6ES7517-3AP00-0AB0型号介绍

本文讨论了可编程序控制器（PLC）在纺织企业温湿度监控中的应用方法，主要阐述了系统的配置、系统梯形图的编制及模拟量的处理等问题。


1　引　言
　　纺织厂的温湿度有严格要求，利用PLC构成的温湿度监控系统可实时监测与控制纺织厂内的温湿度变化，通过自动控制库内的空调机、除湿机的开启与关闭状态，以保证纺织厂内温湿度符合要求。温湿度监控包括：一旦上下限设定，在夏天，空调机将在纺织厂内温度高于上限时制冷，并在纺织厂内温度降至下限时关闭。冬天将在低于下限时处于制热状态开启空调机，而当温度升高至上限时关闭。本文主要考虑夏天的情况。同样，当湿度高于上限时去湿机开始工作，直到湿度接近下限时关闭除湿机，这样可自动控制纺织厂的温湿度状态。
2　系统设计
2.1　系统原理及结构
　　系统使用的是一个具有5个I/O插槽的模块式PLC，如图1示。模拟IN1模块与温度传感器相接，模拟IN2模块与湿度传感器相接，24V输入（IN）模块与开关相接，24V输出（OUT1与OUT2）模块分别通过中间继电器与空调与除湿器相连。
2.2　机型选择与配置
　　每一个厂房有1个温度传感器、1个湿度传感器，1台空调和1只除湿器需要受控制，纺织厂内共4个厂房。总的输入点为开关量2点，模拟量8点，输出点为开关量11点。选用SZ－4型五槽框架的PLC，I/O模块为2块模拟量输入模块，1块24V输入模块，2块24V输出模块。
　
2.3　定义号分配
　　定义号是每个输入输出点在程序中的标记，一般PLC会自动根据安装槽号分配定义号，但有时模块安装位置变动时就要根据实际情况用编程器进行定义，SZ-4系列PLC中输入点用I表示，输出用Q表示。
　　定义号分输入信号和输出信号，输入信号定义，如表1示。
表1　输入信号分配表
编号符号输　入　信　号
1I0自动控制启动开关
2I1手动启动开关
3　1号厂房温度信号
4　1号厂房湿度信号
5　2号厂房温度信号
6　2号厂房湿度信号
7　3号厂房温度信号
8　3号厂房湿度信号
9　4号厂房温度信号
10　4号厂房湿度信号
输出信号定义，如表2示。
表2　输出信号分配表
编号符号输　出　信　号
1Q1自动控制启动开关指示灯
2Q2手动启动开关指示灯
3Q31号厂房房空调
4Q41号厂房房除湿器
5Q52号厂房房空调
6Q62号厂房房除湿器
7Q73号厂房房空调
8Q83号厂房房除湿器
9Q94号厂房房空调
10Q104厂房库房除湿器
11Q11温度异常报警输出
3　软　件
　　梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应。助记符语言，也称为命令语句表达式，它与汇编语言非常近似，每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序来执行，每条语句是规定CPU如何动作的指令，它的作用和微机的指令一样，而且PLC的语句也是由操作码和操作数组成的。
　　PLC是以扫描方式从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，扫描过程按梯形图梯级顺序执行，上一个梯级的结果是下一梯级的条件。一个工程问题可分解成多个相对独立的小问题，后形成一个完整的系统。
图2　空调及除湿器的控制的程序框图
　　系统主要有温湿度监测和空调与除湿器的控制二大块功能。温湿度的监测每隔一定时间要进行数据记录，存储到数据寄存器区，在数据寄存器区需要设置一个数据指针，指向当前存储的地址，每存一次，指针向下移动一次，直至数据寄存器区未尾，再初始化，从头开始，每测一次，计时器要记录下次的测试时间，当到达24点时复位为0点。由于存储几个月的温湿度数据，若想长期保存，可把数据送至其他设备如微机长期保存。数据监测部分的程序框图
4　模拟量的处理
　　系统采用的是0～5V的模拟量输入模块，输入阻抗为20MΩ，占用16个输入点，共有4个通道，因此8个信号需要2块模拟量输入模块，该模拟量输入模块的采样精度及速度均较高，对应于模拟量输入模块的安装位置，有特定的模拟量数据设定寄存器，可在该寄存器中设定使用通道数，数据存放开始寄存器号。设定寄存器号，如表3示。
表　3
模块安装槽号1234
使用通道数设定R7660R7661R7662R7663
存放数据开始寄存器设定R7660R7661R7662R7663
4.1　使用通道数设定
　　在设定使用通道数和数据存放形式：
　　高位为0：BCD形式存放，高位为1：BIN形式存放。例如0400代表4通道数据，以BCD形式存放。
4.2　数据存放开始寄存器设定
　　用BIN数据设定数据存放开始寄存器号，可设定为R0～R177、R1000～R1177、R2000～R3773。例如0400代表数据存放开始寄存器为R2000。
　　模拟模块被安装在0号和1号槽。
5　结　论
　　使用可编程序控制器（PLC）控制厂房温湿度，具有可靠性高，运行稳定，抗干扰性能强等特点，对于模拟量的处理较方便，但是各输入输出信号之间应有较好的隔离方法，如模拟输入模块信号可用光电隔离，输出信号通过中间继电器隔离，再控制强电设备，这样可防止各输入输出信号之间的相互干扰，同时也可防止对前端设备的信号干扰，上述方法成功地解决了纺织厂温湿度的自动监测与控制问题，在其他自动监控系统中也可以应用。

