控制回路;热水锅炉则包括出水温度、炉膛负压和鼓风控制回路。
    锅炉的蒸汽压力(或出水温度)以及炉膛负压、鼓风控制回路构成锅炉的燃烧控制系统其控制方案是采用蒸汽压力或出水温度为主调量,通过调整炉排转速使蒸汽压力或出水温度尽快达到给定值,同时配合风-煤配比控制鼓风量达到经济燃烧,炉膛负压回路则将炉膛内的压力保持在微负压。
    热水炉的出水温度设定值跟随室外温度的变化自动修正,使用户室内的温度保持恒定,同时实现经济供热。温度设定曲线可根据不同供热时期有所变化改变。锅炉水位控制回路使锅炉水位保持恒
定,由于锅炉水位受蒸汽负荷的影响较大,容易产生水位,因此给水控制回路引入蒸汽流量及给水流量前馈控制的三冲量控制方案,以水位的影响。 PLC
    除常规控制回路外,对锅炉燃烧控制系统,我们还设计了自动寻优算法。锅炉运行过程中,寻优程序将根据计算出的锅炉热效率以及燃烧情况,自动调整锅炉的风煤配比,使燃烧达到,从而实现节煤和减少污染的目标。

六、 结束语

    本文设计的集散型锅炉微机控制系统经实际使用,达到了设计要求。该系统的使用使城市小区供热锅炉的控制与管理达到了新的水平,可显著提高供热系统的运行效率以及供热效果,在节约能源,减少城市污染方面效果显著。根据运行结果初步统计,供热锅炉使用变频器及本文设计的集散
微机控制系统后,可以节电30-40%,节煤3-5%,一年就可收回投资成本,是城市集中供热计算机控制系统的方案。



引言
随着电子技术的发展,可编程序控制器(PLC)已经由原来简单的逻辑量控制,逐步具有了计算机控制系统的功能。在现代工业控制中,PLC 占有了很重要的地位,它可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。在许多行业的工业控制系统中,温度控制都是要解决的问题之一。如塑料挤出机大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制,存在控制精度低、调量大等缺点,很难生产出高质量的塑料制品。在一些热处理行业都存在类似的问题。为此,设计了较为通用的温度控制系统,具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。系统采用罗克韦尔SLC500系列PLC,通过PLC串口通信与计算机相连接,界面友好、运行稳定。
1 系统构成
基于PLC的温度控制系统一般有两种设计方案,一种是PLC扩展热电阻或热电偶温度模块构成,另一种是PLC扩展通用A/D转换模块来构成。
1.1 扩展热电阻/热电偶模块
在SLC500控制器扩展模块中,有集温度采集和数据处理于一身的智能温度模块—热电阻/电阻信号输入模块(1746-NR4)。在此模块中温度模拟量产生对应的16位A/D数字值,其对热电阻变送的温度信号的分辨率约为1/8度,控制器在数值处理中可以直接使用模块的转换值,在硬件级电路上作其他处理。热电阻温度模块的使用十分方便,只需要将热电阻接到模块的接线端子上,不需要任何外部变送器或外围电路,温度信号由热电阻采集,变换为电信号后,直接送人温度模块中。热电偶/毫伏输入模块(1746-NT4)的功能与热电阻/电阻信号输入模块(1746-NR4)类似。系统如图1所示。


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图1 扩展温度模块的温控系统
1.2 扩展通用A/D模块
在PLC温度控制系统中,可以用通用模拟量输入输出混合模块构成温度采集和处理系统。通用A/D转换模块不具有温度数据处理功能,因此温度传感器采集到的温度信号要经过外围电路的转换、放大、滤波、冷端补偿和线性化处理后,才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。SLC500系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块有—2路差分输入/2路电压输出模块(1746-NIO4V),其A/D转换为16位。由A/D转换模块构建的温控系统不但需要外加外围电路,而且其软件和硬件的设计也比较复杂。系统如图2所示。

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图2 通用A/D转换模块温控系统
2 输入输出控制
比较而言用温度模块1746-NR4构建的PLC温控系统具有较好的控制效果。SLC500控制器的输入通道中一个热电阻模块多可以接4个温度热电阻温度传感器。输出通道为模拟量输出模块(1746NIO4V),其输出信号是电压信号,可以通过电压调整器控制电源的开度(即一周期内的导通比率),从而控制电源的输出功率。
在被控对象要求较高的控温精度时,SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令进行PID控制算法的研究。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法:
输出=Kc[(E)+1/Ti∫(E)dt+Td·D(PV)/Dt>+bias
程序设计时,输入PID指令后,要输入控制块,过程变量和控制变量的地址。对于SLC500 PID指令,过程变量(PV)和控制变量(CV)两者的量度范围为0到16383。在使用工程单位输入时,把用户的模拟量范围整定在0-16383数字量度范围之内,为了实现这个目的,需要在PID指令之前使用数值整定指令(SCP指令)进行整定。整定原理如图3。

