西门子PLC范文（精选12篇）

西门子PLC 第1篇

本文以我国目前采用率最高的西门子S7系列的高档机S7-400为研究对象。S7-400功能丰富且强大, 能用于高端装备制造业, 其发生的故障也涵盖S7-200/S7-300的故障, 所以研究S7-400PLC系统的故障具有普遍意义。

PLC的故障一般可分为硬件故障和内部故障。硬件故障指的是传感器或其他执行机构发生的故障。内部故障指PLC发生功能性错误或编译程序错误。西门子S7-400PLC具备较强的故障自检和反馈机制, 技术人员可以通过PLC的反馈判断故障的原因, 然后通过排查找到故障所在位置并修复故障。

2 PLC 的硬件故障

对于硬件故障, 我们可以通过PLC的反馈知道事故发生的大致部位, 然后通过人工排查来找到故障原因。

2.1 排查流程

(1) 整体检查。排查流程按顺序排列为:检查电源灯是否亮起, 检查运行灯是否亮起, 检查输入是否正常, 检查输出是否正常, 检查外围环境是否正常。若电源灯未亮则进入电源检查流程, 若运行灯未亮则进入运行故障诊断, 若输入不正常则进入输入检查流程, 若输出不正常则进入输出检查流程。若以上都不正常则更换微处理器。

(2) 电源检查。电源检查的内容按顺序分为检查是否通电、检查电源电压、检查熔丝是否断裂、检查接线是否正确。若在某一步发现问题, 应及时处理并检查PLC系统是否恢复正常, 若不正常则继续进行下一步。若最后仍不正常, 应更换电源部件。

(3) 运行故障诊断。首先将PLC置于工作状态, 若电源灯亮而运行灯不亮, 应检查内存是否正常, 将内存芯片重新拔插, 若仍不能解决需更换微处理器。

(4) 输入、输出检查。首先检查输入 / 输出指示是否正常。若不正常则用编程器监控功能检查通断状态, 通断正常则应更换输入 /输出部件, 通断不正常则需更换二极管。若输入指示正常, 用万用表测量输入 / 输出端电压, 然后根据电压正常与否来决定更换哪些输入/ 输出部件。

(5) 外围环境检查。检查PLC工作环境的温度、湿度、是否存在腐蚀性物质、是否清洁等。

2.2 原因及排除措施

下面笔者根据自身经验, 介绍一些常见故障的原因及解决办法: (1) 电源灯不亮 : 原因可能是1) 电压切换端子设定不良;2) 保险丝熔断, 可以正确设定切换端子, 更换保险丝来解决; (2) 保险丝多次熔断:1) 电压切换端子设定不良;2) 线路短路或烧坏, 可以正确设定切换端子, 更换电源单元; (3) 运行灯不亮:1) 程序错误;2) 电源线路不良;3) I/O单元号重复;4) 远程I/O电源关, 无终端, 可以修改程序, 更换CPU单元, 修改I/O单元号, 接通电源来解决; (4) 运行中输出端没闭合 (电源灯亮) :电源回路不良, 更换CPU单元; (5) 编号以后的继电器不动作:I/O总线不良, 更换基板单元; (6) 输入 / 输出全部断开 (输入指示灯也灭) :输入 / 输出回路不良, 更换单元; (7) 特定继电器编号的输入 / 输出不接通。可能原因: (1) 输入 / 输出器件不良; (2) 输入 / 输出配线断线; (3) 端子螺钉松驰; (4) 端子板联接器接触不良; (5) 外部输入 / 输出接触时间短。对应的解决方法: (1) 更换输入 / 输出器件检查输入 / 输出配线; (2) 检查输入 /输出配线; (3) 拧紧; (4) 把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器; (5) 调整输入 / 输出组件; (6) 特定继电器编号的输入 / 输出不关断, 可能原因:1) 输入 / 输出回路不良。2) 程序的OUT指令中用了输入 / 输出继电器编号。解决方法:1) 更换组件。2) 修改程序; (7) 输入动作指示灯不亮 (动作正常) :LED灯坏, 更换单元。

3 PLC 的内部故障

3.1 诊断方法

西门子S7-400PLC自带强大的故障自检功能, 当故障发生时PLC会自动将相关数据和诊断结果存入CPU诊断缓冲区。技术人员可以通过STEP7编程软件查阅这些信息, 从而快速找到故障原因, 甚至可以通过对错误处理组织块编程来直接排除故障。

PLC能检测到并可以通过对组织块编程解决的故障分为异步错误和同步错误。异步错误指PLC硬件或操作系统发生的错误, 同步错误指程序执行过程中的错误。内部错误一般以同步错误为主。例如所编程序中有错误的地址区、编号等都会导致PLC发生内部错误, 这时PLC会自动调用同步错误组织块。

内部故障诊断的基本方法是在SIMATIC中打开再现窗口, 查看CPU是否显示指示错误和故障的诊断符号。诊断符号是用来直观表示模块的运行状态和故障状态的图标。如果某一模块发生了故障, 则其相应图标上就会出现诊断符号, 或者其图标对比度降低。

3.2 诊断示例

由于错误处理组织块较多, 各组织块的变量也较多, 因此无法一一详细列出, 下面以一个故障为例, 介绍PLC内部故障的诊断和排除方法, 供技术人员参考。

某一PLC发生故障, CPU上的“组错误”LED被点亮。技术人员通过STEP7查阅信息, CPU自动调用了I/O访问错误组织块OB122。此时应先新建一个项目, 插入一个300的站, 进行硬件组态。插入一个CPU315-2DP和一个模拟量输入模块SM331。同时配置SMM331的“Inputs”选项, 把所有通道设置为电压类型, 组态完成后编译保存并下载到CPU中。

通过临时变量“OB122_SW_FLT”读出错误代码, 通过“OB122_BLK_TYPE”找到出错的程序块, 通过“OB122_MEM_ADDR”可以读出发生错误的存储器地址。

打开在“Blocks”下插入的OB122编写程序, 如图所示。

将OB1下载到CPU中, CPU不再报错, 程序运行正常, 故障排除。

4 结束语

本文以西门子S7-400PLC为例, 简单介绍了PLC硬件故障和内部故障的主要故障及诊断方法。技术人员在故障诊断及维修时应掌握本文介绍的基本方法, 举一反三, 才能准确迅速地应对PLC在使用过程中的各种故障。

摘要：目前PLC的体积越来越小, 功能越来越完善。当PLC发生故障时技术人员通常要通过多种方法和较长时间才能排查出原因所在。本文以西门子S7-400 PLC系统为例, 采用故障类型分析的方法, 分析PLC主要硬件故障和内部故障的原因, 为技术人员快速排除故障提供帮助。

关键词：PLC,故障原因,西门子S7

参考文献

[1]孙慧.西门子PLC系统常见故障分析[J].化工自动化及仪表, 2014 (09) .

西门子300PLC学习心得 第2篇

P = 10 000 × N / 27 648（kPa）

注意在运算时一定要先乘后除，否则可能会损失原始数据的精度。

【例 2-3】某发电机的电压互感器的变比为10kV/100V（线电压），电流互感器的变比为1000A/5A，功率变送器的额定输入电压和额定 输入电流分别为AC 100V 和5A，额定输出电压为 DC ±10V，模拟 量输入模块将DC ±10V 输入信号转换为数字+27648 和-27649。设转 换后得到的数字为N，求以kW 为单位的有功功率值。解：根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为 ×10000 ×1000 = 17321000(W)= 17321(kW)

由以上关系不难推算出互感器原边的有功功率与转换后的数字之 间的关系为17321/ 27648 = 0.62648 kW / 字。转换后的数字为N 时，对应的有功功率为0.6265 N(kW)，如果以kW 为单位显示功率P，使 用定点数运算时的计算公式为

P = N × 6 265 / 10 000（kW）

西门子PLC 第3篇

关键词：PLC 煤气加压装置 控制系统

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-026-02

1 前言

煤气加压风机用于煤气的输送和加压，属于长时间连续运转设备，在钢铁企业煤气站应用广泛。近年来，笔者采用以西门子S7-400PLC为主控单元的控制系统，在国内多个煤气加压装置上实现了煤气加压输送过程的自动控制。在设计中，以西门子WinCC软件为人机操作界面软件，S7-400PLC作为下位机，实现信号采集、数据计算、逻辑控制等过程的自动化，整个控制系统具有成本低、运行稳定和控制实时等优点。

2 煤气加压装置工艺流程

如图1所示，为常规煤气加压装置的主要工作流程。以1#机为例，煤气从入口调节阀经管道进入煤气加压风机，经加压风机加压后，从出口蝶阀流入煤气出口总管，进而流入下游工艺段。一般而言，煤气站对煤气出口压力及流量有一定要求，在加压风机不能及时满足要求时，需要通过旁路调节阀来保证出口压力及流量满足需求。

3 系统配置

3.1 硬件配置

如图1所示的配置3台加压风机的煤气加压装置为例，主控系统由下位机和上位机组成，上位机选用西门子WinCC软件，下位机可选用西门子S7-400 PLC实现。西门子S7-400 PLC作为整个系统的控制核心，处理人机界面对系统的各种请求，对整个系统的参数进行监控，实现对煤气出口总管压力的PID调节，维持管网的压力恒定。

在PLC的选型配置上，CPU选用414-4H冗余配置，采用双CPU冗余配置可极大的提高系统的安全性，保证煤气输送的稳定性。PLC选型同时配置以太网模块，用于与上位机的以太网连接。除此外，还需配有一定数量的远程I/O模块。

3.2 网络配置

如图2所示，煤气加压装置现场设一个PLC主站，CPU与远程I/O之间通过PROFIBUS-DP总线进行通讯。

现场还设有上位机工程师站、交换机等，远程监控中心设有上位机操作员站、交换机等，现场控制室与远程监控中心通过光纤相连，实现数据的实时交换。下位机与上位机之间以工业以太网的形式通信，具有良好的开放性，可同时将煤气管道电除尘设备、管道清洗阀等其它相关设备纳入该控制系统，同时也便于数据上传，方便该控制系统接入到更大范围的煤气混气站控制系统，乃至于公司级的设备运行管理系统。