一、前言：


　　随着近年来硝酸行业的蓬勃发展，国内很多化工厂都相继上马年产10万吨的双加压法硝酸生产线，而四合一机组就是生产线的心脏。可编程控制器（PLC）以其在操作、控制、效率和精度等各个方面所具有的无法比拟的优点，迅速占领了工业生产中的各个领域，在旋转风机的控制中也占有不可或缺的位置。尤其旋转风机本身具有喘振特性，要求控制系统迅速作出反应，这就更加凸显了PLC控制的优势。这里以硝酸四合一机组的控制为例子，对GE公司的90_70系列PLC在此领域的应用做一个介绍。

二、工艺要求：

　　硝酸四合一机组由轴流压缩机、NOX压缩机、尾气透平膨胀机、汽轮机、变速箱，和配套辅机，包括润滑调节油站和相关阀门等件组成。硝酸四合一机组中，轴流压缩机、NOX压缩机为耗功设备，尾气透平膨胀机、汽轮机为原动机，共同驱动轴流压缩机、NOX压缩机。轴流压缩机是硝酸工程的原料压缩机，轴流压缩机所压缩的空气与氨混合后进入氧化炉，进行氧化反应，生成的氨氧化合物混和气经废热锅炉进行热交换，然后进行速冷，温度降至60℃，经脱水后进入NOX压缩机，经过压缩的气体进入吸收塔，制成硝酸，从塔顶逸出的尾气经预热、过热后进入膨胀机做功，回收能量，尾气做功后经烟囱排入大气。

　　自控系统要求检测系统过程参数，计算后对作用到执行机构上，使过程参数符合工艺要求；对各个工艺变量进行实时检测，防止系统由于工况异常而出现事故,特别是当机组出现喘振的趋势，系统要能迅速作出反应，对机组进行控制，防止喘振的发生；当工艺变量异常时，系统能够报警、停车。

三、设计选型：

　　系统硬件选用美国GE_Fanuc公司的90_70双机热备系统作为PLC主站，VersaMax系列作为系统I/O子站，上位使用DELL工控机，配备20’宽屏液晶显示器。

　　90_70系列PLC是GE公司推出的针对中等规模PLC控制系统的一系列产品，这里选用其中的IC697CGR772型号，采用96MHZ主频，1M用户内存，特别支持双机热备。双机热备系统中两个PLC主站互为备用。正常工作时其中一个对系统进行控制，另一个作为备用，在主机架出现问题的情况下，无扰切换到备用机架，以保证系统的正常运行，让客户可以从容对问题机架进行维护。

　　VersaMax系列作为GE的低端产品，主要应用在小型控制系统上，这里选用这个系列的I\O模块产品作为下位的I/O子站，主要是出于成本考虑，其在较低价格的基础上性能能够完全满足客户需求，并且具有结构紧凑、易于安装、兼容性好等优点。

　　在90_70和VersaMax系列I/O子站之间使用Genius总线进行连接。Genius总线每层局部网络多可以支持31个装置，装置之间大通讯距离为7500英尺，传输速率大为153.6kbps。每个90_70机架上选用2块专门的总线控制模块IC697BEM731,配合下位I/O子站的IC200GBI001，构成冗余Genius总线通讯系统。冗余系统能够在其中一条Genius总线出现故障的时候，保证系统通讯正常，确保生产过程的安全性。

　　上位工控机特意选择20’宽屏液晶显示器，主要是为了让现场工作人员能够长时间观察系统画面不至过度疲劳。

　　在90_70控制站和上位工控机之间使用以太网进行连接，控制站上选用专门的以太网通讯模块IC697CMM742，通过交换机，和上位工控机进行数据交换。

　　由于系统还要和专门的旋转机械检测设备本特利3500系统进行通讯，所以在90_70控制站上还安装了编程协处理器模块IC697PCM711，专门和本特利3500进行数据交换，保证数据的及时、准确。

