西门子6ES7222-1EF22-0XA0详细资料

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引言
　　甘肃刘化集团地处黄河上游，由于历史原因污水基本没有经过处理直接排入黄河，对周边环境造成了一定影响。刘化集团污水处理厂是刘化集团响应国家环保要求新建的负责处理整个刘化集团工业污水及生活污水的污水处理厂，是为保护黄河上游水质、节省水资源、深入发展城镇经济而建设的重点项目。
工艺介绍
　　刘化集团污水处理厂采用生物曝气法进行污水处理，设计规模为日处理量10000方，其主要建筑物有：栅格间、预曝调节池、高架配水井、竖流沉淀池、生物曝气滤池、清水池、浓缩池、鼓风机房等。污水首先由进水管经格栅进入预曝调节池，再通过预曝调节池内的三台提升泵将污水提升至竖井沉淀池，然后经由竖井沉淀池自流进入生物曝气滤池，后经过生物曝气处理后的清水进入清水池；而竖井沉淀池底部的沉淀物质经过浓缩池和浓缩一体式脱水机后进行后的处理。
自动控制系统组成
　　该污水处理厂自动控制系统采用冗余以太网通讯方式，由监控中心与一个lk大型plc控制站构成。plc控制站采集设备的启停、阀门的开关及报警状态，污水流量、水位及ph等信号，通过以太网与上位监控中心连接。监控中心由两个操作员站作为一主一从服务器用来存储实时运行数据，服务器上装有和利时公司监控软件smartpro做为上位监控界面。系统配置结构图如下： 

控制系统功能介绍
　　本控制系统设计采用三种控制方式，即监控中心远程控制、现场plc控制、设备现场手动控制等，其优先级别分别为现场手动控制高，其次为现场plc控制，低为监控中心远程控制。
各自动控制单元通过lk大型plc实现的功能分别是：
　　4.1 格栅间
　　主要实现的功能有：采集格栅的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现格栅自动运行控制：
　　◆两台格栅自动控制采用水位差控制和时间控制。通过水位差测量仪检测粗格栅前后水位差值，当水位差值大于设定值时，启动粗格栅。当粗格栅距上次运行的时间超过设定值时，启动粗格栅；

　　◆采集进水ph值和格栅前后液位差。
　　4.2预曝调节池
　　主要实现的功能有：采集提升泵、加药泵、阀门的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现预曝调节池内设备的自动运行控制：
　　◆三台提升泵自动控制由池内液位控制。当水位升高时，控制水泵依次逐台启动，水泵的启动顺序按累计的水泵运行时间从小到大排列。当水位降低时，控制水泵依次逐台停止，顺序与之相反。同时自动累积水泵运行时间，实现水泵的自动轮值，保证水泵总是处在佳运行状态。当水位降低到干运转保护水位时，水泵全停。

