西门子6ES7231-0HF22-0XA0安装调试

西门子6ES7231-0HF22-0XA0安装调试

随着城市现代化建设的发展，环境保护、生活用水的要求不断提高。以前水厂的人工、半自动水厂控制系统已经远远不能满足现代化生活和企业运作的需要，因此先进的计算机控制技术应运而生。通过先进的自动控制系统，可实现对水厂制水、污水处理、水软化、送配水等工程运作的监视和控制。江西省新余市第四水厂于2008年9月建成通水，第一期规模为15万吨/天。第四水厂采用图1所示的工艺流程，主要包括取水泵房、加矾加氯间、V型滤池站和送水泵房等控制站。该水厂实现了自动控制和系统主要参数的在线监测；同时为节约水资源，保护水体不受污染，对滤池反冲洗水进行回收，二期拟对污泥进行浓缩处理。

2．系统构成 
全厂设中控室及取水泵房、加矾加氯间、V型滤池站和送水泵房等4个PLC子站，考虑到系统尽可能分散的原则，在滤池单池设有PLC控制台，

各PLC站与中控室之间采用工业以太网通讯联络。中控室由2台分别用于生产管理与监控的DELL计算机及2台Epson激光打印机组成。计算机采用bbbbbbs XP操作系统。其中监控计算机采用易控（INSPEC）组态软件开发的应用软件，可显示14个包括涉及PLC控制的机电、加矾加氯设备与滤池等在内的模拟画面，可对系统的所有设备进行远程操作和控制，并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态及实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、水泵运行时间等功能，同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改，编制和打印生产与管理报表。管理计算机采用Excel软件，用于与存储监控计算机检测的主要生产数据，以便用于管理。 
依据PLC I/O模块，涉及PLC自控的设备，均可通过在机旁控制箱手/自动转换开关、在PLC站操作面板XBT上设置来实现机旁控制箱、PLC站XBT、中控室监控计算机三地控制。 PLC站XBT上均能够显示与设置该站现场操作所涉及到的所有自控设备、仪表等运行参数及上下限报警值，同时这些参数均可通过网络线传输到中控室监控计算机，由它来进行控制。 
取水泵房站 
该站主要监控3台水泵机组的运行工况及相关的参数，同时在取水泵房吸水井中装有水位计，通过PLC可随时显示白云水库水位状况。 取水泵房水泵机组开/停由清水池水位情况、送水泵的运行情况、用水高峰时段以及送水管网压力等因素决定。水泵机组只能在没有配电线路故障、机组设备完好、出水电动阀门完好并且处于关到位的状态才可依据程序自动开启。 
加矾加氯站 
从取水泵房过来的原水进入位于净水厂的流量计表井，在此通过在线仪表检测原水的流量、浊度、pH值、温度等，并将其转换成4～20mA DC信号输入PLC系统为加矾加系统提供控制参数。 加矾系统采用2套计量泵（配三菱变频调速器）投加，变频器运行频率由流量信号控制，控制流量为取水流量与回收流量之和，计量泵行程由流动电流仪（SCD）值控制。2 套计量泵1用1备，当正在使用的计量泵出现故障，PLC系统会自动切换。2套投矾系统的矾液取自3个贮矾池，每个贮矾池均装有液位计，可随时检测矾液高度，同时通过装在贮矾池的搅拌机定时搅拌，可防止药液沉淀影响浓度。3个贮矾池出矾管线上均装有电动球阀，通过手/自动转换开关，可选择机旁控制箱操作或中控室监控计算机人工操作，也可根据3个贮矾池液位PLC系统自动选择，切换工作池。 
加氯系统采用真空加氯机，三点投加，滤前滤后出水各1台。滤前按比例流量投加，滤后采用流量与余氯信号双因子控制投加。加氯机所需的流量信号由PLC系统输入，余氯信号由余氯分析仪在线检测。滤前加氯机投加的控制流量取自取水流量与回收流量之和，再减去反应沉淀池排泥用水量。滤后加氯机的控制流量为滤前加氯机的控制流量减去滤池反冲用水量。出水加氯机的控制流量为出厂水余氯信号。氯库装有电子秤和自动切换单元，同时装有泄漏报警仪，通过检测泄漏报警信号经PLC系统可自动启动回收装置，并且PLC系统会自动关闭所有加氯系统等待故障处理。 
V型滤池站 
该站主要监控5格V型滤池的过滤、反冲洗过程及相关参数。每个滤池均装有一个水位计和一个差压计，用来检测滤池的液位和滤池的阻塞情况。滤池的清水阀为无级可调比例阀（开启度为0～100%），根据滤池的液位、阻塞值（即水头损失值）、清水阀现有开度的反馈信号通过PLC系统自动调整阀门的开度，从而确保滤池恒水位过滤。滤池反冲洗的控制方式有3 种：①强制反冲；②根据阻塞值PLC系统自动反冲；③根据过滤时间PLC系统自动反冲。优先原则是：第①种方式*为优先，第②种方式次之，*后为第③种。 
滤池的操作方式有3种：①单池PLC控制台操作，每格滤池单独设有PLC控制台，每个控制台装有5个阀门（进水阀、清水阀、水冲阀、气冲阀、排污阀）控制按键与1个显示面板，可显示5个阀门、②公共冲洗泵PLC站XBT操作；③中控室监控计算机操作。 
公共冲洗泵站 
该站主要监控3台鼓风机、3台冲洗泵、2台空压机开/停、故障信号以及滤池水位、阻塞值等参数及反应沉淀池36个气动排泥阀的状态。 
送水泵房站 
该站主要监控1台变频水泵与1台大水泵及2台小水泵运行工况及相关的参数，同时在出厂管线上装有压力表、流量计、浊度计、余氯分析仪、pH计等仪器仪表，用于在线出厂水的生产与卫生指标。 送水泵房水泵机组开/停由管网压力等因素决定。送水泵运行必须要求配电系统、机组设备等性能完好，且吸水井达到一定水位才能正常实现。 
3．系统特点 
·画面监控功能丰富，所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图，各种运行和管理报表，水厂的工艺流程图和动画等显示。 
·实现快速数据采集，并能对这些数据进行处理和分析，处理后的数据记录到历史数据库，以备系统调用和随时查询。 
·具有完善的报警和安全访问功能，保证系统的安全。 
·系统可扩展性好，为与二期污泥处理工艺、与企业的生产工艺调度、生产水质监控等密切结合的自动信息系统提供接口。 
 
