西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0接线方法

西门子模块6es7222-1ef22-0xa0接线方法

1、引言

经济发展使得人们的生活水平逐渐的tigao，但同时也使人们周围的生活环境不断恶化，人们逐渐意识到环境污染的危害，并提出了经济与环境必须协调发展的要求。大气污染与人们的生活息息相关，因为它会直接造成人群死亡率增加，破坏生态系统，造成巨大的经济损失。而火电厂、炼钢厂等工业所排放的废气正是大气污染的主要来源。鉴于此，国家有关部委制定了法规要求电厂增加脱硫系统。当前行业内对减排二氧化硫的主要方法有：烟气脱硫。将锅炉烧煤后的烟气通入石灰水中洗气，将硫产物吸收，石灰水洗气后加入氢氧化钠naoh再生，这就是脱硫。目前应用较为广泛的烟气脱硫工艺有：石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫、喷雾干燥法脱硫、烟气循环流化床脱硫、海水脱硫、电子束法脱硫。国内针对超过200mw的大型机组优先考虑采用石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫。本文结合西门子电气公司西门子系列plc在山西某自备发电厂（简称弘电）2×200mw机组烟气脱硫系统的实际应用，着重探讨石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫监控系统部分设计与实际应用。脱硫系统网络结构图如图1所示。

图1 脱硫系统网络结构

2、湿法脱硫工艺简介
石灰石（石灰）—石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水磨制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，终反应产物为石膏。其反应原理可用以下化学反应方程来描述：

caco3+so2=caso3+co2
2caso3+o2=2caso4

弘电脱硫工艺系统由三个子系统组成：#1炉系统，#2炉系统和公用系统。其中#1炉系统与#2炉系统的组成结构基本一样，分别负责来自1号和2号锅炉烟气的脱硫任务，按功能分成烟道功能子系统和吸收塔功能子系统。公用系统是指#1炉和#2炉共同使用的功能设备的统称，按功能划分为公用辅助系统、石灰石卸料与磨制系统和废水处理系统等。

3、脱硫控制系统

表1 脱硫系统控制测点统计表

表1给出了各个系统的输入输出点（io）分配点数。

根据上述脱硫系统的特点，整个控制系统也划分三个子系统，共采用三对西门子电气公司的西门子系列plc300系列控制器组成冗余的控制系统和网络，控制器通过西门子系列n以太网模块与100m以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站，采用双机热备运行方式。附图为脱硫系统网络结构图。

脱硫dcs系统运行时需要与#1、#2锅炉的dcs系统进行状态信号的交流，从#1、#2过来到达脱硫dcs系统的状态主要有：锅炉的负荷、锅炉油枪工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉mft以及电除尘的运行状态。从脱硫dcs系统传递到#1、#2锅炉dcs的信号有：旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行，所以锅炉dcs与脱硫dcs之间的接口采用硬接线方式。

#1炉和#2炉设备是相对独立的，它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统，#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护，这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过modbus-tcp协议传输，从而节省了重复的io电缆铺设费用。

脱硫dcs系统主要实现的功能有：数据采集系统（das），模拟量控制系统（mcs），组态软件和顺序控制系统（scs）。

（1）数据采集系统（das）

数据采集系统按所选定的数据采集前端设备的采样速率，周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示，作为运行人员监视和操作现场设备的依据。

数据采集系统的基本功能有：数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。

数据采集系统首先是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态，然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后，将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的核心，脱硫dcs系统拥有两个数据库：一个是控制器数据库，另一个是上位机数据库。上位机通过modbus-tcp协议与控制器联接，按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化，并同时对上位机数据库与画面显示进行更新。

（2）模拟量控制系统（mcs）

模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能，脱硫控制系统的主要闭环调节回路有：增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆liuliang调节，还有公用系统中的滤饼厚度调节等。

