上海西门子PLC模块触摸屏供应商

上海西门子PLC模块触摸屏供应商

对排灌站的8个并列格栅和4台水泵进行统一管理，实现设备全工作过程(抽水、清污、输送、挤压)的自动化控制，出现故障及时报警停机并自我诊断，确保其正常运转，这是设计自控系统的思路和初衷。捞污、挤压设备及自行设计的整套自动控制系统现安装于江苏省南京市的一个水利排灌站，同时也适用于其它**部门的泵站应用。
排灌设备主要由4台水泵、8台捞污机、2台输送机(水平和倾斜输送各1台)、1台污物挤压机和自控系统组成，湿落落的污物经设备处理后，变成干的块状垃圾，既可减少该站的污物存放场地(在城市尤为重要)，又能增加车辆装载量，减少运输次数和节约运输成本;同时可避免运输途中的抛撒、滴漏所造成的二次污染，有利于环境保护。

2  控制原理设计
该工程自控系统分手动、半自动、全自动间歇和全自动水位差等四种方式，操作人员可根据需要任选一种，四种控制方式实现互锁。
2.1  水泵
在自动状态下，水泵的开停由水位高度决定，当声波传感器测得的模拟量相当于6m水位时，水泵电机按顺序启动，开始抽水;当模拟量相当于4.5m水位时，水泵全部停止抽水。自控系统根据水量的大小做出判断，自动选择开启水泵的数量。
(1) 水泵1工作30min后还未达到模拟量相对应的低水位(说明水量较大)，系统自动开启水泵2。
(2) 水泵1、2同时工作30min后还未达到低水位(说明水量很大)，系统自动开启水泵3。
(3) 水泵1、2、3同时工作30min后还未达到低水位(说明水量特大)，系统自动开启水泵4。
(4) 水泵1工作30min后还过高水位(说明水量特大)，系统自动开启水泵2、3、4。
(5) 水泵过载时，热继电器将切断主电路，整套设备停止工作，同时做出水泵电流过载的声、光报警。
2.2  捞污机
(1) 格栅前后两个声波测得的模拟量相对应的水位之差大于等于300mm时(水泵在开启状态，否则就没有水位差)，自控系统通过模拟量比较，按顺序启动捞污电机开始回转捞取污物。
(2) 格栅前后水位差小于等于50mm时，捞污机全部停止工作。
(3) 捞污机采用双重保护，捞污机过载时，热继电器或磁性开关动作，切断主电路，整套设备停止工作，并做出捞污机电流或机械过载的声、光报警。
2.3  输送机
(1) 捞污机启动数秒钟后，自控系统启动输送电机，水平然后再向上倾斜输送污物。
(2) 输送机过载时，热继电器将切断主电路，设备停止工作，同时做出输送机电流过载的声、光报警。
2.4  挤压机
(1) 大推头动作 
箱内污物达到预定高度(可调，调节光电传感器的垂直角度)，2个光电传感器同时反馈信号，大推头进(水平初压)。
(2) 主压头动作 
大推头进限位开关动作，主压头下(垂直高压)，下压8s钟后，延时15s钟进行次挤压污水;主压头继续下(垂直高压)，下限位开关动作，主压头停留15s钟进行二次挤压污水。
(3) 二循环或三循环动作 
如果污物挤压得较松散，可选用“二循环”或“三循环”，挤压机对污物高压后，主压头和大推头复位，再把二批或三批污物与批一起挤压。
(4) 小门动作 
保压15s钟后，小门开(放料)，同时主压头上。
(5) 推头动作 
小门开限位和主压头上限位开关同时动作，小推头进将污物推至污物车。
(6) 复位动作 
小推头进限位开关动作，数秒钟后，小推头、主压头、小门、大推头按顺序复位。
(7) 挤压机过载时，压力继电器或热继电器动作，切断主电路，并做出挤压机油压或电流过载的声、光报警。
(8) 液压站采用双重油压保护，当污物初压或高压过程中遇到硬物卡住，压力继电器动作，切断主电路，并做出挤压机油压过载的声、光报警;若其失灵，则溢流阀动作，避免液压部件受损。

