西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0多仓发货

西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0多仓发货

一、 引言：
随着产品种类的丰富以及生产信息管理、物流管理的信息化的要求，众多产品生产厂家需要对每个产品加贴条形码标识。而如何正确识别这些不同产品，就成了能否胜利实现生产信息管理、物流信息管理的关健所在。利用HaiwellPLC及条形码阅读器组成的条码检测系统可方便的实现这些要求。现就对这一系统应用作一介绍。
二、 解决方案：
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如上图所示，系统主要有光电开关、条码阅读器、可编程控制器、触摸屏、剔除机构等组成。
工作原理：当光电开关检测到有产品到时，可编程控制器通知条码阅读器准备读取产品的条形码。当条码读取后，再有可编程控制器与预先设定的条码进行比较后控制剔除机构的执行（正确则不剔除，错误即剔除）。设定的条码及读取的条码均通过触摸屏设定显示。
系统优点：
1、 HaiwellPLC标准配置1个RS232口和1个RS485口，且任何一个通信口均可作为主站也可作为从站。任何一个通信口均可作为编程端口，也可作为与第3方设备通信的端口。在本应用中，用RS232口与条码阅读器通信，用RS485口与触摸屏通信。
2、 利用HaiwellPLC的自由通信协议通信指令COMM实现与条码阅读器的通信。所有HaiwellPLC的通信功能均可用一条指令实现，无需对特殊位、特殊寄存器编程，也无需管理多条通信指令的通信时序，同一个条件下可同时写多条通信指令。
主要硬件配置：
1、 可编程控制器：HW-S24ZS220R
2、 条码阅读器：TCD-8600（TOKEN）
3、 触摸屏：DOP-A57GSTD
三、 程序设计亮点：
1、 系统具有条码自学习功能：当要检测新的产品条码时，可把新的产品条码置于阅读器上进行条码读取，再按一学习确认键即完成的新条码的学习与存贮，接下来即用学习的条码与产品条码进行对比控制。当然条码设定也可通过触摸屏人工输入；
2、 可根据生产线的速度及产品摆放密度调整条码读取延时时间；

四、 总结：
利用HaiwellPLC强大、易用的通信功能，轻易实现产品条码的检测。可广泛应用于产品包装线、产品物流系统、产品分捡系统及生产流程管理系统的产品条码采集、控制。

 1、引言

   经济发展使得人们的生活水平逐渐的提高，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、石灰石供浆流量调节，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。为了提高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流量关系的数学模型，根据热力学原理，由进入吸收塔内的烟气流量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。

    ● 石灰石供浆流量调节

   石灰石供浆流量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流量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流量值，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流量算出钙的摩尔数，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流量变化的干扰，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，效果有了较大的提高。

    （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．  PLC5控制系统优势：

1.1 PLC5可编机性能稳定，内部功能强大，资源丰富，结构牢固，模块及端子接线板更换方便，防震性强，具有耐腐蚀性能，允许在较高温的工作环境温度下工作等特点，为环境恶劣的起重机电控系统提供了有力的支持，使起重机采用PLC进行改造成为可能，用户更易接受，为本次电控系统改造奠定了基础。

1.2 PLC的应用，使主起升电控设备复杂的继电器之间的连锁接线省去了，并且省去延时继电器及逻辑控制继电器，使系统大大简化。全部的逻辑、延时控制全由PLC内部实现监控，且延时jingque，程序稳定，大大增加了电控系统的可靠性，大大地减少了维修量，大大地降低了故障率。

1.3 PLC改造后的系统，不但全部保留了原线路的控制功能，而且充分利用PLC内部资源优势，增加了系统无载“故障自检”功能，一旦发生故障，再不用人工封线或强制接点来分析寻找故障点，便可简捷直观地处理故障，特别受到维护人员的欢迎。

1.4 充分利用PLC内部功能，编制了防误程序，如在“下降”再生制动瞬间时，直接将主令控制器打“上升”位置时也能确保平稳过渡，停车自如，杜绝了以往因上述操作而引起电动机转子反接击穿，甚至烧毁的事故。并且PLC可对过渡过程进行有效的监控，在规定的时限内没有完成升降速过渡，则停车保护。

1.5 配合PLC监控优势，对主回路整流接线也做了改进，消除了电动机的三次谐波，使其发热减少，同时开发了低速检测装置，取代了原比利时的双线圈低速检测继电器。

1.6 在大车运行机构电气系统的改造中，利用PLC编程优越条件，采用4级加速接触器的调压线路，能够实现自动加减速的6级特性，保证了4台27.8KW积复激电动机在主令控制器由正向直接打反向运行时速度的平稳和自动过渡，这在原继电器控制的系统中，根本是不可能的。