  PLC


图3 数值整定原理
整定了PID指令的模拟量I/O范围,用户就能输入适用的小和大的工程单位。过程变量,偏差,设和死区将在PID数据监视屏上以工程单位显示。图4为PID指令的设置界面,表1为PID指令各参数的说明。

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图4 PID模块在线参数设定与标志位

表1 PID模块参数说明

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一般温控系统的控制算法可以采用分段式PID控制,即在系统工作的大多数时间内,为PID控制,其参数由10%电源开度下的温度飞升曲线测得。在温度响应曲线的由初态向设的上升段过程中,大致采用三段控制。置电源为满开度,以大的功输出克服热惯性;接下来转入PID控制;接近设时置电源开度为0,提供一个保温阶段,以适应温度的滞后温升。基于以上要求,PID指令各参数可设置如表2所示。表2 PID模块参数设定
温控系统中热电阻模拟量输入模块的电压信号范围一般是0—4124,SCP指令把它整定为0—16383的工程单位,将其值放入PV(过程变量)的内存地址N7:38中,把控制输出值放入N7:39当中。后用MOV指令把N7:39中的过程变量传递到1746NIO4V模拟量输出模块中。控制效果如下:(1)SP-PV≥50时,输出值为大值32767,使电压调节器开度大,即给加热器大电压供电,使被测对象温度快速上升。(2)SP-PV>-30和SP-PV<50时,输出为PID控制输出,此范围为PID参数调节的范围。(3)SP-PV<-30时,输出值为小值0,电压调节器开度为零,即停止加热。
3 显示扩展
PLC控制系统显示界面比较单调,一般是通过观察控制柜上的指示灯或PLC的LED灯来了解控制器状态,但对于温控系统这样的显示是不够的,需要采用数码管显示或PC显示。
采用数码管显示时,可以选用ZLG7289A芯片[4>,它与控制器采用3线串行接口,只需要占用SLC500的3个输出点,可以驱动8个LED数码显示管,同过级联可以扩展数码显示管的数量,实现多段实时温度显示。SLC500与ZLG7289A的连接如图5所示。


PLC



图5 ZLG7289A与SLC500及显示器的接口
图5中CS为片选输入端,此脚为低电平时,可向芯片发送指令;CLK是时钟输入端,;DATA是串行数据输入端,串行数据在时钟CLK的上升沿有效。8个段驱动信号SEG接每个显示器的段,8个位驱动信号DIG0—DIG7分别接显示器的共阴公共地。
SLC500有RS232通信口,可以通过电缆与PC机相连。通过Rsview32软件的组态,PC机可以动态显示PLC传送的温度采集数据,还可以通过联网对多台PLC进行网络监控。
4 PLC与PC通信设计
4.1 PLC数据包的信息格式
SLC500与上位机进行数据交换是以二进制字节数据进行,它包含四种主要命:读命令,代码:01H;响应读命令,代码:41H;写命令,代码:08H;响应写命令,代码:48H[5>。故PLC数据包的信息格式如图6所示:


