Siemens S7-300 PLC在電廠鍋爐排渣改造工程中的應(yīng)用設(shè)計
1、PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成
PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中早己得到了廣泛的應(yīng)用。以PLC的控制功能而言，具有嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易編程、易安裝、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。它通用性強(qiáng)，適應(yīng)面廣,特別在數(shù)字量輸入/輸出等邏輯控制領(lǐng)域有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。PLC具有豐富的邏輯控制指令和高級應(yīng)用指令，它提供高質(zhì)量的硬件、高水平的系統(tǒng)軟件平臺和易學(xué)易編程的應(yīng)用軟件平臺。另外，PLC即有自身的網(wǎng)絡(luò)體系又有開放I／0及通訊接口，很容易組建網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。
PLC采用的Siemens公司生產(chǎn)的S7-300系列，由于現(xiàn)場的PLC系統(tǒng)與控制室的上位機(jī)距離較遠(yuǎn)（800米左右），因此通訊系統(tǒng)需成對加裝RS-485中繼器，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
?。?） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置
根據(jù)控制需求，CPU模塊采用CPU314、數(shù)字量輸入（DI）采用SM321模塊，數(shù)字量輸出（DO） 采用 SM322模塊，模擬量輸入（AI） 采用 SM331模塊，模擬量輸出（AO） 采用 SM332模塊以及IM365等模塊組成，IM365實(shí)現(xiàn)機(jī)架擴(kuò)展，上位機(jī)采用Easyview公司MT510T真彩觸摸屏進(jìn)行顯示和控制，整個干渣系統(tǒng)的工藝流程及測量參數(shù)、控制方式、順序運(yùn)行狀況、控制對象狀態(tài)等均能夠清楚地顯示在觸摸屏上，當(dāng)參數(shù)越限報警或控制對象故障或狀態(tài)發(fā)生變化時，以不同的顏色進(jìn)行顯示，使操作人員能夠一目了然地了解到系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并實(shí)時地根據(jù)工藝要求進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
?。?） 控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)
PLC程序的編制直接關(guān)系著底渣系統(tǒng)能否正常工作，而程序設(shè)計的關(guān)鍵在于編程者對工藝系統(tǒng)的理解程度和程序編制技術(shù)的靈活應(yīng)用。因此，在程序設(shè)計中首先考慮了供氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)，將程序設(shè)計細(xì)化，分成多個程序模塊，實(shí)行模塊化編程。這樣既可以方便的增加或刪除程序模塊，便于現(xiàn)場對工藝的調(diào)整，又可針對配套設(shè)備可控性對不同程序模塊進(jìn)行完善。
PLC的編程軟件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V6軟件平臺用來完成硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及編制整個生產(chǎn)過程的控制程序的。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用國產(chǎn)軟件組態(tài)王，全部采用漢化界面，便于系統(tǒng)的開發(fā)與操作，該系統(tǒng)運(yùn)行于Windows2000中文平臺，可實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控，對重要參數(shù)形成歷史記錄，以報表或曲線的形式顯示給操作人員。通過VB語言腳本，可以在主控室的上位機(jī)顯示重要參數(shù)的歷史趨勢、實(shí)時趨勢，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖調(diào)節(jié)的手自動切換、操作、壓力的高、低限報警、流量數(shù)據(jù)的顯示與累計，滿足高生產(chǎn)率的調(diào)度需求。
?。?） 現(xiàn)場顯示
現(xiàn)場采用MCC屏進(jìn)行參數(shù)控制，觸摸屏程序由組態(tài)軟件來完成，人機(jī)界面采用中文菜單，界面友好，操作方便，功能較強(qiáng)，主要用于現(xiàn)場壓力、流量、閥位的顯示與操作?？勺鳛椴僮魅藛T現(xiàn)場操作的依據(jù)。
二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)排渣系統(tǒng)的自動控制和監(jiān)控
主要包括如下功能：
?。?） 靈活的操作方式以及強(qiáng)大的系統(tǒng)控制功能：系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)操作、控制柜操作和就地手動操作；
?。?） 報警功能：當(dāng)溫度超過工藝要求，可在現(xiàn)場、就地實(shí)現(xiàn)越限報警；
（3） 簡單、方便的參數(shù)設(shè)定： 壓力調(diào)節(jié)的壓力設(shè)定值、P、I、D等參數(shù)可以在上位機(jī)中設(shè)定。
對于系統(tǒng)中的邏輯控制選用梯形圖（LADDER）編程，直觀、方便；對于PID回路控制流量溫壓補(bǔ)償計算以及流量的累積計算部分則采用語句表（STL）編程，結(jié)構(gòu)緊湊而又靈活。 PID調(diào)節(jié)是該系統(tǒng)中最為重要的控制程序，因此特將PID算法作一重點(diǎn)介紹。
1、PID算法
STEP7提供了兩種常用的PID算法：連續(xù)型PID（FB41）和離散型PID（FB42），根據(jù)實(shí)際要求，選用的是FB41。并在組態(tài)王中使用畫圖功能模擬一個PID調(diào)節(jié)器的操作面板，完成PID調(diào)節(jié)控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入、PID參數(shù)（比例系數(shù)、積分時間）輸入等功能。
PID算法的輸出實(shí)際上是比例（P）、積分（I）、微分（D）三部分作用之和：
?。停睿剑停校睿停桑睿停模?
