6ES7231-0HC22-0XA8使用说明

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什么是中空玻璃
　　中空玻璃是将两片或以上的平板玻璃用铝制空心边框框住，并用胶粘结或焊接密封，在两块玻璃中间形成自由空间，并充以干燥空气而成。具有隔热、隔音、防霜和防结露等优良性能，是现代门窗不可缺少的构件，也是新兴的透明墙体材料。
项目任务
　　该型立式中空玻璃生产线为专用生产建筑用铝框式中空玻璃的成套设备，大可加工宽度2,500mm，长达4,000mm的中空玻璃。该设备由5部分组成，分别为连续上料段、清洗干燥段、灯检放铝框段、合片段、板压段与翻转段。由于产品定位在成套设备，且中空玻璃新的国家标准已经和国际接轨，所以该系统每步工序的关键点控制，运动性要求都比较高。同时为了确保避免间隔层内露点上升或中空玻璃的炸裂等产品失效的硬伤，需要全新的新型智能解决方案。

解决方案
　　该生产线终选择采用了在国际玻璃制造行业流行的奥地利sigmatek公司plc系统进行控制。根据客户的成本要求选用了10.4英寸触摸式人机界面。由plc模块输出模拟量控制变频器的方式，可以实现各段传送的连续平稳的无级调速，使设备运行更高效、可靠。
　　整套系统继承了sigmatek的技术优势，由lasal软件语言编写的程序，可以通过简单直观的标志位，方便地实现各段工作的连续和互锁。lasal软件不依赖于梯形逻辑或数字化的编址图。在进行任何实际的编程以前，可以生成一个需要建立系统的图形表达式，十分直观方便。这套软件能很快地形成设计思想，如使用梯形图逻辑，在开始编程以前，必须定义所有的i/o点和变量，而lasal软件可以将要浏览的i/o点和变量布置为计算机屏幕上的控制系统的部件，然后标志每一个部件和定义一旦系统启动和运行，这些部件之间相互作用的方式。在审核所编制的流程图后，可启动系统以建立实际的程序代码。
　　同时，由于用类似于msvb/vc的lasal语言编写的程序具有无可比拟的可读特性，并且能够预留软件接口，这样就能非常简单方便地进行修改和扩展，有利于终用户对整条玻璃生产线的联网控制，tigao整个工厂的生产效率。
　　sigmatekplc内部的实时时钟和强大快速的运算能力，能够保证中空玻璃能够停在板压段的中间位置，保证了质量；完善的通讯功能实现了在人机界面上对工艺过程实时监控和动态显示，更加直接美观，tigao了设备的自动化水平。
　　另外同系列的中空玻璃生产线也采用了sigmatek的plc控制，更增加了各段反转的功能以及翻转段平送输出功能。

sigmatek应用的优点
·实现了各段传送的连续平稳的无级调速；
·设备运行更高效、可靠；
·简单直观语言编写环境，方便各工作段的连续和互锁；
·能够保证中空玻璃能够停在板压段的中间位置，保证了质量；
·人机界面上对工艺过程实时监控和动态显示。

　　使用sigmatek的plc和控制模块后除了能完整地达到以上的关键点，达到既定的要求和精度，形成连贯的系统运行和各段之间的安全互锁，保证系统运行的效率，可靠之外，系统本身的一些易于维护和升级得优点也使现场表现更加完美，而重要的则是能够为日后系统的升级以及整线成套使用奠定了良好的基础。