4 功能实现

4.1 控制原理

如图3所示，为煤气加压装置的主要控制原理。对于煤气用户而言，出口阀压力是检验煤气输送质量的重要指标。同样，对于煤气加压装置而言，其控制系统的重要目标是让出口阀的压力满足需求。

就煤气出口阀压力这一被控量而言，对象调节通道参数时间T较小，且变化极快，若加入微分调节，极易产生被控量震荡，因而此系统宜采用PI调节器，以比例单元调节为主，积分单元为辅。

4.2 PID控制的实现

PID控制属于闭环控制，即将被控量的测量值反馈到PLC，与被控量的目标值相比较，判断是否达到预定的控制目的。若未达到，则根据两者的差值进行调整，直至达到预定的控制目的。

由于相对下游工艺段而言，煤气出口总管压力是输入压力，对下游工艺段质量影响较大。同时，出口总管压力也直接来源于各加压风机出口阀压力，直接受加压装置控制系统调节。故在该控制系统中，取煤气管道的出口总管道压力为被控量。

通常，煤气加压装置的出口阀压力根据用户的需求，可根据实际情况自由设定。给定值设定后，当实际值大于或小于给定值时，将输送一个扰动信号给西门子PLC的功能块-PI调节器，经PI调节器计算后，由变频器通过改变煤气加压风机电机的转速来调节煤气的流量和压力，从而实现煤气出口总管的单闭环PI调节，有助于煤气出口总管压力的稳定。

4.3 旁通阀的控制

在煤气加压装置控制系统中，当加压风机变频调速系统不能及时调整煤气出口阀压力时，加入旁通阀有助于快速稳定出口阀压力。

旁通阀一般处于关闭状态，其控制模式同样宜采用PI调节器的闭环控制系统。当下游工艺段煤气用量大减，造成出口压力骤然升高，变频调速系统调节速度难以及时调整出口压力，此时旁通阀立即打开，参与调节。由于旁通阀的的比例单元和积分单元设置值较小，因而动作较快，可以迅速稳定出口阀压力，避免加压风机出现“喘振”现象，有力的保障设备安全。

4.4 加压风机的切换

对于单台加压风机，其控制分为远程控制和就地控制，现场人员可在紧急情况下手动操作风机控制柜面按钮来控制风机运行，这为紧急情况下的切换提供了便利。

在该控制系统中，由于采用以出口总管压力为被控量的PID闭环控制，故亦可实现对两台风机的“无间断”切换，保证出口总管压力的稳定。以1#加压风机与2#加压风机的切换为例，先开启2#加压风机，变频器按照设定加速时间，2#加压风机转速平滑上升，201入口阀随之打开；稍后停1#加压风机，变频器按照设定减速时间，1#加压风机平滑停车，101入口阀逐步关闭。

4.5 上位机软件组态

上位机组态软件采用SIMATIC WinCC 软件，操作员站和工程师站既有相同之处，亦有不同之处。相同之处主要包括：图文并茂显示系统各设备状态及可对设备参数状态进行操作设置的的工艺流程图，显示某台机组的详细信息的动态模拟画面，可以及时获知出口阀压力、入口阀开度等主要过程参数变量的測量值、开关量的运行状态等；各设备主要运行参数实时数据记录及历史变化趋势；当前及历史报警信息显示查询。不同之处在于：操作员站画面偏向监控层面，以丰富的监控画面和报警信息为主，可供设置的页面较少，以方便操作员抄表及监控；工程师站画面偏向设定，通过画面可以清晰读取所有模拟量I/O测量值、开关量I/O状态，并可进行PI参数整定、过程参数设定等，友好丰富的界面极大的方便了工程师调试。

5 结语

采用该系统设计的煤气加压装置控制系统，充分利用西门子S7-400PLC的PID调节器，应用变频调速系统控制煤气加压风机，实现根据负荷变化来自动调节风机转速，自动调节入口阀和旁通阀的开度，以达到稳定煤气出口总管压力和流量的目的。该控制系统设计既满足了生产需要，又能实现节能降耗，为煤气加压装置的稳定、顺产、优质提供了可靠的保障，可产生显著的经济效益。

参考文献：

[1] 陆德民.石油化工自动控制设计手册（第三版）[M].北京：化学工业出版社，2000.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

西门子PLC存储器的应用 第4篇

关键词：存储器,存储卡,闪存,RAM,FEPROM,MMC

在使用西门子可编程控制器 (PLC) 模块的时候, 会发现有些PLC会插入一张存储卡, 而且不同的PLC有可能插入的存储卡不一样, 这些卡到底有什么区别, 功能是什么, 怎么选择存储卡, 使用时要注意什么事项。主要论述的问题有:S7300/400PLC存储器的概念及区域划分、西门子存储卡的种类及区别、存储卡如何选型、使用存储卡时注意的事项。

1 S7-400 CPU存储器介绍及存储卡的使用

1.1 S7-400 CPU存储区概述

S7-400 CPU的存储区域可以划分为三个区域:系统存储器 (System Memory) 、工作存储器 (Work Memory) 、装载存储器 (Load Memory) 。

1.1.1 系统存储器

系统存储器 (System Memory) 用于存入输入输出过程映像区 (PII, PIQ) 、位存储器 (M) 、定时器 (T) 和计数器 (C) 、块堆栈和中断堆栈及临时存储器 (本地数据堆栈Local data Lack) 。

1.1.2 工作存储器 (Work Memory)

工作存储器 (Work Memory) 用于存放和运行相关的程序和数据。S7-400 CPU的工作存储器, 一半用于存储和应用相关的的程序代码 (Code Memory) , 一半存储和运用相关的数据 (Data) , 这是个固定分配。工作存储器集成在CPU中, 不能扩展。通过后备电池保持。如果工作存储器对于一个应用程序来说不够大, 必须订购更大内存的CPU。这里有个特列, CPU417-4 (6ES7-417-4Xl00-0AB0 V1.1～V3.1) 可以通过插入专用的存储卡来扩展工作内存外, 其他型号的CPU的工作存储器无法扩展。

1.1.3 装载存储器 (Load Memory)

装载存储器 (Load Memory) 是存放用户项目中不包含符号地址分配或注释 (这些保留在编程设备的存储器中) 的所有用户程序和数据。装载存储器可以是外部扩展存储卡或是内部集成的RAM。在S7-400 中, 存储卡 (RAM或Flash EPROM) 可以扩展集成的装载存储器。由于集成的装载存储器容量有限, 如果程序大于内置的装载存储器, 则需要配置存储卡 (RAM或Flash EPROM) 。RAM卡跟CPU内置的RAM区形成无缝连接, 完成扩展功能, 而Flash EPROM卡与内置RAM区是各自独立的。

1.2 S7-400 CPU的存储卡的选型及使用

从上面的叙述中我们了解到选用存储卡的主要目的是为了扩展CPU的装载存储器。CPU417-4是唯一一款可以通过插入专用的存储卡来扩展工作内存。在目前S7-400 CPU中使用的存储卡有以下3种:

(1) 用于S7-400 CPU的RAM卡;

(2) 用于S7-400 CPU的Flash EPROM (简称FEPROM) ;

(3) 只用于CPU417-4 (6ES7-417-4Xl00-0AB0) 的扩展工作存储器的RAM卡。

既然RAM卡和FEPROM卡都是用来扩展CPU的装载内存, 那使用RAM卡还是FEPROM卡呢, 主要取决于使用存储卡的目的.见表1。

当使用RAM存储卡时, 如果出现电源故障的话, 系统必须能使用后备电池或通过“EXT.BATT”插座为CPU提供外部备用电压, 以便备份存储卡的数据以及内部RAM上的数据, 否则程序会丢失。

当使用FEPROM存储卡时, 用户程序存储在FEPROM卡中, 如果出现电源故障, 即使没有后备电池, FEPROM卡里的程序也不会丢失。CPU再次上电后, 会自动从FEPROM卡中拷贝用户程序到CPU的工作存储器中 (Work Memory) 中。从上面叙述中我们了解到怎么选择存储卡的类型, 但同一种存储卡有很多种存储容量, 存储容量的选择又该怎么选择呢。在选择存储卡的大小时, 是根据自己所编辑的程序的容量来决定的。下面简单介绍查看用户程序容量的办法。

在STEP7 SIMATIC管理器中点击“Blocks”, 然后鼠标右键“Object Properties”, 弹出对话框, 在“Blocks”选项中可以看到用户程序在各个存储器中占用的空间。

1.3 使用RAM卡时需注意以下几点

(1) RAM卡中的数据需要用电池来保存, 需要在CPU带电时更换电池, 否则掉电后程序将丢失。

(2) RAM卡中的内容可以通过MRES或CLEAR/RESET指令来清除。

(3) 在线删除工作存储器中的程序块和DB块的同时会删除RAM中的相应的块。

①将程序写入RAM卡中的方法只能使用“PLC>D0wnload”命令和快捷栏中的下载按键直接下载。用户程序优先下载到内置的RAM装载存储器中, 当内置的装载存储器下载满了, 会自动把剩余的块下载到扩展装载存储器RAM卡中。下载的同时工作存储器的内容也会更新, 与运行相关的程序代码和数据块被传输到工作存储器中;②RAM卡严禁带电插拔。务必在电源关闭的条件下拆卸该卡;③对于使用RAM卡的CPU来说, 当CPU设置读写保护后, 此时加密信息可以通过复位删除或执行“Download user program to memory card”下载一个空的程序到卡中, 清除CPU中设置的密码。

1.4 FEPROM卡的使用

1.4.1 怎样把程序下载到FEPROM卡中

在使用FEPROM卡时, 使用“PLC>D0wnload”命令下载程序时只是把程序下载到CPU内置的RAM区, 并没有下载到FEPROM卡里, 将程序写入FEPROM卡, 方法如下:

