西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8工作原理系统介绍 1. 项目简单工艺主要针对城市医疗垃圾进行处理，医疗垃圾收运后运到处置中心进行焚烧处理，垃圾首先进入焚烧炉和二燃室进行配风焚烧，焚烧后的烟气通过锅炉进行降温、除酸喷雾塔和布袋除尘器进行除酸和除尘，然后通过35米烟囱直接排放；锅炉产生的蒸汽用于发电或其它用途，本自控系统主要控制垃圾燃烧后产生的烟气温度和烟气成本含量，保证减少二次污染。 2. 本项目主要使用西门子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模块选型如下： 中央处理器模块 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2块，工作存储器128KB； 电源模块6ES7307-1EA00-0AA0 2块给CPU供电； 通讯模块6GK7343-1EX20-0XE0 2块与计算机进行网络通讯并进行两个CPU之间的冗余通讯； 接口模块6ES7153-2AA02-0XB0 2块进行PROFIBUS远程I/O通讯和系统冗余通讯； 电源模块6EP1333-2AA00 2块给ET200供电； DI数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 5块 采集现场设备的运转及故障状态； DO数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0 3块控制现场设备的启停； AI模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0 2块采集现场设备的压力、liuliang、烟气成分含量以及风机和加药泵的频率信号； TC热电偶输入模块6ES7331-7PF10-0AB02块 采集1000度以上的烟气和蒸汽温度信号； RTD热电阻输入模块6ES7331-7PF00-0AB02块采集1000度以下的烟气和蒸汽温度信号 AO模拟量输出模块6ES7332-5HF00-0AB02块通过程序的PID自动调节控制风机和加药装置的频率；三、控制系统构成 1．本项目的硬件设备主要分为三个大部分：PLC部分、现场设备以及模拟屏部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的数据传输给计算机并传诵计算机下达的控制命令，并内部通过强大的内部运算国内进行PID自动调节，具体组成和选型依据如下： PLC 选用西门子的S7-300系列PLC，设计为软冗余系统，PLC本体与远程I/O通讯为PROFIBUS 协议的串口通讯，PLC与计算机采用以太网，并以以太网作为冗余网络；中控室计划设计为两台工业计算机模拟屏等设备，与计算机的通讯采用RS232直接串口通讯，软件选用WINCC.0组态软件。 现场采集和显示控制设备，基本选用国产元件，一般选用的测量1200度以上的温度S分度热电偶，1200度以下500度以上用S分度热电偶，500度以下用PT100热电阻测量，直接与相应的PLC模块连接，不需要任何的变送器元件；压力选用压力差压变送器把压力信号变成4-20mA的标准信号送到AI模块；电机的转速通过变频器调节，频率信号通过AI 模块输入，频率的设定通过AO 模块输出4-20mA的标准信号进行控制，启停控制通过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。 2．附加系统设备主要有变频器、压力变送器、温度传感器、智能仪表和控制继电器等，大部分设备与PLC之间全部采用硬连接，硬件配置及网络结构见下图： 3.多种方案的比较 过于系统选型方案的比较，由于以前工程的冗余控制系统一直使用国内的DCS系统或者PLC的硬冗余系统，但从使用效果以及造价成本方面考虑，国外DCS系统价格非常昂贵，国内DCS系统又不是特别稳定；用PLC硬冗余系统也存在价格比较贵的原因；通过比较，决定用价格相对便宜而性能又比较稳定的西门子软冗余系统尝试使用。四、控制系统完成功能 1．本系统的主要工作分以下几个方面： Ø 软冗余功能的完成 软件冗余是西门子公司实现冗余功能的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中，节约成本。但在垃圾焚烧项目中对设备的控制要求非常严格，也就是说控制设备在冗余切换中不能断开，所以本人根据西门子公司的软冗余手册进行调试和编程，后效果非常好，不会出现切换设备中断的现象，所以给下面的工作带来了巨大信心，具体调试过程在西门子的“软冗余文章”全部有描述，在此不做过多的描述。 Ø控制功能的完成 本系统的自动控制功能主要分以下几个部分： 一次风机、二次风机以及引风机的联动控制 在本系统中，焚烧系统的焚烧炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机以及引风机的运转频率全部联动控制；当引风机开启后，一次风机、二次风机才能开启，根据温度和烟气的氧气含量控制炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机的频率进行调速控制，直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；一燃室的烟气温度控制到850度，二燃室的烟气温度控制到1200度，使之不产生二恶英；一燃室温度过高时增大进料电机速度，同时减小一次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；二燃室温度过高时增减小一次风风机速度，同时增加二次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；并且在控制一二次风的时候，必须自动调节引风机速度，保证烟道压力保证在-150PA左右。 