●增压风机入口压力调节

增压风机入口压力调节的目的在于使锅炉炉膛压力保持稳定。将锅炉正常运行时的引风机出口压力作为增压风机入口压力调节的设定值，测量实际运行的压力，然后进行比较得出偏差，偏差经过控制算法计算，得出调节量作用在增压风机的调节导叶上，使得增压风机入口压力稳定在设定值附近。

增压风机入口压力闭环调节控制算法通常是pid调节，这是因为pid算法简单而且能够满足工程的要求。为了tigao压力调节的响应速度，将锅炉负荷作为前馈量引入到调节中，从而缩短了调节时间和减小了超调量。

●吸收塔液位自动调节

高温烟气进入吸收塔反应后由于冷却和饱和作用会带走一部分水，使得浆液变稠，脱硫吸收效果变差。这部分损失掉的水，通过吸收塔上部的除雾器冲洗系统进行补充。除雾器冲洗系统由32个电磁阀组成，每组8个，共四组。它们是按一定的顺序轮流开关，两个工艺相邻阀门之间的开启间隔时间则是依据吸收塔液位来进行调节。

在所能参考的资料中还没有jingque的吸收塔液位与烟气liuliang关系的数学模型，根据热力学原理，由进入吸收塔内的烟气liuliang及其在塔内的热量交换可以计算出蒸发与饱和作用带走的水量率，假定吸收塔除雾器冲洗阀每次开阀冲洗的时间为常数，只要烟气所带走的水量率按时间作积分所得的值等于每次冲洗所能补充的水量时，则进行冲洗。由此得到了吸收塔除雾器两次冲洗的时间间隔，它随着烟气流入量的波动而变化。

在弘电项目的吸收塔液位调节算法中，增加了一个阈函数，意在使液位能够尽快地收敛到设定值附近。其基本原理是当吸收塔液位偏差的值大于预先设定的阈值时，吸收塔调节时间将乘以一个惩罚系数，促使调节往收敛方向加速发展。惩罚系数可以是偏差函数或者是常数，在弘电的脱硫系统中，液位偏差落在偏差阈值内时，惩罚系数为1，当出现正偏差并超出阈值时，惩罚系数可取为大于零而小于1的数值，这样就能减少除雾器冲洗门两次冲洗的等待时间；当出现负偏差并超出阈值时，可将惩罚系数取为大于1的数值，从而延长冲洗间隔时间，添加了惩罚系数能使控制效果得到更好的改善。

●石灰石供浆liuliang调节

石灰石供浆liuliang调节的目的在于调节吸收塔内的ph值，使烟气与石灰石浆液在适合的ph值下发生化学反应，这是保证脱硫质量的关键之处。

采用普通的pid控制时，由于ph值具有较大的滞后，控制效果并不理想。考虑到影响吸收塔ph值的主要因数是烟气中的硫元素与浆液中的钙元素的摩尔比，因此在弘电脱硫系统中使用了串级pid控制的思想。引入了硫钙比闭环调节的石灰石供浆liuliang调节后使得系统的反应速度和超调量等都有了较大的改善。

硫元素和钙元素的摩尔比不能直接测出，只能经过间接的方式求出。脱硫系统安装有原烟气分析仪和烟气差压计，经过流体力学中的伯努利方程计算可以粗略得到烟气的liuliang值，进一步算出硫的摩尔数，将主控回路中的输出作为修正系数算出与硫摩尔数对应的钙摩尔数，根据现场安装的石灰石浆液密度和供浆liuliang算出钙的摩尔数，比较得出偏差，经副控回路计算后作用在供浆调节阀上。

●滤饼厚度调节

石膏浆经过旋流后，底流将输送到真空皮带进行真空脱水，为了保证脱水效果，滤饼厚度要控制在一定的范围之内。滤饼的厚度往往容易受到底流浆液密度和liuliang变化的干扰，因此通过设立一个滤饼厚度调节降低操作人员手动介入操作的频率，降低操作人员的劳动强度。

