烟台西门子模块代理商CPU供应商

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0 引言

昆明钢铁集团公司6号高炉自1998年开炉以来，其风口中、小套及炉齿轮箱冷却，炉洒水以及一些辅助设施，如煤粉喷吹站、动力空压站等设施均采用净化工业循环水进行冷却。高炉净循环水冷却在高炉生产中占据着举足轻重的地位，其设备的运行直接影响着高炉生产的稳定进行。原有的高炉循环冷却系统均靠人工操作，其设备控制点上百个，这样，不仅劳动强度大，工作效率低，而且运行不，容易造成冷却系统的故障停机而带来无法挽回的损失。昆钢6号高炉净循环冷却系统采用G E—FANUC90—30型PLC实现高炉净循环水冷却的过程自动控制，对进出水压差、流量瞬时值及累计值数据采集，各控制泵、阀门、水池水位状态实时监控，自动启/停泵控制以及各种事故状态记录及报警处理。开炉两年多来净环水系统运行稳定、、水质稳定，冷却效果良好。

1 系统简介及工艺要求

高炉净循环系统工艺流程如图1所示。

净循环水泵房主要设备有高、中、低压水泵和旁通过滤水泵及相关阀门。高、中、低压水泵从冷水池中抽取水供给高炉各高、中、低压用户及辅助设施使用，经使用后的回水经回水管道自流回热水池，由热水回水泵提升至冷却塔，经冷却塔冷却后回到冷水池，又由泵房中各泵送至各用户使用，循环进行而不间断。

同时，为确保供水，在槽下山上设置一个两格的高位水池，每格7 5 0 m 3，在高压水突然无故断水情况下，作为备用水源靠高位落差产生水压供给高炉高压水用户及中压水用户，以确保高炉高、中压用水的不间断。

系统设有四台过滤器，其中三台新水过滤器，一台旁通过滤器。因为在循环用水中存在水量损失，因此在系统运行过程中需新水，为确保水质，新水经过过滤器过滤后方可进入冷水池，且进水量须与冷水池水位进行联锁。同时，为确保循环水质，设有旁通过滤器，由旁通过滤水泵从冷水池吸水经旁通过滤器过滤后回到冷水池，循环使用。过滤器使用后须定时对其反冲洗，防止过滤器由于泥浆而板结，保证过滤效果。

系统还设有加药间，由三台加药装置分别将防腐剂、防垢剂、灭藻剂定时由加管道投加至冷水池。

2 控制系统配置

系统选用GE-FANUC90—30型PLC，这种PLC是系YU90PLC家族中的一员，具有体积小巧，易于安装和配置的特点，且运行稳定，它能提供一种全功能的控制器，具有的编程性能，且与系列90PLC家族中其它PLC兼容。系统由一个主机架及六个扩展机架组成，主机架装有电源模块、CPU模块、通讯模块各一块和AI(模拟量输入模块)。扩展机架装有AI、DI(数字量输入模块)、DO(数字量输出)模块。系统配置DI共640个点，DO共224个点，AI共56个点。整个系统结构如图2所示。

(1) 通讯方式：

净环水系统利用一台上位机与P L C进行通讯，实时监控系统设备并控制运行。上位机采用标准以太网网卡，PLC采用IC693CMM32 1以太网接口卡传输介质为同轴电缆，经AUI接口相连接，配置50Ω终端电阻。协议为TCP/IP网络协议，其拓展性非常好，易于今后与6号高炉总控制系统的连接。

处理器CPU(选用IC693CPU372)自带一个15针串行端口，RS一485电气接口，采用SNP协议，可使用编程器与CPU之问直接通讯。

(2)模拟量输入

模拟量输入模板分为两种：一种为电流型4～20mA信号(型号IC693ALG221)，一种为电压型0～lOV信号(型号为IC693ALG220)。电流型主要检测系统压力、流量、水池水位等信号。电压型主要检测各台水泵电流及母线相电流、相电压信号。