碱液站的自动控制 在除酸喷雾塔中需要喷洒碱液以保证烟气的酸碱度，同上面一样直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便； 布袋除尘器的自动控制 设定温度值，利用PLC 内部的比较指令，温度范围在130-190度之间时，启动布袋除尘器，超出范围时，通过PLC程序启动旁通阀，保护布袋。 锅炉给水自动控制 锅炉汽包水位是确保安全生产和维护正常供汽的主要条件，一般要求水位维持在设计水位的±50mm 范围内；设定锅炉给水水位，通过PID 模块自动调节给水阀门的开度，从而达到控制锅炉水位的功能。 系统终检测结果： PLC 系统采集正常，数据显示和动作控制的时间不超过500ms ,数据交换的准确率为； PROFIBUS 传输正常，没有掉落模块的情况出现； PLC 数据传输jingque，模拟量的jingque度可以达到13BIT； 冗余系统正常，没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等； 模拟屏显示正常、数据刷新正常，数据刷新速度为1000ms； 2．在本项目的调试过程中，应该说是非常顺利的，只是在开始的时候由于软冗余系统在深圳比较少用，所以在刚开始调试时比较担心，但经过西门子公司的技术支持，调试非常顺利，在刚开始就确认冗余切换没问题。 3.工艺及主要设备组态界面 3.1 工艺图界面 3.2 变频器控制画面 3.3 碱液站控制画面五、结束语 本系统于2005年2月投入使用至今已近20个月，运行顺利，用户非常满意；目前本系统已经成功推广到南昌、长沙、成都、青岛、大连等地的医疗垃圾处理系统以及广东番禺绿由工业危险废物焚烧发电厂中，用户反映非常良好。 该SIEMENS S7-300软冗余系统已在生产中得到实际使用，为企业带来了可观的经济效益，在该系统中，PLC系统的应用得到了充分的展示，这种冗余配置广泛的推广到其它行业应用提供一定的参考价值。六、应用体会 本系统自选型以来，经历了许多困难，因为以前都使用硬冗余的PLC ，比如AB的PLC5系列或者其它品牌的DCS系统，但由于上述系统造价非常昂贵，而部分国产的DCS系统非常不稳定，我们的项目为BOT 项目而且有要求条件不是太高，所以既要降低成本，又要保证性能，所以通过比较，决定“深圳市医疗废物处置中心”项目实验，如果可行就进行推广，目前已经在公司项目正式批量使用，甚感欣慰。 通过上述项目，证实西门子S7-300软冗余系统完全可以满足“垃圾焚烧发电厂”的技术要求，基本实现无扰切换。并且通过WINCC6.0开放的OPC接口，完成了与模拟屏的数据通讯，积累了一定的应用经验。2. 压铸机的主要工作原理是压铸成型。在高压的作用下，使液态或半液态的金属，以较高的速度填充压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。系统有2组比例阀：比例压力和比例liuliang，用来控制机器的液压动作，如动芯一入、动芯二入、静芯入、动芯一出、动芯二出、静芯出、开模、合模、顶针进、顶针退;压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口;辅机由喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手组成，动作速度由画面设定，由相应的变频器控制输出。 3. 项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、何种控制对象 4. 照片新瑞SR150型压铸机二、控制系统构成 1. 硬件配置、系统结构及选择依据 系统由HMI和S7-300型PLC构成。因为有位置、压力、速度等曲线需要显示，所以选择了OP270 10。显示效果比较好，有操作按键，容易维护;由于需要3路PWM输出控制步进电机，所以选择了CPU313C，几乎全部利用该CPU的数字量输入输出及模拟量输入输出，性价比非常好;另外，由于压射过程非常快，通常为10-50m/s，有时甚至可以达到100m/s以上。系统需要高速采集大量的数据进行显示、分析和比较，因此选择了SM335模块，它的模拟量输入输出速度快、精度高，还可以产生硬件中断。 2. 附加系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。 辅机系统主要是由3个机械手构成：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手。他们根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。 3. 