PLC



图6 PLC数据包的信息格式
DST:一个字节,信息接收方的节点号或文件号;
SRC:一个字节,信息发出方的节点号;
CMD:一个字节,命令类型如01H,41H,08H或48H;
STS:一个字节,通信状态,表示通信有无错误或错误类型,0为无错误;
TNS:二个字节,信息包的业务批号,可作为本信息的识别编号;
Addata:地址/字节数/数据,具体内容由不同的命令类型决定。
PLC与PC机的数据通信采用自由端口通信模式,参数设置成为波特率9600bps,每个字符8位数据,无奇偶校验。采用主从式通信协议,PC机为主机,只有PC机有权主动发送报文,PLC则采用报文接受数据。用RSLogix500软件对SLC500的串口进行如下设置:
1) set the module for full duplex BSC (DF1 full duplex)
2) set the module for bbbbbded response
3) set detect for automatic
4) disable duplicate packet detect
5) set the baud rate for 9600.
4.2 PC机程序
PC机采用VB编程,主要有监控界面、当前温度显示、动态温度曲线显示、温度数据库管理、参数设置以及与PLC通信等方面的设计。通信参数设置程序如下:
With MSComm1 //通信参数设置
CommPort=1 //通信口COM1
Settings=“9600,年n,8,1” //波特率9600bps,无奇偶校验,8位数据,1位停止
bbbbbLen=2 //一次读取2个字节
bbbbbMode= comLnputModeBinary // 二进制数据格式
PortOpen=Ture //打开通信端口
End With
PC机采用中断方式接受SLC500传来的实时温度。即串口收到数据,VB通信控件会触发OnComm事件,在OnComm事件程序中接受数据并处理。一个温度数据为16位两个字节,SLC500传送温度数据时,按报文传送格式高低字节正好相反,因此,VB程序要对接收的数据进行处理,并按照SLC500温度采集的精度(1/8度)转换成温度值用于显示[6>。
5 结束语
本系统设计使用了PLC的热电阻温度采集模块,在上位机的控制下,对工业现场的温度进行实时的采集和监控。本文作者的点是,采用了罗克韦尔的SLC500控制器来实现整个系统的设计,并编程实现了SLC500控制器与计算机串口的实时通信。由于PLC可以适应环境恶劣的工业现场,故其使用范围十分的广泛。


介绍了一种替代水塔供水的基于PLC的恒压供水系统的构成和工作原理。系统采用变频 调速方式自动调节水泵电机转速或加、减泵。改变以往“先启后停”方式,自动完成泵组软启动及无冲击切换,使水压平稳过渡。变频器故障时系统仍可运行,保证不间断供水。系统断电恢复后可自启动。采用硬件/软件备用及钟控功能,使各泵进行轮休,延长了设备的机械使用寿命。
引言

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高,变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统,广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而,由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备(如水泵),在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统,是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中,根据尽量保留原有设备的原则设计的,该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题,既体现了变频控制恒压供水的技术优势,同时有效的节省了资金。

1 系统介绍

变频恒压供水系统原理如图1所示,它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。 字串5
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通过安装在出水管网上的压力传感器,把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器,经运算与给定压力参数进行比较,得出一调节参数,送给变频器,由变频器控制水泵的转速,调节系统供水量,使供水系统管网中的压力保持在给定压力上;当用水量过一台泵的供水量时,通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速,实现恒压供水。当供水负载变化时,输入电机的电压和频率也随之变化,这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器,使其具有定时换泵运行功能(即钟控功能,由时间控制器实现)和双工作压力设定功能(PID控制器和时间控制器实现)。此外,系统还设有多种保护功能,尤其是硬件/软件备用水泵功能,充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。

正常情况(无泵检修)时,各泵的运行顺序为1#,2#,3#,4#。

2 工作原理

2.1 运行方式

该系统有手动和自动两种运行方式:

⑴. 手动运行

按下按钮启动或停止水泵,可根据需要分别控制1#-4#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。 PLC

⑵. 自动运行

合上自动开关后,1#泵电机通电,变频器输出频率从0Hz上升,同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号,经运算与给定压力参数进行比较,将调节参数送给变频器,如压力不够,则频率上升到50Hz,1#泵由变频切换为工频,启2#变频,变频器逐渐上升频率至给定值,加泵依次类推;如用水量减小,从先启的泵开始减,同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

若有电源瞬时停电的情况,则系统停机;待电源恢复正常后,系统自动恢复运行,然后按自动运行方式启动1#泵变频,直至在给定水压值上稳定运行。

变频自动功能是该系统基本的功能,系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

2.2 故障处理

2.2.1 故障报警

当出现缺相、变频器故障、液位下限、压、差压等情况时,系统皆能发出声响报警信号;特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、压时,系统还会自动停机,并发出声响报警信号,通知维修人员前来维修。此外,变频器故障时,系统自动停机,此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

2.2.2 水泵检修

为维护和检修水泵,要求在系统正常供水状态下,在一段时间间隔内使某一台水泵停运,系统设有水泵强制备用功能(硬件备用),可随意备用某一台水泵,同时不影响系统正常运行;为了使水泵进行轮休,系统还设有软件备用功能(钟控功能,由时间控制器实现),工作泵与备用N泵具有周期定时切换功能,周期间隔由时间控制器设定:1小时每次~96小时每次连续可调。 3 PLC控制系统 PLC

