产品描述
金华西门子PLC代理商变频器供应商
公用及开关站现地控制单元配置JNLCS-200一套,编号为5#LCU,配置西门子PLC模块、温度采集模块、CM-320B多对象微机准同期装置、交流量智能变送器、西门子K-TP178micro触摸屏、开出继电器、交流采样装置等相关器件。主要对全厂公用的油、气、水辅助系统,厂用交流电源系统,直流电源系统及开关站等监控对象的数据采集及实时控制。
根据系统要求,PLC配置如下:
① 处理模块(CPU):选用CPU226(24点DI/16点DO)。
② 数字量输入模块(DI):选用EM221,共2块(16点DI/块)。
③ 数字量输入输出模块(DI/DO):选用EM223,1块(16点DI/16点DO)。
④ 温度量输入模块(RTD):选用EM231,共2块(8点/块)
⑤ 模拟量输入模块(AI):选用EM231,1块(4点AI)。
⑥ PROFIBUS-DP接口模块:EM277,1块。
⑦ PROFIBUS-DP网络连接器1个。
2.3现地控制单元系统实现的功能:
2.3.1数据采集与处理
收集电厂内机组现地控制单元(LCU)采集的模拟量、数字量(包括状态量、顺序事件数字量、脉冲量、报警数字量)。
对采集来的数据进行分析、处理、计算,形成主站各种监控及管理功能所需的数据。
对一些数据作为历史数据予以记录、整理和保存。
2.3.2运行监视
运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。
2.3.3控制与调节
机组现地控制单元能自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节,而不需依赖于电站控制。在接受电站控制命令后,工况转换及调节能自动完成,也能分步自动完成。机组现地控制单元也能执行现地人机接口发出的现场命令。
机旁设控制权切换开关(上行信息不受切换开关位置影响)。开关置于“中控室”时,则机组仅受控于电站控制,置于“现地”时则仅可由运行人员通过现地控制单元对机组进行控制。
机组控制单元顺序控制
机组同步并网
机组辅助设备的自动控制、监视
① 事件检测和发送
自动检测本单元所属的设备、继电保护和自动装置的动作情况,当发生状变时,将事件的性质依次检测、归类存档,并上送电站控制。
2.3.4数据通信
完成与电站控制的数据交换,实时上送电站控制所需的过程信息,接收电站控制的控制和调节命令。
机组现地控制单元接收电站控制所用的同步时钟信息以保持同电站控制同步。
与电能计量装置及其他承包商提供的微机励磁调节器、微机调速器、微机继保装置、微机测速装置、温度巡检装置等之间通信,进行信息交换,提供接口软件。
2.3.5系统诊断
机组现地控制单元硬件故障诊断:可在线或离线自检设备的故障,故障诊断能定位到模块。
软件故障诊断:应用软件运行时,若遇故障能自动给出故障性质及部位,并提供相应的软件诊断工具。
在线运行时,当诊断出故障,能自动闭锁控制出口或切换到备用系统,并将故障信息上送电站控制以便显示、打印和报警。
系统配备上位机一台,该机还兼做语音报务器。
2.4上位机配置
① 服务器 (DELL P4 2.8G处理器、512MB内存、80GB的硬盘)。
② 彩色显示器 (DELL 21寸彩色显示器)。
③ 语音报警设备 (多媒体声卡、音箱)。
④ CP5611网卡
⑤ SIMATIC NET 6.0。
⑥ WINCC 5.1。
上位机监控系统采用西门子WinCC人机接口软件,该软件可以很好的支持S7系列CPU,且具有强大的画面组态、报警设置、数据存档、报表设计等功能。此外还集成了多种网络连接方式,使其与自动化系统连接起来加方便。
2.5上位机监控系统实现的功能:
2.5.1数据采集与处理;
主控级自动采集和处理各现地控制单元的各类实时数据和处理电站设备的运行参数,采集的数据及处理量主要有以下几种:
① 电气量:主控级收集由现地控制单元采集的各电气量:
② 模拟量
温度:机组上导、下导、水导、推力轴承的瓦温、油温、冷却水温、转子线圈、定子线圈和铁芯的温度及变压器油温等。
③ 数字量:各现地控制单元将采集到的数字量上送主控级进行处理或现地处理
④ 脉冲量:各现地控制单元对采集到的脉冲量进行累计,换算成相应的电度量后,上送主控级进行全厂日、月、年发电量累加处理。
⑤ 数据压缩精简:对实时数据和历史数据按要求进行筛选整理,去掉无用的数据后,将“压缩”了的数据存入数据库。
2.5.2运行监视;
运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。
① 全厂运行实时监视及参数在线修改:运行值班人员通过显示器对全厂各主设备及辅助设备的运行状态进行实时监视控制及在线修改参数。对职责不同的各级运行人员,其操作权限的内容也各不相同。对监控系统监控的所有设备,具有一定操作权限的运行值班人员能在线修行参数。
