杭州西门子中国授权代理商变频器供应商

杭州西门子中国授权代理商变频器供应商

随着市场的需求，纺织生产工艺的改变，转杯纺纱在纺织工艺过程中的应用越来越广泛。纺织企业对转杯纺纱机性，易操作性提出了高的要求。由于PLC可编程控制器性高、抗干扰能力强、使用方便等优点，所以被广泛的应用于对转杯纺纱机的现场控制。传统的控制方式是采用开环控制，电机的运行频率通过变频器面板手工设置，这种方式存在控制精度差，人机交互性差等一系列问题，这就需要有一套合理的控制系统来提高机器的运行精度和改善人机交互性。我们以NA400系列PLC为改进设计了一套控制系统，实现纺纱控制性能的提高。
1．系统构成
控制系统的构成主要是NA400CPU401-0301主机，SIEMENS MM440变频器， 海泰克PWS6A00T-N触摸屏。在控制系统中主要任务是：1、通过调整变频器的频率来提高运行精度，改变纺纱工艺；2、通过人机界面来显示和设置参数。
2．程序的设计
程序设计方针是以控制程序作为主程序，PLC与变频器之间的通讯，换班，工艺计算，产量报表，号数报表，作为子程序。我们把通讯，换班，产量报表，号数报表等子程序做成标准程序模块，这样缩短了程序的开发周期，增强了程序可读性。主程序由速度信号的采集，给棉电机和引纱电机初始频率的计算，全机动作的控制，给棉电机和引纱电机频率的调整等程序组成。其中信号的采集使用PLC中的高速计数器，初始频率的计算是根据细纱号数和捻度，转杯电机的理论值进行计算，动作的控制主要是控制转杯电机、分梳辊电机、引纱电机和喂棉电机的起停顺序。给棉电机和引纱电机的转速采用闭环控制，积分调整的方式，用来满足纺纱工艺的要求。还值得一提的是在新装设备调试初始，需要进行电机转向的调整和机械调整，这就需要电机点动的控制方式，为实现这一功能，我采用通过旋钮选择点动方式，控制人机界面显示点动画面，从而进行点动控制。

系统采用RS-485进行网络通讯，RS-485是一般工业控制所经常采用的网络通讯方式。它具有能够实现多机通讯（RS-485驱动器多可接32个从站），通讯距离长，抗干扰能力强等特点。NA400CPU401-0301主机具有 RS-232通讯口，通过信号转换为RS-485的物理接口，而SIEMENS MM440变频器也都有RS-485通讯口，并且提供了自由口驱动指令。我们以PLC为主机，两个变频器为从机组成RS-485控制 网络。每个从站被赋与的本机地址。通讯采用主机轮询，从机应答的通讯方式，主机发出的信息可以被各从机接收，从机只能发出应答信息，从机间不能通信。从机接收到数据后，判断地址是否和本机地址相同，若相同则对数据进行处理后应答，若不同则不予理睬。通过通讯主要是控制给棉电机和引纱电机的起停和工作频 率的修改，工作频率初值是PLC根据设定的细纱号数和棉条号数计算得出。在机器运转中，通过速度传感器，PLC进行计算比较，微调工作频率，使机器运转精度提高。其中需要注意的是在使用通讯进行控制变频器的起停一定注意程序的逻辑顺序，不然将会引起动作的混乱而不能达到预期的效果。

大尺寸（10.4´´）触摸屏的优点是信息量大，操作简便直观。在本系统中采用海泰克PWS6A00T-N工业级人机界面，根据需要设计了各种画面，用来输入工艺参数，显示实测参数。另外提供了产量报表和号数报表