滤饼厚度调节是通过测量滤饼的厚度与工艺设定值做比较，进行偏差抑制的pid运算，得到的输出作用在真空皮带的变频器上，以达到运行的期望。其原理比较简单，采用常规的pid算法即可。实际南通弘电石膏滤饼厚度测量仪表安装位置不当，造成了极为严重的滞后，采用常规pid算法会出现不稳定的效果。为此，在工程中应用了其他的控制方法，譬如适当延长pid调节的采样周期或者采用智能控制方法，都可以使系统稳定在一定范围之内，效果有了较大的tigao。

（3）组态软件的选择

在众多的组态软件中，常见的组态软件有wincc、ifix、intoch和国内开发的组态软件组态王等。其软件各种开发功能各有千秋。其中ifix软件是美国的工控组态软件，在美国工控软件中销量。ifix软件适用于各种plc, 例如支持西门子200300400, 三菱a系列，fx系列;莫迪康，ge等。支持各种工控板卡，rs_232，rs_485，honywell公司r_150，r_160，s9000，各种智能变送器。也可用于工业控制管理网络。ifix是一个软件系统。其核心部分提供了各种基本功能，这些功能使得应用程序可以执行指定的任务。其中两个基本的功能是数据采集和数据处理。ifix提供了大量的高性能io驱动器。这些驱动器具有查错、报告、恢复、内置数据报告以及支持冗余通讯。ifix软件还支持dde服务器。ifix提供和特殊的io设备的各种io驱动程序，由于每个io驱动支持特定的硬件，因此每个io驱动由各自的手册介绍。ifix软件是真正32位软件,支持bbbbbbsntbbbbbbs2000。ifix软件具有强大的网络功能,支持netbiostcpip。 ifix软件支持200多种国内外plc,dcs, io板卡产品,可为产品定做驱动程序。

●ifix软件采用dll通讯方式，采样速度更快，可靠性更高；
● ifix软件具有强大的odbc技术，支持oracle， sybase，foxpro等关系数据库；
● ifix增加了opc功能(ole方式的io设备驱动程序接口)；
● ifix内嵌vba, 以及双机热冗余功能。

采用那种组态软件并不重要，关键是利用软件实现工程设计中的控制思想和控制模式。ifix软件有这么多优点，把它作为自控系统的开发软件是好的选择之一。

（4）顺序控制系统（scs）

顺序控制系统（scs）可以使操作人员在控制室内监视和控制脱硫系统的所有电机、阀门，并实现设备的连锁及保护。顺序控制系统（scs）能完成大量设备的高度智能化控制，它将设备按功能相关原则归组和划分为功能组和功能子组，按照所编写的程序一步一步执行下去，从而减少了操作人员的手动介入，降低了操作人员的劳动强度和误操作风险。

系统中的任一种设备或功能组都可以抽象为一个函数模块。根据设备的不同，其函数模块也会表现为形式参数、内部条件判断和输出的不同。

函数模块一般都包括以下形式参数操作员输入指令;自动控制输入指令;保护连锁输入指令;各种指令屏蔽条件;指令互锁;设备状态反馈。

函数内部条件判断是编程人员依据工艺的要求编写的判断程序,以保证各种指令按照人们的期望执行下去。

输出则是输入经过内部判断所希望得出的结果，譬如说某电机或功能组具有自动控制on指令输入并且内部条件判断满足，则输出为电机或功能组启动。

脱硫系统的主要顺序控制组有：烟道系统、挡板密封风机、气气换热器、净化风机、增压风机、吸收塔系统、石灰石浆液泵、循环浆泵、除雾器、石膏排出泵、石膏溢流浆液泵、真空皮带脱水系统、工艺水泵、废水处理系统和石灰石输送及制浆系统等。