　　◆两个加药泵和三个阀门的监视和控制；
　　◆采集预曝调节池液位和进、回水流量数据。
　　4.3竖流沉淀池
　　主要实现的功能有：采集进水、回水阀门的运行状态信号，并通过自动控制程序实现竖流沉淀池内设备的自动运行控制：
　　◆四组进水、回水阀门的监视和控制。
　　4.4生物曝气池
　　主要实现的功能有：采集进水、出水、反冲进水、反冲进气、曝气进气阀门的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现生物曝气池内设备的自动运行控制：
　　◆六组进水、出水、反冲进水、反冲进气、曝气进气阀门受时间和生物曝气池液位的控制；
　　◆采集生物曝气池液位数据。
　　4.5清水池
　　主要实现的功能有：采集反冲泵、回用泵的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现清水池内设备的自动运行控制：
　　◆三台回用泵自动控制由池内液位控制。其控制原理同预曝调节池的提升泵；
　　◆两台反冲泵自动控制与生物曝气池内的反冲进水阀联动；
　　◆采集清水池液位及出水ph数据。
　　4.6鼓风机房
　　主要实现的功能有：采集曝气、搅拌、反冲鼓风机的运行状态信号，并通过自动控制程序实现鼓风机房内设备的自动运行控制：
　　◆两台曝气鼓风机与生物曝气池内的曝气进气阀门联动；
　　◆两台反冲鼓风机和一台搅拌鼓风机与生物曝气池内的反冲进气阀门联动。
　　4.7浓缩池
　　主要实现的功能有：采集螺杆泵、浓缩一体式脱水机、螺旋输送机的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现浓缩池内设备的自动运行控制：
　　◆两台螺杆泵、一台浓缩一体式脱水机和一台螺旋输送机的监视和控制。
　　整个污水厂的运行基本实现了全自动控制，所有设备运行参数及仪表数据都被送入plc，plc再通过以太网与上位监控系统进行数据交换，用以监视和控制污水处理厂各个生产环节的运行。进水流量计及回水流量计通过rs485口与plc系统进行通讯，保证了现场测量数据与控制中心数据的完全一致。
硬件、软件功能介绍                                        
　　5.1硬件功能介绍
　　针对系统控制要求，和利时公司设计了基于lk大型plc的工程方案。方案中主要利用lk大型plc的模拟量处理、以太网通讯、串口通讯等功能。
　　lk大型plc是和利时公司于2006年推出的新一代高端plc系统，该系统支持冗余、热插拔，单指令执行时间仅为13ns，支持多种通信协议，软件编程便捷，适用于逻辑控制、顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制等领域。
　　lk大型 plc目前推出的主要产品如下：
　　1）cpu模块：lk207、lk210
　　2） 数字量输(di)模块：lk610、lk611、lk612、lk613、lk614、lk650
　　3）数字量输出(do)模块：lk710、lk750、lk720
　　4）模拟量输入(ai)模块：lk410、lk411、lk430、lk440
　　5）模拟量输出(aoi)模块：lk510、lk511
　　6）模拟量输入出(ai/o)模块：lk850
　　7）特殊功能(高速计数和soe)模块：lk680、lk690
　　8）通讯接口模块：lk231
　　9）背板：lk101、lk102、lk110、lk111、lk112、lk120、lk121
　　而本污水处理厂自控系统选用的模块具体性能参数见下表：

　　5.2软件功能介绍
　　本污水处理厂计算机监控系统采用smartprov3.1.3上位组态软件设计运行，该系统提供了友好的人机界面(见全厂工艺流程图)，具备如下功能：

　　5.1.1 实现了工艺流程监控
　　该系统实现了污水处理厂整体工艺流程、各主要工艺设备运行状态、过程控制及各生产环节生产数据的实时采集与显示，主要画面有：全厂工艺流程图、滤池工艺流程图及在线仪表实时参数显示表、生产数据历史趋势图等。实现的工艺生产设备监控功能有：所有被监控制设备的运行状态、启停控制、设备与设备之间的连锁控制、工艺参数的设定，以及ph、液位、流量等参数的显示、报警、记录、趋势以及累积量计算等。
　　5.1.2 控制回路显示与控制
　　包括电机开关、运行时序、气动阀门开关、联锁控制等所有控制回路，可修改设定值、控制方式、调节参数等。
　　5.1.3 报警功能
　　包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，并根据不同的报警信息提供不同的报警画面，在故障确认后可实现报警解除。
　　5.1.4 历史数据的存储与检索
　　记录生产过程中所有参数的历史数据，记录时

　　间不小于一个月，并可根据要求任意设置。对重要的数据进行在线存储。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据。
　　统计分析、历史记录，根据生产数据，建立生产数据库系统，并对这些数据进行有目的的分析，可以做出不同角度、不同应用场合的数据分析和历史记录。
　　5.1.5 操作记录
　　记录生产过程中操作员所进行的所有操作，记录时间不小于一个月，并根据要求任意设置。
　　5.1.6 报表显示和打印
　　采用了dde技术，从而使用户能够直接使用excel编制报表，借助excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表，可以是实时数据的报表，也可以是历史数据的报表。报表打印所有受控设备的工作情况、工作状态，仪表测点设备的
　　流量、ph、液位等参数的定时记录打印，以及各种管理报表，班报表、日报表、月报表和年报表。   
　　5.1.7系统的安全管理
　　对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于进行管理及事故分析；系统设置为多用户、多区域方式，各类用户均有自己的用户名和密码，对应着不同的安全级别，决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。多可以设置为8级用户、8级区域。

结论
　　本文介绍了基于lk大型plc的污水处理厂自控制系统。lk大型plc以其强大的功能、灵活的安装和简单的操作应用到污水处理厂自动控制系统中，达到了智能控制的目的，满足了可靠性和安全性的要求，同时减小了系统空间，降低了系统的成本。