使用STEP7中的“PLC> Download user program to memory card”.只有使用此命令才能把程序下载到卡里, 实现程序备份。使用此命令下载的用户程序只会占用FEPROM卡的使用空间并不占内置的Load Memory (RAM) 的空间, 用户程序只能整体写入FEPROM卡而不能写入单个或部分程序块。同时, 每次写入的新程序会清除原来存在卡中的程序。在用户程序被下载到卡里之前, CPU应置位STOP模式。

1.4.2 CPU何时从FEPROM卡中拷贝到工作存储器中

(1) 用MRES进行复位时;

(2) 下载整个程序时, 完成后自动从卡中拷贝程序到工作存储器;

(3) 程序掉电后, 没有后备电池, 重新上电后, 会把卡中的程序拷贝到工作存储区。

2 S7-300 CPU存储器介绍及存储卡的使用

2.1 S7-300 CPU存储区概述

S7-300 CPU除了和S7-400 CPU一样, 有系统存储器 (System Memory) 、工作存储器 (Work Memory) 、装载存储器 (Load Memory) , 还有保持存储器。

保持存储器是非易失性的RAM, 通过组态可以在PLC掉电后即使没有安装后备电池情况下, 保存一部分位存储器 (M) 、定时器 (C) 和数据块 (DB) 。在设置CPU参数时一定要指定保持的区域。

在一些比较早的S7-300 CPU中, 有些不使用MMC卡, 但这些CPU已经停产。除了CPU318DP外, 其他的S7-300 CPU都可以使用MMC卡来扩展CPU的装载内存。

MMC卡是一种FEPROM卡, 用于新型的S7-300 CPU。新型CPU均没有内置的装载存储器, 必须使用MMC卡做为其装载存储器保存用户数据。MMC卡需要用户根据程序大小单独订货, 选型时建议大于CPU工作内存。

2.2 如何将程序写入MMC卡

MMC是新型CPU的唯一的装载存储器, 任何程序下载方式都直接保存到卡中。下载方法有以下几种:

(1) 直接下载:使用“PLC>D0wnload”命令和快捷栏中的下载按键直接下载。

(2) 使用STEP7中的“PLC> Download user program to memory card”菜单命令将整个程序下载。

注意使用该命令时不能下载单个或部分程序块, 只能整体下载, 同时会将MMC卡中原来的内容清除。

(3) 使用STEP中的“PLC>Copy RAM to ROM”菜单命令, 可以把工作存储器的内容拷贝到MMC卡中, 同时会将MMC卡中原来的内容清除。此操作只能在STOP模式下才能执行。这个指令用于把CPU中当前运行值, 如, DB块运行值拷贝到FEPROM卡中, 这样下次用MRES复位时, DB块的值就会复位为保存过的值。

(4) 使用PG时可以使用STEP中的“File>S7-Memory Card>Open”菜单命令打开存储卡, 再用“PLC>Save to Memory Card”将文件写入MMC卡。

3 结论

西门子S7300/400PLC使用的存储卡总共有:

1) 用于S7-400 CPU的RAM卡;

2) 用于S7-400 CPU的Flash EPROM (简称FEPROM) ;

3) 只用于CPU417-4 (6ES7-417-4Xl00-0AB0) 的扩展工作存储器的RAM;

4) 用于新型的S7-300 CPU的MMC卡。

根据不同的PLC在实际工程的用途、用户程序的大小进行选型, 使用时注意各种存储卡的注意事项就会对工作中遇到的用户程序存储问题起到良好的帮助作用。

参考文献

[1]海心, 马银忠, 刘树青.西门子PLC开发入门与典型实例[M].人民邮电出版社, 2009.

西门子PLC 第5篇

污水处理厂自控系统是整个污水处理工程的重要组成部分，其设计好坏与控制设备选择是否适当，不仅关系着自控系统的性价比的高低而且对以后整个污水处理厂运行维护的难易有着重要影响。笔者以某市污水处理厂这个实际工程为例，对污水处理厂自控系统的设计进行详细阐述。

一、污水处理厂概况

该污水处理厂位于市中区，为日处理能力为5万吨/天的污水处理厂，出水排入黄海，水质达到国家一级排放标准。

本工程采用水解－AICS处理工艺。其具体流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉砂池，然后进入水解池。水解池出水自流入AICS进行好氧处理，出水达标提升排入黄海。AICS反应器为改进SBR的一种。其工艺流程如下图1所示：

污水处理厂处理工艺流程

二、污水处理厂自控系统设计的原则

从污水处理厂的工艺流程可以看出，该厂的主要工艺AICS反应器是改进SBR的一种，需要周期运行，AICS反应器的进水方向调整、厌氧好氧状态交替、沉淀反应状态轮换都有电动设备支持，大量的电动设备的开关都需要自控系统来完成，因此自控系统对整个周期的正确运行操作至关重要。而且好氧系统作为整个污水处理工艺能量消耗的大户，它的自控系统优化程度越高，整个污水处理工艺的运行费用也会越低，这也说明了自控系统在整个处理工艺中的重要性。

为了保证污水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时提高污水厂的现代化生产管理水平，在充分考虑本污水处理工艺特性的基础上，将建设现代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原则：先进合理、安全可靠、经济实惠、开放灵活。

三、自控系统的构建

污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面（监控）设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的部分进行描述。信号采集控制部分主要包括基本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。

1、基本系统的选择

目前用于污水处理厂自控系统的基本形式主要有三种DCS系统、现场总线系统和基于PC控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统，基于PC的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。

基于PC的控制系统属于高度集成的控制系统，其人机界面和信号采集控制可能都处于同一个机器内，受机器性能和容量的限制，本工程厂区比较大，控制点较多，因此采用基于PC的控制系统是不太合适的。

DCS系统适用于模拟量多，闭环控制多的系统。而现场总线系统的主要优势是适用用于控制点相当较少而且特别分散的系统。从施工和维护的角度来看，传统的DCS系统布线的工作量要远远大于现场总线系统。此外，现场总线系统与DCS系统相比，还有最为重要的一点是开发性好，扩展方便。

本工程的控制点在700点左右，模拟量只占20％左右，属于规模比较小的类型，而且这些控制点是以工艺处理单元为界线分散在厂区各处，因此本工程采用现场总线作为基本控制系统。

2、通讯网络选择

现场总线系统最主要的特点就是依赖网络通讯，分散控制和信号采集，最大程度的减少布线，节省安装和维护费用。现场总线主要是指从现场控制器或 IO模块到监控系统的通讯网络。目前现场总线，根据通讯协议的不同可以分为很多种，比如，Profibus、CAN、ControlNet、DeviceNet FF Lon总线等。目前现场总线技术还没有统一的标准，各自的功能特点基本一致，因此本工程设计时选用在中小型控制系统应用非常广泛的ProfiBus总线。其在性价比较高，且在国内推广的时间长，稳定性较高。

Profibus总线有三种形式DP、PA和FMS。PA总线是与智能仪表结合在一起安全性非常高的一种ProfiBus总线形式，造价比较高，常用于石油化工冶金等行业；FMS总线适用于大范围和复杂的通讯系统，旨在解决通用性通讯任务，传速速度中等；DP总线是用于传感器和执行器级的高速数据传速网络，不需要智能仪表配合，安全性略低于PA总线。本工程是污水处理工程，对通讯安全性的要求并不太高，通信的任务比较简单，对系统的传输速度有一定要求。因此本工程的采用ProfiBUS－DP网络，即用西门子S7系列PLC搭建整个系统。总线采用普通双绞作为传输介质，通讯速率可以达到 12MBP。

3、现场站设备配置的选择

对于Profibus－DP网络来说只是提供了一个从现场到监控层的信息通道，但信号的采集和执行命令的下达仍然需要由控制器和现场的IO模块组成的站来完成。ProfiBus－DP网络是一种主从站的网络结构。整个网络上最多可以有128个从站，但只有一个作为主站，所有的通讯事务都由主站来管理。主站必须要有控制器（CPU），同时也可以安装IO采集模块。从站有两种方式：CPU＋IO模块和通讯模块＋IO模块。第一种方式每个从站都由 CPU，每个站的控制事务都由本站完成，与主站之间的通讯量比较少。第二种方式是所有的从站都没有CPU，所有的控制事务都由主站CPU来完成，通过总线网络把命令结果传输到从站完成，从站只是远程IO。

前述这两种从站组成方式各有自己的特点。第一种方式，控制比较分散，通讯事务较小，对网络的依赖不强，但每个站都有CPU，造价高。第二种方式，控制集中，控制事务对网络依赖性强，需要可靠的网络来支撑，同时对主站CPU的性能要求高，在软件编程和调试方面具有很大的优势。这两种方式对工程的现场安装布线施工影响比较少。

本工程控制点的规模施工调试工期比较短，选用了性价比比较高的第二种方式作为从站的组成方式即由西门子IM153通讯模块和S7 300系列IO模块组成，主战CPU选用S7 315-2DP系列。

4、人机界面设备的选择

人机界面设备是直接与操作管理人员进行交流的监控视备，一般由两部分组成，即现场监视设备和中控室监视设备。现场监视设备可以是PC机或是触摸屏，中控室监视设备一般由工控机、模拟屏或投影仪等组成。监视设备应在兼顾投资的情况下，保证操作管理人员可以对整个污水处理厂全面直观的监视与控制。

现场监视设备一般在比较重要的单元或控制事务比较大的从站中设置，以便操作人员及时对现场情况进行处理。本工程的从站的规模比较少，厂区大小从操作距离来看并不大，同时现场操作间内均设有有线电话，因此可在不设不设现场监视系统的情况下保证现场与中控室的联络畅通。

中控室监视设备是全厂的指挥和信息处理中心，其作用不言而喻。中控室监视设备比较传统的做法是模拟屏加工控机的方式，这种方式造价比较高且复杂。随着多屏卡功能的不断完善，现场又出现了工控机多屏显示加投影仪的模式。多屏卡的安装使得一台工控机可以同时拖动多台显示器，并显示不同画面，不同的工段可以同时显示，保证了操作人员监视的全面性。投影仪可以把所需要的任何画面进行放大显示，也可以供人参观。第二种方式的造价要远低于传统做法。本工程选用APPinx一拖四的多屏卡和东芝投影仪一台。