该系统采用的是欧姆龙可编程序控制器SYSMAC CPM2A系列,I/O点数为60点,PLC编程采用OMRON CX-Programmer,它是Omron PLC的32位视窗软件支持工具,提供完整的编程环境,可进行离线编程和在线连接和调试,并能实现梯形图与语句表的相互转换。为了提高整个系统的性价比,该系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、定时切换、软起动、循环变频及故障的报警等,而电机转速、水压量等模拟量则由PID调节器和变频器来控制。

泵组的切换示意图如图2。开始时,若硬件、软件皆无备用(两者同时有效时硬件),1#泵变频启动,转速从0开始随频率上升,如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值,延时一段时间(避免由于干扰而引起误动作)后,1#泵切换至工频运行,同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz,2#泵变频启动,如水压仍不满足,则依次启动3#、4#泵,泵的切换过程同上;若开始时1#泵备用,则直接启2#变频,转速从0开始随频率上升,如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值,延时一段时间后,2#泵切换至工频运行,同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz,3#泵变频启动,如水压仍不满足,则启动4#泵,泵的切换过程同上;若1#、2#泵都备用,则直接启3#变频,具体泵的切换过程与上述类同。 PLC

同样,若3台泵(设为1#、2#和3#)运行时,3#泵变频运行降到0Hz,此时水压仍处于上限值,则延时一段时间后使1#泵停止,变频器频率从0Hz上升,若此后水压仍处于上限值,则延时一段时间后使2#泵停止。这样的切换过程,有效地减少泵的频繁启停,同时在实际管网对水压波动做出反应之前,由变频器调节,使水压平稳过渡,从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。

以往的变频恒压供水系统在水压高时,通常是采用停变频泵,再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切工频的方式,但其容易引起泵组的频繁启停,从而减少设备的使用寿命。而在该系统中,直接停工频泵,同时由变频器调节,只要参数设置合适,即可实现泵组的无冲击切换,使水压过渡平稳,有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象,提高了供水品质。

4 注意事项

要使系统稳定的运行,有几个参数需特别注意:

⑴. 变频转工频开关切换时间TMC

设置TMC是为了确保在加泵时,泵由变频转为工频的过程中,同一台泵的变频运行和工频运行各自对应的交流接触器不会同时吸合而损坏变频器,同时为了避免工频启动时启动电流过大而对电网产生的冲击,所以在允许范围内TMC尽可能的小。⑵. 上下限频率持续时间TH和TL
PLC


变频器运行的频率随管网用水量增大而升高,本系统以变频器运行的频率是否达到上限(下限)、并保持一定的时间为依据来判断是否加泵(减泵),这个判断的时间就是TH(TL)。如果设定值过大,系统就不能的对管网用水量的变化做出反应;如果设定值过小,管网用水量的变化时就很可能引起频繁的加减泵动作;两种情况下都会影响恒压供水的质量。

5 结束语

在供水系统中采用变频调速运行方式,系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵,使供水系统管网中的压力保持在给定值,以求大限度的节能、节水、节地、节资,并使系统处于运行的状态,实现恒压供水;减泵时采用“先启先停”的切换方式,相对于“先启后停”方式,能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命;同时针对所用四台泵均已使用多年、需要定期进行检修的实际情况,增加了硬件/软件备用功能,有效延长了设备的使用寿命;压力闭环控制,系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定,大大提高了供水品质;变频器故障后仍能不间断供水,同时实现故障后自启动,具有一定的性。目前该系统已投入使用,效果明显


本工程主要处理发电厂产生的混合污水(其中主要为电厂的工业污水和经过生物二级处理后的生活污水),通过管道输送到调节水池。
控制水平:满足工艺要求的热备系统。系统可以实现全自动控制,要求通过可编程控制器和上位计算机实现。
系统范围:整个系统所有的设备、仪表、电机、阀门等控制对象。

二、污水处理系统总要求
1.处理水量:Q≥400m3/h(其中工业污水:310 m3/h,生活污水:75 m3/h)
2.含油 : ≤300ppm
3.供水方式:连续供水
4.控制方式:全自动控制

三、工艺流程
1. 污水处理工艺流程:

混凝剂
污水来水?格栅?调节池?污水提升泵?气浮池?中间水池1?污水提升泵
混凝剂
?澄清池?中间水池2 ?污水提升泵?无阀滤池?清水池
2.污泥处理工艺流程:
脱水剂
气浮池、澄清池来污泥?污泥池?污泥提升泵?污泥浓缩器?污泥螺杆泵?带式压滤机?泥饼外运

