西門子模塊6ES7221-1BH22-0XA8現貨包郵

概述
    純凈水是特殊行業至關重要的生產物資,如電廠鍋爐用水等。純凈水在水質、水壓、流量等方面的要求是非常嚴格的。目前我國很多水凈化的自動化程度還不是很高,對供出的純凈水水質、水壓、流量等數據的采集和監測還只是人工的定時巡檢,不能實時準確地進行監控,嚴重影響供水的質量,而且,若出現了質量問題也只能根據人工抄表的數據進行核對,由于存在人為的因素,對及時發現問題和解決問題不利;同時,人工抄表的數據不利于數據的及時匯總和形成報表,不便于管理人員和質量控制人員根據報表進行決策。如果對整個水處理實行全過程微機監控,對各個參數進行24ｈ實時監控,那么有利于形成報表以供決策。綜上所述,在水凈化系統實行全過程實時監控是很有必要的。

1　微機監控系統的工作原理
    整個微機監控系統的框圖如圖1所示。微機監控系統須采集和監測的輸入信號共計有512個,包括:原水量、純水量,各個采樣點的瞬時流量、電導率、電壓、電流、閥的開度、壓力、溫度、電耗、水位、過載信號、控制反饋信號等,通過各種傳感元件、一次儀表或其他方式進入系統。控制輸出信號共有192個,包括電機、電磁閥控制、電動閥控制等。
    輸入信號從總體上可分為三類:開關量信號、模擬量信號、脈沖信號。開關量信號包括由浮球式水位儀接入的水位信號、由反饋觸點接入的控制反饋信號。模擬信號包括由液位傳感器接入的液位信號、由電導率表接入的電導率信號;由互感器接入的電壓、電流信號;由位置感應器接入的閥度信號等。以上信號均為(4～20ｍＡ)電流信號。脈沖信號包括由脈沖流量計接入的水量信號,由脈沖式電度表接入的電耗信號等。其邏輯"0"電平為1Ｖ以下,邏輯"1"電平為3.5Ｖ～30Ｖ。輸出信號包括19臺水泵、加藥泵的驅運控制,其電機功率范圍從0.5ｋＷ～37ｋＷ不等。電磁閥和電動閥門功率都很小。輸出信號均以220Ｖ進行控制。
現場信號的分布較復雜,相互距離集中在泵房、水池、處理車間等幾個工作現場,因此在系統控制方式和策略上要加以考慮。
    在微機監控系統(見圖1)中采用一級2臺工控機控制,以提高可靠性,采用施耐德公司的Ｑｕａｎｔｕｍ系列可編程序控制器(ＰＬＣ)作為下位控制機,研華公司的ＩＰＣ610Ｐ工控機為主控計算機,監測數據的提取采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的數據采集模塊,并以Ｍｏｄｂｕｓ方式連接,以提高數據的可靠性和減少布線。主控計算機之間、工控機與ＰＬＣ之間通過以太網連接,操作人員可察看工作情況和查閱報表。

2　系統的硬件設計
    系統的硬件設計與選取直接關系到系統的性能。由于系統對可靠性、抗干擾性等方面的要求較高,本方案在硬件設計中采用的方法和措施主要有:
    1)主控計算機是整個系統的核心,負責收集、處理、顯示各個數據監測模塊通過Ｍｏｄｂｕｓ網絡傳過來的數據,并根據處理做出相應的控制,在本系統中采用研華ＩＰＣ610Ｐ工業控制計算機,采用ＰⅢ1ＧＣＰＵ,通過2個以太網接口分別與交換機、可編程序控制器及各個模塊進行通訊,具有防撞擊、防震動、耐高溫等特性,其抗干擾性、可靠性都能達到系統要求。
    2)可編程控制器是系統控制的主要部分,接受來自主控計算機的指令,并且通過程序邏輯向外發出控制信號,控制外面的執行機構,同時把執行機構的反饋信號以及另外的輸入信號狀態傳給主計算機,供主控計算機處理。本系統采用Ｑｕａ ｎｔｕｍ系列可編程控制器,其存儲器可達512Ｋ字以上,較多可擴展到3個機架,30個Ｉ Ｏ單元,梯形邏輯解算時間為0.3～1.4μｓ,Ｉ Ｏ的刷新時間為0.7ｍｓ,配有1個ＣＰＵ模塊,16個Ｉ Ｏ單元,1個以太網通訊模塊,其輸出均可采用220Ｖ電壓,可大大簡化控制設計,各個輸入輸出可加入保險管進行短路保護。
    3)數據監測模塊集中進行數據采集和監測,并通過Ｍｏｄｂｕｓ網絡傳給主控ＣＰＵ,使得控制和線路簡單,維修方便。在本系統中采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的輸入輸出模塊140ＡＣ系列,它是一種專用的模擬量模塊,具有雙纜接口的設備,可進行軟件配置和校準,采用Ｍｏｄｂｕｓ傳輸標準,Ｍｏｄｂｕｓ是一個事實上的工業標準主 從協議,現分別介紹如下:
    ａ)簡單且安裝方便
    ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ雙絞線電纜和Ｍｏｄｂｕｓ連接器系統使安裝輕而易舉,作為一種自舉網絡,Ｍｏｄｂ ｕｓＰｌｕｓ是真正的即插即用網絡。
    ｂ)Ｍｏｄｂｕｓ跨系列連接
    ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ使所有Ｍｏｄｉｃｏｎ模塊式控制器之間可相互連接,同時可與Ｍｏｄｃｏｎｎｅｃｔ合作伙伴生產的各種產品連接。
    ｃ)高性能
    以可預測的和確定的方式每秒傳遞20,000位至寄存器,并且包括全局數據和對等數據表,使通訊建立和初始化簡便易行。
    ｄ)維護容易
    診斷程序和ＬＥＤ正常 故障狀態指示可使現場人員很快網絡故障。
    ｅ)通訊編程容易
    無論是簡單的984梯形邏輯ＭＳＴＲ指令或Ｃｏｎｃｅｐｔ中的ＩＥＳ1131等功能,均能較容易應用于通訊和綜合網絡診斷等事件的初始化。主計算機用ＮＥＴＢＩＯＳ可兼容軟件庫實現ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ,該庫可在主應用程序中調用。每個ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ主機接口都配有合適的軟件庫,提供給所有主要的平臺和主要的操作系統。其他器件如網絡、中繼器等使網絡的設計與執行更靈活。網絡使單個ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ網絡能夠連在一起,從而使總的可尋址節點的數**過16,000,000。雙絞線中繼器可使通訊距離長達1820ｍ左右。
    主控計算機與可編程控制器之間采用以太網接口通訊協議,與各個模擬量采集模塊之間采用ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ通訊協議。ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ協議是特別為滿足工業控制要求設計的主 從標準。具有通訊距離長、傳送速、連線少、連接容易的特點,是工業上使用較廣泛的雙向有補償傳輸線標準。

