6ES7136-6RA00-0BF0参数详细
1 引言
目前，复合肥生产线大多为人工操作，工人生产环境差，劳动强度高，而且配料不**，常常由于人为因素较多而造成产品质量不稳定。锦州特肥厂原有10万吨/年氮磷钾三元素复合肥生产线，2000年通过技术改造，调整为30万吨/年的生产规模。为了进一步**生产和管理水平，该厂成套配置了复合肥生产计算机控制系统。
生产工艺及控制要点:
氮磷钾三元素复合肥生产分为3个工段:磷酸和硫酸工段、转化和复肥工段、造粒工段。个工段主要是生产磷酸和浓硫酸，包括磷酸萃取、硫酸焙烧等工序;在转化和复肥工段，先在反应釜中按比例加入硫酸和氯化钾，加温至110℃并恒温固定时间后进入收集槽，然后在收集槽加入磷酸，混合后经混酸泵打入管式反应器，后向管式反应器加入中和氨气，生产成品料浆;在造粒工段，成品料浆等经喷浆控制进入造粒机造粒，再经过烘干等处理后成为成品复合肥。
生产中控制回路主要包括各种原料的比值控制系统、反应器和造粒机温度控制系统、喷浆**控制系统等;开关控制主要包括各种矿浆物料变频器启/停、各种反应器阀门开/关等。有些设备需要顺序控制和联锁控制。监测参数包括温度、压力、**、液位等多种参数。
2 控制系统构组成
控制系统采用下位机+上位机+服务器三层模式。下位机包括两套Eurotherm 公司的E2500小型DCS控制装置和一套研华ADAM5510 PLC;上位机为2台工控机，互为热备份;服务器为普通PC机，具体结构如图1所示。
图1 复合肥生产计算机控制系统结构
E2500支持Modbus、Profibus、OPC等多种通讯协议，控制功能丰富。ADAM5510是研华公司的Pc based产品，支持Modbus协议，采用C语言编程，方便灵活。上位机和服务器分别运行iFIX运行版和开发版工业组态软件，3套计算机通过以太网互联。上位机和下位机连接采用了485网络，Modbus RTU通讯协议，通讯速率19200bps。ADAM5510安装在现场，系统中加装RS485中继器。
3 系统主要功能机及实现
生产线的控制主要由下位机完成，上位机按工段提供人机交互界面，进行数据显示、存储、和统计等功能。服务器备份运行操作和数据，对历史数据进行分析管理。
3.1 上位机主要功能及实现
在上位机，可以通过主界面进入各个工段监控界面。在每个工段监控界面中可以进入其它工段。在工段监控界面中显示有关工艺流程，在相应位置显示过程参数。为适应现场人员习惯，系统设置一个参数列表界面，以表格形式分门别类显示系统所有监控参数。各个工段主要控制回路和监控参数如下:
(1) 磷酸和硫酸工段
· 控制回路:萃取矿浆**和萃取硫酸**比值控制;冲盘水**单回路PID控制;
· 监控参数:萃取矿浆变频器、萃取硫酸变频器启停;硫酸过氧焙烧温度、酸池液位等;
(2) 转化和复肥工段
·控制回路:硫酸**、氯化钾**、磷酸**三比值控制系统;中和混酸**、中和氨**比值控制系统;
·监控参数:硫酸变频器、氯化钾变频器、磷酸变频器启停;盐酸**、水**、混酸池液位、中和氨压力;
(3) 造粒工段
·控制回路:喷浆**单回路PID控制A、B、C;温度控制单回路PID控制;
·监控参数:机头温度A、B、C;机尾温度A、B、C;成品料和返料皮带变频器启停;皮带物料重力、速度信号;电机转速。
在对应的工段监控界面中，每一个控制回路有对应的PID操作面板，可以象操作常规仪表一样进行PID参数设定、手动/自动切换等;对于比值控制系统，可以方便地进行比值设定。比值控制系统比值断开/连接等功能。两台上位机互为热备份，在运行监控时可以分别运行在不同的界面，从而大大拓展运行人员监控视野。
3.2 下位机主要功能及实现
下位机具体实现回路控制和参数监控。主要工艺流程由2套E2500实现监控，ADAM5510实现成品料和返料皮带的监控。