　垃圾焚烧发电是近几年根据环保要求兴起的一个新型项目，相比填埋法，避免了污染空气和污染地下水的危险，不仅可将以后产生的城市生活垃圾全部焚烧发电降容处理，而且可部分地消化多年前遗留下未处理的垃圾。焚烧后垃圾体积可下降90％，焚烧降容后填埋占用土地面积大大下降。一台蒸发量为20t/h的焚烧锅炉每天可处理垃圾约300吨左右，按每年运行300天计，一年可处理城市垃圾计9万吨，这相当于30万居民城市一年的垃圾排放量。垃圾焚烧发电不仅解决了城市生活垃圾的处理问题，而且使垃圾得到充分的利用，使人类从中受益，发达国家已广泛使用这种处理方式。
　　垃圾焚烧发电涉及控制设备多，工艺复杂，对控制系统要求严格，是一个复杂的生产过程，既要控制垃圾在焚烧炉中的装填、焚烧和烟量的合格排放，又要充分利用焚烧的余热加热锅炉，再利用锅炉的蒸汽驱动汽机发电并输入电网中，完全类同一小型火力发电厂。
　　本公司致力于环保事业，积极吸收并消化国外同行的先进技术和工艺，成功地完成了深圳市龙岗区中心城垃圾焚烧发电厂自动化系统工程等项目。
　　该厂日处理垃圾600吨，我们采用分布式柔性控制系统，完成对三台锅炉，一台汽机及其辅助系统的监测和控制，保证三台锅炉和汽机在不同的工况下安全可靠运行；并承担与焚烧炉之间的通信。实现垃圾焚烧发电处理过程的完全自动化。
　　作为环保项目，现在以bot方式建设的较多，我们关心投资方的回报，提供经过优化的控制系统和化的工程服务。
　　我公司综合多年的工程经验，采用了以计算机技术、控制技术、通信技术、图形显示等技术，形成了具有独特风格的分布式柔性控制系统。系统采用高效的通讯模式，实现快速的组态和jingque的控制；故障预测、避免非正常停机；从上到下的无缝连接、高度透明；可多厂商产品的集成，避免对单一制造商的依赖；采用工业标准，充分利用商用技术，降低投资和成本，确保用户的投资得到有效的回报。
系统具有以下特点：
实用性：高效地解决问题
先进性：采用先进成熟实用的技术
易用性：操作简便、界面友好
可靠性：高抗干扰性、很好的防雷措施
分布与集中：各功能站分布，信息集中
远程功能：可异地远程访问设备，可远程维护
扩展性：采用和广泛使用的协议
简洁经济性：大量选用设备网及现场总线，减少硬接线，tigao设备性能，降低成本。
管理性：信息集中、系统透明、增强可管理性和可维护性。
冗余结构：可以采用服务器冗余、控制器冗余、网络冗余、电源冗余。
开放性：可以将不同的控制系统以及过去的、现在的和将来的系统无缝地连接在一起　污水处理的目的就是为了减轻对江河湖泊等自然环境的污染。目前大部分的城市生活污水及一些小型企业的工业废水都直接排放到河流、湖泊或海洋中，造成极严重的污染，使得江河（甚至地下水源）水质日益恶化。目前，的政府机构正在制订新的水质标准和颁布更严厉的法规，以控制水质的污染。在中国由于经济的高速发展，对环境的污染也愈发严重，引起了各级政府的高度重视，政府和专家正密切地关注长江、黄河及淮河流域的水质污染问题，各地也相应颁布了一系列法规和制度，控制河流和近海的污染。污水处理已变成当务之急。
　　本公司掌握前沿技术，对常用的氧化沟、sbr池、a2o等工艺有充分的认识，全面理解水工业和污水处理工艺，积极参与和开拓供水和污水处理工程市场，无论是局部的改造还是大型的“蓝天碧水”环保项目，我们都可提供完整的解决方案。
　　中山市污水处理公司污水处理厂的总处理量是30万吨/天，共分三期兴建，期、第二期工程处理量均为10万吨／天。根据中山市环保局的进水及出水水质要求，该厂采用了先进的氧化沟工艺来达到去除有机物及脱磷脱氮的要求。系统的主要处理工艺流程分为预处理、氧化沟、终沉池和污泥脱水四个部分，前后二期的控制系统由我公司承担建设。
　　目前，污水处理项目相当一部分是以bot方式建设，为了多快好省地完成工程，我公司经过优化，可向用户提供适合各种工艺的污水处理自控工程套餐服务。