5、其它

成套设备的耦合

本工程中鼓风机为高速离心风机，脱水机为2000mm带宽脱水机，均为大型设备。这些大型设备是由许多辅助电动部分与主机共同工作完成鼓风机和脱水机的正常工作。本工程设计要求大型设备都单独配有自己小型的控制器，由供应商根据自己的经验编制相关程序并预留Profibus－DP接口，最终成为整个自控系统的一个从站。这样就其它大型设备自控系统与整个自控系统无缝连接，减少了不同供应商之间任务的交叉重叠。

监控软件的选择

监控软件是人机交流的桥梁和翻译，是保证整个自动控制系统易操作、易维护最重要的部分。应选用成熟、先进并应用广泛的知名监控软件，本项目选用力控PCAUTO组态软件。

自控控制系统与管理层的衔接

自控系统操作与污水处理厂管理层的衔接主要是把自动控制系统收集到的全厂信息可以顺利传输到管理层计算机，管理人员可以在线查看污水处理厂的运行状况并调用相关的运行数据。随着监控软件的供应商对INTERNET技术的不断应用开发，监控软件都可以通过局域网或INTERNET广域网进行信息发布，管理层或授权用户在任何可以上INTERNET网的地方便可浏览运行状况。而所使用MS IE浏览器的安全性问题已经得到解决。

冗余问题

由于本工程为污水处理厂工程，其安全性和可靠性要求并不严格，本设计没有对通讯网络和控制器进行冗余配置，只对上位工控机采用了双机热备配置。笔者认为在资金允许的情况下，应对主控制器进行冗余配置。

四、自控系统的站点划分

根据污水处理工艺的工作原理以空间分别特点，在布线最小、功能完整的情况下对全厂的站点进行了划分，子站为泵房站、水解池站、1号改进SBR 站、2号改进SBR站、脱水机房站和鼓风机房站。泵房子站负责提升泵房、粗格栅、细格栅和沉砂池的数据处理，脱水机房站除负责脱水机房外，集泥池、浓缩池也归在该站内，其余子站负责各自的工艺单元。主站为变电所站，设在变电所内。各站配置控制点数量统计如下表：

工段名称 控点类型及数量

DI DO AI AO

泵房子站 96 16 20 2

水解池子站 64 32 16

1号改进SBR子站 160 64 32

2号改进SBR子站 160 64 32

脱水机房子站 24 8 8

鼓风机房子站 设备配套PLC并提供接口

各站所配置的控制点数量，富余量均大于20%。本工程自控系统的结构如图2所示：

污水处理厂自控拓补图

五、自控系统的仪表选择

仪表系统遵循“工艺必需、计量达标、实用有效、免维护”的原则进行设计，仪表配置如下：

粗格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；

集水池配置超声波液位测量仪表1套；

细格栅进水井：pH及温度测量仪表1套；

细格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；

AICS反应池配置溶解氧测量仪表及悬浮物浓度测量仪表各4套；

AICS反应池进气管路流量测量仪表3套；

鼓风机房配置鼓风机进出风管压力测量仪表6套；

集泥池配置超声波液位测量仪表1套；

脱水机房配置脱水机进泥管路流量测量仪表2套(随污泥脱水设备成套)；

絮凝制药装置液位开关2套(随污泥脱水设备成套)；

变电所配置各出线回路的电量测量仪表。

尽管上述仪表中部分仪表已经实现的国产化，但是在精度和稳定方面与进口产品还有一定的差距，因此上述仪表中除通用的流量、温度和压力仪表外，其它均采用进口产品。

六、自控系统的功能设计

自动控制系统除了保证污水处理工艺的正常运转外，还有可以提高处理工艺的整体优化水平等，本工程的功能设计主要归纳如下；

1、单体设备控制

对单体设备来说其控制分为三个层次，其优先顺序为现场手动控制、上位手动控制和PLC自动控制，这样现场发现设备故障时可以最快的速度切断故障设备的运行，最大程度地降低设备的损坏程度。在整个系统中，单体设备的损坏时保证系统其它无关联设备的正常运转。

2、节能控制

本工程的节能设计主要包括提升水泵的变频控制和好氧部分溶解氧自动调节控制两部分。

通过变频器与液位计形成闭环控制，保持集水井内液面的稳定，这样可以减少因提升泵的启动对处理系统造成的冲击，保证系统的稳定运行，同时根据水量变化调节水泵频率，降低了运行能耗。

为保持AICS反应器曝气部分溶解氧浓度稳定在2mg/l左右，通过控制鼓风机进口导叶角度来实现鼓风机的流量的调节，达到节能的目的。

此外，液位差控制的格栅的按需运转也是节能设计的一部分。

3、信息处理设计

通过上位监控软件系统直接采集的在线仪表数据，并以数据报表和图形显示，还可根据处理工艺原理自动对所采集的数据进行分析和推导，提炼出对运行操作更有指导意义的数据。如：

污泥负荷、提升水泵运行效率、污泥龄、絮凝剂投加比例、鼓风机运行效率、泵房提升单方水量的电耗、鼓风机每1000m3供风的电耗、单方污水污泥处理的电耗、低压总电量、附属设施耗电量、工艺设施总耗电量、提升电耗、供风电耗以及工艺其它各个工艺构筑物的电耗等等。

七、自控特点：

1、低投资：投资少

本工程除一些精度要求高的在线监测仪表(污泥浓度计、溶解氧仪和液位计)为进口仪表外，其余部分在线仪表实现国产化，节省了一部分投资费用。

另外，从工艺控制角度看，省区了一些不影响工艺运行要求的在线仪表，如ORP计、气体流量计等。不设现场监视设备的也是降低投资的重要原因之一。

在自控系统的总线技术选取上、现场I/O控制设备和上位监控设备的选取上，均采用了性价比较高的产品。如PLC采用西门子S7-300系列等。

本自控系统从以上几点节约了大量的费用。

2、低费用：运行费用低

在占全厂能耗90%的原水提升和鼓风曝气这两个环节上，依托自动控制系统，进水段实现恒液位、变流量控制，由大功率变频装置拖动大流量潜污泵，完全涵盖了500—3000m3/h的流量范围，克服了多台泵切换启停，流量突变对后续工艺的水力冲击，也达到节能的目的，立式潜污泵的提水电耗为 4.75kwh/km3。

占全厂能耗75%以上的鼓风机选用单级高速离心风机，通过控制进口导叶开度调节风量，从而降低能耗，具体的作法是在夜间小水量和过渡工序时自动减小供气量。

3、管理操作简便

本自控工程在上位软件二次开发过程从人性化角度出发，提高自控系统的可操作性，使管理者在任意时间和地点可对工艺系统进行全方面的监控，及时了解到处理系统运行的优劣状态。

八、投资

本工程自控系统的预算费用约占污水处理厂总投资的5%左右。与其它污水处理厂相比，本工程的自控系统投资是中等偏下，性价比较高。

九、结语

该污水处理厂自控系统是根据工艺要求在确定的设计原则下进行设计，既保证污水处理系统的正常运行，又尽可能的降低了工程的造价投资，其设计过程和结果对其它污水处理工程的自控设计具有一定的借鉴意义。

西门子PLC 第6篇

摘要 以西门子自动化设备及软件为基础，分析新疆焦煤集团选煤厂工艺的特点和需求，应用了适合该厂实际生产需求的选煤厂生产管理集中控制系统。该系统实现对现场信息的采集处理、設备解闭锁控制、启停控制等功能，并组态上位机监控界面，实时反映现场设备的运行状况，提高了决策及指挥生产管理。

关键词 S7-400 S7-300 PLC 选煤厂集控 新疆焦煤集团选煤厂设计为重介+浮选联合工艺流程，年原煤入洗能力270万吨，分为一套、二套工期建设。一套设计原煤人洗量120万吨，建于2005年。二套设计原煤人洗量150万吨，建于2008年。

一、选煤厂生产工艺对集中控制系统的要求

选煤工艺特点是环节多，程序复杂、采用了大量的机械设备，一般均为连续生产，不能单独开某一台设备进行生产，在生产正常运行中设备之后的任何一台设备的突然停车，都将会造成堆煤、压设备、跑水等现象，引起事故，因此集中控制系统要求较高。一套设计设备共180余台，其中80余台主要工艺设备均纳入集控系统，由集控室调度员实施集中控制，其他设备作为现场就地操作集中监视。根据选煤厂特点及要求，将全厂各车间并入一个集中控制系统，统一管理。一套集控分为4个控制系统：原煤准备系统、中煤矸石排料系统、重介主选系统、浓缩压滤尾煤系统。二套设计设备共80余台，其中60余台主要工艺设备均纳入集中控制，设一个控制系统。其中一、二套公用原煤准备系统、中煤矸石排料系统。

1.集控控制的要求。（1）集控系统具有集中和就地两种控制方式，集中方式用于正常生产，就地控制方式用于检修、试车，要求各设备全可能实现就地、远方集控启停功能。（2）集控系统设有启、停车预告信号，设备故障报警信号及紧急停车信号。（3）现场操作人员可以解除设备的运行，以免造成人员伤亡及减少故障损失。（4）起车过程、运行过程和停车过程原则上设备按逆煤流闭锁，凡因可能造成设备故障或因设备急停造成堵料、跑冒使车间环境恶化的，即除本台设备故障可立即停车外，其他设备也立即闭锁停车。并对各主要设备的运行状态进行闩动检测，实现设备的故障自动诊断和保护，从而提高选煤生产效率

2.集控系统功能。集控系统把全厂的设备运行状态进行集中监控，各分站输入、输出点（AI、AO、DI、DO）将设备的开、停、故障等数字量信号引入PLC，并通过现场总线传送到集控室，实现对设备状态的监视，同时备用将来新增设备纳入到集控系统中来的模块。为提高系统的监测功能，除对主要的生产设备检测，还增加一些包括过载、堵塞、皮带的跑偏等的检测。通过对系统监测，使得系统中可能出现的故障点都有了反馈信号。因此，对于系统中的故障，集控系统可以准确、快速地检测出故障设备点和保护动作位置。模拟量过程控制主要用于工艺过程参数的检测及控制，如精煤灰分、密度、液位等，用来监视和控制产品的质量。

