Siemens S7-300 PLC在電廠鍋爐排渣改造工程中的應用設計
1、PLC控制系統的特點及組成
PLC在現代工業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、可靠性高等優點。它通用性強，適應面廣,特別在數字量輸入/輸出等邏輯控制領域有無可比擬的優點。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即有自身的網絡體系又有開放I／0及通訊接口，很容易組建網絡并實現遠程訪問。
PLC采用的Siemens公司生產的S7-300系列，由于現場的PLC系統與控制室的上位機距離較遠（800米左右），因此通訊系統需成對加裝RS-485中繼器，確保系統運行的穩定性。
（1） 系統結構及硬件配置
根據控制需求，CPU模塊采用CPU314、數字量輸入（DI）采用SM321模塊，數字量輸出（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，整個干渣系統的工藝流程及測量參數、控制方式、順序運行狀況、控制對象狀態等均能夠清楚地顯示在觸摸屏上，當參數越限報警或控制對象故障或狀態發生變化時，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的運行情況，并實時地根據工藝要求進行系統參數進行調整。
（2） 控制系統的功能實現
PLC程序的編制直接關系著底渣系統能否正常工作，而程序設計的關鍵在于編程者對工藝系統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系統的特點，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、地址和站址的分配以及編制整個生產過程的控制程序的。上位機監控軟件采用國產軟件組態王，全部采用漢化界面，便于系統的開發與操作，該系統運行于Windows2000中文平臺，可實現對生產過程的全面監控，對重要參數形成歷史記錄，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的歷史趨勢、實時趨勢，實現聯鎖調節的手自動切換、操作、壓力的高、低限報警、流量數據的顯示與累計，滿足高生產率的調度需求。
（3） 現場顯示
現場采用MCC屏進行參數控制，觸摸屏程序由組態軟件來完成，人機界面采用中文菜單，界面友好，操作方便，功能較強，主要用于現場壓力、流量、閥位的顯示與操作。可作為操作人員現場操作的依據。
二、系統實現排渣系統的自動控制和監控
主要包括如下功能：
（1） 靈活的操作方式以及強大的系統控制功能：系統可以實現上位機操作、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，可在現場、就地實現越限報警；
（3） 簡單、方便的參數設定： 壓力調節的壓力設定值、P、I、D等參數可以在上位機中設定。
對于系統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調節是該系統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：連續型PID（FB41）和離散型PID（FB42），根據實際要求，選用的是FB41。并在組態王中使用畫圖功能模擬一個PID調節器的操作面板，完成PID調節控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入、PID參數（比例系數、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：
Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ ＴＳ／ ＴＩ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ
ＭＤｎ ＝ ＧＡＩＮ ＴＤ／ ＴＳ（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）
Ｍｎ：第ｎ次采樣時刻的輸出值。
ＭＰｎ：第ｎ次采樣時刻的比例作用，與偏差成正比。
ＭＩｎ：第ｎ次采樣時刻的積分作用，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，根據差值的變化率調節，可抑制超調。
ＳＰｎ：第ｎ次采樣時刻的設定值。
ＰＶｎ：第ｎ次采樣時刻的過程值。
ＭＸ：第ｎ－１次采樣時刻的積分作用，每次采樣計算后自動刷新。
ＧＡＩＮ：回路增益，P參數。
ＴＩ：積分時間常數，即I參數。
ＴＩ：微分時間常數，即D參數。
ＴＳ：采樣時間。
從上面的公式中可以看出，參數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，即調節速度的快慢；Ｉ參數越大，積分作用越弱，而D參數越大，微分作用越強。不能單靠理論計算來確定PID參數，唯一的衡量標準就是被控參數（壓力）的精度和穩定度，所以在實際調試中，都是參照被控參數的實時曲線，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 performance and the social performance.
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，這樣就大大地節約了水資源，又防止了環境污染;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、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。從而實現一次全過程工作，刮油刮渣還可根據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，該系統可以根據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
自動控制系統設有現場手動、自動和遠程控制接口。當刮油刮渣機出現故障時，設備現場聲報警裝置進行報警，并通過信號通信系統將信號送到中控室報警。
設備的輸電系統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出現失控時，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生。
二、控制系統說明
3.1硬件說明
該控制系統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，通過現場總線將該小系統組態到大系統中。該系統中的CPU224的I/O分配如下表：
控制系統原理框圖見圖二。
圖二: 控制系統原理框圖
3.2軟件說明
該控制系統軟件采用西門子公司的STEP7-MICRO/WIN32的軟件編寫，PLC控制系統使用功能控制語言，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、調試和維護采用多種方法，可有效利用軟件資源。
該系統主要用到了子程序調用指令，在主程序中根據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、定時等指令，程序流程圖如下（圖三）：
三、應用效果
該控制系統從安裝調試成功后，于2001年8月通過甘肅酒鋼集團的驗收。目前控制系統運行穩定可靠，且操作簡單、直觀；可實現遠距離維護功能，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……………………………冶金工業出版社
《西門子PLC在油田工程的運用》：聯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 ,其控制系統對外輸原油的質量起著決定性的作用。大慶油田以往的聯合站控制系統主要有以霍尼韋爾為代表的DCS系統、以OMRON為代表的PLC系統和以研華工控機為代表的內插I/O卡的計算機系統等三種類型。這些系統各有優缺點 ,如DCS系統處理速度快 ,人機界面好 ,但其全部信號集中接入控制室 ,成本造價高。PLC系統數字邏輯處理能力強 ,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 ,在油田的聯合站控制領域中還沒有一種能使用戶滿意的控制系統。隨著工業自動化控制理論和計算機技術的發展 ,以及生產工藝對控制系統的可靠性、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、網絡通訊、現場總線等技術 ,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
