唐山西门子PLC模块代理商

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1 引言
在浮法玻璃生产过程中，玻璃带经退火窑退火后送达冷端，经切裁工段切成一定规格成品玻璃，通过冷端机组输送到取板装箱工段。由于玻璃生产要求不间断的特殊性，在生产过程中，一旦在冷端发生玻璃叠板、堆积、碰撞、划痕等情况，将对成品玻璃板造成极大损伤，给生产厂家带来巨大的经济损失。这就要求冷端机组每一部分的输送辊道以高精度的合理速度输送玻璃。既要满足生产的连续性，还要有利于人工或设备的取板、装箱，并和生产线其它部分相配合以满足大的生产量。因此，冷端机组在玻璃生产线中具有非常重要的作用。

2 冷端控制系统的主要内容和控制要求
本文以明达玻璃(成都)有限公司浮法二线为例，说明冷端控制系统的功能和要求:
根据工艺要求，冷端系统主要由加速系统、掰边系统、主线输送系统、堆垛系统、转向系统和支线输送系统等6部分组成。整个系统以速度控制为核心内容。
(1) 加速系统
加速系统的作用是以冷端速度(一般为退火窑速度的3~4倍)快速地把已经切割成一定规格的玻璃板拉开一定距离，便于后续工段的输送和取板装箱。系统分为大片、中片、小片3个加速区，每一区的输送辊道分别由1台伺服电机驱动，速度信号由PLC模拟量输出模块送给伺服驱动器。每一区的速度变化分别由现场光电开关作为输入信号控制。
(2) 掰边系统
此系统除输送玻璃板外，还有板宽调整和跑偏跟踪的功能。其输送辊道由1台变频电机驱动，速度信号由PLC模拟量输出模块送给变频器。由现场按钮作为开关量输入点，通过程序控制中间继电器来实现玻璃板宽调整和跑偏跟踪功能。
(3) 主线输送系统
此系统用于输送玻璃板。由9个传动站组成，每个传动站分别由1台变频电机驱动。速度信号由PLC模拟量输出模块送给变频器。
(4) 堆垛系统
分为大片、中片2个区域，每一区辊道分别由1台伺服电机驱动，由PLC模拟量输出模块给出速度信号，通过伺服驱动器控制伺服电机把玻璃板停在合适的位置，便于堆垛机的取板、装箱。
(5) 转向系统
此系统用来选择将玻璃板送往主线或者支线。其辊道速度由1台变频电机控制，速度信号由PLC模拟量输出模块送给变频器。其抬起、落下动作由现场光电开关作为输入信号，经PLC程序控制输出继电器进而控制气缸来实现。
(6) 支线输送系统
此系统在主线出现故障或主线输送量不能满足生产要求时使用。其前段输送辊道由1台变频电机驱动，后段输送辊道由1台伺服电机驱动。速度信号均由PLC模拟量输出模块给出。
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3 PLC系统选型及硬件配置
SIEMENS S7-300是模块化的中小型PLC系统，其大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，简单实用的模块化和分散式结构使得其应用十分灵活，当控制任务增加时，可自由扩展。高电磁兼容性和强抗振动、抗冲击性使得其具有很高的工业环境适应性。易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种中小规模控制任务的方便又经济的解决方案。
鉴于以上原因，经过认真分析比较，决定选用SIEMENS S7-300 PLC系统作为冷端控制系统的核心部件。
(1) 根据生产工艺要求和所控设备的数量，本系统需要配置点数为:
a) 单通道高速计数 1路
b) 直流输入 39点
c) 直流输出 18点
d) 模拟量输出 10路
(2) 考虑系统的完整性、可操作性及点数冗余量，本套PLC系统硬件配置如图1所示。具体配置如下:
a) 单通道高速计数器模块FM350-1 1块
b) 中央处理单元CPU314 1块
c) 电源模块PS307 5A 1块
d) 通讯接口模块 IM360 1块

IM361 1块

e) 16点直流输入模块 SM321 3块
f) 8点直流输出模块 SM322 3块
g) 4路模拟量输出模块 SM332 3块
h) 操作员面板 OP17 1块4 控制系统软件编制
4.1 设计思路
本程序采用SIEMENS STEP 7作为编程软件。根据冷端的生产工艺流程特点，采用模块化编程的程序设计方法。程序框架如图2所示。设计过程如下:|