3  控制对象及任务分析
3.1  控制对象
采用西门子S7-200PLC主要控制水泵的4台电机、捞污机的8台电机、输送机的2台电机的开停和液压站的4个油缸的双向动作。
其中包括:
(1) 控制手动、半自动、全自动间歇和全自动水位差等四种运行方式。
(2) 控制14台电机分别完成抽水、捞取污物、输送污物等动作。
(3) 控制液压站电机完成复位、水平初压、垂直高压、放料、出料等动作。
(4) 控制设备的运行技术。即控制各运行方式的互锁保护;控制垂直方向与水平方向动作的互锁保护;控制水泵、捞污机、输送机和油泵的电流过载保护;控制捞污机的机械过载保护;控制液压站的油压过载保护。
3.2  控制任务
(1) 现手动方式控制，即手动立完成上述9个基本动作。
(2) 实现半自动方式控制，即自动完成上述基本动作1至动作9。
(3) 实现全自动间歇和全自动水位差方式控制，在间歇工作开或水位差≤50mm的状态下，即自动进行上述基本动作5至动作9的循环。

4  硬件选型与配置设计
4.1  主控系统选型与配置
      系统采用了西门子S7-200可编程控制器，使自控系统结构紧凑，执行指令快捷，性提高。编程软件基于bbbbbbs平台。PLC在清污设备中的应用，使修改控制参数、扩展控制功能等变得非常简便，避免了分立电气元件抗震性能差、误动作多、定位精度不高等弊端。设计中该系统的控制点数为116点，其中输入点数66点，输出点数50点，拟选用的PLC的控制点数为120点。实际选用的主要控制硬件有:PLC选用西门子的处理单元CPU224一块(14入10出)、数字量扩展模块EM223二块(16入16出)、EM223一块(8入8出)、EM221二块(8入)，总输入点数70点，总输出点数50点，实际使用为66入50出，一般需要预留出5至10%的点数，考虑到成本问题，所有的按钮输入都采用点动方式，省去了不必要的输入点数，预留输入点数为5%，所以能够满足设计要求。
4.2  传感变送器选型
(1) 控制水位和水位差的反馈元件选用德国TU- RCK声波传感器(型号Q45ULIU64BCR)。
(2) 控制大推头、主压头、小门、小推头两端限位的元件选用行程开关。
(3) 控制捞污机销过载的信号反馈元件选用霍尔式传感器。
(3) 控制水泵、捞污机、输送机、液压站电机电流的元件选用热继电器。

5  控制程序设计
5.1  固定时序工作方式
全自动间歇方式即设备工作X小时，停机Y小时(简化为X/Y)，共有4档可调(2h/1h;1h/1h ;1h/2h;2h/2h)，如果遇到停机时间，正在进行的程序保持至结束，然后设备停机待命(与水泵的自动开停无关)。
5.2  水位差工作方式
全自动水位差方式即当格栅前后两个声波传感器测得的水位之差大于等于300mm时(水泵在开启状态，否则就没有水位差)，自控系统从捞取污物开始，至出料结束，然后等待下一个污物箱装满信号;当水位差小于等于30mm时，抽水、捞污、输送停止，而正在进行的程序将保持至结束，然后等待下一个水位差信号(与水泵的自动开停无关)