?。停校?＝ ＧＡＩＮ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ ＴＳ／ ＴＩ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ
?。停模?＝ ＧＡＩＮ ＴＤ／ ＴＳ（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）
?。停睿旱冢畲尾蓸訒r刻的輸出值。
?。停校睿旱冢畲尾蓸訒r刻的比例作用，與偏差成正比。
ＭＩｎ：第ｎ次采樣時刻的積分作用，可以消除靜差，提高控制品質(zhì)。
?。停模睿旱冢畲尾蓸訒r刻的微分作用，根據(jù)差值的變化率調(diào)節(jié)，可抑制超調(diào)。
?。樱校睿旱冢畲尾蓸訒r刻的設(shè)定值。
ＰＶｎ：第ｎ次采樣時刻的過程值。
?。停兀旱冢睿贝尾蓸訒r刻的積分作用，每次采樣計算后自動刷新。
ＧＡＩＮ：回路增益，P參數(shù)。
?。裕桑悍e分時間常數(shù)，即I參數(shù)。
ＴＩ：微分時間常數(shù)，即D參數(shù)。
?。裕樱翰蓸訒r間。
從上面的公式中可以看出，參數(shù)P（GAIN）與P、I、D作用都是成正比的，它決定了PID回路的靈敏度，即調(diào)節(jié)速度的快慢；Ｉ參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強(qiáng)。不能單靠理論計算來確定PID參數(shù)，唯一的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是被控參數(shù)（壓力）的精度和穩(wěn)定度，所以在實(shí)際調(diào)試中，都是參照被控參數(shù)的實(shí)時曲線，反復(fù)觀察分析，從而達(dá)到最佳的控制效果。
《西門子PLC在水處理工程中的運(yùn)用》
摘要：詳細(xì)敘述了GLM-8型行架式刮油刮渣機(jī)工藝流程、自動控制系統(tǒng)說明。同時，總結(jié)了采用GLM-8型行架式刮油刮渣機(jī)進(jìn)行污水處理所取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
關(guān)鍵詞：刮油刮渣機(jī)、CPU224[1]、驅(qū)動機(jī)構(gòu)[2]
Application of Siemens PLC in water handle
Author: Chen long Unit Name: Wuhan Cigarette Factory
Abstract: It was detailed to described the type GLM-8 pares off the oil and the mud machine craft process, automatic control system elucidation. At the same time, Tallying up the adoption type GLM-8 pares off the oil and the Mire machine handling acquisition the economic perbance and the social perbance.