E2500控制装置功能丰富，组态灵活。所有参数具有相应的Modbus地址，可以直接供上位机读写。2500控制装置有标准PID控制算法，可以直接用于单回路和比值控制系统。对于系统中反应釜温度控制等，系统随着工况变化有较强的非线性，采用自适应PID控制。同时设置多组PID参数，系统会在对应工况下自动切换运行，从而保证控制质量。
E2500的一些参数具有Modbus地址源地址，利用这一特点，可以方便地在线实现系统连接关系切换。比如，比值控制系统在手动操作或者投运前进行调试时，需要切断比值连接，要求相应PID控制的给定值暂时转换为本地给定。通过运行iFix脚本命令，可以方便地修改给定值源地址实现这种功能。
成品料和返料的监控中，主要是采集重力信号和速度信号，计算瞬时**和累计**。系统中利用ADAM5510的COM1口扩展了简单的键盘和显示，可以方便进行就地参数设定和测皮控制、标定等操作。
3.3 报表和系统数据管理
报表实现方法有多种，系统应用VB6.0将EXCEL对象引入应用程序，在已经设定好的报表模板中加入自定义宏，屏蔽掉EXCEL菜单栏及工具栏中无用的项目而仅留页面设置、打印预览、打印及退出4个项目，使操作人员可以方便操作。每天8:00整打印和存储日报表，报表内容包括各种物料瞬时**、累计**、返料量、成品量以及各点温度、压力等的历史纪录。历史纪录是按每半小时统计一次生成的过去24小时数据，产生日报表，每月天计算出上月总量，日均消耗各种物料量等，生成生产月报表。
历史数据设计、采集和显示分别用iFIX的HTA、HTC和 HTD，每24小时生成一个文件存储在硬盘上。通过趋势显示、历史报告和数据分析，对生产情况进行评估，不断优化生产过程。
4 系统可靠性设计
系统在电源、上位机和E2500控制装置两级上都作了冗余设计。上位机两台工控机一台运行，一台热备份，通过iFix开发工具EDA编程互相监控。两台工控机都通过RS-485通讯接口连接E2500。E2500系统中采用双CPU模块冗余技术，两台CPU模块应用程序相同，一台CPU模块周期性与另一CPU模块通讯，超时未得到应答则自动转入运行状态。
生产线上所有的设备都有现场手动开关，可随时脱离控制系统转换到手动操作模式，而不影响整条生产线的工作，便于设备维护，增进了系统可靠性。
5 结束语
锦州特肥厂复合肥生产计算机控制系统2000年全面投运，运行稳定可靠，大大**了生产效率，同时使工厂生产、管理都**到一个新的水平。由于系统已经采集了生产线上大量数据，如何进行深层次的数据挖掘和分析，是一个有意义的新的课题。
1 引言
随着人们文化生活水平的**，对舞台演出节目的质量要求越来越高。舞台的现代化、智能化是必然的发展趋势。国内虽有部分舞台参照了国外的舞台形式，但整体的技术水平较低，不能满足舞台使用的各种功能要求。针对剧院(包括电视台演播厅)舞台的台面固定，造型、风格单一，舞美总体效果达不到表演要求的现状，依据舞台建造时的总体工艺方案设计，通过PLC控制及机、电、液一体化技术使通信系统能够实现上位计算机、PLC以及现场智能仪器之间良好、快速的通信，从而完成了现场数据的实时显示与控制。实现舞台的升降、移动升降、旋转、升降旋转、伸缩、伸缩升降等运动，从而达到舞台与舞美、演员、场景、灯光等协调变化功能，使精彩纷呈的演出更加丰富多彩、变幻无穷。智能舞台一次投资建成后，由于其多种舞台的组合变化形式，可满足各种演出节目的要求，故可免去许多原来须根据不同演出搭建不同舞台的重复搭建演出舞台的弊端，并且还增加了演出的场景变化，丰富了演出效果。
本文以某广播电视中心800m2演播厅智能舞台的设计安装与调试为研究背景说明s7-200[1]在舞台的台面控制中的应用。
2 智能舞台控制系统构成
2.1 舞台台面组成