6  主要特点和技术难点 
6.1  主要特点
(1) 水位控制
安装在格栅前的传感器控制高水位，安装在格栅后的控制低水位，传感器的测量范围为250至3000mm，实际监控距离为1000mm(对应水位6000mm)至2500mm(对应水位4500mm)，当等于高水位时PLC自动开启水泵;当等于低水位时PLC自动停止抽水。
(2) 水位差控制
调节格栅前后2个传感器反馈的模拟信号差值，当对应水位差大于等于300mm时，PLC自动开始捞污;当其小于等于30mm时PLC自动停止捞污。
(3) 污物高度控制
2个光电传感器属“与”的关系，主要用于PLC判断污物装载量的多少，调节其垂直角度或水平距离，均可以调整污物的装载高度。
(4) 水泵控制
PLC根据较大、很大、特大的水量，自动选择开启水泵的数量。
(5) 捞污机控制 
因为捞污电机起动电流较大，所以由PLC对8台捞污电机按顺序延时开启。
(6) 报警控制 
PLC对水泵、捞污机、输送机、油泵的电流过载报警，同时对捞污机的销机械过载报警，对油泵的油压过载报警。为了用户能准确地找出故障部位，PLC对各种故障分别用指示灯加以显示，同时用铃声进行提醒。
(7) 一键式清理
由于残留污物会对设备产生腐蚀，同时会腐烂产生臭味，所以当设备工作结束时，在不开水泵的情况下，可按“清理”按钮，设备自动将捞污机、输送机上的剩余污物全部装入污物箱，2min后再将污物挤压推出。
6.2  主要技术难点
(1) 标定水位值
声波传感器的模拟信号通过模数转换成为数字信号，具体对应的水位只有在操作现场才能调试出来。将大、小模拟电信号与、水位对应起来，理论计算出水位的单位毫米数所对应的电信号模拟量，后还需现场标定和调整，因为传感器安装角度或位置等因素的影响，实际上高、低水位对应的模拟量数值与理论上的有一定的出入。
(2) 标定水位差值
2个声波传感器应选用技术参数相近的，尽量做到“匹配”，将2个传感器的“模拟量/毫米”进行平均，再计算出水位差300mm和30mm对应的模拟量差值，后进行现场标定和调整。
(3) 设计光电传感器的安装方案
由于污物箱为金属结构，所以电容式、电感式、霍尔式等接近传感器均不适用在此箱中测定污物量，经过比较终选定了光电传感器。原设计将其放在玻璃后面，但经污水污物覆盖风干后，或经污物及大推头的长期磨擦后，玻璃透明度就会降低，导致光电传感器失灵，通过多次方案论证和试验，后将其安装在大推头上端的污物箱壁上，且有挡板覆盖，避免了接触污物，使用效果比较满意。
(4) 各类传感器的反馈信号有时会伴有脉冲信号，使设备出现误动作，采用PLC中的计时器，就很好地解决了这个问题。
(5) 在调试程序过程中，发现各动作有相互干涉现象，主要表现在循环或复位等程序中，这样不得不采用大量的辅助继电器，增加了调试难度，终采用步进法进行编程，调试效果令人满意。
排灌站设备控制程序框图如图4所示。

7  结束语
      清污设备在**和水利部门具有广泛的应用，而PLC在排灌站智能化管理中的成功应用，为人机对话和远距离控制奠定了基础。
      目前的水面污物清捞设备正在朝多功能、智能化、网络化的方向发展，**泵站和水利排灌站的发展趋势是控制远程化、管理无人化。下一步的设想就是将各种传感器采集的信号或摄像探头拍摄的图像，随时反馈至控制室，或通过Internet网络反馈至控制，操作人员通过监视器中各个角度、放大或缩小的多组画面，可直接看清其水位和水面的情况、设备的运行状况等，通过触摸屏进行人机对话，直接干预设备的运行，对设备采用机械、电流、温度、应力、限位等多重保护，确保远程控制的性和性，并有PLC自动诊断故障，显示故障部位和原因、维修保养建议等，真正实现**泵站和水利排灌站各种设备的智能化、网络化、无人化控制。