每个单元的热工保护直接在各个单元控制器中实现，它们作为设备函数模块的保护参数输入驱动设备。一些参与保护的重要模拟量的采用三取二的表决原则或采用双重测量方式，以保证系统运行的可靠性。由于旁路挡板在脱硫系统中的特殊地位，在远程操作站上专门设有紧急开启按钮，直接通过硬接线操作旁路挡板和向dcs控制系统发送紧急开启信号。

4、分析及讨论

弘电脱硫系统#1炉单元和公用系统已投运，#2炉单元也将在年底投运。由#1炉实际运行效果来看，采用西门子系列plc控制后大大降低了操作人员的劳动强度和系统运行的可靠性与连续性，完全能够实现大型dcs控制系统的功能，并且它们的运算处理时间相差并不大，而在成本与开放性上plc比dcs有较大的优势。自控系统是烟气脱硫工程的神经中枢，是有机地把脱硫工艺和工业自动化系统结合起来，达到大脱硫效果。自控系统的好坏直接决定了脱硫工程项目实施的成败，国内烟气脱硫项目在工程施工和调试阶段暴露很多问题，而这些问题直接的原因是自控系统的设计不合理。脱硫工艺有上百种，只有把脱硫工艺和自动化系统有机的结合起来，才能发挥大的效益；当两者结合到一起时也带来了许多技术方面和工程方面的难题，值得国内业界同行的思考和探索

1 引言

在塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自独立的拖动系统。与此同时，又要求各单元间被加工物（布匹、纸张等）的运行线速度能够步调一致，即实现同步运动。造纸设备虽然种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几个部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸在各部分传送时具有恒定的速度及恒定的张紧度。目前造纸设备实现这个要求的佳控制方案是变频调速，而对变频器的控制主要有两类:一类是plc控制，另一类是ipc机或工控机控制[1][2]。本文采用plc控制来实现造纸机的同步传动。

2 造纸机同步传动系统

2.1 造纸生产线控制要求分析

图1为造纸生产线操作台的面板图。由于该系统由多个单元组成，各单元要求保持同步，从而构成同步传动控制系统。对同步控制的要求:

图1 操作台布置图

（1） 统调:各单元要能够同时升速和降速。统调是根据主指令单元（通常是一单元）对转速的要求来进行调节的。

（2） 局部微调:当操作人员发现某单元的速度不同步时，可以进行微调（人工干预）。微调时，该单元以后的各单元的转速必须同时升速或降速，而不必逐个的进行。

（3） 单独微调:在检修和调试阶段，或者遇到特殊情况，又必须能够对每个单元进行单独的微调。

假设该生产线由四个单元组成，各个单元的运行情况可以由各自的线速表直观的显示出来。

2.2 同步运行

（1） 当进行统调操作时，将单/统调开关切换到统的位置，通过统调按钮的增/减对四个单元进行同步控制;

（2） 当发现某单元的速度不同步时，可以进行同步微调，例如:当2单元需要调节时，则2～4单元则同时升速或降速;

（3） 当由于某种原因，某个个别单元速度跟不上时，这时需要进行绷紧。对于造纸系统来说，需要按下绷紧按钮，使其速度短暂tisheng一小段时间，达到绷紧效果。

为了便于操作人员直观的了解系统运行情况，各个操作均有相应的指示灯显示。

2.3 造纸机同步传动控制原理

（1） 变频器的启停

如图2所示，以＃1单元的变频器控制图为例，sa13为变频器的启动开关，当sa13接通时，运行指示灯la11亮，停止指示灯la12灭，此时变频器处于运行状态;当按下变频器停止按钮sa12时，线圈ka13失电，变频器停止运行。

图2 #1 变频器控制图

（2） 统/单调控制

统/单调开关sa11置于统调位置，此时，线圈ka12接通，生产系统处于统调状态，通过同步器，可以使＃1～＃4同时进行升速和降速调整。当拨到单调位置时，线圈ka12失电，同时线圈ka11通电，进入同步微调状态。这时可以调整该变频器及其以下的单元。