舞台台面运动可以实现舞台的升降、移动升降、旋转、升降旋转、伸缩、伸缩升降等运动，舞台的基础变化将达到数十到近百种，从而达到舞台与舞美、演员、场景、灯光等协调变化功能，避免了传统的为一次性使用而反复搭建基础舞台造成的人力、物力、财力的浪费，缩短了节目舞台准备周期，使精彩纷呈的演出更加丰富多彩、变幻无穷。
智能舞台台面控制系统主要针对单元舞台台面运动进行控制。图1为某广播电视中心800m2演播厅智能舞台台面结构，包括5个升降台面，一个通道台面，一个旋转台面和一个T型台面，其中1#~5#为升降台，6#为通道台，7#为旋转台，8#为带伸缩功能的T型台。8块活动台面均有现场手动和自动工作方式选择，当选择工作方式时，其所有动作均由PLC完成。通过上位机(监控计算机)可实现整体舞台活动台面的监视和控制。
图1 舞台台面构成
2.2 台面运动控制原理
以升降台面控制系统为例，说明升降台面控制回路工作原理[2]。如图2所示，舞台的台面运动部分由单元舞台台面、叉臂升降和液压传动结构组成;而台面监控部分由上位监控机和PLC组成;泵站提供液压源。系统启动时，由上位机下达舞台台面运动量的指令，PLC接受指令，判断决策，然后向泵站电流及液压传动机构发出命令。泵站开始工作，液压传动机构中油缸活塞推动叉臂机构按输入要求带动升降舞台进行升降运动。此时安装在叉臂移动滚轮上的编码器开始旋转记录行程，它随时检测升降台的升降高度。系统中采用型号为KSJ1200编码器，其旋转速度为0.8圈/秒，在整个1200mm行程上编码器约旋转5圈，每圈产生500个脉冲，共产生5×500=2500个脉冲，平均1个脉冲代表1200/2500=0.5mm。这样，控制精度可控制在±1mm。各升降舞台既可独立运行，也可同步运行。根据各个舞台的不同要求组合成各种不同尺寸、不同形状及不同面积、不同功能的舞台。同理伸缩舞台控制系统的工作原理大致相同。
图2 升降台台面控制回路示意图
通过各单元舞台的升降、伸缩或旋转变化，满足演出过程中对舞台整体变化、各种道具及人员升降或旋转的要求。
2.3 台面运动控制系统配置
如图3所示，舞台台面控制系统主要由四大部分组成。分别是操作台、PLC控制柜、液压传动机构和各活动单元舞台台面。
图3 台面运动控制系统示意图
(1) 操作台
操作台主要完成系统的操作任务。触摸屏和工控机各自独立工作。在触摸屏操作界面上可以完成系统的操作任务，具体就是单元舞台的各种动作，在IPC编程界面上可以完成系统的编程。
(2) ADAM4520
亚当姆块为通讯接口，将上位机与PLC的通信协议转换为RS-422/RS-485串行通信协议标准，起通讯作用。
(3) 控制柜
控制部分由PLC柜和电源控制柜组成。PLC柜主要完成系统的控制任务，包括PLC主机、通信模块、输入模块、输出模块等。PLC主机接收到给定值及反馈值信号后，根据其内部的程序进行逻辑运算，按设计要求控制各个输出点，由执行元件实施具体的动作;电源控制柜主要完成系统供电、保护系统供电和液压系统泵站电机的供电任务，包括断路器、缺相检测单元和电机保护设备等组成。
当操作员发出启动油泵后，程序逻辑控制器(PLC)就给泵站主变频电机的接触器的线圈KM上电，主油泵电机工作，油压上升到设计要求后，自动通知操作员。然后操作员可选择舞台效果，如按上升命令时，舞台上升。若所选择的单元舞台上升到位后，就给程序逻辑控制器(PLC)发出一个信号，程序逻辑控制器(PLC)接到此信号后，启动维持正常油压的维持油泵电机，当维持油泵电机正常工作后，切断主油泵电机，主油泵电机停止工作。这样，主油泵电机仅在单元舞台上升和下降时工作，油压的维持靠维持电机来实现，既减少了噪音，同时起到节能的作用。油泵电机控制流程图见图4所示。
图4 油泵电机控制流程图
2.4 台面运动控制回路的组成
舞台台面控制回路是由台面、叉臂传动机机构[4]、液压传动机构[3]、PLC、上位监控机[5]等部分组成，其控制回路原理图参见图5。操作人员通过人机界面向PLC发出给定指令，测量装置对舞台升降及旋转位置进行实时监测，检测值与给定值比较，PLC经逻辑运算，命令执行机构驱动舞台升降或旋转。