② 状变监视:状变分成两类。一类为自动状变即自动控制或保护装置动作所导致的状变,如断路器事故跳闸,机组的自动起动等,另一类为受控状变,即由来自人工控制的命令所引起的状变。发生这两种状变时,均可在显示器上显示。状变量以数字量形式采入。
③ 越限检查:检查设备异常状态并发出报警,异常状态信号在显示器上显示并记录。
④ 过程监视:监视机组各种运行工况(发电、调相、停机)的转换过程所经历的各主要操作步骤,并在显示器上显示;当发生过程阻滞时,在显示器上给出阻滞原因,并由机组现地控制单元将机组转换到状态或停机。
⑤ 趋势分析:分析机组运行参数的变化,及时发现故障征兆,提高机组运行的性。
⑥ 间歇运行的辅助设备的运行监视和分析:监视机组及电站各间歇运行的辅助设备(如压油泵、技术供水泵、空压机等)起动次数、运行时间和间歇时间。在机组及电站不同运行方式下,其起动及运行间隔有一定的规律,通过分析这些规律的变化情况,监视间歇运行设备及其对应的主设备是否异常。
⑦ 监控系统异常监视:监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号,并在显示器及打印机上显示记录,指示故障部位。
2.5.3实时控制和调整;
2.5.4监视、记录、报告;
在中控室装有彩色显示器,用于显示电站的运行情况。全厂所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等可记录下来,并能以中文格式在显示器上显示,在打印机上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作方式。
2.5.5事件顺序记录;
在电站发生事故时,由各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设备的状态量,并上送电站控制,完成事件顺序排列,显示、打印和存档。每个事件的记录和打印包括点名称、状变描述和时标,记录的分辨率不大于5ms。
2.5.6事故追忆和相关量记录;
记录在事故发生前5s和后20s时间里重要实时参数的变化情况。追忆量包括35kV线路的有功及无功功率,三相电流,35kV线路电压及频率、机组线电压、三相电流和有功、无功功率等。采样周期为1s。追忆量除了打印外还可以用曲线在显示器上显示。
相关量记录:自动记录与事故、故障有关的参数。
当机组某一参数越,监控系统同时显示打印其相关参数的对应数值。
2.5.7正常操作指导和事故处理操作指导;
① 正常操作:操作顺序提示,能根据当前的运行状态判断设备是否允许操作并给出相应的标志,如操作是不允许的,则提示其闭锁原因并尽可能提出相应的处理办法;操作票编辑、显示、打印;运行报表显示、打印等。
② 事故处理:在出现故障征兆或发生事故时,由监控系统提出事故处理和恢复运行的指导性意见。
2.5.8数据通讯;
① 与地调、水情测报等系统的通信。
② 与各现地控制单元通信,向各现地控制单元发送指令,并接收各现地控制单元上送的各种信息。
2.5.9屏幕显示;
画面显示是计算机监控系统的主要功能之一,画面调用将允许以自动或召唤方式实现。自动方式是指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面能够自动推出,召唤方式则指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等。画面清晰稳定、构图合理、刷新速度快且操作简单。
2.5.10电站设备运行维护管理;
积累电站运行数据,为提高电站运行、维护水平提供依据。
2.5.11系统诊断;
电站控制系统设备如工作站、通讯网络、主站外设等设备的故障自诊断,故障时发出信号,并将记录和打印。
2.5.12软件开发;
离线进行系统软件的开发与编辑,包括画面、报表、数据库等的编辑,从而实现对系统的管理、维护与升级。
2.5.13培训;
上位机系统可具备培训功能,使用户技术人员能够掌握系统功能及原理。
1 引言
非织造布(Nonwovens) 又称为无纺布或不织布。非织制布是在不用纱线或少用纱线(纤维过50%)的情况下直接利用高聚物切片、短纤维或长丝通过各种纤网成形方法和固结工艺,如化学粘合、针刺、水刺、热轧、缝编、印花、热风透吹粘合等制成的具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品。某无纺布生产商主要以纤维棉花为主要材料,通过大小开棉机,混棉机得到分散, 比例均匀的纤维,利用抽风电机把纤维送入喂入辊,主辊,道夫辊,铺网辊变成丝状后,再通过成卷机,打包机加工成可利用的无纺布。