可编程控制器：选用三菱Q系列PLC，此类型PLC比同类型产品具有高水平的应用性和灵活的扩展性能，并且支持目前流行的开放式网络CC-bbbb、PROFIBUS-DP和DEVICENET，为以后的性能提升留下广阔的空间。
物料计量控制单元：选用CB920X-10称重仪表，支持通用的电阻应变片式传感器，内部集成算法，能达到准确的物料计量。同时支持四种物料的配比，通过累计方式自动分批称量，允许手动强制补料。CB920通过RS485/RS232与PLC通讯，进行配方的对写和存储，并且与PLC配合实现的配料方案。
上位计算机管理单元：它通过控制单元来管理各单元的工作，为用户提供可操作的人机界面，存储配料清单，与PLC用RS232串行通讯口进行数据监控，接收各单元传送的异常信号，向用户发出报警信号和处理措施，按年、月、日、时统计班次生产资料，以表格形式打印并将数据存盘。
辅助设备控制单元：采用可编程控制器PLC的DC电压输入电压作为开关量信号适调和光电隔离环节，采用继电器输出单元作为开关量输出的功率放大和隔离环节，控制单元通过通讯口来控制其工作方式。
动力配电控制单元:选用的施耐德电器元件：空气断路器，接触器，继电器，以及电机软启动软停止单元，确保精密控制仪表和电动执行装置的，对各负载之路出现的过流，短路和欠压等情况进行监控，同时各支路设置跳闸反馈保护。
4.控制模式：
该套控制系统分为控制台手动、控制台自动（REMOTE），及上位机自动（LOCAL）三种操作模式。种操作模式主要用在可编程控制器和上位机均不能正常工作的状态下，而后两种操作则依赖于配料控制器、PLC和上位计算机之间的协调工作和正常运行。
5.调试体会：
该套控制系统在调试期间因为是单机系统，基本没有遇见较大的问题。设备的运行情况良好，与其他设备之间的通讯稳定，能满足现场的生产稳定性要求。
6. 用户反馈：
经过近两年的运行，在诸多恶劣的工作环境中运行，此系统未出现任何故障，充分体现场了三菱产品的高度性，得到了用户的高度。

改造原因：

现用设备是由德国HAGGLUNDS DRIVES公司于93年底安装交付的，控制主机采用的是西门子代PLC产品S5-95U。控制机由双PLC构成，CPU和I/O模板均为冗余配置。控制机是双机一用一备，手动热备切换。由于S5产品正逐步退出市场，模块备件供应周期很长，性差，某些部件甚至有价无市。三台设备的PLC都已经配置不完整，只能单机维持运行。为了保证设备满足稳定生产的需要，决定将S5升级到S7。

原S5系统的构成：

控制主机采用的是西门子S5-95U，人机界面为DAA型ITT288-240S智能信息显示器。ITT信息显示器配带有操作按键和通讯口。可实现设备各种状态信息和报警的显示及确认，以及相关工作参数的设置和操作指令的下发。因设备期服役，人机界面现已经失效。虽然人机界面失效不会导致全系统停机，但系统只能默认在某一模式下工作，且无法在必要时候系统的状态和报警信息。柜内器件，除了PLC配置不完整外，其余器件状态尚可。系统所用压力，转速，温度及液位传感器的状态不明。由于人机界面失效，状态无法显示，而且设备一直在运行，无法检测，故系统所有传感器状态不明。器件勉强能维持工作，精度较差。

改造方案：

为恢复控制设备的可维护性、兼容性和可扩展能力，设备这些方面的不稳定对正常生产的影响和隐患，需要对现有控制系统进行改造升级。

经业主同意，对原有控制柜进行整体升级替换。一方面是全新换性能，同时为保证施工质量和进度，整体替换也是的选择；另一方面是原有柜体和低压器件已经没有保留的，在原柜体内改造，施工工期没；其三整体替换费用没有增加。设备新以控制柜端子为界，柜外保留不变，柜内全部新。新设备的功能不变，工艺原理和操作习惯立足原有规范，并根据积累的经验进行新设计升级。

PLC:根据设备的工艺性能要求，PLC采用西门子经济型产品S7-200。取消双PLC的运行模式。采用单PLC模式，辅以备件，保证系统在意外之时能快速恢复工作。

HMI：人机界面采用带按键的触摸屏。除保留系统原有功能，提供完备的信息提示和反馈，方便的操作。界面全部中文化。

原系统没有立于PLC的纯手动功能。从而系统失去了在PLC失效状态下，由操作人员进行立处置的灵活性。因此，在新的控制系统中，增设一套纯手动功能，手动逻辑与PLC无关。在手动模式下，只有液压主泵的启停和液压机构的换向操作可以由操作人员根据需要强制进行，没有其他连锁条件。其他部分比如提升机构，液压油温等不提供手动功能。

增设一旁路信号。用途是在特殊情况下，操作人员可以根据需要，在保证的情况下，人为地给其他系统一个允许开机的连锁信号。也就是在全系统的开机连锁逻辑中将炉渣破碎机的状态旁路掉。临时满足维持全系统的正常运行。

效果反馈：

控制系统S5升级改造工程于2007完工至今，设备状态及性能稳定正常，各项功能指标均达到用户的工艺要求。系统的扩充，性能的提升，设备的升级，服务的升级。

一、 概述

1.1污水处理简介

1、概况：相关资料显示，美国平均每1拥有1座污水处理厂，英国和德国则每7000~8000人就拥有1座污水处理厂，而中国每150才拥有一座污水处理厂。所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。