四、控制系统概述
1.自动控制系统
本污水处理工程的控制系统采用开放式的射线式结构,主要由MCC柜、西门子PLC及闽台研华工控机组成
MCC柜安装在废间里,上位机、PLC柜放在控制室内。MCC柜将动力回路连接到设备,在MCC柜上可以实现对所有控制对象的现场手动控制。PLC柜里安装了控制系统的部分---PLC(可编程控制器),能实现整个系统的全自动控制。上位机是工业级计算机,通过以太网交换机与PLC交换数据,实施系统的远程监视和控制功能。系统中的水箱液位,水泵压力 ,阀门位置,水泵运行、故障等信号,都通过控制电缆一一对应至PLC的输入端。其中电动阀门开、关到位,水泵运行、故障信号等为数字量,水箱液位、流量计等连续变量为4-20mA模拟量。全系统共设有298个数字输入点、44个模拟输入点、146个数字输出点、4个模拟输出点。
2.PLC控制系统
该系统的重要部分是PLC控制系统,它的好坏将关系到整个系统的成败,因此本系统的PLC主要选用的是西门子S7-400H系列模块,它是西门子提供的新冗余PLC,由于它是SIMATIC S7家族的一员,这意味着S7-400H拥有所有SIMATIC S7具有的性。(需要)

根据工艺和业主的要求,PLC控制系统采用的是主、从站结构,由一个主站、三个从站和一个PC站(上位机)组成。用S7-400H系列模块做主站,S7-300系列模块作从站,主站通过PROFIBUS总线电缆和接口模块与从站通讯,这样的构架既保证了PLC系统的性又为用户节省了成本。主站是由一个支持冗余的底板和两套S7-400H系列电源模块、CPU模块、以太网模块组成,模块支持热插拔。从站是 ET200M站,ET200M是在工业现场经常使用的PROFIBUS DP分布式从站,ET200M从站由一个有源总线模板的导轨、2个IM153接口模块、若干块S7-300系列的模块(PS电源模块、I/O模块、CP通讯模块、FM功能模块)组成,从站的模块也支持热插拔。(需要)

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2.1系统要求:
系统可利用率不 99.9%。
系统精度:输入信号为±0.1%(高电平), ±0.2%(低电平);输出信号为±0.2%。
抗干扰能力:共模电压为250V;共模抑制比90dB;差模电压为60V;差摸抑制比为60dB。
数据库刷新周期≤1s。
CRT画面刷新周期≤1s(复杂画面≤2s)。
CRT画面及数据对键盘指令响时间≤1s。
从键盘发出操作指令到通道板输出或返回信号从通道板输入至CRT上显示的总时间为2.5s。
控制器工作周期,模拟量控制≤0.25s;开关量控制≤0.1s。
忙时,控制器CPU负荷率≤60% ,操作员站CPU负荷率≤40%。
内部存储器占用容量≤50%,外部存储器占用容量≤40%。
I/O点裕量为15%。I/O卡槽裕量为15%。
PLC内部通讯总线的负荷率≤30%。
电气模拟量输入采样周期≤50ms, 非电气模拟量输入采样周期≤200ms,开关量采样周期≤100ms。
2.2硬件配置:
(1)配备有一个主机架,主机架上有电源模块 PS 407 10A 2块、CPU模块 CPU 414-4H 2块、以太网模块 CP 443-1 2块。CPU模块具有大型的程序存储容量,考虑了40%的备用量,存贮器采用闪存(FLASH RAM)技术;模块上有PROFIBUS-DP主/从接口,可以配置成分布的自动化结构,易于今后的系统扩展。过程控制、监视和用所需的故障诊断等,所有功能设置于可编程控制器内。这些功能包括下列内容: 实时钟和日历、继电器和锁存继电器、过渡触点、计时器、计数器、算术运算、逻辑功能、移位寄存器等。智能化的诊断功能连续监控系统工作是否正常,并记录错误和特殊系统事件。
PLC