二、设备选型

根据要求，一套用西门子S7-400、二套用西门子S7-300系列的PLC。根据选煤厂的特点，将PLC分成5个站，各自独立的I/O分站安装在受控设备的低压配电室内，可节省大量的控制电缆、缩短电缆路径、减少施工量、降低工程成本。设备选型见表1。

三、控制方案

l.系统总体方案。把全厂的设备分为五个集中的站点，二主站三从站。主站放在一、二期主洗配电室，从站放在较远现场配电室，采用安全可靠的工业总线和上位机相连进行通讯，可以满足数据的实时监控和操作。

2.设备控制方案。在每个参控设备控制电路中串入就地控制箱，在正常生产是，控制箱打到“自动”，可实现远程启动，检修时打到“就地”，可实现设备的就地启动，为增加生产的安全性，集控和就地停止的控制继电器串联，这样控制是调度员和操作人员都可以在发现设备故障时停止设备运行。

3.人机界面设计。组态软件WinCC作为上位机监控界面设计的软件平台，如图l所示。根据全场设备的布置要求，工艺流程实现一屏设计，大屏图形显示各台设备正常运行和事故状态的显示反差明显，易于判断，便于调度操作人员对全厂设备运行状态的监视和操作。见图l。

四、电动机控制原理

一、二套系统的所有电动机采用各闩统一的控制原理和统一接线方案，以利于安装和维护，输入输出点均直接与PLC相连，而没有互连。举个简单的例子，一台设备的启、停按钮和接触器线圈这三个元件，启、停按钮分别接与PLC的输入模块相连，而接触器线圈直接与PLC的输出模块或中继相连，这三个元件本身没有直接的电气联系，它们之间的逻辑控制关系是通过软件程序实现的。

1.-套电动机控制原理。一套每台电动机现场就地控制箱为一台，有转换开关一个，手动、闩动、禁启、急停、启动、停止六个控制信号进入PLC，PLC输出有两个运行、故障信号，集中控制有启动、停止两个命令。电动机二次控制原理见图2。

图3-套电动机梯形图

3.二套电动机控制原理。二套每台电动机现场就地控制箱为一台，一个转换开关，有禁启、运行、启动三个控制信号进入PLC，PLC输出有两个运行、故障信号，集中控制有三个集控、启动、停止命令。只有集控观察到现场控制箱拨钮状态在运行位置，才具备开机条件。电动机二次控制原理见图4。

五、结束语

西门子PLC在包装机上的应用 第7篇

现今, 包装机已广泛应用于多个行业, 其使用的好坏和称重的精度关系到企业生产的质量和效率。随着工业自动化程度的不断提高和工艺技术的日益完善, 生产设备良好稳定的运行就越发显得重要。

1 包装机的工作原理

包装机由分料口、加料机构、料桶、称重装置、料桶放料口、卸料斗、夹袋器及称重控制器构成。工作时依靠自重下落, 物料从上往下经过分料口分别进入2个加料机构, 由加料机构控制加入料桶中物料的重量, 通过称重控制器并结合预置好的加料参数, 控制加料机构的粗细加料阀门让粗细加料量达到最佳的配比, 从而确保整个称重系统在保证精度的前提下提高包装速度。通过预置好的粗加料参数, 当物料达到此参数要求的重量时, 加料机构的粗加料阀门关闭, 当物料达到设定要求重量的参数时, 加料机构的细给料阀门关闭, 加料机构停止加料。由称重控制器来协调2个料桶的底放料阀的动作, 防止2个料桶同时放料。当夹袋装置上的行程开关动作时, 夹袋装置夹住包装袋并打开卸料口, 那个先达到称重设定重量的料桶就先打开料桶底放料阀门放掉料桶里的物料, 放掉的物料落到卸料斗中又经过卸料口流入包装袋中后, 夹袋装置松开包装袋, 包装袋掉在输送带上由输送带送到缝包机处进行缝口, 缝口后输送带再将包装袋送到后方进行堆码整理。在称重控制系统的控制下, 包装机能快速准确地完成物料的称重和下料包装, 极大地提高了工厂的生产效率。

2 包装机称重系统的介绍

包装机的称重系统由系统控制柜和现场执行机构与称重检测装置构成, 控制柜中的控制器根据采集到的信息和其他信号来控制现场的各个执行机构, 通过各个执行机构来完成物料的定量称重和下料到包装袋中。

2.1 包装机现场的执行机构和称重装置的介绍

2.1.1 包装秤的称重装置

称重传感器的固定端固定在支架上, 称重传感器的测重端则悬挂着装卸物料的料桶, 这就组成了包装机的一个称重装置。

在称重装置中称重传感器是将机械变量 (重量) 转换为电信号的传感器。其基本元件是一种特殊类型的弹性体, 摩擦锁定式应变片就固定在此弹性体上。在悬挂物重力的影响下, 弹性体变形, 结果应变片也随之发生弹性变形。由于应变片外部形状的变化, 其导体的欧姆电阻也会相应发生变化 (对于每一个称重传感器而言, 至少应将4个应变片接在一起以形成一个完整的惠斯通电桥) 。连接拉伸或压缩的应变片以将正电阻或负电阻变量相加在一起, 从而形成电桥中电阻的总体不平衡。

在一个电桥对角线上, 加上电源电压, 在另一个对角线上接测定电压。电源电压恒定时, 测定电压与所用负载就会呈正比变化。称重传感器就是依据这个原理来进行测量重量信号的。

2.1.2 包装机的现场执行机构

电子阀控制着各个气缸, 由气缸来推动或关闭各自对应的阀门, 依次来完成包装机的下料称重和卸料到包装袋中的一系列动作。

2.2 包装机的称重控制系统介绍

西门子公司在称重领域已有50年历史, 依靠强大的研发队伍和严谨认真的工作态度, 已成为自动化称重系统颇具知名度和影响力的制造商。它所生产的称重电子模块具有高精度、高速采样、与西门子PLC全兼容和可靠性高等特点。在固体散料计量和控制方面提供完整解决方案, 特别是在皮带称、自动称重给料和固体流量计方面具有精度高、安装方便和长期稳定性高等特点。依托先进的西门子自动化称重解决方案, 使得用户可以真正实现工厂称重控制过程的自动化。SIWAREX电子称重模块完全集成在SIMATIC系统中, 使PLC控制系统可以直接接收和处理来自称重传感器的信号, 并执行各种复杂的运行控制, 无需额外的称重信号转换或传输环节。同时, SIWAREX称重系统还可编程、模块化设计、扩展性好、便于根据工艺条件的改变提供系统升级和扩展。SIWAREX_MS电子称重模块是SIMATIC S7-200的一个扩展模块, 它可以与系统的其他扩展模块一起操作。SIWAREX_MS具有2个串行接口。一个是TTY接口, 用于连接远程数字显示器;另一个是RS232接口, 可以连接一台PC (个人电脑) , 用于使用SIWAREX_MS来设置秤。

3 称重控制系统的构成

西门子的PLC在国内用户众多, 其运行的可靠性和稳定性也受到用户的一致认可。称重控制系统就是以西门子S7-200来构建的。通过触摸屏我们能进行一系列的操作, 包括对称重值的设定以及修改、零点和称的砝码标定、称重的历史记录和趋势、记录系统的报警状况以便故障和问题的查找。称重控制系统构成图如图1所示。SIWAREX_MS电子称重模块通过接线盒和称重传感器连接。一个接线盒最多只能连接4个传感器, 多于4个时就要使用交叉连接的方式并联另一个接线盒。一般的连接方式如图2所示。CPU224自带有14个输入和10个输出接点, 通过这些输入输出接点, PLC接受外部的启停、紧急停止、复位、手动、自动、夹袋准备等一系列控制信号, 来控制夹袋器的开启和闭合, 实现对加料结构的精确控制, 使其加到料筒中的物料达到设定值, 再控制料筒放料以及后面的输送带和缝包机装置。

4 结语

这套自动称重控制系统操作起来简单方便, 功能实用, 还能扩展实现企业的网络集中管理, 方便公司了解现场的生产状况。称重模块也能随时进行更换, 不需要重新来校定称, 方便检修和设备的维护。把称重模块和PLC系统集成在一起, 避免了称重传感器信号经过变送器转换时误差的放大, 保证了数据的高精度的集中处理。利用PLC系统的可靠性和稳定性, 这套称重控制系统在实际生产中, 能够满足工艺的需要并在长周期运行中一直运行稳定可靠。

摘要：说明了包装机的工作原理和称重传感器的使用, 详细介绍了以西门子S7-200PLC和SIWAREXMS称重模块集成到一起的包装机称重控制系统的结构和优点。

关键词：SIWAREXMS称重模块,称重传感器,西门子S7-200PLC,加料机构,包装机

参考文献

[1]西门子自动化有限公司.SIWAREX自动称重技术产品样本, 2009

[2]乔平.最新衡器使用维修与检定规程实用手册.合肥:安徽文化音像出版社, 2003

西门子PLC S7-200的扩展 第8篇

关键词：研华4000模块,PLC扩展,硬件设计,软件流程

0 引言

S7-200系列PLC是Siemens公司推出的一种小型PLC。S7-200中的CPU226具有20k程序存储空间10k数据存储空间, 6路独立的30k Hz单相高速计算器, 2路独立的20k Hz高速脉冲输出 (DC) , 2个RS485通信接口, 具有PPI通信协议﹑MPI通信协议和自由方式通信协议。其中, 自由口通信方式是CPU226一个很有特色的功能, 可以很好的与其他设备﹑控制器进行通信, (ASCII协议﹑Modbus协议等等) [1]。

研华ADAM4000系列远程I/O模块性能可靠, 可广泛应用于多种工业控制场合。ADAM4000系列包括模拟量输入输出模块 (4051) ﹑数字量输入输出模块 (4017+) 。采用RS-485通信协议方式, 支持Modbus通信协议, 系统所有模块只需要一条通信线即可连接, 具有高通信速率﹑高采样分辨率﹑智能化﹑光电隔离﹑强抗干扰等特点。软件开发也较容易。