(3)开关量输入/输出

开关量输入模块(DI)选用IC693MDL645型，主要检测各台水泵运行信号、故障信号、集中信号以及出口电动阀门开、关到位信号等。开关量输出模块(DO)选用IC693MDL940型，主要控制水泵合闸、分闸信号，阀门开、关指令等。

3 PLC控制编程

系统控制方式有自动、集中手动操作、现场操作三种。

·自动方式，由P L C程序按事先设定好的工艺流程和参数，自动地控制各系统设备，不须人工干涉，当工作泵发生故障时，备用泵具有自动投入功能，保证系统不问断供水。

·集中手动方式，由操作人员在操作站C R T画面上对设备进行单台控制，各设备之问保留必要的连锁，仅取消泵与水位之间的连锁。

·现场手动方式，由操作人员在现场机旁箱直接对设备进行不经计算机P L C控制的操作，各台设备之间没有连锁，具有级。当出现紧急故障情况下，可在机旁进行紧急停机操作，计算机仅负责监测各设备状态及故障点。

PLC控制程序主要由两大模块组成：

(1)泵阀组控制模块

根据泵的性能参数要求，分为两种控制方案，即闭阀启动和开阀启动。

闭阀启动：遵循先启泵，后开阀;先停泵，后关阀。如高、中、低压泵。

开阀启动：遵循先开阀，后启泵;先停泵，后关阀。如热水回水泵。

(2)过滤器控制模块

过滤器阀门运行程序表如表1所示。

·过滤器每过滤8h反洗一次，保证滤料干净不板结，确滤效果，水质稳定。

·旁通过滤器在任一台新水过滤器开始反洗时停止工作。过滤器反洗与泥浆池液位联锁(液位小于-2.15m允许反洗)，并同时与过滤器反洗泥浆泵联锁。

·冷水池水位1.3 m时开启任一台新水过滤器新水，2.2m关闭新水过滤器。

4 上位机控制编程

上位机软件采用GE—Fanuc—Cimplicity HMI软件编程组态，充分利用了其图形界面实时监控功能、报警处理和数据归档功能。

(1)实时监挠主要完成对所有检测点的监测及控制，包括一些参数的设置及算法实现，操作人员可随时了解各设备的运行状态，又可通过操作界面调节各设备的启/停控制。

(2)报警处理：将P L C送来的数据与上位机设定的数据相比较，根据设定范围作出图象及声音报警，提醒操作人员及时采取应急措施。

(3)趋势预测：可将需要记录的数据以文件的形式保存在磁盘上，可随时通过其内建的趋势画面观测及分析数据，监测系统变化，很好地监控系统运行参数，保证设备运行在工况点。

5 结束语

可编程控制器P L C以其开放式的模块化结构，较好的通用性和互换性给系统的使用和维护带来了很大的方便。可编程控制器P LC在昆钢6号高炉净循环水系统中的成功应用，大大减轻泵站工作人员的劳动强度，节省了人力物力，使原来的值班人数从每班三人减少到每班两人。自开炉至今，未发生因事故断水而烧毁高炉风口小套、中套、炉齿轮箱等重大设备事故及生产事故，有效地保证了设备运行，提高了系统的运行管理水平和系统运行精度，保证了生产的长周期稳定顺行，产生了显著的经济效益。

目前，交流调速技术在节能方面已获得了广泛的应用，把一些原有的恒速交流电力传动系统改造成为转速可调的交流调速系统，可以明显的节电效果。因此，交流调速已成为节能方面的一项关键技术，它在工业中的应用将有广阔的前景。本文介绍一下阜新自来水公司在电气改造方面的情况。

1 水塔水位系统控制示意图

(1)系统控制要求

如图1所示水塔水位系统控制框图是模拟现代生活中对水量的要求下，在对供应水的同时，对节水节能也有严格的要求之下，对水位的控制将有一定要求，所以采用通用变频器来驱动水泵电机，对水位的不同要求决定供电频率的不同，从而决定进水量的不同。在控制水位的前提下，系统还有一些必要的要求：液位显示、液位报警、液位变化曲线打印等。

(2)系统控制方案

该控制系统的被控对象是水塔的水位，而水位这个被控对象的特点是非线性、大惯性，所以没有采用常规的PID调节器构成闭环控制系统，而是采用了BANG—BANG控制调节器来对变频器实控制。