根据工艺流程要求以及考虑到此生产线已使用年限过长,加之操作人性化方面不够。通过与公司里的技术人员反复磋商。决定对其进行升级改造。
2 系统组成
原来的生产线主要有4条(分别命名为CARD1~4)。4条生产线由4套系统(分别叫NP10,NP20,NP30,NP40)进行数字量的控制,另外还有2套系统,其中一套进行模拟量的控制(叫做NP50),另外一套(NP60)进行报警,指示使用。每套系统可立运行。全部使用西门子PLC进行控制。其中NP10,NP20,NP30,NP40,NP60使用的是西门子早期的PLC S5-110A,而NP50使用的是S5-115进行电机的调速和通讯。
针对企业提出的“管控一体化”人性化的要求,确定系统方案。设计中采用了“集中监视,分散控制”的监控系统。因为系统的输入输出点数较多(差不多800点),并且要求每条生产线旁边都有现场操作员面板,因此不宜选择计算机来作监控。后选择了西门子公司的操作员面板OP270作监控。因为现场的变频器,直流调速器都还使用正常,并且也考虑到S5-115还有利用的可行性,决定保留NP50这套系统而改掉NP10~40,NP60这5套系统。考虑到西门子S7系列PLC的强大功能可以用一套315-2DP+分布式I/OET200M(简称NP-new)代替原来繁多的5套系统。
2.1 操作员面板监控站
由4台OP270和1台OP37组成。其中OP270与S7-315通过Dp网相连,传送速率设为187.5kbps.OP37与S5-115也以Dp网通讯。这些面板主要完成电机的启动,停止,电机的运行状况的显示,报警提示以及电机的转速等模拟信号等。由于操作员面板的引入使得操作性化,同时也取代了原来的NP60系统。使得整个系统整洁,明了,减少了繁多的元器件损坏带来的无休无止的维护。
2.2 NP-new系统
由一台S7-300中的315-2DP+4个ET200M+15个DI×32+10个DO×32组成。主要作用是进行数字量的逻辑运算,同时通过Profibus和OP270以及NP50通讯。由于在这套系统中保留了原来模拟量调速系统(考虑改造成本太大也没必要),因此整个系统要面临的是繁多的电机启停和各种各样的监测信号输入和保护电路。因此后来专门开发出电机起停块,使得整个编程变得非常简单,享受。
2.3 NP-50系统
主要完成模拟量的调速使用。其中直流电机使用开环控制,交流电机如主辊电机和道夫辊电机使用交流闭环控制,利用测速发电机对主辊进行测速。得到的交流电经过转换变成-10-10V直流电进入变频器控制电机转速。在实际运行中,主辊电机功率比较大(30KW),转速也比较快,而在对进来的棉花进行拉丝时,如果有金属进入棉花的话很可能把刺头搞坏,因此通常都装有金属探测装置,主要探测是否有金属进来。如果万一有金属进入的话,或者火警或急停来的时候需要主辊马上停机。因此我们设置了一套连动监测装置让主辊可以反接制动停机。
2.4监测仪表
各种各样的测量装置在系统中使用。包括:
(1) 回路的检测。主要是各扇门的监控。
(2)测速电机与电压转换仪表。
(3)带延时的电眼。主要监视棉花有没来到以及是否出现棉花堵赛。
(4)光栅 。防止棉花外露
(5)各种液压装置等,主要是进行卷绕和切割用。
(6)各类行程开关。如跑偏行程开关等。
图1 系统架构图
图1 为系统的架构图。4个OP270和PLC及ET200M之间通过Profibus通讯。4个IM153分别安装于不同机柜中,就近控制现场设备。
3 工艺控制描述
从外面买回来的纤维材料一般是一包一包的需要经过大小开棉机使各种捆绑纤维开松,并用风机输入下道工序之用。实际我们这套系统中中有2台开棉机,可放置2种不通的纤维材料。从开棉机出来的棉花根据工艺的不通可以进混棉机也可以不进混棉机,混棉机的作用只是把2种不通的棉花按一定的比例混合。当然在某些情况下并不需要混棉这时从开包机出来的棉花会直接进入下道工序。
大小开棉机出来的棉花或混棉机里出来的棉花一般通过一系列抽风电机把棉花送入梳理机。梳理机是整个系统的,主要作用是纤维的梳理,通常由喂入辊,主辊,道夫辊,铺网辊组成。通常喂入辊和铺网辊速度比较慢,用直流电机+直流调速器进行控制。喂入辊的作用是把棉花慢慢的送入,送来的棉花经过主辊和道夫辊的高速旋转会被拉成一根一根的丝状。后通过铺网辊把丝状棉花送到下个工序。
丝状的棉花一般要经过成卷机的气压式切边或电动飞切边电热丝横切装置或电动飞横切装置等做成需要的形状。后通过打包机打包。形成产品。
当然在实际中并不只有这些装置,不过它们是整个系统的主要需要控制的部分,其它的还有① 边角料开松机,用于无纺布边料开松料回收利用。② 震动给棉机,将松开纤维进一步开松混合,并处理成均匀的筵棉提供下道工序。③ 气流给棉机,将松开纤维进一步开松混合,并处理成均匀的筵棉提供下道工序。整个工艺流程简图2所示。