S7-200PLC由一个独立的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块组成。可以根据系统的复杂程度来组成不同的控制器。但一个CPU226最多只能扩展7个模块在使用中发现能采集的数字量I/O口数量偏少, 模拟量I/O口数量最多为35路, 在有些系统中不能满足需要, 如果采用S7-300PLC系统则工程造价会成倍提高。因而我们采用了研华4000模块扩展西门子S7-200I/O模块的方法。以S7-200系列CPU226 (单价1500左右) 跟S7-300系列CPU314 (单价3000左右) 比较[2], 研华4000系列每路AI/DI的价格约为110元, 在AI/AO、DI/DO点数较多的情况下, 使用研华4000系列模块可显著降低成本。

1 硬件设计

采用4017+、4051扩展CPU-226的AI、DI模块。4017+是16位A/D8通道的模拟量输入模块, 可以采集电压、电流、温度等模拟量输入信号。ADAM模块支持Modbus协议。各通道可独立设置其输入范围, 而且它的模拟量输入通道和模块之间还提供了3000V的电压隔离, 这样就有效地防止模块在受到高压冲击时而损坏。4051是一款16路数字量输入模块, 带有3000VDC光隔离保护, 可用于一些严格的应用。与其它模块不同, 4051可接受10~50V的输入电压, 适用于各种数字量信号, 如12VDC、24VDC或48VDC。因此将ADAM4000系列作为CPU226的扩展模块, 具有可靠性高、抗干扰能力强、精度高, 利用Modbus通信协议及RS-485总线连接简单等特点。因此系统的检测端口完全可以满足可靠性和实时性方面的要求, 其与PC机连接方法如图1所示, 在本例中, 用PC机将4017+、4051模块的地址 (2、3) 、波特率 (19.2k Hz) 、通信协议 (Modbus) 、模拟量检测信号类型 (0~20m A) 设置好。与CPU226连接方法如图2所示。

2 软件编程

在硬件组态完成以后, 主要工作就是PLC与4017+、4051通信程序的编程了。S7-200编程软件中自带有Modbus通信协议的库程序MBUS_CTRL指令与MBUS_MSG指令。具体的主程序框图如图3所示。

设置Port0的工作方式为自由工作方式, 波特率19.2k Hz。将所需用的寄存器清零, 同时给定子程序使能信号端。根据实际情况设置好子程序模块参数。

MBUS_CTRL指令[3]中EN:指令使能位;Mode:模式参数;Baud:波特率参数;Parety:奇偶效验参数;Timeout:超时参数;Done:MBUS_CTRL指令成功完成时输出1, 否则为0;Error:错误输出代码。MBUS_MSG指令中EN:指令使能位;First:首次参数;Slave:从站参数;RW:读写参数;Addr:地址参数, 是起始的Modbus地址, 00001至09999是离散输出 (线圈) 、10001至19999是离散输入 (触点) 、30001至39999是输入寄存器、40001至49999是保持寄存器;Count:计数参数;Data Ptr:Data Ptr参数;Done:完成输出;Error:错误输出。

在本例中MBUS_CTRL指令与MBUS_MSG指令设置如图4所示。

系统中如有多个扩展模块则每一个扩展模块都必须具备自己的模块地址, 且具备有数据存放的指针地址, 这些地址不能重复。模块与模块之间要有相对应的抑制关系, 不能同时对两个数据进行读写。如图5所示。

3 结束语

本文探讨了用研华ADAM4017+与4051扩展S7-226模拟量输入模块与数字量输入模块的方法。实践证明, 本方式完全满足了此系统在实时性、可靠性、经济性、灵活性上的要求, 节约了生产成本。PLC和研华ADAM4000模块硬件连接和软件编程的优点, 可将4000模块与PLC集成应用于各中小型控制系统。

参考文献

[1]黄芹, 吕春华.跟我动手学西门子S7-200 PLC[M].北京:中国电力出版社, 2012, 11.

[2]廖常初.跟我学S7-300/400 PLC[M].北京:机械工业出版, 2010, 9.

西门子PLC程序设计方法研究 第9篇

PLC所有的控制功能都是以程序的形式实现的,因此程序设计对PLC的应用十分重要。本文针对喷泉的PLC控制提出顺序控制设计法、移位指令设计法、时序设计法和比较指令设计法等4种梯形图的设计方法。

1 项目介绍与I/O分配

项目介绍:一个喷泉池里有A、B、C三种喷头。喷泉的喷水规律是:A喷头喷5 sB、C喷头同时喷8 sB喷头喷4 sA、C喷头同时喷5 sA、B、C喷头同时喷8 s停1 s,然后从头循环开始喷水。

选用西门子S7-200 CPU224。I/O分配见表1。

2 顺序控制设计法

顺序控制设计法又称为功能图法,适用于那些按动作先后顺序进行控制的系统图。顺序控制设计法规律性强,虽然编制的程序较长,但程序结构清晰,可读性好。

2.1 根据喷泉控制的要求绘制功能图

喷泉控制功能图如图1所示,以M0.0～M0.5表示喷泉喷水的6个不同状态,且每个状态保持的时间分别是5 s、8 s、4 s、5 s、8 s、1 s。编写PLC梯形图程序的时候只需使M0.0～M0.5线圈按顺序接通,并且接通的时间分别是5 s、8 s、4 s、5 s、8 s和1 s即可。

2.2 根据功能图画梯形图

(1)除初始步外,每步用一个中间继电器表示状态。

该步执行时,该中间继电器为“1”。

(2)列中间继电器逻辑方程:

undefined。

其中:Ji*为第i步中间继电器的线圈输出;Si为第i步的启动条件;Ji、Ji-1为第i、i-1步中间继电器的常开触点;undefinedi+1为第i+1步中间继电器的常闭触点。

2.3 列输出继电器的逻辑方程

当某输出继电器仅在1步中接通时,则该输出等于该步中间继电器的状态;当某输出继电器在若干步都接通时,则该输出为上述若干步中间继电器状态逻辑“或”运算的结果。

因篇幅所限,本文中未给出喷泉顺序控制设计法设计的梯形图。

顺序控制设计法也可以使用顺序控制继电器指令SCR、SCRT、SCRE来完成。

3 移位指令设计法

使用移位指令SHL_B使M0.0～M0.5按顺序接通且接通的时间分别是5 s、8 s、4 s、5 s、8 s和1 s。移位指令梯形图如图2所示。

4 时序设计法

当控制对象是开关量且按照固定时间顺序进行控制时,可用时序图设计法来设计程序,具体步骤如下:

(1)画出时序图:为了弄清喷泉各个喷头A、B、C的时间关系,根据控制要求,画出3个喷头的工作时序图,如图3所示。

(2)确定时间段:1个工作循环可以分成6个时间区段,这6个时间区段的分界点分别用t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6来表示。

(3)使用定时器:用6个定时器来控制6个时间区段,再利用各个定时器之间的时序关系来控制3个喷头。

(4)设计PLC程序时序设计法梯形图。

5 比较指令与定时器法

如图3所示喷泉完成一个工作循环需要31 s,在一个工作循环内A喷头在t0～t1时间段或t3～t5时间段有输出。工作周期T=31 s用定时器T101定时,当定时器的当前值在0～50之间或者在170～300之间时,A喷头有输出。同样道理:当定时器当前值在50～170之间或者220～300之间时,B喷头有输出;当定时器当前值在50～130之间或者170～300之间时,C喷头有输出。使用整数比较指令对定时器的当前值进行比较。比较指令设计法梯形图如图4所示。

6 结束语

采用以上4种设计方法编写的PLC程序经实践验证皆正确,且控制效果良好。PLC程序设计是一个熟能生巧的工作,需要在工作学习过程中不断探索与总结。

摘要：主要介绍了采用4种不同的程序设计方法设计喷泉的PLC梯形图程序。

关键词：PLC,程序设计,喷泉

参考文献

[1]程显吉.可编程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]王成福.可编程序控制器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]严盈富.西门子S7-200 PLC入门[M].北京:人民邮电出版社,2007.

西门子PLC在锅炉中的应用 第10篇

某物业锅炉用西门子公司的S7-300PLC控制系统, 主CPU为S7-300, 采用软件包STEP7进行软件开发, 下位机既监控系统用Win CC7.0组态软件, 较好地实现了锅炉的回路控制, 在线检测、控制、调节和诊断以及历史趋势查询打印等功能, 系统运行稳定、故障率低、性价比较高。

2 工艺控制过程简述

2.1 锅炉介绍。

锅炉由一系列设备组成, 期中分为锅炉本体和辅助设备两类。通常我们所说的“锅炉“一般是指锅炉本体, 主要指炉筒、机箱、受热面及其间的连接管道、燃烧设备、炉墙和构架等所组成的整体, 锅炉本体也称锅炉的重要部件;而“锅炉机组“是指由锅炉本体及配合锅炉本体工作的其他设备或机械构成的成套装置。

2.2 硬件组成及配置。

本系统选用的是S7-300系列的CPU314, 并具有PROFIBUS总线通讯功能, 还可以用自带的通讯模块。上位机既Wincc7.0组态软件进行监控画面的设计。下位机既PLC执行用户的控制程序。控制总线传输现场信号。分布式I/O。信号模块选用数字输入模块SM321, 数字输出模块SM322, 模拟输入模块SM331, 模拟输出模块SM332。

3 PLC在系统中的应用

3.1 PLC简介。

PLC英文全称Programmable Logic Controller, 中文全称为可编程逻辑控制器, 它是一种特殊的计算机系统, 它既具有完成各种各样控制的功能, 又具有和其他计算机通信联网的功能。S7-300属于模块式PLC, 主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信模块、电源模块和编程设备组成。