2、常用的污水处理工艺：污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法。常用的工艺有以下几种：

（1）传统活性污泥法。古老的污水处理工艺，关键组成部分为曝气池与沉淀池。污水中的物在曝气池停留的过程

图1

中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。

该工艺的优点有：物去除率高；污泥负荷高；池的容积小；耗电省，运行。

该工艺的缺点有：普通曝气法占地多，因而建设投资大；仅能满足污水处理标准中的相关指标；容易产生污泥膨胀现象；磷和氮的去除率低。

（2）A/O法。在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中A代表Anocix（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一种缺氧—好氧生物污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化—反硝化反应系统，很好地处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是硝化—反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了高的管理要求，这也形成了该工艺的一大缺点。

（3）氧化沟法。是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动，因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉淀池和污泥硝化池、物去除率较高、脱氮、除磷（沟前增设厌氧池）、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、耗、运转费用偏高的缺点，适用于中小规模的低负荷污水处理厂。可根据构筑物不同分为：卡鲁塞尔氧化沟法、奥贝尔氧化法和一体化氧化沟法。

另外还有A2/O法，A/B法， SBR法及UNITANK法，在这里就不详尽介绍，，如需了解详细，请查阅相关资料。

3、污水处理系统控制形式

（1）DCS系统。是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。有计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：

①采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。

②实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，性提高。

③扩展能力较强。

④软硬件资源丰富，可适应各种要求。

⑤实时性好，响应快。

（2）现场总线控制系统。是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备与计算机之间进行和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点如下所示：

①可利用计算机丰富的软硬件资源。

②响应快，实时性好。

③通信协议公开，不同产品可互连。

（3）PLC系统。可编程逻辑控制器用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：

①编程方便、开发、维护容易。

②通用性强，使用方便。

③控制能力强。

④模块化结构，扩展能力强。

二、 系统设计

1、 污水处理系统的工作原理

（1） 控制系统总体框架图：如图2所示，NA400 PLC为控制器，通过检测操作板按钮的输入、各类传感器的输入以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制

（2） 工作过程：在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板的按钮输入来控制，无逻辑限制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下，进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启挺控制，其工作过程如图3

① 接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。

② 运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环运行。

③ 根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行和停止。

④ 进水泵房中的潜水泵根据液面的高低进行运行、停止及运行数量的控制。

⑤ 转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行和停止。

⑥ 污泥回流泵的运行和停止根据液面的高低进行控制。

⑦ 在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

整个系统由1个控制室、2个现场PLC控制站（设于沼气处理系统、沼气发电系统）组成。现场PLC控制站，由HOLLiAS LK系列可编程序控制器（PLC）系统及检测仪表组成，对沼气发电各过程进行分散控制;再由控制室上位机实行集中监控管理。控制室上位机与PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，通讯速率为100Mbps，传输介质为屏蔽双绞线。

现场的PLC控制站为双机热备冗余，PLC采集现场信号，然后通过工业以太网与控制监控计算机进行数据通信，控制方式采用“全开放全分布”方式。

控制系统分为三级管理，包括管理级（控制室）、控制级（PLC控制站）及现场级。

3、系统功能

·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。
·功能
分别设定操作员和系统员的进入口令。在运行环境下，屏蔽bbbbbbs所有热键，从而锁定系统自由进出。系统上电后自动恢复运行状态。
·历史数据管理
对所有采集数据任意设定存取间隙和存取方式。
·打印报表
按用户定义的报表格式进行定时、报警和随机打印。
·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。
·数据库接口与数据通讯
具备开放性的实时数据可接受任何任务的访问并与其交换数据。系统具备复制和分发功能，将信息分送给其它的通用数据库应用程序，同时支持SQL、ODBC或OLE DB的应用程序。所有数据可用符号代表，如：VALVE、MOTOR等，需要时可对变量的每次改变进行监视和处理。
·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。回路响应时间不大于2秒。

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，保留就地操作手段。

对于程序控制系统具有自动、半自动、步操、键操及就地手操五种操作方式。在手动方式下，操作员启停电动机、开关阀门及其它设备时，LCD画面提供操作指导。

现场设备故障，影响程控前进时，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。

高速发展的对能源和环保提出了越来越高的要求，利用秸秆燃烧发电是充分利用能源，保护生态环境的有效途径之一。在秸秆发电厂中采用以和利时公司HOLLiAS LK系列PLC为主的自动化上料系统，实现了对热电厂秸秆上料系统工艺过程及生产设备的监测与自动控制。该系统性能稳定、功能齐全、、扩展灵活，目前已成功应用于多个热电厂秸秆上料系统现场。