(1) 首先将项目划为若干子任务。每一个子任务在程序中对应为一个功能(FC)。功能含有一些设备和任务的逻辑指令，相当于一个子程序。由组织块(OB1)中的指令控制这些功能的执行。
(2) 规范并设定各输入/输出量，确定其类型和地址。本程序采用符号地址编程，即在程序中以符号名识别专门的地址。方便程序的编写和调试，增加程序的可读性。在程序中所有的块都可以对符号地址操作。地址表如附表所示。
(3) 建立可读/写的全局数据块(DB)，用于保存功能的数据或信息。其中，DB1用于保存高速计数过程中的数据，DB2用于保存其他功能中的数据。程序中每个FC或OB都可以读/写一个共享数据块DB。

(4) 为所控各主体设备的运行状态分配中间变量。
(5) 根据冷端电气系统的主要内容，确定各输出信号与输入信号的逻辑关系，并转化成梯形图实现。
(6) 编制、调试、连接所要求控制任务的各部分功能FC。
(7) 规划从组织块OB1中调用各部分功能FC的程序执行过程。
(8) 使用Protool软件组态操作员面板 OP17,做到人机界面友好，操作方便。组件包括:
l 设置PLC和连接类型，如:波特率等
l 对OP17的常规设置，诸如:功能键赋值、口令管理等
l 对象设置，诸如:变量、画面和信息文本等。本项目中，主要包括工艺参数设定、工艺参数显示、过程参数监控、程序实时诊断、故障报警信息等。
l 设置PLC与OP17 用来互相通讯的驱动程序和驱动参数。PLC与OP17之间通过MPI协议通讯。
(9) 现场安装接线各外部输入/输出点，整定、调试程序，试运行、运行。
4.2 注意事项
(1) 在硬件配置中设置CPU参数，主要包括启动特点、性能、循环中断、诊断/时钟、保护等。
(2) 通过硬件组态工具设置模拟量模块的参数。本配置中将输出至变频器的信号通道类型设为4~20MA，将输出至伺服驱动器的信号通道类型设为0~10V。
(3) 在硬件配置中设定CPU和OP17的MPI地址，确认两者具有不同的MPI地址，本配置中设定OP17的MPI地址为1，CPU的MPI地址为2。
(4) 在硬件配置中设定高速计数器模块的计数方式和所连接旋转编码器的信号方式等。
(5) 在用户程序使用之前，符号必须在符号表下建立。并且用户程序的符号必须唯一。也就是说，一个符号或地址在符号表中只能出现一次。
(6) 除OB1外，操作系统还可以调用其他的组织块以响应某些事件。在本程序中，通过循环中断程序OB35设定每隔2秒采样计算一次退火窑辊道实时速度。OB35根据程序设定的时间间隔反复执行，时间间隔在CPU模块参数中设定。
(7) 确定各部分状态的先后次序及联锁关系，使各动作间严格确保相互约束和定时关系，以提高程序的可靠性。
(8) 灵活运用各逻辑指令，完成各部分功能的同时力求程序简洁。

5 结束语
浮法玻璃生产线冷端控制系统构成复杂，逻辑繁琐，数据采集量大，控制站多，系统可靠性要求较高。既要实现对各传动站高精度的速度控制，又要完成对现场光电开关、按钮等各种数字量、开关量的检测以及对转向装置升降动作的jingque控制。通过采用SIEMENS SIMATIC S7-300可编程序控制器，实现了冷端系统全过程的自动控制。系统性能优良，操作方便可靠，确保满足工艺要求的同时又充分考虑人为干涉自动控制的能力，缩小故障的影响面。本系统自2001年8月正式投入运行以来运行状态良好。本系统的应用成功为浮法玻璃生产线冷端系统提供了一个很好的自动控制范例。

1 引言
城市生活垃圾、工业垃圾、医院卫生废弃物、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。这种垃圾焚烧日处理废物能力为1～350t，余热锅炉的热容量小，发电机组小，一般为20兆瓦以内。因此，垃圾焚烧发电厂的控制系统比大型电厂简单得多。一般来说，大型电厂的主机控制系统是无法采用PLC来控制的，只有一些辅机系统才能够使用PLC。但是，随着现场总线技术及微处理器性能的突飞猛进，PLC集散控制系统已经成功应用在中型及较复杂的控制领域中，例如，垃圾焚烧发电厂就可以使用PLC控制系统，这样可以大大降低控制系统的成本。
本文将介绍广东省南海市垃圾焚烧发电厂PLC控制系统，此控制系统由珠海市广东亚仿科技股份有限公司成功开发，并一次成功投入生产运行。