4．软件应用 
中控室监控计算机采用bbbbbbs XP操作系统，与各PLC站之间通过以太网交换机，用工业以太网通信联络实现资源共享，各PLC站之间通过工业以太网通讯联络，除了对本站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。 
上位监控系统用易控（INSPEC）组态软件开发，该监控系统人机界面精美，能直观、生动呈现整个水生产过程中的工艺，动画形式多样、直观、逼真，且与各种型号的PLC通讯简单。该中控室监控计算机监控系统完成的功能主要有： 
·远程控制各PLC现场子站，实时接收PLC采集的各种数据，建立检测参数数据库；处理并显示各种数据。 
·监测整个生产工艺流程和各细部的动态模拟图形。该系统实现了水厂整体工艺流程、各主要工艺设备运行状态、过程控制及各生产环节生产数据的实时采集与现实。主要流程画面有：取水泵房流程图、加矾间流程图、加氯间流程、反应沉淀池流程、V型滤池流程、公共冲洗泵房流程、送水泵房流程、10kV一次系统、低压系统等画面。实现的工艺生产设备监控功能有：所有被监控设备的运行状态、启停控制、设备与设备之间的连锁控制、工艺参数的设定，以及设备温度、电流、压力、液位、流量等参数的显示、报警、记录、趋势及累积量计算等。 
·从检测项目中，按需要显示历史记录和趋势分析曲线。能够了解生产参数的动态情况，便于生产调度管理。 
·重要设备主要参数的工况及事故报警、打印制表。包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，并根据不同的报警提供不同的报警画面。 
·编制和打印生产日、月、年统计报表。 
·对各种数据进行实时存储。

5.运行结果 
新余第四水厂成功运行已8个月，实现了水厂全自动化控制，提高了水质处理的效率，减轻了运行人员的负担，提高了水厂运行的安全和可靠性。使用易控开发的监控系统具有运行稳定、操作界面直观友好、，报警、报表、数据记录、趋势显示分析和安全管理等功能完善的特点，完全实现了规划的功能，系统操作和维护都十分简便，为水厂的安全运行提供了可靠的**，并且利用易控软件良好的开放性为系统的二期功能集成提供了很好的接口