　　我公司综合多年的工程经验，采用了以计算机技术、控制技术、通信技术、图形显示等技术，形成了具有独特风格的分布式柔性控制系统。系统采用高效的通讯模式，实现快速的组态和jingque的控制；故障预测、避免非正常停机；从上到下的无缝连接、高度透明；可多厂商产品的集成，避免对单一制造商的依赖；采用工业标准，充分利用商用技术，降低投资和成本，确保用户的投资得到有效的回报。
系统具有以下特点：
实用性：高效地解决问题
先进性：采用先进成熟实用的技术
易用性：操作简便、界面友好
可靠性：高抗干扰性、很好的防雷措施
分布与集中：各功能站分布，信息集中
远程功能：可异地远程访问设备，可远程维护
扩展性：采用和广泛使用的协议
简洁经济性：大量选用设备网及现场总线，减少硬接线，tigao设备性能，降低成本。
管理性：信息集中、系统透明、增强可管理性和可维护性。
冗余结构：可以采用服务器冗余、控制器冗余、网络冗余、电源冗余。
开放性：可以将不同的控制系统以及过去的、现在的和将来的系统无缝地连接在一起。

净水厂的生产过程如图1所示，主要分为以下几个工艺过程：

图1: 净水厂生产流程

■取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。
■投药 按一定的工艺要求投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒。
■絮凝 地表水投入混凝剂后的反应，并排出反应后沉淀的污泥。
■平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
■过滤 沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。
■送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和liuliang送入城市管网。

控制方案

由于自来水生产工艺主要具有以下特点：

■各生产工艺段相对独立，单体设备多；
■采集的数据量大且种类多，但上下游相关联的生产参数少；
■自来水生产具有连续性、性和不间断性；
■各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。

根据以上特点，本系统选用omron的中小型plc对各工艺段或设备分散控制，通过omron protocol和controllerbbbb组成网络，各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图2所示。

图2：全厂控制网络图

监控系统的硬件配置为：上位机选用高可靠性的微型计算机，扩展了controller bbbb 支持卡3g8f7 clk211-e,配置有8套中型plc omron c200hg，1套omron cs1h，8套小型plc omron cqm1，8套cpm2a，全部中型plc和上位机通过controllerbbbb线缆通信单元clk21和操作站上扩展的通信单元3g8f7-clk21-e组成omron controllerbbbb网络，小型plc通过omron protocol与相关功能间的中型plc相联。omron公司的controllerbbbb网络是omron主要的fa（工厂自动化）级别的网络，是一种使用令牌总线通信的网络，网络中的每个节点都可作为主站进行数据的发送和接收。

通过设置数据链接，节点间可以自动交换预置区域内数据。该网络中控制通信的节点称为发牌单元，它控制令牌，检查网络和执行相关的任务。这种总线型拓扑结构具有大的灵活性，易于扩充和维护，满足了系统可扩展性要求。由于采用了分布式控制技术，可确保controllerbbbb网络不会因某个站点故障而崩溃，tigao了系统的稳定性。本系统中采用屏蔽双绞线作为controllerbbbb网络的通信介质，整个网络由网桥分成两段，主要是为了满足其对通讯距离的要求，同时可适应以后扩展的需要。由于各节点距离较大，传输速率设为500kbps，可满足系统实时性要求。本控制方案全部选用中小型plc，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，tigao了可靠性，是一种经济可行的方案。

在取水及送水工艺段上，主要设备都为多台大型离心水泵和10kv高压直流电机，因此每一高压配电柜选用一台sepam2000（施耐德生产，专用于配电柜控制的小型plc） 进行数据采集和控制，通过rs485接口连成网络，由控制室的omron c200hg中型plc利用omronprotocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，而且当某台plc发生故障时可以方便断开而不影响其他设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制，由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动，因此其控制所用小型plc利用电台与控制室间的c200hg通过rs232接口进行1：n通讯，电台型号为mds-scada-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4g～2.4835ghz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用omronprotocol，软件用omron-cx-protocol编制。二期滤池选用多个小型plc（m1h）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障而造成全部滤池停产的问题。

程序结构
本系统全部设备的控制都由plc来完成，plc程序利用omron-cx-programmer软件编制。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立，部分相同的工艺采用子程序模式，因此程序结构比较简单，调试和维修方便。

人机界面
该系统人机界面以组态软件ifix3.0为平台开发，由若干个画面组成：总画面（水厂水处理工艺）、各系统工艺图、报警窗口等。为增加画面的可读性和可观赏性，主要画面均采用立体图形式（用3ds、flash等软件绘制），在画面的相关位置显示该设备的所有主要运行参数。设备的控制通过点击该设备进入，shift+鼠标左键可打开该设备的帮助文件，包括设备档案、运行规程等。ifix与omronplc的通讯由omron的finsgateway和inbbblution的驱动程序omf或omr完成，这是整个系统正常运行的关键。