⑴ 各种配煤操作界面、数据显示及打印管理，用户可方便的在上位机上进行各种数据的修改操作，运行数据的图形显示及打印各种报表;
⑵ 通过网卡与控制部分的配料模块和开关量控制模块相联，能够下载计量、控制、系统参数，以及核子秤命令、精度测试命令等，同时能够上传各模块当前状态和参数。
2.3 控制系统功能
控制部分是由开关量控制模块和配料控制模块组成，核子秤内部控制模块之间的信号传输采用差分频率信号传输技术，具有强的抗干扰能力和远传能力，从而保证了系统信道的性和准确性，在反馈控制上采用新型的人工智能PID调节算法，无振荡，无调。各模块功能如下:
⑴ 开关量输入模块
该模块能实现系统总流量、配比、水分的选择，各种皮带启停信号的输入和配料模块启停信号输出，控制信号及大屏显示接口，连锁及配料控制和上位机的通讯，并留有备用选择器。
⑵ 配料控制模块
配料控制模块能实现信号的采集、计算并与给定流量比较将误差量按照控制算法进行计算，转换成4~20mA模拟量信号，发送给变频调速器，调节电机转速从而改变当前下料量，确保精度。
从控制方案实施可见:新配料系统在上位机系统出现故障时，系统除打印报表功能无法实现外，其它控制部分均能正常工作，对整个配料系统无影响。由于在设计时将控制分散到控制模块而将管理集中在工控上位机中，因此系统不仅保证了高性的控制功能，而且又具有良好的用户界面和管理功能，在硬件设计中考虑了配料控制模块的可维护性，用户只需要较少的微机及控制理论知识、维护经验，就能及时方便地确保整个自动配煤系统连续的运行。
2.4 报警功能
当系统各测量单元出现故障时，工艺流程主画面将以警示色提醒用户，按下相关键后，可由CRT显示故障代码;当系统出现空仓或圆盘给料机堵料而无法下料时，工艺流程画面也以警示色提醒用户，同时出现声音报警，提醒用户及时处理。
2.5 其他功能
能对变频器进行自动/手动切换及机旁自动/手动选择。
3 控制原理
3.1 配比控制
由于给煤量的大小取决于多种工艺参数和检测结果，所以给煤任务来自于上位机的配比计算，计算机采用配比数学摸型，它是根据配煤总量和各种煤所占的比例，及所含有的水份等参数，结合配比知识和现场经验，计算各种煤的流量设定值，作为进行指导和校正的手段。这里可输入各种煤的成份，检验结果等信息，配煤方案，下达配煤命令。
3.2 自动调节过程
它是通过取消小皮带，并在集料皮带下直接安装核子秤，可实时各种给煤流量反馈值的电压信号(0~30mV)，经变送器放大，并转换为4~20mA的电流信号，送至可编程控制器的A/D转换接口，经采样后，与上位机设定的各种配煤给定值进行比较，然后进行调节运算，其控制量经D/A转换接口送至变频调速器，以此来改变变频器的输出值，从而改变圆盘给煤机的转速，调整给煤量，使之与设定值相等，完成自动配煤过程，下煤量设定值的大小决定了圆盘转速，圆盘转速与下煤量成正比。
3.3 控制规则
(1) 若控制误差的太大，则增加输出量，加强控制作用，实现快速跟踪调节;
(2) 若控制误差及其变化率均在允许范围内，则输出量不变，维持原控制作用;
(3) 若控制误差与其变化率的符号相反(如控制误差为正，而其值却在减少)，且误差变化率相对于误差较小，则要加强控制作用;
(4) 若控制误差与其变化率的符号相反，且误差变化率相对较大，则加入“微分控制”;
(5) 若控制误差与其变化率符号相反，且二者相近时，维持原有控制;
(6) 若控制误差与其变化率符号相同，误差增大趋势，则采用“比例、积分、微分”控制，增强控制作用。
4 系统实现的功能
4.1 PLC实现的功能
实现各配煤机的启动和停止;电机、皮带的顺序控制;配煤流量的瞬时、累计流量的计量;圆盘速度的自动控制,实现配料自动控制。
4.2 上位机功能
它能与PLC之间实现数据、信号传输通讯;每个圆盘下煤量设置;每台秤的称量值显示;配煤称量系统画面监视;圆盘运行情况监视;故障显示及报警;可作为PLC的编程器使用;根据配料模型实现配比自动计算功能;历史趋势显示,可查看任意时间段的生产数据曲线,分析生产情况;生产报表;从动态数据库中提取数据,生成各种报表,进行打印。
5 核子秤计量部分
根据焦化厂备煤车间现有的配煤计量设备PDS-7微机电子皮带秤已使用十多年，存在着设备老化，性差等若干问题，直接影响着配煤比的精度。因此，这里应采用目前上比较流行的核子皮带秤，核子皮带秤与传统的电子皮带秤相比具有许多优点，其中主要的是不受皮带磨损、张力、振动、跑偏、冲击等因素影响，能长期稳定地工作，值得一提的是它可在高温、多尘、强电磁干扰、强腐蚀等恶劣环境下运行。