引言 
    随着我国高速公路和高速铁路等基础建设的迅猛发展，对路基材料的生产设备-稳定土厂拌站的需求日益增大。 稳定土厂拌站的自动控制系统设计对于提高稳定土生产效率和提高物料配比精度具有重要意义。针对目前稳定土厂拌站自动控制系统国内外发展现状，又结合本系统设计对象的实际工程需求， 本文展开了对稳定土厂拌站自动控制系统的设计和研究工作。 
1   稳定土厂拌站结构组成 
    稳定土厂拌设备主要由计算机自动控制系统、粉料配送系统、骨料配送系统、集料皮带、搅拌装置和成品料输送储存系统等几部分组成。其中有一套粉料配送系统，五套骨料配送系统。除此之外，还有供水系统、供气设备和上料装置等。

 骨料配送系统：由装载车将各种骨料装入料斗，由出料口落下，经骨料皮带传送至集料皮带，由集料皮带输送至拌缸。料斗装有震动传感器，用于防止骨料结块而影响下料。骨料皮带由皮带电机传动，皮带电机的转速由相应的变频器进行控制。系统检测皮带称重信号和速度信号，输入至控制系统。 
    粉料配送系统：车至料场的粉料首先存储在粉料仓中。生产过程中，粉料仓中的粉料经蝶阀落入减量秤称重料仓中，给料机将减量秤料仓中的粉料输送至螺旋输送机中，螺旋输送机将粉料输送至拌缸。给料机速度由变频器控制，从而控制粉料配料比例。系统检测减量秤重量信号和给料机的速度信号，输入至控制系统。

2   稳定土厂拌设备自动控制系统的结构组成 
    稳定土厂拌站自动控制系统主要由 PLC、上位机、变频器、传感器及其他电控元器件构成，

 本控制系统采取PLC 与上位机配合控制的方式。其中PLC 作为控制核心，负责开关量与模拟量信号的采集与输出，以及程序的控制。选用西门子S7-200系列PLC中的CPU226作为PLC 系统的CPU，该型号的 CPU具有两个通讯口PORT0和PORT1，一个通讯端口用于PLC 与上位机进行通讯，另一个通讯端口用于PLC 与变频器之间进行通讯。五个小皮带以及粉料的螺旋输送机处安放称重传感器，用于采集各种骨料和粉料的称重信号，该信号输入到 PLC 的模拟量模块，用于程序的计算处理。六台变频器用于控制五种骨料的皮带电机和粉料的螺旋给料机的运转速度。PLC与6 台变频器进行以 MODBUS 方式进行通讯，变频器的启动与停止控制、运行频率的采集与设定、变频器的故障监控都通过通讯的方式完成。

    上位机使用西门子公司的 WinCC 作为组态软件。上位机主要完成对生产过程的实时监控和相关数据的设定与显示，同时也可以对 PLC 发送相关指令。上位机的数据报表功能可以实时记录稳定土生产过程中的相关关键数据，并能够根据用户需求生成自定义的数据报表，自动保存在*的位置，用于用户打印和后续的查询或统计分析。上位机的故障显示与记录功能可以便于生产维护人员在系统故障时根据提示信息迅速的查找和排除故障，尽量缩短故障维修时间。同时，上位机也具有配方管理功能，能够缺省设定多组配方，可以供使用者选择，系统管理员也可以对配方进行修改、下载、上载或者新增配方。

3   下位机设计 
    下位机的PLC 控制程序是稳定土厂拌站自动控制系统的核心。本系统PLC 控制程序主要是按照稳定土生产工艺的要求，实现对稳定土厂拌设备的启停控制、各种物料的配料比例控制、机械设备之间的逻辑互锁、相关信号的采集与处理等功能。 
    系统设计稳定土的生产过程分为两种控制方式：自动控制和手动控制。在手动控制模式下，厂拌站操作手可以控制各个机电设备的启停，可以手动调整各个配料电机的转速从而改变各种骨料和粉料的配比。在自动控制模式下，系统的配料过程完全由 PLC 程序控制，人工不能调节配料变频器的转速。手动控制和自动控制的实现都有一个前提条件：集料皮带、拌缸和上料皮带都已经运行， 防止当启动物料配送时由于前方设备没有运转而导致骨料在集料皮带上的堆积造成浪费和清理问题。 
    为实现自动控制系统对稳定土厂拌站的控制任务， 本系统在程序设计上主要分为以下几个部分：主程序、系统初始化、流程控制、数据采集与处理、自锁控制、PID 配料运算、标定与调零、故障报警、变频器通讯等。简单介绍其中的几部分。 
3.1 流程控制 
    流程控制部分分为手动和自动控制两种方式。在按顺序启动上料皮带、拌缸、集料皮带之后，操作者可以通过自动或手动的方式来启动后续流程设备。在生产流程中自动控制和手动控制的主要区别在于： 自动控制过程中五种骨料和粉料的配料变频器由程序自动来控制启停和调节其输出频率， 不需要人工干预； 而手动控制模式下人工可随意启停各个配料变频器，并且可以手动调节各个变频器的输出频率。配料变频器的启动与停止是有固定的顺序的，各个变频器的启停之间有一定的时间间隔， 该时间间隔可以在上位机监控画面的参数设定部分进行设定和调整。另外，还有一些相关的设备如空压机、电铃、成品料仓仓门等设备需要人工来启动。