2. PLC系统改造的结论。

2.1 PLC5控制系统经8个月的工业运行，性能良好，可靠耐用，在做好定期检测的情况下，基本实现系统免维护，得到二炼钢使用和维护人员的好评。

2.2 PLC5系统投产后，主起升电动机再没有发生故障，按以往每年烧坏9台280KW电机计算，直接经济效益可达135万元人民币。再加上因电动机故障少炼钢所造成的经济损失。采用PLC控制经济效益是非常显著的。

建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
   控制器能设置为两种传输模式:ASCII和RTU，在同样的波特率下，RTU可比ASCII方式传送更多的数据，所以采用KTU模式。
(1)典型的RTU消息帧
典型的RTU消息帧如表1所示。

   RTU消息帧的地址域包含8bit。可能的从设备地址是0...127(十进制)。其中地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。
   RTU消息帧中的功能代码域包含了8bits，当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为;当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生(称作异议回应，一般是将功能码的高位由0改为1)。
从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息:从设备必须用于进行执行由功能代码所定义的行为。这包括了像不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实际数据字节数。如果没有错误发生，从从设备返回的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此域包含一异议代码，主设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。
   当选用RTU模式作字符帧时，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测(CRC)方法得出的。CRC域附加在消息的后，添加时先是低字节然后是高字节。
(2) 所有的Modbus功能码
Modbus的功能码定义如表2所示。

3  常用功能通讯程序的设计[5]
   本文介绍了几个Modbus常用功能程序的设计。笔者采用单片机作为主机，在单片机上编写程序实现单片机与PLC之间的通讯。由单片机向PLC发出命令信息，PLC自动作出回应。PLC通过单片机的串行通讯口通讯，程序用C51实现。程序的子函数及其功能:
(1) 串口初始化
void ProtocolInit(void)
函数功能:串口设置为异步通讯方式1(起始位1位，数据位8位，停止位1位);定时/计数器1设置为波特率发生器，通讯速率9600bps;开串行中断，并把串行中断设置为高优先级。
(2) CRC简单函数
unsigned char Crc16(unsigned char *puchMsg, unsigned charusDataLen)
函数功能:先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。每个8位字符都单独和寄存器内容相或(OR)，结果向低有效位方向移动，高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在后一位(第8位)完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。
(3) 初始化变量
void Initvar(void)
函数功能:初始化所有过程变量。
(4) 串行中断服务程序
void ProtocolSerialProcess(void) interrupt 4 using2   
函数功能:发送中断发送主机形成的命令数组，发送完后置标志位;接收中断接收PLC返回的响应数组，存入接收数组，并置标志位，且假设响应正确，留待主机处理。
(5) 读N个位变量(线圈)
void ProtocolRead_bit(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsignedchar RegType/*寄存器类型*/, unsigned int BitAddr/*起始地址*/, unsigned charSubAddr/*子地址*/, unsigned int BitNum/*位数*/)
函数功能:根据函数参数，形成读N个位变量的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，保存读取的数据;错误，重新发送。
(6) 写一个位变量
void ProtocolSetBit(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsignedchar RegType/*寄存器类型*/, unsigned int BitAddr/*地址*/, unsigned charSubAddr/*子地址*/, unsigned int ClrSet/*写值“1”或“0”*/)
函数功能:根据函数参数，形成置某位变量为“1”或“0”的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，返回;错误，重新发送。    
(7) 读N个字节变量
void ProtocolReadByte(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsignedchar RegType/*寄存器类型*/, unsigned int RegAddr/*起始地址*/, unsigned charSubAddr/*子地址*/, unsigned int RegNum/*个数*/)
函数功能:根据函数参数，形成读N个字节变量的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，保存读取的数据;错误，重新发送。
(8) 写N个字节变量
void ProtocolSetByte(unsigned char DeviceAddr/* PLC局号*/, unsignedchar RegType/*寄存器类型*/, unsigned int RegAddr/*起始地址*/, unsigned charSubAddr/*子地址*/, unsigned int RegNum/*个数*/)
函数功能:根据函数参数，形成写N个字变量的命令数组(要写的数从某参数数组中读取)，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，返回;错误，重新发送。

4  结束语
   以上的程序已经通过实验，并应用于实际的人机系统中。依照类似的方法，可以编写其他不同功能的程序，实现对PLC的不同控制和操作。利用单片机和PLC进行优势互补，可以组成网络化、智能化的工业控制系统。另外整个单片机系统程序用C51语言编程，程序简洁，便于阅读与调试。单片机和人机界面结合可以实时的显示PLC的工作状况，实时的控制、设置、调整PLC工作情况，提高工业控制的自动化程度和实时性。