3　系統的軟件設計
    系統軟件采用組態軟件,采用ＧＥ公司的ＩＦ ｉｘ2.6ＣＰｌｕｓＳＣＡＤＡＰＡＣＫ900Ｒ Ｔ工控組態軟件,安**力包括使用跟蹤數據輸入和報警確認的電子簽名、一個可以使ＩＦｉｘ安全特性與操作系統安全特性保持同步的功能強大的工具、報警ＯＤＢＣ服務升級和報警一覽對象中新增的報警確認行為;對于ＩＦｉｘ畫面,創建畫面向導可以無縫地創建多畫面配置,或者使用一個已經存在畫面的尺寸;新增的數據鏈接郵戳標記有助于控制數據鏈接的尺寸和位置;多對象創建模式具有創建特定對象多個實例的能力;基本動畫對話框允許在同一位置訪問若干個常用的動畫專家;ＩｎｆｏＡｇ ｅｎｔ圖符可以使畫面中包含Ｗｅｂ網頁;交叉引用工具可以方便地確定在畫面中被使用的標簽和使用標簽的畫面;編輯圖符向導和圖表組向導作為工具可以下載,目前已經集成在ＩＦｉｘ中;虛擬鍵盤可以用于觸摸屏環境以及使用鼠標輸入密碼或數據的情況;新增的ＳＭ2模擬驅動器提供用于測試用途的地址矩陣。系統的流程如圖2。
    系統啟動后進行初始化操作,以確保各個部分的正常工作,隨后系統啟動主線程和各個通訊線程,通訊線程負責與可編程控制的通訊,它實時地將外面的輸入信號與各種模擬量傳入計算機,同時將計算機的輸出命令和輸出模擬量傳給可編程控制器,去控制外面的執行機構;控制數據采集模塊的數據通過以太網實時地傳入計算機;主控線程負責將來自可編程和數據采集模塊的數據進行處理,然后根據處理進行輸出控制、數據顯示、故障報警,并形成歷史曲線和數據報表,供管理人員查閱和參考。

4　運行狀況與分析
    本系統在電廠的水凈化過程系統中投入實際運行,使用以太網進行遠程數據采集,運行狀況良好,避免了以前的人工抄表、人工控制所帶來的一系列問題,提高了勞動生產力,并且為管理提供了可靠的數據依據。方案采取的有效措施有:
    1)主控計算機在現場條件下應具備可靠接地,要減少干擾;
    2)通訊電纜應采用屏蔽線;
    3)以太網絡過長時應加入中繼器,并注意網絡終端匹配的選擇。

5　小結
    1)監控系統的設計應充分考慮系統要求和成本。在本系統中,若各個設備獨立地進行數據采集和傳輸必將引起成本上升,而且可靠性也不易得到**。
    2)要采取合理的控制策略和控制結構。本系統根據現場特點,采用一級控制結構、集散式控制系統和Ｍｏｄｂｕｓ總線方式,性能優良且降低了成本。
    3)系統在遠程現場控制的安全等方面還需要進一步完善。