图5 台面控制回路原理图
3 控制系统设计
3.1 台面尺寸
(1) 1#~5#升降台位于舞台后部，尺寸为3700mm×3000mm，主台面净升降高度1200mm，台面闭合高度600mm，单元舞台组合成单排五列布置安装在地平面上。
(2) 6#通道台位于旋转升降台与台阶升降台之间，为方便演员在演出过程中顺利地从升降台到旋转台而设计。当演员登上旋转台时，通道台落到与地面齐平。台面尺寸为1800mm×940mm，台面净升降高度1200mm，台面闭合高度600mm，台阶升降台的静载300kg/m2, 动载150kg/m2，升降速度2400mm/min。旋转台面及通道升降台面用有机玻璃装修而成。通道升降台与旋转升降台组成互动升降，使旋转升降台形成多种立体艺术效果。
(3) 7#旋转台位于智能舞台中部，台面尺寸Φ3600mm，静载400kg/m2, 动载为150kg/m2;净升降高度1200mm，升降速度2400mm/min，旋转速度600~4000mm/min可调;低高度600mm，台面可正反向旋转。
(4) 智能化舞台的前部有1个单元伸缩、升降舞台[6]，也就是8#台。伸缩活动舞台台面尺寸为3700mm×5400 mm(由3个3700mm×1800mm台面组成)，伸缩距离分别为1800mm、3600mm、5400mm;伸缩舞台基础高度为450mm，舞台上3个升降台，其台面尺寸为3700mm×1800mm，升降高度150mm左右与固定台补平;伸缩台静载为300kg/m2,伸缩速度2000mm/min。
固定舞台大小面积为20000mm×9600mm，高度为600mm，载荷为500kg/m2,由钢框架及木板制成。台口台阶尺寸3700mm×300mm×150mm，静载为300kg/m2。
3.2 控制程序流程
在控制系统中单元舞台台面是一个非常特殊控制对象，与液压传动机构相比，它质量大，从几吨到几十吨都有，台面运动与叉臂运动是一致的，其传递函数近似地看成是一个比例环节。液压传动机构时间常数不大，所以这里采取逻辑控制策略。因为伸缩升降台和旋转台决策原理同升降台一样，以升降台为例说明其控制原理。
根据广电中心演播厅的现场要求及技术指标，要求5个升降台闭合高度为600mm，净升降高度为1200mm，整个升降高度共分四个阶段完成，每一阶段高度为300mm。每个升降台既可以一次性升降到指定高度后停止，也可以分阶段升降，即每次只升降300mm停止，多次升降到指定高度。五个升降台可以同步进行升降到指定高度值。台面高度给定值i，按照分四个阶段共有五个高度值分别赋值给五个变量:imax=1200, imid+=900, imid-=600, imin=300, i=0。下面以1#升降单元舞台为例，阐述其具体的工作过程，程序流程如图6所示。
图6 PLC网络拓扑结构图
3.3 控制系统硬件设备
800m2演播厅智能化舞台主要由前区伸缩T形台、中区旋转升降台及通道升降台、固定台、后区台阶升降台、电气驱动及液压传动系统、智能化控制系统及软件等部分组成。控制系统硬件设备如附表。
附表 基本配置表
3.4 控制系统监控点统计
针对本文所描述的广电中心800m2演播厅单元舞台控制系统的设计要求，共需要监控点96个，其中输入点57个，输出点39个。
根据广电中心800m2演播厅活动舞台设计要求，采用一台PLC S7-200，其配置如下:
(1) CPU226 1个 主机
(2) EM223 3个 (扩展模块)
(3) EM232 1个 (扩展模块)
其中，CPU226控制泵站电机变频器，1#~3#泵站及旋转台旋转动作。1# EM223输出点驱动1#~5#升降台升降运动;2# EM223输出点驱动旋转台升降及通道台升降运动;3# EM223输出点驱动伸缩T形台伸缩及升降运动。EM232 作备用。