（3） 绷紧
当常开开关sa14闭合，此时线圈ka14通电，此时变频器会从外部得到一个瞬间稍高电压，控制该单元转速tisheng到正常水平;断开sa14，恢复的统调状态。

图3为由4个控制单元组成的生产系统接线图。

图3 由4个控制单元组成的控制系统

2.4 造纸机同步传动系统的plc控制

采用欧姆龙公司的可编程序控制器cpm1a-40cdr-d对该造纸机同步系统进行改造[3][4]，选择两个数字信号输入端x1和x2，通过功能预置，作为升速和降速之用，同时，把绷紧功能整合到各单元的单独微调;改造后的控制系统图如图4所示。

图4 采用plc进行控制的同步系统

（1） 控制原理

变频器vfd-1至变频器vfd-4的fwd端在得到输入信号时，启动;失去信号时，停止;变频器vfd-1的x1端子在统调升速和单调升速时得到信号，x2端子在统调降速和单调降速时得到信号; 变频器vfd-2的x1端子在统调升速、2～4单元的同步微调升速和单调升速时得到信号，x2端子在统调降速、2～4单元的同步微调降速和单调降速时得到信号;变频器vfd-3的x1端子在统调升速、2～4单元的同步微调升速、3～4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，x2端子在统调降速、2～4单元的同步微调降速、3～4单元同步微调降速和单调降速时得到信号;变频器vfd-4的x1端子在统调升速、2～4单元的同步微调升速、3～4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，x2端子在统调降速、2～4单元的同步微调降速、3～4单元同步微调降速和单调降速时得到信号。

（2） i/o分配

该型号plc的输入端的i/o地址为:00000-00915;输出端的i/o地址为:01000-01915。

i/o分配表附表所示。附表 i/o分配表

（3） 梯形图控制程序

造纸机同步系统的plc控制梯形图如图5所示。

图5 造纸机同步系统的plc控制梯形图

3 结束语

根据以上的设计，我们采用了欧姆龙公司的可编程序控制器cpm1a-40cdr-d、台达ved-b变频器和scd同步器进行了造纸机同步系统的试验。在运行中效果良好，充分显示出其功能较强、构造简单、便于维护和检修、可靠性高等待点，达到了预期目的，具有广阔的应用空间。

一、 前言
　　特种车辆是针对非常规车辆的统称，包括军事、医用、环保、建筑、起重等不同的分类。
　　因特种车辆大多需要有动作机构，这些动作的控制大多采用 plc 来完成。因特种车辆工作环境差，通常需要这种专用 plc能够完成抗高低温、防水、防尘、防盐、冲击、振动等常规 plc 无法胜任的工作。为此，德维森公司针对特种车辆开发了专用可编程控制器v80-u。
　　二、 特种车辆专用 plc v80-u 特点
　　v80-u 的性能指标如下：

