西门子触摸屏6AV6648-0CC11-3AX0详细说明

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 1 前言

    杭州制水四公司在四阀滤池改造成功经验基础上，采用美国Rockwell公司产品SLC500，实现了对三万吨双阀滤池（六阀滤池）全自动控制及两套滤池的联网控制。本项目难点在两方面：①三万吨滤池实现集中控制，即四个滤池全自动控制集中到一个PLC上来实现，关键在于程序结构的编排，合理编排结构对整个程序控制实现影响很大；②在三万吨滤池的上位机上实现对四万吨滤池的控制，合理采用多个读写命令、采样时间，以避免采样时间太短引起读写中断、死机，使公共PLC失去与三万吨滤池的PLC通讯，从而不能控制四万吨滤池。    

    2 双阀滤池的特点

    每个滤池的整个工艺流程分为三个过程：反冲洗过程、整理过程、正常过滤即PID调节。双阀滤池控制同四阀滤池控制的区别是要实现对进水和排水的虹吸控制，如何判断虹吸形成条件是实现双阀滤池的自动控制的之一，电接点真空表由于接点的接触稳定性差，不宜采用；加装压力变送器用反馈负压值来判断真空度，但费用相对要增加，也不宜采用；这里采用的是计算液位的相对变化值来判断虹吸形成，从实际效果来看，是可行的。

    3 控制系统构成

    3.1硬件构成及网络结构

    此控制系统分为两套系统：一套是四万吨滤池，共有六组滤池，每个滤池都有各自的PLC，采用是电动阀控制；另一套是三万吨滤池，共有四个滤池，只有一个PLC，采用是双阀控制。由于两套滤池共用一个反冲塔，所以两组共用一个公共PLC，这个公共PLC主要用来控制两套滤池的反冲洗排队。各个PLC之间及上位机采用DH485工业局域网络（LAN）来通讯，DH485通讯协议是一种采用令牌式传递的通讯方式，大速率达19.2Kbps，大距离1.2公里；四万吨的上位机与PLC之间连接是串口

    接法；三万吨的上位机与PLC之间采用KTX卡进行连接。PLC是Rockwell公司产品SLC500系列。水位仪采用E+H声波物位测量仪。

    3.2滤池水位调节原理

    采用滤池水位控制可以实现恒滤控制方式，调节原理如图2所示。由水位仪测得滤池水位值和水位设定值的偏差，经过PID运算，计算值通过伺服功能块对出水电动阀进行开关控制。伺服功能块将电动阀作为具有开和关两个动作的执行机构来执行PID控制。它??出水阀的控制，当偏差值大于零，开电动阀门；当偏差值小于零，关电动阀门；当偏差等于零，电动阀门保持原状态。

    4 程序的整体结构

    针对三万吨双阀滤池控制方式及点数，考虑到四个滤池程序段比较长，重复性多，为便于编制及后期调试，采用一个主程序和各个滤池子程序的程序结构。其优点：①程序结构条理清楚，调试中容易查找程序段；②在调试过程中发现问题故障，解决问题；③程序中程序段之间影响及子程序之间影响小，易编程。

    一个主程序（SLC500规定程序中只能有一个主程序）其主要内容包含初始化命令、四个滤池自动状态子程序、四个滤池现场状态子程序、四个滤池手动状态子程序、排泥阀手动命令（排泥阀仅为手动命令状态），如图3所示。

    初试化命令主要内容包含：模拟量模块初试化命令；中间变量的清零；各个时间、计数器初始值的赋值。

    四个滤池自动状态子程序包含此滤池的子主程序和子程序。子主程序中包含反冲状态子程序、滤池整理状态子程序、正常过滤状态子程序。

    四个滤池现场状态子程序主要内容包含：①在滤池由自动状态转到现场时已发出的命令全部复位。②自动状态中的某些变量，如时间变量、计数器变量等复位。③针对反冲在这个状态下发出一个结束反冲命令。