3.2 自锁控制 
    根据机械生产厂家的要求，在程序部分设置自锁控制功能。厂家出于货款回收方面的考虑，对控制系统提出设置自锁功能的要求，基本思想就是设置两个时间密码，在设备运至生产现场之后与货款全部收回之前，输入第一个时间期限，当设备运行到所设置的时间之后，控制系统将会自动锁死，无法进行正常操作。当收回全部货款之后，输出时间密码，控制系统可以一直运行。可以通过 TODR 指令读取实时时钟。将所读取的实时时钟与设置的时间密码进行比较，即可得到设置时间是否用完。 
3.3 PLC与变频器的通讯 
    本系统采用PLC与变频器进行通讯的方式来实现PLC对变频器的启停控制和频率设定以及读取变频的一系列运行数据。PLC 与变频器之间采用 Modbus RTU 方式通讯，波特率设为 9.6K，采用CRC 校验。在 RTU 模式下，消息发送至少要以 3.5个字符时间的停顿间隔开始，程序中以 10ms为间隔进行数据的发送与接收。PLC 和变频器采用主从的方式进行通讯，PLC 是主机，变频器是从机。一共有六台变频器，在其参数设置中将其地址设为 1-6号。PLC 与变频器之间的通讯是一个“查询-回应”的过程，如图 4 所示。 
    PLC 中的通讯部分程序大体分为以下几块：通讯初始化、发送完成中断程序、接受完成中断程序、发送组码程序、生成校验码、数据发送与接收。 
    通讯初始化部分程序在 PLC 的第一个扫描周期运行，其主要功能是设置 CPU226 的自由端口的通讯格式、数据接收格式及复位各寄存区、连接中断。 

  发送完成中断程序主要完成的任务是：定义开始接收数据，并且置位接收标志，复位发送标志。 
    接收完成中断程序主要完成的任务是：根据接收到的数据重新计算校验码，并与接收到的 CRC 域中的值进行比较。如果两者一致，则说明正确，将接收到的数据存入对应的寄存器中。 
    生成校验码：根据 CRC检测方法生成校验码，具体生成方法是：①装入一个 16位的寄存器，所有数位均为 1；②该 16 位寄存器的高位字节与开始 8  位字节进行"异或"运算。运算结果放入这个 16  位寄存器；③把这个 16 寄存器向右移一位；④若向右（标记位）移出的数位是 1，则生成多项式 1010000000000001 和这个寄存器进行"异或"运算；若向右移出的数位是 0，则返回③；⑤重复③和④，直至移出 8 位；⑥另外 8 位与该十六位寄存器进行"异或"运算；⑦重复 ~ ③⑥，直至该报文所有字节均与 16 位寄存器进行"异或"运算，并移位 8 次；⑧这个 16 位寄存器的内容即 2  字节 CRC 错误校验，被加到报文的*高有效位。

4   上位机WinCC监控画面设计 
    根据用户需求以及工程实际应用的考虑， 本系统在上位机监控画面的组态上主要考虑到以下几个原则：监控画面能够清晰直观地显示设备的运行状态；能够对生产关键数据进行实时显示；能够对生产过程中物料配比数据进行修改；能够对设备运行过程中产生的故障报警信息进行显示和存储，可以进行报警历史进行查询；具有报表功能，能够将用户关心的生产数据自动生成个性化报表，并且能够自动在每班生产结束之后保存在*位置，用户能够按照*条件查询报表数据。 
    基于以上基本原则和要求，本课题以 WinCC 为开发平台，对稳定土厂拌站自动控制系统的上位机监控组态程序进行了设计开发。

有系统当前的运主画面主要用来显示设备的整体生产流程， 监控生产过程中的设备启停状态、显示生产数据、报警指示等，并且行模式指示（“手动运行”与“自动运行”）。
    生产数据主要由几个部分组成：骨料和粉料的设定比例、设定流量；骨料和粉料的实际比例、实际流量；设备的设定产量、瞬时产量和累计产量等。 
    在主画面的底部有一系列按钮，如“参数设定”、“配料设定”等。点击按钮，即可进入对应的子画面