3.2 PLC程序设计。

3.2.1设计PLC监测系统。通过对锅炉系统的结构和工艺流程的系统分析, 确定了合理的系统控制方案, 采用西门子公司的HMI监控组态软件Wincc对S7-300PLC进行组态, 作为系统上位机。选用西门子公司的S7-300PLC作为现场控制器, 即作为本系统的下位机, 利用STEP7进行锅炉运作程序编写。下位机PLC完成所有与控制系统相关都量采集。被控对象有:锅炉水温、水流量、水压力和室外温度。其原理框图如图1所示, 被控对象输出记为y, 变送器检测得到输出的4~20m A的电流反馈信号yf, 由PLC的AI模块经A/D转换成数字信号, 输入PLC, 再与从上位机键盘输入的设定值yr比较, 得到偏差信号e, PLC根据偏差信号e, 执行控制器算法程序, 计算出控制量, 经AO模块D/A转换成4~20m A的电流控制信号u, 控制广义对象的输出y, 使其跟踪设定值yr。3.2.2实现PLC和组态软件之间的通讯。PLC通过内部CP341通讯处理器, 通过点对点进行高速, 高性能的串口通讯, 减轻CPU的通讯负担。我们采用CP341-RS232C接口模式, RS-232C串行接口标准既是一种协议标准, 规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。PLC与上位计算机之间的通信就是通过RS-232C标准接口来实现的。PLC与上位计算机之间的通信就是通过RS-232C标准接口来实现的。CP 341-RS 232C是9针SUB-D型插头, 内置RK512通讯协议, 程序设计中在PLC则只需在OB0中加入FB7 (每次循环都执行FB7) , PLC就会自动响应上位机的数据查询和数据修改指令了。在通讯过程中, PLC为被动, 计算机为主动。 (也就是如果计算机不发命令给PLC, PLC不会主动发数据) 在PLC编程中只要有FB7功能块就可以了。FB8是给PLC主动发送数据用的。3.2.4调试PLC监测系统, 实现人机交互界面对PLC监测系统进行调试, 并与Wincc进行通讯, 利用Wincc所特有的性能特点实现人机交互界面。通过界面完成水温、水压力、水流量等参数的浏览, 并加以分析。

4 系统构成及主要实现方法

4.1 系统构成。

4.1.1系统硬件构成。系统硬件由传感器、上位机监测系统、下位机控制系统三部分构成。a传感器:由传感器组成的现场仪表负责对回水温度、压力、流量和室外温度参数的采集, 具体在供回水管线安装压力变送器、温度变送器, 在户外安装温度采集装置。b上位机监测系统:负责监测锅炉运行参数, 负责供热指挥中心发送锅炉自身数据和接收供热指挥中心下发的指令, 提供人机界面, 完成人机交互功能。负责对所有上传数据实时在线显示、处理分析, 并建立相关数据库, 并将相关分析结果借助局域网发布给相关部门;负责整个供热系统运行指挥。c下位机控制系统:负责监测数据的生成、处理和集中显示, 并由通信模块DTU借助无线网络SCDMA向燃煤锅炉房监控中心发送数据。4.1.2系统软件功能:4.1.2.1数据采集、集中显示功能;用于对锅炉水温、水流量、水压力和室外温度等参数进行实时采集, 可选择不同界面进行浏览实时数据。4.1.2.2分析评价功能。a根据各热力站所带负荷实际和室外温度, 确定各站“应供热量”, 通过对各热力站“实供热量”、“应供热量”和“偏差率”确定热量平衡建议、一次网流量调节建议等。b通过燃料消耗量和实际供热量, 计算锅炉房供热效率, 即可横向对比又可纵向分析锅炉效率走向, 全面掌握供热系统整体运行状况。c利用水压图分析热网水力工况变化, 显示管网的压力值的变化、各管段的压力损失值等, 分析水力工况是否处于最佳工况。4.1.3诊断报警功能。当供热参数变量超出了正常范围, 系统发出声音报警提示, 同时故障区域变色显示, 并弹出报警信息, 及时提醒操作人员。同时对报警信息 (包括时间、地点、报警值等) 进行存储, 以便查询。另外对通信状态实现在线监测, 出现断开状态, 及时报警提示。

4.2 系统的主要方法。

4.2.1 PLC硬件组态。该项目的硬件有两个机架构成, 分别为第0号机架和第1号机架, 每个机架上都有一台西门子PLC, 利用PROFIBUS总线工作方式进行通讯。4.2.2模拟量采集。模拟量既现场来的连续信号, 如实际过程控制中的压力、温度、流量等现场模拟信号, 通过传感器、变送器转换为控制系统可接收的电压或电流信号, 通过A/D转换, 以数字量形式传送给可编程控制器[1]。其中包括模拟量采集FC1, 模拟量处理刻度化FC9。4.2.3PID算法。PID控制器问世至今已有近70年历史, 它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。在生产过程自动化控制的发展历程中, PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。在对PID参数进行整定的过程中, PID参数的整定值是具有一定局限性的优化值, 而不是全局性的最优值, 因此这种控制作用无法从根本上解决动态品质和稳态精度的矛盾。其中采用PID运算的的硬件算法, PID算法由PID插件执行。即PID内部自带的CPU, 所以PID插件和PLC采用一种并行工作方式。

5 系统的抗干扰设计

5.1 抑制电网引入的干扰, 采用性能优良的电源。

5.2 为减少动力电缆辐射的电磁干扰, 应屏蔽电缆。避免信号线与动力电缆靠近平行铺设。

结束语

本系统通过监测水的温度、压力、流量和室外温度参数, 实现了对锅炉运行状态的控制, 特别是应用西门子S7-300可编程控制器进行锅炉控制, 并将系统采集进来的数据很好的进行了组态, 给使用者以良好的人机界面, 使用者通过画面监视和人机交互功能更好地达到优化控制的目的, 本系统在生产现场运行稳定, 提高了生产自动化程度和管理水平。

摘要：锅炉节能控制主要是采用控制技术, 特别是采用计算机控制系统。某物业公司利用西门子S7-300和WinCC对锅炉进行控制, 从而达到了提高燃烧效率、节能环保、减少烟气对大气的污染以确保对供热锅炉的安全可靠运行。

关键词：WinCC,锅炉,自动控制

参考文献

西门子PLC 第11篇

前言

烧结作为高炉冶炼最主要的原料，对高炉的生产质量起着关键性的作用，在钢铁的生产过程中，烧结是最重要的环节，主要包括配料、烧结和成品等几大系统组成。电气、仪表和计算机三大控制系统全程自动化控制烧结系统，实现了三电一体化的控制过程。通过对西门子PLC技术在烧结自动控制系统设计中的应用进行具体的分析，提高控制系统的安全性和可靠性。

一、概况

烧结机来源于某公司生产的180m?2烧结机，自动化控制系统由本公司设计和调试，完成了配料、烧结和筛分过程的自动化控制，自动化程度较高，符合生产的要求，并为公司的生产带来良好的经济效益。

二、硬件组成

选用SIEMENS S7-400构成烧结机系统硬件控制的核心部分，选用414-2DP CPU。各子站和主站的连接通过连接完成自动化控制，运用CP443-1通讯模板。根据生产的实际要求，该自动化系统的配置方式选用远程站，具有较高的稳定性，能够在投入生产中节约成本，带来良好的经济效益。使用西门子公司生产的监控系统。

三、系统配置和网络通讯

烧结自动化系统通过Profibus的现场总线进行分布控制，将设备的控制层降低到最底层，监管和控制设备的正常运行。在第二层属于监控层，主要对烧结系统进行实施的监控，了解生产的状况，并随时对生产发出指令。烧结的配料、筛分系统的控制通过光纤以太网实施监管，从而有效地维持了通讯的稳定程度。在主控制室，设置人员的监控站，接受和传达生产的任务和指标，实现烧结系统的全程自动化。

四、功能实现

（一）配料自动上料系统。配料上料自动系统中，根据原料重量比对原料配料进行控制，其中包含着的给料装置、称量装置等设备。各种原料的化学成分的配比由专业的操作人员通过上位机进行设定，对物料的流量进行称量，显示的数量转变为4-20mA的信号输入，传递到功能模块进行操控。与预设定的数值做出比较，使用STEP7进行自动的调节和计算，最后通过Profibus-DP总线将控制字进行传递，最终传给变频器。变频器得到正确的信号后对电机的转速、电压和效率进行调节。这样在生产的过程中避免出现给料量的误差，且只能在预设定的数值上下出现轻微的波动，从而对配料进行全自动化的控制。

例如GΣ为给料量的总数值，A原料为给料设定值的比例，G原料设定为给料的标准值，那么，

G原料=GΣ*A原料 ①

偏差P计算：

P=|G原料-瞬时值| ②

比较P和GAIN，如果P值不超过GAIN，不再调节给料量，如果P超过GAIN，则按照规定的预设值调节给料量，让原料的总量在（G原料±GAIN）左右波动。

（二）混合料加水控制系统。配料后的原料要经过三次的混合，且每次的混合都要加入一定量的水分，这样可以有效地保障烧结的顺利进行，并保持烧结具有良好的透气性，从而达到生产质量的要求和水平。在第一次混料中加水的量要与原先设定的数值一样，原料的含水量决定的预设定的加水量的数值。第二次混合加水量也要与第一次的加水量保持一致，也是有利于烧结具有良好的透气性。第一次加水量的控制按照原先设定的数值进行调节，按照PID控制二次混料的加水量。并对加水量的预设值计算好，作为目标的加水量。根据原料测定的含水量再将设定的目标含水量之间进行对比，找出其中的差距，最后根据实际的数据进行适当的调节，从而保障烧结的含水量。

（三）烧结终点自动控制系。燃烧点的位置是烧结机尾几个风箱里的废气温度函数，这样设置的目的是为了能够精确燃透点的具体位置，保障到机尾时燃料正好燃烧完毕。根据烧透点的位置应用计算机定位烧结机的速度，让烧透点靠近机尾的位置。从而充分的利用了抽风机的面积，提高了生产的质量。可以设接近机尾位置的三个抽风机分别为16号、17号和18号风向，其对应的位置点为G1、G2和G3，温度对应设置为T1、T2和T3，则透点公式为：G0=（T2-T1）/[（T2-T1）+（T2-T3）]-0.5操作人员使用透点公式进行计算，能够对台车的转速能够熟练的掌握，有效保障生产的效率。