5.1 核子皮带秤工作原理简介
核子皮带秤的工作原理如图3所示，放射源在上方稳定地放射出g射线，在支架构成的平面内呈扇形照射至输送机上，输送机上的物料吸收一部分g射线，其余的射线照射至g射线探测器上，因射源发出的g射线为一常数，因此探测器探测出的g射线的多少，可反映出输送机上物料的多少，由此再根据相关的计算公式便可计算出某一时刻输送机输送物料的流量。
此方案的特点是核子秤的测量信号没有经过运算处理直接送入PLC系统，PLC系统需将核子秤的测量信号0~5V，或者是频率信号加以转换，然后进行相应的运算处理，才能得出秤重值，它的主要优点是省掉了二次仪表，降低了费用。

在棉纺织企业广泛使用喷气织机的情况下，空压站建设是一项重要的辅助工程。在天津纺织园区所有空压站配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥器，通过储气罐、连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，计算机检测系统，以实现空压站为生产保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气等是空压站自动控制的基本任务。随着自动化水平的不断提高，关于建设无人值守空压站的讨论，是一个发展过程中的必然的课题。
空气系统自动控制的必要性
应用在天纺控股有限公司棉纺一工厂的空压站，安装有4台70M3/min 4台，53M3/min 4台，48M3/min 2台，43M3/min 4台离心式空压机和1台42.5M3/min螺杆式空压机，配有相应处理量的冷冻式干燥器。空压机设备自身带有的CMC控制器，能够自动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能自动根据用气量的大小加载或卸载，并配有LCD显示屏供现场观察各工艺参数和设备状态，具有RS422/485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。
      目前，空压站的自控系统通过西门子S7-300可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进plc控制系统，并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。
空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有重要的意义：
■  单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。
■  整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约多的能源，节省人力成本。
■  可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。
■  可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力等。
在已有的PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。
除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来，实现空压供气设备的自控。
空压站其他系统的自动控制
除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。
自动控制具有以下优点：
■  操作简单，可以实现无人值守；
■  良好的实时调节，防止了人为因素滞后；
■  具有高性；
■  减轻工作人员负担；
■  节省人力成本。
需要控制的参数和可能的控制方式
空压站需要的控制需求；⑴高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）； ⑵系统自动排水控制； ⑶循环水液位控制和自动加药控制； ⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。
空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现：
⑴采用PLC系统进行通讯和控制。
⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。
种方法性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。
二种方法是通过控制系统的计算机进行单的分析运算进行控制，它具有较好的灵活性，但缺点是如果出现如计算机死机等故障时，有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。
除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制联网，由控制的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。
系统构成
对于以上讨论，如果需要实现空压站的整体自控，又许多成熟PLC自控系统可以选用，现以ZH公司的PLC自控系统为例。
该自控系统选用西门子S7-300系列可编程控制器，带有RS422/485网络接口，支持MODBUS等相关网络通讯协议。该系统可以采用工业通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立分级控制网络的实施方案，如图1所示。
■   硬件配置
现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等），PLC和监控计算机。
■  软件功能
选用的工业组态软件（如WINCC或iFIX）用来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息，设备控制，故障报警，连锁保护，以及数据处理和通信传输。
在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够提高系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和性，通过优化调度策略，软件连锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到高层次，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得大的效益。
结论
总之通过自动化控制可以克服由于人为因素造成的调节滞后等不利因素，减少运行参数的波动，达到减少用工和节约能源的目的。对于提升天纺控股有限公司的整体技术水平是相当重要的。