Siemens S7-300 PLC在電廠鍋爐排渣改造工程中的應用設計
1、PLC控制系統(tǒng)的特點及組成
PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領域中早己得到了廣泛的應用。以PLC的控制功能而言，具有嚴謹、方便、易編程、易安裝、可靠性高等優(yōu)點。它通用性強，適應面廣,特別在數(shù)字量輸入/輸出等邏輯控制領域有無可比擬的優(yōu)點。PLC具有豐富的邏輯控制指令和高級應用指令，它提供高質量的硬件、高水平的系統(tǒng)軟件平臺和易學易編程的應用軟件平臺。另外，PLC即有自身的網(wǎng)絡體系又有開放I／0及通訊接口，很容易組建網(wǎng)絡并實現(xiàn)遠程訪問。
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)與控制室的上位機距離較遠（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)運行的穩(wěn)定性。
?。?） 系統(tǒng)結構及硬件配置
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實現(xiàn)機架擴展，上位機采用Easyview公司MT510T真彩觸摸屏進行顯示和控制，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，以不同的顏色進行顯示，使操作人員能夠一目了然地了解到系統(tǒng)的運行情況，并實時地根據(jù)工藝要求進行系統(tǒng)參數(shù)進行調整。
（2） 控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)
PLC程序的編制直接關系著底渣系統(tǒng)能否正常工作，而程序設計的關鍵在于編程者對工藝系統(tǒng)的理解程度和程序編制技術的靈活應用。因此，在程序設計中首先考慮了供氣壓力調節(jié)系統(tǒng)的特點，將程序設計細化，分成多個程序模塊，實行模塊化編程。這樣既可以方便的增加或刪除程序模塊，便于現(xiàn)場對工藝的調整，又可針對配套設備可控性對不同程序模塊進行完善。
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)運行于Windows2000中文平臺，可實現(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顯示重要參數(shù)的歷史趨勢、實時趨勢，實現(xiàn)聯(lián)鎖調節(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)率的調度需求。
?。?） 現(xiàn)場顯示
現(xiàn)場采用MCC屏進行參數(shù)控制，觸摸屏程序由組態(tài)軟件來完成，人機界面采用中文菜單，界面友好，操作方便，功能較強，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)實現(xiàn)排渣系統(tǒng)的自動控制和監(jiān)控
主要包括如下功能：
（1） 靈活的操作方式以及強大的系統(tǒng)控制功能：系統(tǒng)可以實現(xiàn)上位機操作、控制柜操作和就地手動操作；
（2） 報警功能：當溫度超過工藝要求，可在現(xiàn)場、就地實現(xiàn)越限報警；
（3） 簡單、方便的參數(shù)設定： 壓力調節(jié)的壓力設定值、P、I、D等參數(shù)可以在上位機中設定。
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償計算以及流量的累積計算部分則采用語句表（STL）編程，結構緊湊而又靈活。 PID調節(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調節(jié)器的操作面板，完成PID調節(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）
?。停校?＝ ＧＡＩＮ ＴＳ／ ＴＩ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ
?。停模?＝ ＧＡＩＮ ＴＤ／ ＴＳ（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）
Ｍｎ：第ｎ次采樣時刻的輸出值。
?。停校睿旱冢畲尾蓸訒r刻的比例作用，與偏差成正比。
?。停桑睿旱冢畲尾蓸訒r刻的積分作用，可以消除靜差，提高控制品質。
ＭＤｎ：第ｎ次采樣時刻的微分作用，根據(jù)差值的變化率調節(jié)，可抑制超調。
?。樱校睿旱冢畲尾蓸訒r刻的設定值。
?。校郑睿旱冢畲尾蓸訒r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。不能單靠理論計算來確定PID參數(shù)，唯一的衡量標準就是被控參數(shù)（壓力）的精度和穩(wěn)定度，所以在實際調試中，都是參照被控參數(shù)的實時曲線，反復觀察分析，從而達到最佳的控制效果。
《西門子PLC在水處理工程中的運用》
摘要：詳細敘述了GLM-8型行架式刮油刮渣機工藝流程、自動控制系統(tǒng)說明。同時，總結了采用GLM-8型行架式刮油刮渣機進行污水處理所取得的經(jīng)濟效益和社會效益。