如图2所示，由PLC组成BANG—BANG调节器，PLC是该控制系统的。它不仅要完成控制任务，还要完成改变频率的功能。而8031单片机在这里起液位显示、曲线打印以及报警等功能。

2 PLC与通用变频器的接口技术

该系统的PLC采用的是德国西门子公司的s7—200PLC，共可配置5块I/O模块，每个模块上共有8个点，能够满足设计需要。通用变频器采用SAMCO—i系列中的IF一2.2K型号。变频器的给定频率通过面板给定，由PLC的输出端子进行控制，如图3所示。

接口设计中的一些注意事项如下：

(1)根据不同频率的要求决定变频器端子FR、2DF、3DF与PLC输出端子的连接方法。由表1可知有25Hz、35Hz、45Hz,50Hz4种频率。由PLC的输出信号对变频器相应端子进行组合，以产生上述4种频率。

(2)本例中PLC采用晶体管直流输出模块。由于这种无触点开关电路的输出级为光耦合器，其电源和变频器内部控制电路的电源间互相隔离，故外接其它装置便可确保不会发生误动作。

(3)将变频器的异常报警信号输出端接至PLC的输入端子，以随时通过PLC对变频器的工作状况进行监控。

3 PLC程序设计

本系统中PLC程序设计采取常用的顺序控制设计法(功能表图设计法)。作出功能表图，然后列写现场信号与PLC软继电器编号对照表，后由逻辑表达式作出梯形图在变频调速控制系统的梯形图设计中，应特别注意以下3个方面的问题：

(1)当PLC构成控制系统调节器时，应另外作出如表2所示的调节器I/O编号对照表，并按照PLC与变频器的I/O接口位置明确相互间的连接关系。

(2)在一般的功能表图设计中，各工步的状态是的，并且事先是已知的，故只需根据切换条件便可写出各工步逻辑表达式。但在本系统中，有的工步只有的状态(如水位SQ1)，有的工步却需要从4种状态中进行选择(如水位从SQ1上升至SQ2的过程中)，而选择的依据则是上一工步的频率以及本工步的执行时间。因此，需要对一般的功能表图进行修改，在工步中加入分支选择，从而写出正确的逻辑表达式和梯形图。图4是针对水位由SQ1上升至SQ2这一工作过程而作的功能表图。结合I/O对照表便可进一步得部分梯形图(图略)。

(3)通过上面的分析可知，某一工步的执行时间是决定该工步工作状态的重要因素之一，而不同的定时时间是通过若干定时器串联实现的。定时器的串联不只是为了增加定时时间，重要的是把串联中各个定时器的工作切换作为该工步选择不同频率的控。

4 结束语

通过这次控制系统的改造，为阜新自来水公司节能30%左右，达到了预定节能的目标。

脉动真空是国内九十年代中期发展的一种新型设备，由于采用了脉动真空技术，效果好，广泛应用于供应室、手术室、制药厂及科研部门。基于PLC的控制系统具有运行、操作简单、维护简便等特点，随着触摸屏的推广应用，使得其介面越来越人性化和个性化，逐渐成为医疗器械行业器的主品。

湖南某器械公司顺应世界电气发展潮流，用PLC和触模屏控制系统替代原有的电气控制系统，经过反复试验及推广应用，了良好的使用效果，深得用户满意。

1.脉动真空器的基本特点

脉动真空器是采用饱和蒸汽的设备。所谓脉动真空，就是将器夹套进蒸汽至额定压力，然后用真空泵将器内室抽到一个较高的真空度(脉动下限)，再充蒸汽到设定正压(脉动上限)，如此一负一正的过程即为一次脉动循环。经过几次脉动后，基本抽尽器体内的冷空气，接着进饱和蒸汽达到不同物品对应的温度，开始累计计时，计时结束后，抽真空干燥，使物品达到较好的干燥度，后可直接使用。从而达到很好的效果，符合药品生产GMP规范。