1、工艺流程介绍

秸秆发电厂采用秸秆为原料，将其打碎并包装成捆，上料系统将深加工后的秸秆燃料通过散包机进行二次打碎，并将二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮带机，皮带将分散后的秸秆碎料送入蒸汽炉的加热系统内充分燃烧，使蒸汽炉循环水转变为水蒸气推动汽轮机旋转，再由动能转化为电能。整个上料系统包括散包机的原料分散和皮带机的物料输送两部分。

·散包机原料分散系统

散包机由压料辊、导料辊、输送辊、一次侧散包机、二次侧散包机几部分组成。

秸秆燃料进入散包机后，先由压料辊将其进行二次粉碎，粉碎后的燃料通过导料辊进入输送辊。后由输送辊送入一次侧散包机进行分散作业，分散后再次经由输送辊送至二次侧散包机进行二次分散作业。

·皮带机物料输送系统

经二次分散作业后的秸秆燃料由散包机进入皮带机内，燃料由0#皮带机→1#皮带机→2#皮带机→3#皮带机，后由3#皮带机将其送入加热炉的炉膛内进行燃烧。

2、PLC控制系统设计

秸秆发电厂控制系统分为生产管理级、现场控制级和就地控制级三层结构，利用高速工业以太网（TCP/IP协议）进行连接以实现信息和资源的共享，其级分别为就地控制级，其次为现场控制级，为生产管理级。由LK系列PLC组成的现场控制站位于该系统的的现场控制级，并接入电厂原有的DCS系统中。

自动化控制系统示意图

·生产管理级：位于蒸汽炉、汽轮机联产系统控制室内，由原有DCS监控系统构成。各监控计算机对主要工艺设备的运行状态和生产过程的工艺参数进行数据采集及显示。上料输送系统的PLC控制站通过串口通讯，与DCS系统的通讯服务器连接并由该服务器将PLC控制站数据传入DCS的I/O服务器内，I/O服务器上运行的软件将该数据进行显示并下发控制命令。

·现场控制级：即PLC控制级，由LK大型PLC构成，采用CPU双机热备的冗余结构，使整个系统运行稳定。其功能是读取上料系统中散包机和各皮带机的运行参数，并根据生产管理系统下发的指令来控制系统中各设备的运行。采集数据主要包括散包机各组成部分变频器的运行状态、反馈电流以及故障信号;皮带机的运行状态、反馈电流及各皮带机的在线检测开关信号。现场控制级接受生产管理级的调度，但并不依赖于生产管理级而运行，若监控计算机出现故障或并没有投入使用亦或通信网络出现故障，该控制站仍能正常工作，对整个工艺过程没有影响。

·就地控制级：将设备切换到现场手动状态，以实现设备的就地手动控制。就地手动控制具有的级，主要应用在设备调试、维护阶段。

秸秆发电厂上料控制系统采集原料分散系统中负责控制压料辊、导料辊、送料辊、一次侧散包辊和二次侧散包辊等设备的变频器状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号;实时读取并控制物料输送系统中各皮带机的工作状态，包括各皮带机组的A/B两条皮带的启停控制及防撕裂、打滑、堵料、跑偏、拉绳等在线检测开关。

3、系统功能

秸秆发电厂上料输送系统通过将PLC控制站接入原有DCS系统实现了对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。
·工艺流程显示：显示工艺流程的同时将所有的设备状态、工艺参数以及各控制回路的详细参数等进行了有针对性的实时采集与显示。
·设定值显示：包括所有必需参数的设定值、控制方式、调节参数以及其它联锁值、报警值等。
·报警显示：包括实时报警、历史报警。系统可在线诊断各类故障，查找故障部位并报警。包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，根据不同的报警提供不同的报警画面，在故障确认后可实现报警解除。
·报表显示和打印：采用了DDE技术，从而使用户能够直接使用Excel编制报表。借助Excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表。可以是实时数据的报表，也可以是历史数据的报表。
·历史数据的存储与检索：对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据。
·控制：在监控计算机上可以进行远程手动控制，使用鼠标、键盘控制PLC来启动和停止现场的设备。
·操作记录：对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于管理及事故分析。
·系统的管理：系统设置为多用户、多区域方式，各类用户均有自己的用户名和密码，对应着不同的级别，决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。多可以设置为8级用户、8级区域

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