(2)接口模块采用IM153-2,共6块,用于多机架配置中主机架和扩展机架之间的连接,可扩展多个机架,各机架之间的大距离为10米。
(3)配备有三个机扩展机架,扩展机架上有电源模块、接口模块和信号模块,其中数字量输入模块11块、输出模块5块,模拟量输入模块7块、输出模块1块。数字量输入/输出模块能自动诊断无编码器电源、无内外部辅助电压、模块参数错误、错误、EPROM故障、过程报警信息丢失等;模拟量输入模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、共模故障、短线、测量范围溢出等故障;模拟量输出模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、对地短路等故障。
2.3软件配置:
(1)PLC编程软件是西门子公司新推出的SETP7 V5.3,组态软件选用的是北京三维力控科技有限公司新开发的PCAuto 3.62 SP2。由于是在标准的bbbbbbs操作系统下运行,又有在线帮助功能,学习掌握方便。
(2)口令保护,多机口令保护可以使用户高度、有效的保护其技术秘密,防止未经允许的复制和修改。
3.PC工控机
PC工控机在系统中是PC站,它即可作为工程师站对PLC和组态软件进行编程,编程完毕后,又可作为操作员站监控系统的运行。PC工控机选用的是闽台研华产品,配置为P4/1.7G/40G/256M,三星21” 彩显(CRT),PC机上装有(bbbbbbs2000、2002、WORD、EXCEL等基本软件,还装有编程软件SETP7 V5.3、通讯软件SIMATIC NET 6.2和组态软件北京三维力控PCAuto 3.62。工控机系统由1000VA UPS供电,它的232串口通过MPI适配器连接S7-400PLC的编程口。打印机使用是惠普公司的LaserJet 3500 型彩色打印机。
PLC

4.网络结构
工厂采用的是联网集中控制,本工程是工厂整个系统控制网络的一个子系统,工业污水处理站控制系统作为整个系统控制网络的一个子站,因此留有满足上层网络要求的软、硬件通讯接口(如以太网和PROFIBUS DP接口),并提供了联网所需的软件(如通讯软件SIMATIC NET 6.2)和硬件(如以太网交换机)。
工控机和PLC之间采用的是小型工业以太网络,西门子PLC与上位机之间采用的是TCP/IP协议,使用以太网交换机连接PC机和PLC,既可编制程序,还可通讯、监控,并带有OPC接口。系统完成调试投入正常运行后,工控机挂接的以太网,可与任一台装有组态软件,并带有OPC功能的计算机相连接,PLC控制程序的组态和修改也可在业主方水处理系统集中控制网络的工程师站上进行,并通过通讯网络在线下载到工业污水处理控制系统的PLC中,实现整个系统的联网集中控制。
5.PCAuto 3.62软件的主要功能及特性
PCAuto 3.62是北京三维力控科技有限公司的新版组态软件。它的大特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成,提供了良好的用户开发界面和简洁的工程实现方法,只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”,便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,缩短了自动化工程师的系统集成的时间,大大的提高了集成效率。它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯,与高的工控计算机和网络系统结合,便可以达到集中管理和监控的目的,同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口,实现与“三方”的软、硬件系统的集成。(需要) PLC