2.控制系统

2.1 控制部分的硬件构成

根据脉动真空器的控制要求，控制系统采用日本三菱公司的FX2N-16M可编程、F940GOT-LWD触摸屏、FX2N-2AD模拟量输入单元、FX0N-8EYR输出扩展模块。外围设备有SP-E4004迅普微型打印机，水环式真空泵，德得公司的气动角座阀及压力变送器、一体式温度变送器、门电机等。

控制系统结构示意图如下：

主要元件功能：

1)主机FX2N-16MR可编程序控制器是三菱公司FX系列的产品。内置8K步的RAM存储器，辅助继电器3072点，8000点数据寄存器，100ms、10ms、1ms等256点定时器，256点计数器。基本指令27种，应用指令128种。运算处理速度：本指令0.08μs/指令，应用指令1.52～数100μs/指令。

2)FX2N-2AD模拟量输入单元，可以输入两路模拟量信号，接受4～20mA电流信号或0～10V电压信号。

3)F940GOT-LWD为6寸单色触摸屏，功能强大，操作简单。

显示功能：多可显示500个用户制作画面。除了显示英文、汉字、数字等外，还能显示直线、圆、四边形等简单图形。

监示功能：可用数值或条形图监示并显示可编程序控制器子元件的设定值或现在值。

程序清单：可在指令清单程序方式下进行程序的读出/写入/监示。

数据采样功能：在特定周期或起动条件成立时收集数据寄存器的当前值，用清单形式或图表形式显示、打印采样数据。

报警功能：可使多256点的可编程序控制器的连续元件与报警信息对应。

4)FX0N-8EYR为8点继电器输出扩展模块。

5)D50-BGD开关电源为触摸屏提供24V、打印机提供5V电源。

2.2 控制系统的应用软件

可编程序控制器的编程软件为SWOPC-FXGP/WIN-C[1]，是一个应用于FX系列可编程控制器的编程软件，可在bbbbbbS介面下运行。可用阶梯图、程序语句来创建顺控指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据;该程序可在串行系统中与可编程序控制器进行通迅、文件传送、操作监控以及各种测试功能。

触摸屏的编写软件为FX-PCS-DU/WIN-C[2]，具有字串库、图形库、数据文件、系统设定、项目检查、蜂鸣器等功能。可给画面15级加密，让不同级别的操作者拥有不同权限。

2.3 主要程序编程原理结构框图如图2所示。

为了适应用户的多种需要，设置了四种工作程序：织物程序;器械程序;液体程序;B-D试验程序。

3.1 织物程序

织物程序适宜用于纺织品、布类、手术包、卫生敷料的。出厂设定参数为脉动3次、温度134℃。程序运行过程：脉动—升温——排汽—干燥—回气—结束。

3.2 器械程序

器械程序适用于金属类手术器械、工器具、无菌器皿等物品的。出厂设定参数为脉动2次、温度126℃。

3.3 液体程序

为防止在高温下因液体沸腾而产生溅溢，液体程序特地采取了后缓慢排汽的技术措施，特别适用于非密封装载的医用液体。出厂设定参数为脉动1次、温度121℃。

在液体程序中特设温度时间控制/F0值控制供用户选择。

F0值是将被物品不同受热温度折算到与湿热121℃时热效力相当的时间。F0值的计算对验证效果为有用。在程序中设计每6秒采样一次，温度数据进行浮点运算，计算出F0值。

3.4 B-D试验程序

B-D试验是为检验本设备效果而设置的程序。固定参数为温度135℃，3.5分钟。用于判断运行是否正常，是否能进行的。

3.5 其它功能

1)手动操作画面：系统为了安装、调试及维护的需要特设置了手动操作画面，对应每个执行元件均有一按键交替控制，即按一下启动，再按则停止，且对应指示灯显示。

2)帮助菜单：在系统画面中除了产品简介外，添加了详细的操作说明及故障处理介绍，让用户直接面对触摸屏即可对产品有一个的了解。

3)数据打印：完毕后，可以打印温度、压力、F0值等参数。

4.系统改进后的优点

1)本控制系统将设备的整个工艺流程图显示在屏幕上，每个执行元件都有对应指示，介面直观明了、不易出错;