■总画面：表现的是整个水厂的水处理工艺（立体图形式），从取水、投药、投氯、絮凝沉淀、过滤到供水。在相关位置显示水处理的各主要控制参数以及重要设备的主要控制参数，可以点击进入各分站。
■各系统工艺图：主要有取水工艺图、投矾工艺图、投氯工艺图、絮凝池、排泥车、滤池、送水工艺图、高低压配电图等。除配电图外，均采用立体图形式，画面直观醒目，而且能够表达比平面图更丰富的信息。
■ 报警窗口：所有报警显示的同时，喇叭会一直响到确认为至。也可以按需要分类显示。
■ 设备控制参数设定：参数设定时会检查输入参数是否正确（错误参数不能输入）、参数有无正确下载至plc，如果出错会报告操作人员。
■生产报表：分生产情况（设备运行参数）、生产统计两种报表。老系统没有生产情况报表，生产统计报表也不能正确生成。针对这种情况，我们全面修改了plc程序，并且为节省存储空间和查询方便起见，将平时的生产数据都存放在历史数据库里，在需要时可即时生成报表。
■历史曲线：可查询全厂所有主要运行参数的历史情况。为便于设备运行情况分析，可以在同一画面下同时显示设备的历史运行情况与当前的运行情况以作对比。
■为防止设备控制出错，所有设备分别有中控（中控室上位机控制）、现控（现场车间上位机控制）、自动、就地（设备不受plc控制）4种控制方式，可以随需要随时转换。
■全厂的所有工作站都可看到全厂的运行情况。

结束语
本项目是由工业计算机和中小型plc组成的集散型控制系统，在计算机上能实现对全厂生产设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，满足大型自来水厂自动控制的要求。整个方案经济实用，易于编程、操作及维修，在广东南海第二水厂得到良好的应用。

1 引言

　　plc（可编程控制器）是20世纪80年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物。它不仅具有优越的控制性能，良好的性能价格比，而且具有较高的可靠性和抗干扰能力，在自动控制各个领域应用相当普遍[1]。

　　在制药厂，为了保障药品的质量，对清洁区的洁净度和温度、湿度都有很高的要求。例如汉江药业集团一分厂对洁净区的标准是：洁净级别30万级，温度18～26℃、相对湿度45～65%[2]。因此，空调系统是否高效运行将不仅影响药品的质量，而且也会造成能源的浪费。本文就汉江药业集团的空调系统运行要求，选用plc作为核心控制器。同时用工控机作为上位机与plc通信，实现对整个控制系统的组态和监控。

　　该药厂的空调系统由两台抖动电机、一个电动风门、一台送风机、三台引风机、两台除尘风机、一个蒸汽电动阀和两个冷液电动阀组成。要求系统运行时首先打开两个电动阀，然后按一定的顺序运行各个送风机，关闭时先关闭电动阀，然后按一定顺序关闭各个风机，达到除尘、送风、降温或升温的目的，保证清洁区达到指标要求。同时，系统要具有定时自动、手动运行功能，并要求在系统出故障时可以报警并诊断故障类别。

2 系统硬件设计

　　该药厂空调系统长期以来是采用继电器和接触器，采用人工操作的方法进行控制，其控制系统复杂，可靠性低，维护繁琐，能源利用率低，而且经常带故障运行，设备耗损大。采用plc，不仅能实现对开关量的逻辑控制，同时具有强大的计算功能，还能实现与工业计算机等智能设备之间的通信。因此，将plc应用于本系统的控制，能很好的满足技术要求，具有操作简单、运行可靠、自动化程度高等优点，再加上故障诊断功能，使系统维护更简单、快捷、准确。

　　该空调系统需要控制九台电机，三个阀，同时需要指示，报警等功能。根据系统的控制要求，统计出其需要16个信号输入点，23个信号输出点。同时又对各种plc性能指标、适用性、认知程度等进行比较，后本系统选用了西门子公司的s7-300型plc，它指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比较高。plc硬件组态如下：电源ps3075a，cpu312c（带10点输入和6点输出），64k存储卡，扩展模块有数字输入模块sm321（32点输入），数字输出模块sm322（32点输出）。plc配置完全满足系统需要，且便于系统扩展和组网。该控制系统的结构如图1所示。