图2 工艺流程图
4 电机启动程序的研究
4.1电机正传控制功能块设计
由于系统比较复杂,电机数目比较繁多。因此寻找一条好的清晰控制思路就显得异常重要。编程中大量碰到是电机起停控制。所以迫切需要编制这样一个块:它能完善的表达出电机的所有信息,并且。下面将以电机的正转为例来介绍这样的一个块。如图3所示。
图3 电机正转功能块图
在上面这个块中:①表示电机的启动位,②表示电机停止位。③是电机的热继电器,正常情况下热继为1。如果热电器信号没来,启动不了电机,并且提示故障。④为电机的接触器返回的信号。正常情况电机启动后应该给回一个接触器吸号。如果电机没有给回的话,监控异常信号会输出。通常我们把监控异常信号取出延时一会,如果延时过后还没出现电机反馈信号,这时输出电机的连接监控有效,切断电机,故障输出。⑤表示电机的连接监控。通常在电机启动等待1~2秒等待接触器反馈信号来到,如果在这段时间之内反馈信号没有到达,通过内部的逻辑电路停止电机。⑥是复位按钮。从逻辑图可以看出,电机正常情况下按复位按钮是无效的,只有⑨端出现故障时按复位按钮才有效。⑦用来启动电机。它的吸合直接对应了电机的起停。⑧表示电机的监控异常。通常它的作用是用来延时1~2秒看电机的反馈信号是否回来,如果没有回来它就控制⑤端电机连接监控接通。切断电机,故障输出。⑨是故障输出端。
在使用这个块一般情况下①②它们不表示一个按钮。通常用一个M寄存器表示,M的信号通常又是由一系列信号“与”“或”后得到的。如上图所示。例如“电机的启动信号①”=“启动按钮”&“本块的故障输出端⑨的非信号”&“输出某台电机启动后给回的信号”&“…”。再例如“电机的停止信号”=“火警”或“急停”或“停止按钮”或“联动电机的反馈信号的非信号”或“…”。
4.2电机正反传控制功能块设计
图4 电机正反转起停功能块
5 组态与通讯设计
5.1编程和组态软件
在本改造中通过西门子S5(S5-115+IM308)PLC与西门子S7(S7-315+IM153)进行通讯。同时S7对原先的5套系统进行的代替。从后来使用上来看,可行。在S5中,通过IM 308和FB192可以传送多达122个连贯字(244字节)。这已经满足要求了。而在S7中S7-300中,通过SFC14和SFC15进行字节的接受与传送,传送的数据量多达16个字(32字节)。
组态软件在S7-300中使用STEP7 V5.3,利用HW CONFIG进行组态。在S5中使用COM_ET进行组态也是相当方便的。因为COM_ET软件自版本V2.1起就已经是bbbbbbs版本了。值得注意的是不能使用 S7-300 的 FM 和 CP,因为它们也通过背板总线使用 S7 系统实用程序,而这是 S5 主站不支持的。
5.2系统的网络设置
(1)在设置网络时要特别注意的是把CPU属性中的COMMUNICATION中的属性设置对,通常它都有3个项,一项是PG Communication ,默认值是1。二项是OP Communication,默认值也是1,三项是S7 Standard,默认值是12。 由于大的连接数是16,而OP270挂在S7 DP网络上的有4个,所以我们要把S7 Standard的默认值设为11或再小点10也行。
(2)其它的一些设置都是一些常规设置,这里就不再说了。至于OP270支持串口下载,USB口下载和DP口下载,直接把用PROTOOL编好的程序以及OP的站地址设好下到屏中就可以了.还有就是OP的背景灯亮通常要置2BIT位才是亮。
(3)本设计中注意的问题
·使用的电缆和电缆接头。也许你不使用的电缆和电缆接头可能当时通讯也没问题。但一旦你进行维护的时候你会发现系统老是出现莫名其妙的问题,到时不光你要来回的往返于工厂之间,可能到后你也查不出问题的所以然来,所以为了你以后维护方便。还是使用电缆和电缆接头。
·Profibus 网络终端电阻有,在使用时把头尾电缆插头的终端电阻开关拔到ON上,中间的拔到OFF上即可。注意是尾拔ON。
·当使用S7挂ET200M时。通常加一些OB块,例如OB82-87,OB120等,这样做的目的是防止其中的某一个ET200M站断电或故障,S7 CPU就停止运行的情况出现。
6 结束语
非织造布(又称无纺布或不织布)是纺织业中年轻而大有发展前途的一个新兴领域。它具有工艺流程短、产量高、原料来源广泛、产品性能可按需要设计和用途广泛等优点。对于其控制目前几乎全部使用PLC进行控制,但一般由于各台机械之间的相互整合性不是太强,如何把他们的整合联系到一起进行统一的调控这是需要我们这些技术人员需要共同努力的地方。
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