5.1与国内外同类产品相比,PCAuto 3.62组态软件具有以下特点:
(1)全中文、可视化、面向窗口组态开发界面,符合中国人的使用习惯和要求。真正的32位程序,支持多任务、多线程、可运行于Microsoft bbbbbbs95/98/Me/NT/2000/XP等多种操作系统;
(2)庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持,使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面;
(3)全新的ActiveX动画构件。包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、多行文本、通用棒图等、使您能够方便、灵活地处理、显示生产数据。
(4)支持目前绝大多数硬件设备,同时可以方便地定制各种设备驱动;此外特的组态环境调试与灵活的设备操作命令相结合,使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。
(5)简单易学的类Basic脚本语言与丰富的策略构件,使您能够轻而易举的开发出复杂的流程控制系统。
(6)强大的数据处理功能。能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理,使您能够在时间获得有关现场情况的手数据。
(7)方便的报警设置、丰富的报警类型。报警存贮与应答,实时打印报警报表,以灵活的报警处理函数,使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。 PLC资料网
(8)完善的机制。允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外,PCAuto 3.62还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能,以保护组态的成果。
(9)强大的网络功能。支持TCP/IP、Modem、485/422/232,以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
(10)良好的可扩充性。可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制,方便地扩展PCAuto 3.62组态软件的功能,并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
(11)提供了WWW浏览功能,能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内,只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面,实时和历史的生产信息,包括历史趋势、生产报表等等,并提供完善的用户权限控制。
5.2组态软件的功能
(1)软件功能:主要指软件的要求,它是基于多、多平台、实时性好、开放性好的集成软件包。标准画面和用户组态画面均汉化,汉字符合。
操作员站的基本功能如下:
监视系统内每一个模拟量和数字量
显示并确认报警,并提供操作指导
建立趋势画面并获得趋势信息
打印报表 PLC
控制驱动装置
自动和手动控制方式的选择
调整过程设定值和偏置等
设备和网络系统故障诊断和状态监视功能
工程师站的基本功能如下:
程序开发
系统诊断
控制系统组态
数据库管理和维护
画面的编辑及修改 (2)显示功能:具有多窗口的PID图、报警画面、趋势图、指导画面、控制画面、参数修改画面、故障诊断画面、动态画面等各种监视画面。调用任一画面的击键次数不大于3次,任何CRT画面均能在1秒的时间内显示出来。任何操作指令均在1秒或短的时间内被执行。
(3)功能:分别设定操作员和系统管理员的进入口令。在运行环境下,屏蔽WORD2000所有热键,从而锁定系统自由进出。系统受电后自动恢复运行状态。设定操作站的级来保证控制室内操作站与现场人机接口同时操作的性。
(4)历史数据管理:可对所有采集数据任意设定存取间隙和存取方式。
(5)打印报表:可按用户定义的报表格式进行定时、报警和随机打印。
(6)事件记录:事件和内部时钟可按时间顺序区分和管理,并可及时显示和打印。
定期记录包括交接班记录、日报、和月报。对交接班记录和日报,系统在每一小时的时间间隔内,提供400个预选变量的记录。而对月报,则在每的时间间隔内,提供400个预选变量的记录。在每一个交接班后,或每结束时,或每一个月结束时,自动进行记录打印。或根据运行人员指令召唤打印。
系统记录运行人员在水系统集中控制室进行的所有操作项目及每次操作的时间。通过对运行人员操作行为的准确记录,可便于分析运行人员的操作意图,分析事故原因。 PLC资料网
(7)监控TAG及调试:采用结构化TAG定义。既可通过TAG定义随时修改每个测点的有效状态、报警管理、历史数据、死区与PLC通讯参数等,同时按修改数据库的TAG值来执行调试操作。
(8)在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等,均能通过网络加载到操作员站。各程控系统PLC控制程序的组态和修改可在网络控制系统的工程师站上进行,并通过网络下载到程序控制系统的PLC中。通过网络,工程师站能调出系统内任一PLC站的系统组态信息和有关数据,还可以将组态的数据从工程师站下载到各PLC站和操作员站。此外,当重新组态的数据被确认后,系统能自动地刷新其内存。
(9)控制操作功能
可按组态通过鼠标画面上的对象进行开关或增减操作。控制系统采用程控、远控、就地控制相结合的方式,对于电动门、气动门、泵、风机等控制对象除了在控制室进行远方控制外,还保留就地操作手段。
在远控手动方式下操作员启停电动机、开关阀门及其它设备时,CRT画面提供操作指导。现场设备故障,影响程控继续,在满足相关约束下,运行人员干预可进行跳步操作。 设备处于就地操作方式时,上位机操作无效。
(10)系统状态显示功能
系统能在系统诊断画面上显示网络系统中的控制设备的运行状态、CPU负载、电源负载、网络通讯负载等诊断信息。设备故障时具有声光报警提示。