1 引言
　　高速发展的中国经济对能源和环保提出了越来越高的要求，利用秸秆燃烧发电是充分利用能源，保护生态环境的有效途径之一。据测算，每两吨秸秆的发电量相当于一吨煤，不仅如此，环境国际能源机构的研究表明，秸秆还是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量却高达1%。除了具有较好的经济效益和生态效益，秸秆发电还具有可观的社会效益，根据清洁发展机制（cdm），秸秆发电项目可以通过出售温室气体减排量来获取建设资金。因此，从节能环保、充分利用农村再生资源、建设环境友好型社会的角度出发，利用秸秆燃烧发电在我国得到了广泛应用，成为的“朝阳”产业。

本文介绍的基于lk系列plc的控制系统在满足热电厂设备安全、高效运行的同时，具有良好的经济价值，社会效益和推广前景，目前已成功应用于连云港协鑫热电厂和宝应协鑫热电厂秸秆上料系统现场。
2 工艺流程介绍
　　2.1 秸秆发电工艺介绍
　　协鑫热电厂采用秸秆为原料，将其打碎并包装成捆，上料系统将深加工后的秸秆燃料通过散包机进行二次打碎，并将二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮带机，皮带将分散后的秸秆碎料送入蒸汽炉的加热系统内充分燃烧，使蒸汽炉循环水转变为水蒸气推动汽轮机旋转，再由动能转化为电能。整个上料系统包括散包机的原料分散和皮带机的物料输送两部分。
　　2.2 秸秆发电上料系统
　　散包机原料分散系统
　　散包机由压料辊、导料辊、输送辊、一次侧散包机、二次侧散包机几部分组成。秸秆燃料进入散包机后，先由压料辊将其进行二次粉碎，粉碎后的燃料通过导料辊进入输送辊。后由输送辊送入一次侧散包机进行分散作业，分散后再次经由输送辊送至二次侧散包机进行二次分散作业。
　　皮带机物料输送系统
　　经二次分散作业后的秸秆燃料由散包机进入皮带机内，燃料由0#皮带机/1#皮带机→2#皮带机→3#皮带机，后由3#皮带机将其送入加热炉的炉膛内进行燃烧。

图  1   上料系统结构示意图

3 自动化控制系统设计
　　协鑫秸秆发电厂控制系统分为生产管理级、现场控制级和就地控制级三层结构，利用高速工业以太网（tcp/ip协议）进行连接以实现信息和资源的共享，其优先级分别为就地控制级高，其次为现场控制级，低为生产管理级。由lk组成的现场控制站位于该系统的的现场控制级，并接入电厂原有的dcs系统中。

图2自动化控制系统结构图

　　生产管理级
　　位于蒸汽炉、汽轮机联产系统控制室内，由原有dcs监控系统构成。各监控计算机对主要工艺设备的运行状态和生产过程的工艺参数进行数据采集及显示。上料输送系统的plc控制站通过串口通讯，与dcs系统的通讯服务器连接并由该服务器将plc控制站数据传入dcs的i/o服务器内，i/o服务器上运行的监控软件将该数据进行显示并下发控制命令。
　　现场控制级
　　即plc控制级，由lk大型plc构成，采用cpu双机热备的冗余结构，使整个系统运行稳定可靠。其功能是读取上料系统中散包机和各皮带机的运行参数并根据生产管理系统下发的指令来控制系统中各设备的运行。采集数据主要包括　　散包机各组成部分变频器的运行状态、反馈电流以及故障信号；皮带机的运行状态、反馈电流及各皮带机的在线检测开关信号。现场控制级接受生产管理级的调度，但并不依赖于生产管理级而运行，若监控计算机出现故障或并没有投入使用亦或通信网络出现故障，该控制站仍能正常工作，对整个工艺过程没有影响。
　　就地控制级
　　将设备切换到现场手动状态，以实现设备的就地手动控制。就地手动控制具有高的优先级，主要应用在设备调试、维护阶段。
秸秆发电厂上料控制系统采集原料分散系统中负责控制压料辊、导料辊、送料辊、一次侧散包辊和二次侧散包辊等设备的变频器状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号；实时读取并控制物料输送系统中各皮带机的工作状态，包括各皮带机组的a/b两条皮带的启停控制及防撕裂、打滑、堵料、跑偏、拉绳等在线检测开关。
4 工艺控制策略
　　a/b组传动系统分为两个环节，如图1所示，系统1是输送整料的，需要散包机分散，然后进入2#皮带机、3#皮带机，后进料仓；系统0是输送散料的，不需要散包机分散，经0#皮带机、2#皮带机、3#皮带机进入料仓。具体过程如下