　v80-u 系统结构与 v80 标准系统结构一致，技术指标和软件性能也与标准系统一致。v80-u采用模块化结构，由一个本体单元和多个扩展单元构成，如下图所示。
　　v80-u 是在宽温系列的基础上改进而来，符合国军标gjb150、gjb151a/152a，实现了高低温运行、储存、抗振、抗冲击、抗电磁干抗等方面的全面tisheng。
　　2.1 性能改进
　　1、温度范围
　　对 v80 标准型设计进行相应的改进，首先是结构材料的更换，包括 pcb板材、塑料、开关、端子全部更换成军用级材料，保证在极端恶劣的环境下可靠的工作；然后是电子元器
　　件采更换为军用级的电子元件，包括电容、光耦、继电器在内的一些比较敏感的器件；后是所有内部的接插件，为适应军标宽范围的应用将全部选用镀金的接插件，部分更是改成直接焊接，以减少冲击和温度变化造成的接触不良等。
　　2、抗冲击、抗振动
　　为了能达到军标的要求，我们在各层电路板上灌封了防火导热抗振硅胶。
　　3、防水防尘
　　目前为达到防水防尘的目的，v80-u 采用将 plc 内置于防水防尘的电控箱内的方式，并且在 v80-u 模块内加灌硅胶。
　　4、抗电磁干抗
　　目前 v80-u 在抗快速脉冲群方面可以抵抗 5khz、10khz、100khz 的快速脉冲群达3000v之高，其它的如静电、浪涌等方面也达到 iec61131-2 的标准。
　　5、宽电源范围
　　直流输入范围可达 dc18"36v，交流输入范围可达 ac85"265v。
　　2.2 灌封用电子硅胶特点
　　设计：该产品专门根据电子，电器及其他应用需求设计开发，品质恒定。优良电气特性：该产品是理想的电气及电子产品的绝缘密封材料，即使用於温度及湿度常有变化的场所也能保有稳定的电气特性。
　　耐热、耐寒特性：该产品使用温度范围广泛，适用於-50℃"250℃。连续使用时从-40℃～180℃，也能保持稳定性能
　　耐候性：该产品具有优越抗紫外线、臭氧、水分、盐雾、霉菌等特性，既使在户外使用三十年也几乎不变质。
　　抗震性：具有弹性机能，吸收振动及激震，保护电气及电子零件、玻璃等易脆物质。
　　化学性能稳定：和一般有机橡胶比较，抗化学物质及油剂特性特别优越。同时，有些产品绝不腐蚀金属
　　灌封：除去低分子量有机矽产品，为电子，电器及一般工业设计的硅胶产品，获得ul、mil等多种国际认证。
　　2.3 通信接口与协议
　　三个通信接口其中一个 rs232、一个 rs485 和一个 can 接口，前面两个接口均可以支持编程和 modbus从协议，rs485 还支持modbus 主协议，可以支持联网通信，can 接口用户层协议采用modbus 的数据链路层。
　　通信接口的选择：
　　1、数字量 io 通信：数字量 io 的输出一般是继电器或晶体管输出，会存在抖动和时延的问题，造成误判和误动。同时，数字量 io的输入也是经过光耦进入 cpu 的，同样存在抖动和时延的问题。一般大家为了增强数字量 io口的抗干扰能力会在输入输出上加上下拉电阻，可以起到一定作用的，但无法从根本上解决，还会造成光耦的提前老化，从而使产品寿命减短。一般该通信方式的通信速度不应超过10hz，因为 plc 的标准 io 口的滤波时间是 10ms，再加上双方之间的错位与时延应为 30ms 以上，其通信距离应控制在10m 以内。
　　2、rs232 通信：因为 rs232 是电平通信方式，因此无法抗共模干扰，一般要求 rs232
　　线不要超过 10 米，通信速率一般在 19200 以下才能在现场环境可靠通信。rs232 不适合作长时间高可靠要求的通信。
　　3、rs485 通信：rs485 是差分通信方式，可以有效的抗共模干扰，rs485 是许多种现场总线的物理层，包括modbus、profibus 等。rs485 的通信速率为 1200 至 12m 之间，通信距离为 1000m以内，与通信速率相关，如果波特率为 1.2m 则通信距离要在 300m 以内。
　　4、can 通信：can是为汽车内部控制开发的现场总线，目前在其它工控现场也得到了广泛的应用。优点是速度快，可靠性高，但缺点是单帧的通信liuliang比较低，无效字符占的比例较多。
　　三、 结论
　　v80-u 是专门针对特种车辆开发了专用 plc，具备以下性能优势：
　　1、 宽温范围
　　运行环境温度为-40℃ ～ 80℃。
　　2、 抗冲击振动
　　模块内灌封了防火导热抗振硅胶。
　　3、 防水防尘
　　plc 内置于防水防尘的电控箱因此，v80-u 能够完全满足特种车辆对抗高低温、防水、防尘、防盐、冲击、振动等常规 plc无法胜任的工作的特殊要求。