Key words: pares off the oil and the mud machine、CPU224 [1] 、Drive the organization[2]
引言
在鋼鐵廠污水排放中，水中含有大量的廢渣和油，如果將廢渣和油從水中分離出來后，水就可以進(jìn)行第二次利用，提出的廢渣還可以送到下一個工序進(jìn)一步將里面的鐵提煉出來，這樣就大大地節(jié)約了水資源，又防止了環(huán)境污染;利用GLM-8型行架式刮油刮渣機(jī)是對鋼鐵廠污水處理方法中的一種。下面將對該污水處理系統(tǒng)做簡要論述。
一、工藝流程
GLM-8型行架式刮油刮渣機(jī)主要由驅(qū)動機(jī)構(gòu)、行架、刮油耙，刮渣耙、自動控制系統(tǒng)、定位器組成。
沉淀在平流池池底的泥渣在刮渣耙的帶動下，逆水由平流池出水尾端向進(jìn)水首端行駛，將泥渣帶入首端的集泥坑，刮渣機(jī)行到首端時，自動控制系統(tǒng)指導(dǎo)抬落耙機(jī)構(gòu)的電動推桿進(jìn)行工作，由于刮油耙和刮渣采用聯(lián)動，當(dāng)刮泥耙抬出250mm高度時，刮油耙自動下降250mm，刮油刮渣機(jī)實(shí)行反向行駛，將浮在平流池上的油由平流池首端向尾端推動，將油刮入設(shè)在尾端的集油槽內(nèi)排出平流池。從而實(shí)現(xiàn)一次全過程工作，刮油刮渣還可根據(jù)平流池的沉降過程進(jìn)行半程工作兩到叁次再進(jìn)行一次全程工作，具體運(yùn)行軌跡見圖一，該系統(tǒng)可以根據(jù)需要通過面板上的選擇開關(guān)選擇三種運(yùn)行軌跡，圖一中只畫了一個周期。
圖一：運(yùn)行軌跡圖
自動控制系統(tǒng)設(shè)有現(xiàn)場手動、自動和遠(yuǎn)程控制接口。當(dāng)刮油刮渣機(jī)出現(xiàn)故障時，設(shè)備現(xiàn)場聲報警裝置進(jìn)行報警，并通過信號通信系統(tǒng)將信號送到中控室報警。
設(shè)備的輸電系統(tǒng)采用電纜輸入電源和信號控制電纜輸出信號，電纜在運(yùn)行過程中懸掛在空中的電纜滑車上，電纜滑車在行架式刮油刮渣機(jī)的帶動下沿著滑車軌道進(jìn)行往返工作。
當(dāng)設(shè)備的自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)失控時，刮油刮渣機(jī)行駛到端頭而不能實(shí)行反程工作時，可通過設(shè)在首尾兩端的限位控制裝置切斷電源，如上述系統(tǒng)全部失控時，設(shè)在首尾端的車擋強(qiáng)制將設(shè)備控制在限位范圍內(nèi)，從而控制了設(shè)備出軌等事故的發(fā)生。
二、控制系統(tǒng)說明
3.1硬件說明
該控制系統(tǒng)所用的中央處理器為西門子公司的CPU224 AC/DC繼電器輸出。S7-200系列是一種可編程邏輯控制器（Micro PLC）。它可以控制多種多樣的自動化工業(yè)的應(yīng)用，它緊湊的設(shè)計，低廉的價格，以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200控制器可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的自動化問題時，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，該控制系統(tǒng)所用的是S7-200系列，不過也可通過該模塊上的 PROFIBUS-DP接口，通過現(xiàn)場總線將該小系統(tǒng)組態(tài)到大系統(tǒng)中。該系統(tǒng)中的CPU224的I/O分配如下表：
控制系統(tǒng)原理框圖見圖二。
圖二: 控制系統(tǒng)原理框圖
3.2軟件說明
該控制系統(tǒng)軟件采用西門子公司的STEP7-MICRO/WIN32的軟件編寫，PLC控制系統(tǒng)使用功能控制語言，可用多種方法，如梯形圖（Ladder）、語句表（STL）、功能圖塊（FBD）進(jìn)行設(shè)計，軟件開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)采用多種方法，可有效利用軟件資源。
該系統(tǒng)主要用到了子程序調(diào)用指令，在主程序中根據(jù)用戶需要對三種運(yùn)行軌跡的三個子程序進(jìn)行調(diào)用，從而讓刮油刮渣機(jī)在不同的條件下運(yùn)行不同的軌跡。
每一種運(yùn)行軌跡都是通過軟件完成，充分利用了計數(shù)、定時等指令，程序流程圖如下（圖三）：
三、應(yīng)用效果
該控制系統(tǒng)從安裝調(diào)試成功后，于2001年8月通過甘肅酒鋼集團(tuán)的驗收。目前控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且操作簡單、直觀；可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離維護(hù)功能，從而減輕了維護(hù)強(qiáng)度，故障處理更方便、快速。