　　4.1 系统0控制

　　系统0启动
　　3#皮带机是系统的末端，直接进料仓或锅炉。必须先起动，否则就会发生堵料现象，即优先级高，在皮带机3#启动60s正常运行后在启动2#皮带机。同理顺次启动皮带机0#。
　　系统0停止
　　系统停止控制与启动顺序正好相反，从进料端顺序停止。相应的皮带机要做延时停止，保证物料完全被传送出去。
　　4.2 系统1控制
　　系统1启动
　　3#皮带机是系统的末端，直接进料仓或锅炉。必须先起动，否则就会发生堵料现象，即优先级高，在皮带机3#启动60s正常运行后在启动2#皮带机。同理顺次启动皮带机0#、散包机。
　　系统1停止
　　系统停止控制与启动顺序正好相反，从进料端顺序停止。相应的皮带机要做延时停止，保证物料完全被传送出去。

　　故障处理
　　系统中的设备都提供了故障信号，根据故障信号停止相应的设备。一般在系统运行时，当某一个皮带机或散包机发生故障时，其相应的联锁设备也会停止，保障系统的安全。如图5所示

5 系统功能
　　协鑫热电厂上料输送系统通过将plc控制站接入原有dcs系统实现了对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。
　　工艺流程显示
　　显示工艺流程的同时将所有的设备状态、工艺参数以及各控制回路的详细参数等进行了有针对性的实时采集与显示。

　　设定值显示
　　包括所有必需参数的设定值、控制方式、调节参数以及其它联锁值、报警值等。
　　报警显示
　　包括实时报警、历史报警。系统可在线诊断各类故障，查找故障部位并报警。包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，根据不同的报警信息提供不同的报警画面，在故障确认后可实现报警解除。
　　报表显示和打印
　　采用了dde技术，从而使用户能够直接使用excel编制报表。借助excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表。可以是实时数据的报表，也可以是历史数据的报表。
　　历史数据的存储与检索
　　对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据。
　　控制
　　在监控计算机上可以进行远程手动控制，使用鼠标、键盘控制plc来启动和停止现场的设备。
　　操作记录
　　对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于管理及事故分析。
　　系统的安全管理
　　系统设置为多用户、多区域方式，各类用户均有自己的用户名和密码，对应着不同的安全级别，决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。多可以设置为8级用户、8级区域。
6 控制系统优点
　　本方案以plc监控计算机为核心，通过以太网通讯方式，将现场plc控制站与监控计算机连接起来，构成一个分布式控制系统。系统具有如下优点：
　　先进性
　　本方案设计中不仅采用了先进的软、硬件，而且着眼于企业“管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化电厂的先进思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个it架构的一部分。
　　本系统采用先进的计算机控制系统，主要用于热电厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备，和功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、编程软件和控制软件。
　　高可靠性
　　控制系统在严格的工业环境下长期、稳定地运行。系统组件的的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，适应较宽的温度变化范围。
　　cpu双机热备，任何一个故障均不影响系统的正常运行。
　　现场控制站plc对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响。
　　现场控制站的plc能够在恶劣的环境中长期可靠运行，平均无故障间隔时间（mtbf）15年。
　　强大的功能
　　plc的编程语言符合iec61131-3标准，易学、易懂、易用。
　　高速工业以太网作为系统的骨干网络，实现高速数据传输、高度数据共享。
　　组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善且易用。
7 结束语
　　投运以来，由lk大型plc控制的协鑫热电厂秸秆上料输送系统至今运行。实践证明，lk大型plc能较好地满足秸秆上料系统的控制要求，对整个上料系统及热电厂的安全、经济运行提供了有力保障。该设计方案整体成本较低、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高，在市场中具备强有力的竞争力，为热电厂行业增添了一套完善的解决方案。