    四个池子手动状态子程序包含各个阀门的手动操作命令。

    对于滤池的反冲控制约束条件为：滤池工作时间过设定值，或者清水阀开足而滤池水位长时间调节不到位。只要达到其中一个条件，就进行反冲。另外，也可以用强制反冲按钮或远程手动的方式，不定时完成反冲。

    对于十个滤池共用一个反冲塔的情况，本系统专门采用一个PLC来实现十个滤池的排队，通过公共程序的读写命令采集整个滤池的反冲信息及具体水位情况并发出命令。公共程序的主要内容是：反冲泵控制程序、公共PLC与其他各个PLC信息的读写程序和滤池排队程序。三万吨滤池读写命令程序是：每个滤池在公共程序中各有一个读命令，而采用一个写命令，采样时间是1秒。

    5 软件及功能

    该系统的上位机监控部分是由Wonderware公司的InTouch软件编制而成的。同时InTouch利用动态数据交换（DDE）协议，与三方的I/O服务器RSLinx程序实现通讯，RSLinx通过DH485协议与PLC通讯。

    DDE由Microsoft开发的通讯协议，该协议允许bbbbbbs环境下的应用程序彼此发送/接收数据和指令。它在两个同时运行的应用程序之间实现客户端与服务器的关系。服务器应用程序提供数据并接受其

    它应用程序的请求。发出请求的应用程序叫做客户端。某些应用程序，如InTouch，可以同时作为客户端务器。InTouch使用由三部分组成的命名来识别I/O服务器RSLinx程序中的数据元素，这三部分是应用程序名、主题名和项目名，通过上述三部分来打开通往服务器程序的通道。该项目中的应用程序名即RSLinx；主题名是在RSLinx中预先定义好的名称，主要包括PLC的型号、站号等信息；项目名是PLC中的具体地址。

    该系统由一台计算机实现管理与控制，可以清晰地掌握滤池的过滤、等待、反冲等运行情况。在画面上有动态的工艺显示，实时、历史的报警记录窗和曲线记录窗，以及各种参数设定的弹出窗。主要实现了以下功能：

    (1)在计算机上可以动态的反映水塔水位、各清水池水位以及各滤池液位，同时对这些数据均具有实时及历史记录，技术人员可以很方便对生产运行情况进行分析。
    (2)对于各类泵、阀门等设备的运行状况具有实时动态反映功能，同时对设备的故障实时报警、确认报警信息作记录，并具有历史报警记录，以备查用设备运行情况。

    (3)实现对泵、滤池以及阀门的控制。对于滤池中的阀门以及反冲泵的阀门可以实现3种控制方式，分别是手动、现场和自动方式。使操作人员有多种选择以适应不同的生产实际。

    ?设定的工作时间时正常进入反冲洗。或者根据滤池实际运行情况，由操作人员进行强制反冲。(5)工艺参数设置。包括滤池的控制水位、水位、水位、设定工作时间、反冲设定时间、反冲完成后整定时间、反冲阀开时间及PID参数。

    (6)该系统可以设置多个访问用户及权限，不同的权限对应不同的操作，起到一定的保护作用。

    6 结语

    实践证明，在正常情况下，三万吨滤池水位控制在设定水位的±3cm范围内，PID调节能在3～5分钟内进入正常设定水位控制，并实现了自动过滤，以及三万吨四个滤池和四万吨六个滤池定时自动排队和反冲。本系统还实现了在三万吨滤池的上位机上完成对两组滤池的所有阀门和反冲泵及真空泵的手动/自动集中控制。克服了双阀虹吸管带来的水位上下变化波动大的不稳定因素。从试运行情况来看，整个控制系统的设计基本满足了生产要求，达到了预期效果，实现用采用国产电动阀进行双阀滤池自动控制的目的。