參考文獻(xiàn)：
1、S7-200編程手冊[P] 1998版……………………西門子公司
2、電機(jī)拖動[M] 1996版……………………………冶金工業(yè)出版社
《西門子PLC在油田工程的運(yùn)用》：聯(lián)合站是采油廠對從地下開采出來的原油進(jìn)行油、水、氣分離的場所 ,其控制系統(tǒng)對外輸原油的質(zhì)量起著決定性的作用。大慶油田以往的聯(lián)合站控制系統(tǒng)主要有以霍尼韋爾為代表的DCS系統(tǒng)、以O(shè)MRON為代表的PLC系統(tǒng)和以研華工控機(jī)為代表的內(nèi)插I/O卡的計算機(jī)系統(tǒng)等三種類型。這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn) ,如DCS系統(tǒng)處理速度快 ,人機(jī)界面好 ,但其全部信號集中接入控制室 ,成本造價高。PLC系統(tǒng)數(shù)字邏輯處理能力強(qiáng) ,可靠性高 ,但處理速度低 ,功能模塊較單一 ,和其它設(shè)備兼容性不好。工控機(jī)內(nèi)插I/O板則適合于較少點(diǎn)數(shù)的應(yīng)用 ,其成本低、靈活性好同 ,但故障率高 ,不可靠。由于以上特點(diǎn) ,在油田的聯(lián)合站控制領(lǐng)域中還沒有一種能使用戶滿意的控制系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動化控制理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,以及生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)算能力、開放性等方面越來越高的要求 ,西門子公司在原來S5系列可編程控制器的基礎(chǔ)上 ,結(jié)合最先進(jìn)的電子制造、網(wǎng)絡(luò)通訊、現(xiàn)場總線等技術(shù) ,推出了新一代可編程控制器S7系列PLC。
CPU
6ES7 211-0AA23-0XB0 CPU221 DC/DC/DC,6輸入/4輸出
6ES7 211-0BA23-0XB0 CPU221 繼電器輸出,6輸入/4輸出
6ES7 212-1AB23-0XB8 CPU222 DC/DC/DC,8輸入/6輸出
6ES7 212-1BB23-0XB8 CPU222 繼電器輸出,8輸入/6輸出
6ES7 214-1AD23-0XB8 CPU224 DC/DC/DC,14輸入/10輸出
6ES7 214-1BD23-0XB8 CPU224 繼電器輸出,14輸入/10輸出
6ES7 214-2AD23-0XB8 CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7 214-2BD23-0XB8 CPU224XP 繼電器輸出,14DI/10DO,2AI/1AO
6ES7 216-2AD23-0XB8 CPU226 DC/DC/DC,24輸入/16輸出
6ES7 216-2BD23-0XB8 CPU226 繼電器輸出,24輸入/16輸出
USB-PPI USB接口的西門子PLC S7-200編程電纜,帶指示燈,對應(yīng)西門子產(chǎn)品:6ES7 901-3DB30-0XA0 ,通信距離達(dá)2公里,電纜長度為3米。
USB-PPI+ 隔離型USB 接口的 S7-200PLC 編程電纜,帶指示燈,對應(yīng)西門子產(chǎn)品:6ES7 901-3DB30-0XA0,通信距離達(dá)2公里,電纜長度3米。
PC-PPI RS232 接口的西門子 S7-200PLC 編程電纜,RS232/PPI 接口，對應(yīng)西門子產(chǎn)品號： 6ES7 901-3CB30-0XA0電纜長度為2米(2-50米可供選擇)。
USB-MPI+ 隔離型USB接口的西門子 S7-300編程適配器,帶通信指示燈，對應(yīng)型號6ES7 972-0CB20-0XA0 通信距離可達(dá)1公里（187.5Kbps 時）長度5米。
PC-MPI+ 對應(yīng)西門子產(chǎn)品號:6ES7 972-0CA21-0XA0，西門子S7-300PLC編程通信適配器，光電隔離型，外觀同西門子,含RS232電纜（5米）。
PC-TTY 西門子S5系列PLC編程口（DB15）通訊接口電纜，對應(yīng)西門子的型號：6ES5734-1BD20，電纜長度3米（3-20米可供選擇）。
6ES7901-1BF00-0XA0 PC/MPI模塊用RS232電纜/TP27觸摸屏下載電纜,5米,對應(yīng)西門子產(chǎn)品號:6ES7901-1BF00-0XA0。
6ES7 901-0BF00-0AA0 S7-200/300PLC到西門子觸摸屏連接電纜,5米,對應(yīng)西門子產(chǎn)品號:6ES7 901-0BF00-0AA0 。