（四）控制操作。全廠设备的自动化通过中央控制室控制，其中主要包括以下的操作控制：（1）能够快速的控制设备单一停止启动。对单体设备进行控制可以选择单停或者单起的按钮进行操作，完成工作的命令。（2）联起联停控制。有时在工作中会出现重复的操作，这时可以运用设备上的联合开关按钮，点击画面上的按钮，就可以将设备按照自动化的顺序进行联停或者联起。如果在操作中使用联停按钮时，设备会按照自动化的顺序排料后自动停止。烧结设备的皮带较多，且相互之间的出现比较密切的联系，因此可以使用调停功能。在下游设备出现故障时，可以启动调停功能对上游的设备进行停止。这样既可以对下游的设备进行检修，又能够保障上游设备的安全，避免皮带的损毁。在事故时，可以使用急停按钮实现对设备的立即停止，防止出现较大的危险和事故而损害设备。

（五）显示功能。用图形时显示皮带的传输信号情况以及各PLC 站的运行状况。为了使设备的控制更加的直观，可以将信号设备旁边做成显示器，对设备的运行状况、故障的发生情况等进行直观的显示，这样也有利于直观的了解烧结的运行状况以及具体的操作工序，对烧结风箱温度和环境状况进行直观的了解，从而将温度和气压进行有效的对比。

（六）报警功能。对于模拟量如气压、温度或者流量等高于或者低于设定的目标值时报警系统可以发出报警，并对报警的情况进行记录。例如某一个设备停车时可以将停车的原因进行记录，记录故障的原因，进行故障排除和故障的检修。电机设备的轴承温度超过120度时可以通过报警功能进行报警处理。

总结

西门子PLC技术在烧结自动控制系统中的应用有效地提高了系统自动化的程度，系统稳定可靠，符合生产的要求，数据的准确率和正确性显著地提高，对配料的跟踪。烧结的温度和压力等各方面进行有效的控制，保障了生产的质量合水平。自动化程度的提高有效的节约了人力和物力，提高了企业的生产效率和经济效益，保障烧结自动化系统的完整运行。

（作者单位：1.包头钢铁（集团）公司炼铁厂；2.包头钢铁（集团公司）薄板坯连铸连轧厂）

作者简介

迟海燕，（1977.2--）女，汉族，内蒙古包头人，包头钢铁（集团公司）炼铁厂，工程师，研究方向：工业自动化控制.

西门子PLC在冷轧钢带中的应用 第12篇

关键词：西门子PLC,冷轧带钢,应用

引言

轧钢是生产和生活中最常见的一种钢材, 其需求量极大, 但冷轧钢带的生产线常常因为控制问题造成生产停滞, 给企业带来了很大的不便, 为了更好的控制冷轧钢带生产中各个部分的协调控制, 引入了西门子的PLC控制系统, 通过PLC与计算机的控制, 生产线可以实现自动控制, 极大的减轻了工人的劳动强度, 保证钢带的质量、产量、成材率, 取得了较好的经济效益。文章根据生产实践经验, 对PLC系统在钢带生产线上的应用、故障诊断、系统控制以及要注意的问题等方面进行了具体的探讨, 为PLC系统在冷轧钢带生产线上的使用提供了指导, 同时为PLC系统在冶金领域的推广应用提供了有效的支撑。

1 西门子PLC在冷轧钢带中的应用分析

1.1 PLC的概念简介

PLC可编程控制器是一种在工业环境下应用的数字运算系统, 通常由主机、I/O接口、电源、输入/输出扩展单元以及编程器组成。它主要通过在可编程存储器内部储存可执行的逻辑运算、定时、计数、数据处理等逻辑指令, 在生产时通过与检测传感器互相通信, 控制输入和输出, 调节生产中需要严格控制的参数 (如温度、压力) 。PLC系统具有可靠性强、应用范围广、控制灵活、功能完备、性能优良的特点, 而且设计安装简单、调试周期短、体积小、重量轻、维修方便, 非常适合在冷轧钢带生产线中使用。

1.2 PLC控制系统自动故障诊断的应用分析

目前西门子PLC300系统的控制系统都可以进行硬件故障的自动检测, 在硬件出现故障时会发出报警信息, 通常应用到位置控制、温度控制等关键部位, 保证生产线安全高效的生产。随着计算机技术及人机交互技术的发展, 由PLC组成的控制系统的功能也变得越来越强大。在PLC控制的轧钢生产设备中, PLC提供的故障诊断功能是轧钢生产中极为关键的功能, 保护了轧钢设备, 降低了故障损失和维修时间。PLC主要是通过对接收到的数字量和模拟量信号的正常与否对硬件进行诊断, 为了更好的保护设备, 通常将故障诊断程序与过程控制相结合, 可以在紧急状态时保护轧钢设备, 避免巨大损失。

PLC控制系统自动故障诊断的工作原理是:将检测传感器输送的信号模拟量与系统内设的极限信号模拟量进行对比, 如果接收信号模拟量远离极限信号模拟量值, 说明传感器检测的设备在正常工作;如果两者相同或相差不大, 说明设备处于危险状态, 如果设备处于危险状态的时间超过了预期, PLC控制系统就会启动开关量模块或者PLC控制系统主动发出信号, 输出诊断结果并报警, 紧急状态下甚至会自动紧急停机, 从而达到保护设备的目的。西门子PLC300系列控制系统采用并行分布式结构, 操作站是上位机, PLC作为下位机使用, 操作站可以同时对多个PLC进行管理, 供PLC完成程序下载, 生产线上的设备故障都是由PLC根据开关量故障信号的检测自动判断, 然后通过自身进行复杂的逻辑判断进行出理的, 而且紧急情况下的生产线紧急停机也是由PLC自行完成的。

1.3 PLC在冷轧带钢生产线中的具体应用

西门子PLC300是目前冷轧生产线上应用最为广泛的一种可编程控制器, 主要应用在生产线自动生产控制、卷取机及机架间张力自动控制、带钢产品的厚度自动控制等方面, 不仅大大提高了控制的精度, 还提高了轧钢生产的效率。西门子PLC300系列控制器的特点是可以较为方便的实现过程控制运输、数据传输、数据通信以及数据交换运算。在轧钢生产过程中, 卷曲张力和轧制张力都由控制系统根据传感器输入值自动计算, 并通过系统反馈调节轧辊之间的距离, 控制钢带的厚度。

1.4 西门子PLC300在轧钢机电气控制中的应用分析

轧钢机是轧钢生产线的核心设备, 其电气控制系统对设备的正常运行至关重要。目前轧钢机的控制系统是采用计算机系统与PLC联合控制, 计算机系统与PLC300之间使用PPI通信模块。与传统的继电器控制系统相比, 它使用的是虚拟开关量的逻辑控制, 通过逻辑程序实现过程控制, 简化了控制流程, 减少了控制设备, 既降低了成本, 又增强了系统的稳定性。目前西门子PLC300系列的控制系统已经实现直线运动或圆周运动的控制, PLC语言可以通过编码器直接驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在PLC控制系统中, 输入和输出模块都是通过I/O接口进行模拟量和数字量之间的A/D转换, 对压力、流量、温度等持续变化的模拟量实现闭环控制。PLC控制系统的通信包括PLC与上位机、PLC之间以及其他设备之间的通信, 这些通信都是CNC的通信方式, 可以实现顺利控制和反馈调节。如西门子PLC300与上位机之间采用RS232接口, 可以顺利的实现信息的交换。

1.5 西门子PLC在轧钢生产线应用中应注意的问题

西门子PLC300系统在应用中性能很稳定, 通常不需要采取特殊措施保护, 但如果环境过于恶劣, 如强烈电磁干扰、安装使用方式不当等, 还是有可能造成程序错误或运算错误, 最终造成输入错误, 并引起输出错误, 使设备失控和误动作, 使PLC无法正常运行, 所以必须提高PLC控制系统的可靠性, 具体措施是: (1) 安装好控制系统的地线, 包括系统地线、屏蔽地线、交流地线以及保护地线等; (2) PLC控制系统要远离强烈的振动源, 以防频率在10~55Hz之间的振动对PLC控制系统的破坏; (3) PLC控制系统应该远离氯化氢等腐蚀性强、易燃的气体, 通常将PLC控制系统安装在封闭的控制室或控制柜中; (4) PLC控制系统要避开强电磁干扰源, 如大功率整流设备电磁干扰、大功率电力设备电磁信号干扰、大型电焊机的电磁干扰等, 尤其不要与高压电器设备的控制系统同一开关柜; (5) PLC控制系统的输入和输出线路分开, 开关量与模拟量的线路也要分开, 控制线、PLC电源线、I/O接口线、动力线等都应该分别配线, 变压器与PLC和I/O接口之间应该使用双胶线进行连接。

2 结束语

PLC可编程控制器是一款通信性好、灵活性强、可靠性高、性能优良的控制器, PLC控制系统在使用过程中具有编制程序简单、安装调试周期短、维护方便的优点。目前在冷轧带钢生产线中使用的PLC控制系统, 能够很方便地实现卷取机和轧机之间张力自动控制、生产线生产过程自动生产控制以及带钢厚度的自动控制, 在操作上可以简单方便的通过人际交互界面进行生产线的自动调节。PLC控制系统在轧钢生产线上的稳定运行, 大大的减轻了操作人员的工作强度, 同时提高了生产线的生产效率、带钢的质量、成材率和经济效益。在科技迅猛发展的今天, PLC可编程控制器以其独特的优势在轧钢生产领域发挥着重要的作用, 而随着PLC技术的不断发展, PLC控制系统也越来越智能化, 给生产线的自动化生产带来了极大的便利, 相信在不远的将来PLC技术必然会在轧钢生产领域得到广泛的应用。

参考文献

[1]唐建方.西门子PLC及传动在宝钢冷轧带钢中的应用[J].冶金电气, 2010, 29 (20) :48-51.

[2]朱邦产.PLC和计算机控制系统在冷轧带钢生产线中应用[J].科技咨询, 2010, 12 (23) :50-51.