　　为了和工艺上的DCS系统进行通讯，系统还在90_70控制站上安装了通讯协处理器模块IC697CMM711，保证通讯畅通。

　　系统结构见下图

四、设计过程：

　　目前控制系统普遍采用如下模式：

　　现场操作人员PLC

　　PLC通过现场设备读取各种现场数据，通过编制好的程序，进行逻辑判断，传递给现场的设备进行动作。同时现场的操作人员可以通过上位机读取数据、对相关设备进行操作。
其中主要的工作重点，一个是PLC内部程序的编制，要求能完全满足工艺的要求，确保设备安全、稳定的长期运行。另一个就是上位画面的绘制组态，要求能够符合现场工作人员的习惯，操作尽量简洁、明了。

　　⑴下位机编程：

　　下位编程使用GE公司的CIMplicity Machine Edition软件（简称ME），它是GE公司开发的让用户可在个人电脑上进行控制程序开发，然后通过以太网或其他方式下载到PLC中的新一代编程软件。其内置大量**、实用的公共编程工具，让用户使用少的时间去学习软件的使用，把更多的精力用于控制程序的开发。

　　编程过程主要是将下位I/O子站传输上来的各种信号经过变换、计算后，得到我们需要的信号或数据，在此程序中主要包括如下几个方面：

　　量程变换

　　在编程过程中，首先将所有模拟量输入信号进行量程变换，使其在上位机显示出实际值。由于现场来的模拟量信号都为4～20mA信号，经过AI模块转换后，对应到相应AI为0～32000的数字值，所以为了得到该信号代表的实际值，需要将该数值除以32000再乘以量程，后加上量程下限，得到实际值。
例如：压力量PI6501量程是0.5MPa~1.5MPa，如果此时输入的模拟信号为16mA，则在PLC中认为该AI为等于24000的一个数值，24000/32000×（1.5-0.5）＋0.5＝1.25MPa，这才是该点的实际值。

　　机组启动

　　四合一机组的启动需要满足很多条件，包括润滑油压力、调节油压力、盘车电机解锁、油箱液位、两个防喘阀开度都为大等等，这些条件必须同时满足，才能允许机组启动。

　　停车连锁

　　为了整个机组的安全，当某些条件一旦出现，机组必须停车，避免发生事故。比如润滑油压力低、冷凝泵同停、轴振动高、轴位移高、速关油压力低、调节阀过高而转速低等等，这些条件的任意一个都需要使机组停车，而机组的停车操作需要进行诸如关闭速关阀、开防喘阀、开尾透出口阀、关尾透进口阀等一系列操作，这些操作必须及时、准确的达到设计要求。

　　防喘振

　　喘振是各类压缩机、鼓风机等大型旋转设备特有的机械现象。一般表现为：快速的流量波动、迅速的压力振荡，喘振会导致风机的流量和压力极其不稳定。由于喘振同时伴随有反向的轴向推力和反向介质流动，从而造成风机的间隙改变，降低风机的效率，缩短风机的寿命，对风机造成严重危害。

　　四合一机组共有两个需要喘振调节的设备：NOX压缩机和空气压缩机，他们的控制原理是一样的，只是喘振线的数据不同。当PLC检测到喘振即将发生时，会通过PID算法控制喘振阀进行“快开慢关”的操作，达到防止喘振发生的目的。喘振线和防喘振线都由风机的生产厂家在现场进行试验后提供。
汽轮机热井排水阀、回水阀调节

　　通过PID计算，对汽轮机排水阀、回水阀开度进行控制，对热井液位进行调节，使其保持在现场工作人员设定的数值。

　　低压设备控制

　　控制包括润滑油泵、油加热器、事故油泵、冷凝液泵、盘车电机等设备在内的8个低压控制设备，使其工作状态能够显示在上位画面上，并且在旋钮开关打到自动状态下时，能够在上位机画面上进行相应设备的启停操作。
调节在上位画面上对静叶开度、尾透进口阀、出口阀等设备进行控制。

　　编程过程力求安全、全面，要尽量全面的考虑可能发生的各种情况，并设计出相应的处理方法，同时尽量使程序简洁，加快运行速度。

　　⑵上位机画面

　　上位机画面采用GE公司的iFix3.5，该软件也为GE_Fanuc公司产品，提供了大量实用绘图工具，让上位画面的绘制简单、快捷。PLC与上位画面之间使用以太网进行通讯，保证了通讯质量。画面主要是让操作人员感觉操作简洁、明了、习惯、快捷。一般的操作都可在3次操作内完成。

五、总结

　　系统自投运以后，一直运行正常，从未因自控系统造成过系统故障停车，保证了产量，也就保证了企业的效益。

此系统的优越性体现在以下几个方面：

速度快，能够满足防喘振对“高速处理”的要求
通过Genius总线和以太网通讯，能够满足“高速通讯”的要求
热备冗余系统保证了系统稳定性，方便在不影响生产的同时对系统进行硬件
易于扩展，同第三方模块的融合