自动控制可编程序控制器系统设计、应用 
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，可编程控制器（PLC）已成为解决的有效的工具之一。PLC控制系统设计时应注意以下几点。
一、 可编程序控制器（PLC）及编程器的选购：
目前市场上的PLC产品众多，除国产以外，国外的有：日本OMRON、MITSUBISHI、FUJI、IDEC、HITACHI、松下，德国的西门子，韩国的LG等，如何选购PLC产品呢？
1. 系统应确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络，由此计算输入、输出（I/O）点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。
2. 确定负载类型根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出，或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是很重要的。
3. 存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标，一般存储量越大、速度越快的PLC价格就越高，尽管国外各厂家产品大体相同，但也有一定区别。
4. "COM"点的选择，
不同的PLC产品，其"COM"点的数量是不一样的，有的一个"COM"点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带1个或2个输出点。当负载的种类多且电流大时，采用一个"COM"点带1-2个输出点的产品，当负载种类少数量多时，采用一个"COM"点带4-8个输出点产品。
5. 因为各生产厂家的开发软件不同，系统地兼容性也是选购时的，目前还没有发现兼容的产品，应根据系统合理选用PLC产品。
6. 编程器的选购：
PLC编程可采取三种方式：一是用一般的手持式编程器，它只能用厂家规定的语句表中的语句编程。正中方式易于现场调试并且体积低，但它的效率低适应机种类型少，比较适用于系统容量小、用量少的系统中。二是图形编程器编程，这种方式采用图形方式编程，方便直观，一般电气人员短期就可以应用自如，但编程器价格较高。三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程，这种方式是效率的一种方式，也是常用的一种方式，但大部分软件包价格昂贵。
7.尽量选用大公司的产品，因为其产品质量，且技术支持好，一般售后服务也较好，有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。
二、输入、输出回路的设计
1.电源回路
PLC供电一般为AC85-240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1：1隔离变压器等）
2.PLC上DC24V电源的使用
各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时应注意容量，同时做好防短路措施（因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行）。
3.外部DC24V电源
若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上的DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的"一"端不要与PLC的DC24V电源的"一"以及"COM"端相连，否则会影响PLC的运行。
4.输入的灵敏度
各生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定，当输入元件的输入电流大于PLC的大输入电流或有漏电流时，就会有误动作，降低灵敏度。所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施，并且选用输入为供漏型输入的PLC。
两线式传感器（光电开关、无触点开关）有LED的限位开关时，输入漏电流会产生错误输入或灯亮，对策为连接泄放电阻降低输入阻抗，阻值由图1中公式推导：
  
晶体管或双向可控硅输出时，若接到一个较大冲击电流的设备上，就考虑保护晶体管和可控硅。晶体管和可控硅可以经受额定电流10倍的冲击电流，如果出，可按图2、图3之一来减少它：
  
 
5. 对感性负载处理
在输入、输出端接感性负载时，要在负载两端并联一个冲击抑制器或二管，二管的阴与电压㈩侧连接。
 

6. 外部互锁与接地
利用PLC控制电机正反转等正、反动作时，为避免PC的异常动作引起事故及机械损坏，应在外部组成一个连锁回路。
  
接地：端子是大地接地端子。用防止感应电的接地线（截面积2mm2以上的电线）采用三种接地方式（接地电阻100Ω以下）。
LG是噪音滤波器中性端子，若因噪音大而产生误动作，或为了防止电击，把LG与短接，采用三种接地方式。接地线的长度在20m以内为宜。
接地线与其它设备共用或与建筑物的金属结构连接会适得其反，受到恶劣影响。
 
7. PLC外部驱动电路
对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，在外部采用驱动电路，可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。
另外PLC的输入输出布线也有一定要求，请参照各公司的使用说明书。
三、 扩展模块的选用
对于小的系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块数量都有限制，当扩展仍不能满足需要时，可采用网络结构。同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编程时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请参阅相关技术手册。
四、 PLC的网络设计
当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多，应选用自己比较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则不能适应实时要求，造成系统崩溃。另外对通信接口，通信协议、数据传送速度等也要考虑。
后还要向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料，至于选用几层工作站，依照系统大小而定。
五、 软件编制
在编制软件前，应熟悉所选用的PLC产品说明书，待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可以减少出错，速度也快，编成完成后先空运转，待各个动作正常后，再在设备上调试