2)可在线修改参数、程序，维护方便;

3)设有帮助菜单，使得后续操作培训为轻松;

4)控制电路简洁明了，增强了性。

5)系统有很高的稳定性和抗干扰能力。

 从20世纪20年代起，继电接触器控制系统在工业控制领域中一度占据主导地位，该系统是通过导线将各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接来控制各种机械或过程。但是，这种继电接触器控制系统具有明显的缺点，即设备体积大，动作速度馒．功能单一，仅能做简单的控制；特别是采用硬连线逻辑，接线复杂，一旦生产工艺或对象变动，原有接线和控制盘（柜）就需要换，所以这种系统的通用性和灵活性较差，不利于产品的新换代。

    20世纪60年代末期，美国汽车制造业竞争激烈。1968年，美国通用汽车公司提出了开发新型逻辑顺序控制装置以取代继电器控制盘的设想，为此发布了10个招标指标，其主要内容如下：

    ①编程简单，可在现场修改程序。

    ②维护方便，是插件式。

    ⑧性继电器控制柜。

    ④体积小于继电器控制柜，能耗较低。

    ⑤可将数据直接上传到管理计算机，便于监视系统运行状态。

    ⑥在成本上可与继电器控制相竞争，即有较高的性能价格比。

    ⑦输入开关量可以是交流115 V电压信号（美国电网电压为110 V）。

    ⑧输出的驱动信号为交流115 V、2A以上容量，能直接驱动电磁阀线圈。

    ⑨具有灵活的扩展能力。在扩展时，只需在原系统上做很小变即可达到大配置。

    ⑩用户程序存储器容量至少在4 KB以上（适应当时汽车装配过程的要求）。

    以上10项指标的是采用软布线，即以编程方式取代继电器控制的硬接线方式，这样在每次汽车改型或改变工艺流程时无须改动接线，从而降，缩短新产品开发周期，实现大规模生产线的流程控制。

    1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上台可编程序控制器(ProgrammableLogic Controller) PDP-14，在美国通用汽车装配线上试用，这种面向工业过程的控制装置一问世即获得了成功。其后，美国MODICON公司推出了同名的084控制器；1971年，日本从美国引进了这项新技术，研制出了其台PLC-DSC-8。1973年，西欧国家的台PLC也研制成功。我国从1974年开始美国的二代PLC，1977年研制出台具有实用的PLC。

    纵观PLC控制功能的拓展历程大致经历了以下四个阶段。

    (1)阶段（从台PLC诞生到20世纪70年代中期）

    在汽车工业获得大量应用，继而在其他产业部门也开始应用。由于大规模集成电路的出现，采用8位微处理器芯片作为处理器(CPU)，推动了可编程序控制器技术的飞跃。这一阶段PLC主要用于逻辑运算、定时与计数运算，控制功能比较简单。因此该阶段的产品称为可编程序逻辑控制器。

    (2)成熟阶段（从20世纪70年代中期到70年代末期）

由于大规模集成电路的出现，16位微处理器和51单片机相继问世，使PLC向大规模、高速度、方向发展。这一阶段PLC的功能扩展到数据传送、比较和运算，以及模拟量运算等。

 (3)通信阶段（从20世纪70年代末期到80年代中期）

 由于计算机通信技术的发展，PLC也初步形成了分布式的通信网络体系，但是由于制造厂商各自为政，通信系统自成一派，造成了不同厂家产品的互连较为困难。在该阶段，由于社会生产对PLC的需求大幅增加，其数学运算功能得到了较大的扩充，性也得到了进一步提高。

 (4)开放阶段（从20世纪80年代中期至今）

 进入21世纪，开放系统的提出使PLC得到较大的发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的PLC可以相互通信，通信协议的标准化使用户得到实惠。在这一阶段，PLC的规模增大，功能不断完善，大中型PLC多配CRT屏幕显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得简便，此外还采用了标准的软件系统，增加了编程语言等。随着控制对象的日益多样化和复杂化，采用单一PLC已不能满足控制要求，逐步被控制功能多样化的模块构建的PLC系统所取代。