多种可选方案的比较：由于有3个步进电机需要控制，在选择方案时考虑过用CPU313C加3个FM353模块，该模块是1轴步进电机定位模块，高脉冲频率可达200KHz，但此方案成本太高;考虑到本机器对脉冲频率要求不高，CPU313C模块中集成的3路PWM输出脉冲频率可达2.5KHz，已经完全可以满足系统的要求。因此只用1个CPU313C就完成控制要求，性价比很完美!三、控制系统完成的功能 1. 整个控制系统可以分为人机界面显示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系统可以分为以下几个部分：压铸机动作顺序控制、压射曲线显示、PWM输出控制和机械手控制。压铸机的动作控制如开模合模，是根据不同的位置送出不同的压力和liuliang，通常合模分4级，开模分3级。考虑到液压动作的平滑，本系统加了软件斜率，在每个动作的开始、切换和结束时都要通过斜率平滑过渡，使动作很流畅而且声音很小。在机器的使用过程中模具的调整很麻烦，自动调模功能自动完成的繁琐的调节过程，简化操作;压射过程对机器的成型非常重要，需要采集大量的位置、压力和位置数据，压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口控制压射的速度;PWM输出是控制3个独立的步进电机，分别对应慢压射、快压射和增压射的速度。控制上由PLC调用系统功能块SFB49来实现;本机器配备了3个机械手：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手，他们是可选的。根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。 脉宽调制功能是系统集成功能，仅需在硬件配置中作简单设定后，即可在PLC程序中调用SFB49，使用非常方便。 CALL SFB 49 , "DI_PULSE_1" // 慢压射 LADDR :="DI_PULSE_1".LADDR // Count Address:768 CHANNEL :=0 SW_EN :="DI_PULSE_1".SW_EN MAN_DO :="DI_PULSE_1".MAN_DO SET_DO :="DI_PULSE_1".SET_DO OUTP_VAL:="DI_PULSE_1".OUTP_VAL JOB_REQ :="DI_PULSE_1".JOB_REQ JOB_ID :="DI_PULSE_1".JOB_ID JOB_VAL :="DI_PULSE_1".JOB_VAL STS_EN :="DI_PULSE_1".STS_EN STS_STRT:="DI_PULSE_1".STS_STRT STS_DO :="DI_PULSE_1".STS_DO JOB_DONE:="DI_PULSE_1".JOB_DONE JOB_ERR :="DI_PULSE_1".JOB_ERR JOB_STAT:="DI_PULSE_1".JOB_STAT 2. 在压射过程中如何高速采样位置、压力和速度数据是项目的难点。在硬件上，我们选用SM335模块，它的模拟量输入处理速度约为每通道200us，精度为14位，并产生硬件中断OB40。系统中设定了2ms的硬件中断，在压射过程中采集位置、压力和速度数据;在PLC程序方面，我们使用了变址寻址的编程技巧，压缩程序空间，tigao运行效率，使系统可以在2ms的中断周期内完成运算;在HMI方面，配置了TREND曲线，在压射过程结束后可以马上更新曲线。 L #Index SLD 4 LAR1 OPN "DB_Curve" L #Act_Pos T DBW [AR1,P#0.0] // Actual bbbbbbbb L #Act_Prs T DBW [AR1,P#4000.0] // Actual Pressure L #Act_Pos L #Act_PosPre -I L 33 ＊I T DBW [AR1,P#8000.0] // Actual Speed L #Act_Pos T #Act_PosPre L #Index + 1 T #Index 3. 附加生产工艺当中有特点或较典型的设备或工艺照片。四、项目运行 系统在2005年4月份投入使用后，运行情况良好，获得用户的好评。该方案将用在大型、的压铸机上。由于压铸机的使用环境非常恶劣，因此硬件很可靠性非常重要，S7-300坚固的硬件保证了系统的可靠性。而HMI方面由于使用了OP270 10，操作简便，显示效果比较好，也回避了触摸屏的一些缺点，如不适合使用在多油污、金属碎片的环境等。五、应用体会 项目进行当中，深深地感到西门子自动化产品无与伦比的灵活性。STEP 7强大而便捷的编程功能和PROTOOL灵活自如的组态性能使项目的编程和调试进展非常快。更改容易，维护方便。在PLC的编程中，使用了符号编程，简单明了，易学易懂易维护。为了节约成本，编程中使用模块化编程和变址寻址，大量压缩程序空间，否则必须使用更高一挡的CPU314C-2DP。 当然在调试的过程中，也在所难免地遇到了麻烦。PWM输出原本是集成功能，很方便使用。但由于我们节约成本，使用CPU313C上的数字量输入点，在没有配置使用硬件门的情况下，CPU313C上的部分数字量输入点还是会影响3通道的PWM输出。由于西门子手册上的描述也不确切，在求助无门的情况下，对CPU313C上的数字量输入点一一进行测试并与3通道的PWM输出对照，终于弄清楚了硬件门的准确定义，完满解决了问题。