系统能在系统诊断画面上显示网络系统中的控制设备的运行状态、CPU负载、电源负载、网络通讯负载等诊断信息。设备故障时具有声光报警提示。
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5.3画面设计原则
(1)按照工艺流程图设计CRT画面,设有足够的幅数以保证工艺系统和控制对象的完整性及能详细反映所控系统的运行和控制状况。
(2)可显示系统内所有的过程点,包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。
(3)对显示的每一个过程点,以中文显示其标志号(通常为Tag)、数值、性质、工程单位、高低限值等。
(4)运行人员可通过键盘,对画面中的任何被控装置进行手动控制。画面上的设备正处于自动程控状态时,模拟图上反映出运行设备的新状态及自动程序目前进行至哪一步。若自动程序失败,则有报警并显示故障出现在程序的哪一步,且可切换到自动顺序逻辑原理图,显示条件满足情况。
(5 )CRT画面能分别显示系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态,也能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时,设备符号闪烁进行显示。键盘的操作有触感、有声音反馈,反馈的音量大小可以调整。
(6)采用多层显示结构,显示的层数根据工艺过程和运行要求来确定。多层显示包括功能组显示和细节显示。
功能组显示可观察某一功能组的所有相关信息,可采用棒状图形式,或采用模拟M/A站(功能块)面板的画面,面板上有带工程单位的所有相关参数,并用数字量显示出来。功能组显示包含过程输入变量、报警条件、输出值、设定值、回路标号、缩写的文字标题、控制方式和报警值等。 PLC资料网
细节显示可观察以某一回路为基础的所有信息。对于调节回路,至少显示出设定值、过程变量及过程变量曲线、输出值、运行方式、高/低限值、报警状态、工程单位、回路组态数据等调节参数。
(7)报警显示
系统若确认某一点越过预先设置的限值,CRT屏幕显示报警画面,并发出声响信号 。
报警区别于其它级别的报警方式,如采用弹出报警窗并发出不同于其它报警的声响信号。
报警显示按时间顺序排列,新发生的报警显示在报警画面的部,每个报警点可有三个不同的级,并且三种不同的颜色显示该点的Tag,加以区分。
若某一已经确认的报警再一次发出报警时,作为新报警再一次显示在报警画面的部,报警点的标签号颜色的改变能表示出该报警点重复报警的次数。
所有带报警限值的模拟量输入信号和计算变量均分别设置“报警死区”以减少参数在接近报警限值时产生的频繁报警。
在设备停运及设备启动时,有模拟量和数字量信号的“报警闭锁”功能,以减少不必要的报警。启动结束后,“报警闭锁”功能自动解除。“报警闭锁”不影响对该变量的扫描采集。
(8)操作窗口弹出后,可以方便地在窗口内对设备的参数进行修改或改变设备的运行状态,所进行的任何操作均在确认后方可生效。
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采用弹出式窗口操作的内容有:仪表、阀门、双项或多项选择开关、泵及马达的启停等。 选择项的设备进行操作时,由闪烁的红色边框(或设备提示符)给予操作人员提示,该操作后可连续操作。
(9)定义一些的功能键用于完成某个操作或快速调出一幅画面,从而简化操作程序,提高操作速度。
5.4监控画面的介绍
本系统的监控操作画面多达20多屏,包括:方便工人操作的监控画面和为软件工程师提供接口的整定画面;形象直观的模拟画面;易于统计抄表的参数画面;便于追查事故原因的历史趋势画面;提供技术分析信息的实时曲线画面等等。
画面分为两大类:操作员画面、工程师画面
操作员画面向操作人员了各种数据、曲线、功能键,显示内容丰富鲜明、操作简捷。系统中画面的组态编制有很多新颖之处,其中模拟画面中九个调节阀的阀位均可以从画面中翻板示意的角度来得知,并在阀旁边给出了三位有效数字(一位小数)的百分开度,形象、准确地反映了现场阀门的实际开度,使操作人员感到熟悉亲切;系统共有四台搅拌机,为了准确反映各搅拌机的运转情况,该画面中设置了搅拌机动态旋转叶片,运转的搅拌机其叶片在旋转,搅拌机停止时无叶片显示,故操作人员可以清晰明了的看到四台搅拌机的运转情况;因搅拌机的转速与变频频率成正比,所以搅拌机中的旋转叶片的转速随变频器的频率大小而改变,频率大时,旋转叶片转速大;频率小时,旋转叶片转速小,动态显示十分逼真;在整个系统管网的各个控制点均有相应的采集数字显示,真实的反映了各个控制点的瞬时值,总之,画面中各大管道走向明了,主体设备位置确切,工作状态形象生动,各种参数“就地显示”,整个系统运行工况集于一屏。 PLC
工程师画面:为软件工程师提供了进行系统整定的良好界面,是工程师在调试中进行参数修改和设定的重要环境,也是自控系统的。(需要修改)

操作员站运行监视具有数据采集、CRT画面显示、参数处理、越限报警、制表打印以及各系统PLC参数设置、设备监控、控制逻辑的修改、系统的调试等功能。对控制系统的组态不能影响系统的正常运行。
乙方提供用于控制的所有CRT画面 (包括模拟图、棒状图、趋势图、操作画面、报警画面及操作指导等),并按照甲方对控制网络的统一要求进行组态。组态软件具有良好的透明性和兼容性,以便于将其集成在集中控制室的操作员站上。乙方提供良好的软件和硬件接口,并无条件满足甲方为实现整体控制方案而要求乙方对其所提供的软件的。
CRT画面能分别显示工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态,也能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时,以不同颜色进行显示,并有音响提示。乙方按照系统工艺流程图设计CRT画面,设有足够的幅数以保证工艺系统和控制对象的完整性及详细反映出所控系统的运行和控制状况



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