我公司在生料配料上采用預配料方式，即將大理巖和粘土按一定比例均勻縱向布料在長方形預均化堆場。堆場分左堆場和右堆場。每個堆場兩端設置左限位和右限位，布料車到達限位后停止，經延時后反向啟動布料，當達到另一端限位后也停止，延時后再反向啟動布料，如此往復運動。在布料過程中，為了減少揚塵，下料溜子應該與料堆保持適當的距離。

   布料車的控制系統原來采用MODICONM84型可編程控制器，配備編程器及軟件包，日常操作維護很不方便，而且由于設備安裝調試時沒有考慮到浩良河地區冬季氣溫低，因而沒有采取保溫措施，造成布料車控制系統冬季運轉不正常。現由于MODICONM84的編程器損壞，且型號太老，市場無法購到。為此，我們對其進行了改造，并且還增加了其它一些功能，使其更能適應我公司生產環境。

1  改造情況

   1)采用SIEMENS LOGO230RCL型可編程控制器替代原MODICONM84型可編程控制器。該可編程控制器控制功能強、編程簡單、體積小、易于操作等，具有很高的性價比。它的輸入為12點，輸出為8點，點數可以滿足控制要求，而且直接采用220VAC信號控制，使用比較方便。

   2)取消在布料車的下面安裝的各種行程開關，避免了機械接觸。使用LXZ3－15TH晶體管交流接近開關，保各種限位運轉的可靠。左右堆場設置左行限位和右行限位開關各一只。為了**布料車的安全布料，在兩堆場之間設有越場限位，防止在布料時越場。在左堆場左限位和右堆場右限位的外測設置2個終場限位，來**布料車在布料區間的安全。
   3)布料車左行和右行停車后，由于慣性車還要前進一段時間，所以左行和右行停車后要加延時再啟車。

   4)堆場布料滿，需要換場時，除與取料機等聯系，并且還要經過3個限位。考慮到安全運轉，不設置自動換場，使用人工手動換場。

   5)為了減少布料時的揚塵，設置下料溜子觸料開關。當下料溜子接觸到料時，溜子自動上升一定時間，來**溜子和料堆的距離不會太大。觸料開關采用電容式料位開關。溜子上升較高點位置安裝溜子上升極限開關，**溜子的運行安全。一般是換堆或重新布料時溜子才下降，為簡化程序和減少不必要麻煩，不設置自動控制。

   6)由于布料車的位置比較高，啟停車都需要到車上進行控制，崗位操作很不方便。為此，我們使用LOGO230RCL的頻率發生器的功能，在布料車的皮帶滾筒軸上焊接M12的螺母4只，擰上螺栓和背緊螺母，在其側面安裝1J18A3－5－Z/BY型接近開關，調整4只螺栓和該接近開關，使滾筒旋轉都能被接近開關測到。通過測量上料皮帶滾筒的運轉速度來控制布料車的啟停。由于布料車的左行和右行滾筒的轉速是不同的，頻率發生器的時間要設置好。使布料車在左行、右行時能完成自動控制。通過調整設定,較終確定接通閾值為3,斷開閾值為1,時間區間為0.8s,較好地滿足了控制要求。

   7)為了方便布料車的啟停，另設一手動控制開關；為了方便布料車的維修和日常操作，在LOGO230RCL輸出點上并接開關，來進行布料車的操作。

   8)由于LOGO230RCL的使用環境為－5～55℃，本地區無法保它的使用環境。我們從報廢設備上拆下1臺**小型溫度調節儀，把LOGO230RCL等電氣元件全部安裝在1臺電氣箱內，通過箱內四周伴熱帶來調節電器箱內的溫度，使其在冬季可以正常生產。

      改造前后對比：

   1)完成了布料車的自動控制布料。2)實現了啟停車、下料溜子上升幅度的自動控制。3)使布料車的控制方便、可靠。4)解決了冬季LOGO230RCL的保溫問題，實現了電氣箱內溫度自動控制。**了布料車在冬季正常運轉。5)簡化了原程序，使今后的維護工作更加方便簡捷。6)自改造系統投入使用以來，布料車運轉平穩，與原控制系統相比，大大地提高了布料車的運轉率和完好率。 

2  效果與體會

   SIEMENSLOGO230RCL作為一種邏輯門可編程控制器，除具備基本的或、與、非門控制功能外，還提供了一些時序控制功能。在應用條件不很復雜的環境下，其編程簡便、體積小巧、易于操作的特性可以充分發揮。而且相比于其它可編程控制器，其低廉的價格、實用的功能使LOGO系列具有非常高的性價比。但是當應用條件較為復雜時，其控制功能簡單、無函數運算功能塊以及不能保有中間點(中間繼電器線圈)的弱點就會使編程控制變得較為繁瑣，而且其1個程序路徑嵌套深度較大9個功能塊以及1個線路較多7個功能塊的限制，也使得編制較復雜，程序不容易實現。

   布料小車控制系統改造前,冬季氣溫低時,系統無法正常運行,其余時間程序經常丟失,運轉率較低,約為30％左右。2001年5月改造(改造費用4100元)完成后,布料小車一直運轉正常,雖沒有經歷冬季低溫,但運轉率一直為100％,還是說明改造是較為成功的

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