图1 plc控制系统的结构图

　　该系统以plc为核心，plc从控制面板以及现场获得信号，然后对执行器进行控制。上位机可以从plc获取信息，并且可对plc进行设置和控制。

　　plc输入输出端子分配如图2所示。使用转向开关i4.0来选择系统的运行状态为自动或手动。按钮i4.1和i4.2只有在手动后才有效，用于手动控制风机、电动阀的开与关。端子i4.3～i5.6表示现场执行器的反馈信号，其中有两个端子表示现场温度的上限和下限。

　　输出端子q0.0是系统运行指示信号。q0.1～q1.4用来控制电动机的顺序、定时运行。q1.3、q1.4和q3.5控制三个电动阀的开关。q1.6～q2.7用来显示各个执行器的运行状态。q3.0是系统的故障报警。q3.1～q3.4表示系统的故障类别，它可以表示16种故障类别，这样的设计可以充分利用plc的端子，节约成本。

图2 输入、输出端子配线图

3 系统软件设计

　　系统的程序设计是在step7 v5.2软件平台下进行的。step7v5.2可支持梯形图、simatic指令和功能图。且具有指令丰富、结构清晰、编程方便的优点。在程序设计中，将整个系统分为：“手自动切换及互锁”、“自动运行定时”、“顺序开关风机及电动阀”、“故障报警与诊断”等模块。

　　系统进入运行状态后，首先根据转向开关确定是进入自动状态还是手动状态。在手动状态下，可以在控制面板上进行手动操作。在自动状态下，系统将自动按流程工作。在系统运行时，首先检测各执行器是否正常（接触器触点是否粘合）以及电动阀的状态。如果发现异常，则报警并给出故障类别（故障位置），然后系统处于等待状态，等待故障排除，重新运行;如果正常就进入运行状态。首先两台抖动电机运行30秒后停机，同时打开电动风门，3秒后启动空调送风机，然后顺序启动三台引风机，后是两台除尘风机。系统进入正常运行过程中，故障诊断程序不断扫描各个反馈信号，当任一风机过载不能正常运行或加热器、冷凝器工作异常超温时，空调机组自动停机，故障部位报警指示。无故障时，等待自动关机或手动关机。在每个plc循环周期只运行一个状态的指令，这样可以节省cpu的资源，tigao系统的实时性。系统控制程序的流程图如图3所示。

图3 系统软件流程图

4 系统故障诊断

　　故障诊断是该系统中的一个重要环节。及时有效的给出故障报警和故障位置可以帮助技术人员快速准确的查找故障和恢复故障，这一点在药品的生产过程中非常重要，因为药品生产对工作环境要求很高。

　　本程序中的故障诊断分为启动前、启动中和启动后三个级别的故障诊断。在启动前，判断各执行器触点是否处于断开状态，主要是根据输入端子的反馈信号的有无进行判断;在启动过程中，由于各风机均需要间隔启动，可以在程序中给每台电机设定两个定时器，一个用于电机定时，一个用于反馈信号定时，当启动时间到而反馈信号没有时，就可判断出该电机出现故障。启动完毕后，再次判断各接触器状态，此时，由于抖动电机运行30秒后处于关断状态，其它风机处于运行状态，判断方法同启动前故障诊断方法。根据运行情况，系统主要存在9大故障。为此，采用4个输出端子指示故障类别（可扩展指示16种故障）。

5 结束语

　　本文作者创新点是采用西门子s7-300完成药厂空调控制系统，尤其是设计了故障诊断程序，根据plc自带指示灯可查看故障类型，给用户带来极大方便。该控制系统由汉江药业股份有限公司提出，由陕西省工业自动化重点实验室研制。经过对系统的研究、设计、开发，控制系统已投入运行。从实际的运行效果来看，满足了药品生产洁净区对空调设备的指标要求。采用plc作为本系统的核心控制器，保证了系统运行的安全可靠，tigao了设备的自动化水平，维护和检修方便。得到用户的欢迎。