關鍵詞：刮油刮渣機、CPU224[1]、驅動機構[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，水就可以進行第二次利用，提出的廢渣還可以送到下一個工序進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主要由驅動機構、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水首端行駛，將泥渣帶入首端的集泥坑，刮渣機行到首端時，自動控制系統(tǒng)指導抬落耙機構的電動推桿進行工作，由于刮油耙和刮渣采用聯(lián)動，當刮泥耙抬出250mm高度時，刮油耙自動下降250mm，刮油刮渣機實行反向行駛，將浮在平流池上的油由平流池首端向尾端推動，將油刮入設在尾端的集油槽內排出平流池。從而實現(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行半程工作兩到叁次再進行一次全程工作，具體運行軌跡見圖一，該系統(tǒng)可以根據(jù)需要通過面板上的選擇開關選擇三種運行軌跡，圖一中只畫了一個周期。
圖一：運行軌跡圖
自動控制系統(tǒng)設有現(xiàn)場手動、自動和遠程控制接口。當刮油刮渣機出現(xiàn)故障時，設備現(xiàn)場聲報警裝置進行報警，并通過信號通信系統(tǒng)將信號送到中控室報警。
設備的輸電系統(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的帶動下沿著滑車軌道進行往返工作。
當設備的自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)失控時，刮油刮渣機行駛到端頭而不能實行反程工作時，可通過設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，設在首尾端的車擋強制將設備控制在限位范圍內，從而控制了設備出軌等事故的發(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)的應用，它緊湊的設計，低廉的價格，以及強大的指令，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，具有很強的適應性，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）進行設計，軟件開發(fā)、調試和維護采用多種方法，可有效利用軟件資源。
該系統(tǒng)主要用到了子程序調用指令，在主程序中根據(jù)用戶需要對三種運行軌跡的三個子程序進行調用，從而讓刮油刮渣機在不同的條件下運行不同的軌跡。
每一種運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、應用效果
該控制系統(tǒng)從安裝調試成功后，于2001年8月通過甘肅酒鋼集團的驗收。目前控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，且操作簡單、直觀；可實現(xiàn)遠距離維護功能，從而減輕了維護強度，故障處理更方便、快速。
參考文獻：
1、S7-200編程手冊[P] 1998版……………………西門子公司
2、電機拖動[M] 1996版……………………………冶金工業(yè)出版社
《西門子PLC在油田工程的運用》：聯(lián)合站是采油廠對從地下開采出來的原油進行油、水、氣分離的場所 ,其控制系統(tǒng)對外輸原油的質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OMRON為代表的PLC系統(tǒng)和以研華工控機為代表的內插I/O卡的計算機系統(tǒng)等三種類型。這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點 ,如DCS系統(tǒng)處理速度快 ,人機界面好 ,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 ,可靠性高 ,但處理速度低 ,功能模塊較單一 ,和其它設備兼容性不好。工控機內插I/O板則適合于較少點數(shù)的應用 ,其成本低、靈活性好同 ,但故障率高 ,不可靠。由于以上特點 ,在油田的聯(lián)合站控制領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技術的發(fā)展 ,以及生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的可靠性、運算能力、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上 ,結合最先進的電子制造、網(wǎng)絡通訊、現(xiàn)場總線等技術 ,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,對應西門子產(chǎn)品:6ES7 901-3DB30-0XA0 ,通信距離達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,對應西門子產(chǎn)品:6ES7 901-3DB30-0XA0,通信距離達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，對應型號6ES7 972-0CB20-0XA0 通信距離可達1公里（187.5Kbps 時）長度5米。
PC-MPI+ 對應西門子產(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
ACS550-01-023A-4+B055
ACS550-01-031A-4+B055
ACS550-01-038A-4+B055
ACS550-01-045A-4+B055
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