6XV1 440-2KH32 西門子OP觸摸屏編程電纜，3米，對應(yīng)西門子產(chǎn)品號：6XV1 440-2KH32
6ES7972-0BA41-0XA0 PROFIBUS 總線連接器 不帶編程口 35度電纜引出線。
6ES7972-0BB41-0XA0 PROFIBUS 總線連接器 帶編程口 35度電纜引出線。
6ES7972-0BA12-0XA0 PROFIBUS 總線連接器 不帶編程口 垂直電纜引出線。
6ES7972-0BB12-0XA0 PROFIBUS 總線連接器 帶編程口 垂直電纜引出線。
6XV1-830-0EH10 SIEMENS L2電纜 2芯屏蔽（總線電纜或PROFIBUS電纜）。
6ES7 390-1AM00 40針前連接器 螺緊型,特有的定位槽可以防誤插。
6ES7392-1AJ00 20針前連接器 螺緊型,特有的定位槽可以防誤插。
ACS800-04-0100-3+P901
ACS800-04-0120-3+P901
ACS800-04-0135-3+P901
ACS800-04-0165-3+P901
ACS800-04-0205-3+P901
ACS800-04-0140-3+P901
ACS800-04-0170-3+P901
ACS800-04-0210-3+P901
ACS800-04-0260-3+P901
ACS800-04-0320-3+P901
ACS800-04-0400-3+P901
ACS800-04-0440-3+P901
ACS800-04-0490-3+P901
ABB部分型號
（一）ACS510 IP21系列變頻器
ACS510-01-03A3-4
ACS510-01-04A1-4
ACS510-01-05A6-4
ACS510-01-07A2-4
ACS510-01-09A4-4
ACS510-01-012A-4
ACS510-01-017A-4
ACS510-01-025A-4
ACS510-01-031A-4
ACS510-01-038A-4
ACS510-01-046A-4
ACS510-01-045A-4
ACS510-01-060A-4
ACS510-01-072A-4
ACS510-01-088A-4
ACS510-01-096A-4
ACS510-01-125A-4
ACS510-01-124A-4
ACS510-01-157A-4
ACS510-01-180A-4
ACS510-01-195A-4
ACS510 IP54系列變頻器
ACS510-01-03A3-4+B055
ACS510-01-04A1-4+B055
ACS510-01-05A6-4+B055
ACS510-01-07A2-4+B055
ACS510-01-09A4-4+B055
ACS510-01-012A-4+B055
ACS510-01-017A-4+B055
ACS510-01-025A-4+B055
ACS510-01-088A-4+B055
ACS510-01-096A-4+B055
ACS510-01-125A-4+B055
ACS510-01-124A-4+B055
ACS510-01-157A-4+B055
ACS510-01-180A-4+B055
ACS510-01-195A-4+B055
ACS550 IP21系列變頻器
ACS550-01-03A3-4
ACS550-01-04A1-4
ACS550-01-05A4-4
ACS550-01-06A9-4
ACS550-01-08A8-4
ACS550-01-012A-4
ACS550-01-015A-4
ACS550-01-023A-4
ACS550-01-031A-4
ACS550-01-038A-4
ACS550-01-045A-4
ACS550-01-044A-4
ACS550-01-059A-4
ACS550-01-072A-4
ACS550-01-087A-4
ACS550-01-096A-4
ACS550-01-125A-4
ACS550-01-124A-4
ACS550-01-157A-4
ACS550-01-180A-4
ACS550-01-195A-4
ACS550 IP54系列變頻器
ACS550-01-03A3-4+B055
ACS550-01-04A1-4+B055
ACS550-01-05A4-4+B055
ACS550-01-06A9-4+B055
ACS550-01-08A8-4+B055
ACS550-01-012A-4+B055
ACS550-01-015A-4+B055
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ACS550-01-031A-4+B055
ACS550-01-038A-4+B055
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ACS550-01-044A-4+B055
ACS550-01-059A-4+B055
ACS550-01-072A-4+B055
ACS550-01-087A-4+B055
ACS550-01-096A-4+B055