2 控制系统总体方案介绍
该集散控制系统采用Siemens S7-400系列PLC，Siemens公司的S7-400系列PLC是90年代推出的S7系列中的大型机型，具有完善的功能和强大的通讯能力，特别是总线之一的Profibus，得到很多厂家的支持，非常有利于分布式控制系统的使用，Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps。S7-417H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰动自动切换，可用在安全性能要求极高的控制系统中。但是S7-417H双机热备系统造价相对昂贵，为了减少硬件投资，可以选用软件双冗余(用416CPU进行双机热备)，采用分布式I/O的Profibus-DP现场控制总线，上位机与PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进行通讯, 上位机采用Intouch7.1组态软件进行系统组态。该厂的垃圾焚烧工艺引进美国Basic公司的专利技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到国际环保要求, 一期日焚烧处理垃圾200t。该工艺技术在我国具有实际推广的应用价值。
(1) 工作原理
垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量由余热锅炉回收。余热锅炉产生的高温高压水蒸汽推动汽机发电，燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入第二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达1000℃，烟气在此停留时间不少于2s, 使有毒的烟气迅速分解，后经烟气处理设备及除尘设备(电除尘、布袋除尘)处理合格后排入大气。
(2) 环保发电厂主要设备
·焚化炉锅炉2台，每台主要的技术参数如下:
垃圾处理量: 8.33t/h
产生蒸汽量: 22.5t/h
过热蒸汽压力: 4.0MPa
过热蒸汽温度: 400℃
炉膛温度: 980℃
给水温度: 145℃
·汽轮机发电机组一套，主要的技术参数如下:
主蒸汽压力: 3.9MPa
主蒸汽温度: 390℃
·发电机主要的技术参数如下:
功率: 12000kW
出线电压: 10.5kV
频率: 50Hz
额定转速: 3000r/min
功率因数: 0.8
励磁方式: 无刷励磁系统
·烟气处理系统两套
·配套电气供配电系统
该PLC集散控制系统I/O点数有3000余点，其中模拟量300余个。全厂的PLC集散控制系统图如附图所示。

3 上位机监控系统配置
系统共设4台操作员站，1台工程师站。其中2台操作员站用于炉侧设备的监控，包括焚烧炉、锅炉两套系统，烟气脱硫系统，除灰系统;另2台操作员站用于机侧设备的监控，包括汽机系统、制给水系统、废水处理系统、电气及其它部分。炉侧的两台操作员站和机侧的2台操作员站均为双机热备。炉侧和机侧的操作员站之间功能独立，不能互换操作。工程师工作站，进行系统软件开发组态和警报顺序事件记录，工程师站将能够作为任一操作员站完成相关控制监测功能。工程师站、操作员站及PLC之间采用OSM/ESM环形100兆工业以太网光网进行互连通讯。操作系统采用中文bbbbbbs NT 窗口操作系统。

附图 全厂PLC集散控制系统图

上位机采用Intouch7.1组态软件进行系统组态。人机界面主要设计有以下内容:
(1) 系统工艺流程显示
依据设计院提供的系统工艺流程图，按照功能组区域划分;
(2) 顺控系统操作指导显示
有顺控步序显示，即顺控程序步骤的状态显示，以及操作提示等;
(3) 调节系统、调节画面
回路手操站，调节参数与参数趋势的集中显示;
(4) 重要参数趋势显示
有实时趋势与历史趋势两种显示;
(5) 汽轮机状态等参数的棒图显示;
(6) 全局报警显示
系统按照功能区分为若干个报警组，各个报警组的报警窗口分布于相应功能显示窗口的上方，全局报警显示提供集中查看系统所有报警的能力，或按优先级、报警组过滤查看，并具有全局报警确认;
(7) 报表管理
提供日报、月报打印功能，打印方式有:定时打印、事件驱动打印、运行人员召唤打印，提供历史报表数据查看功能;
(8) PLC系统状态显示
提供系统硬件网络的查错、维护功能;
(9) 多级地图式菜单显示;
(10) 系统安全级别定义
为了保证系统的安全操作，设计有三级权限:工程师级、操作员级、操作员级，操作员级用户可进行系统正常操作，操作员级用户除具有操作员级的功能外，还具有修改调节参数、修改时间、查看历史报表、召唤打印等功能，程师级拥有高权限，具有操作员级所有功能，还可进入开发环境进行组态修改。

4 PLC控制系统配置
整个系统分1#、2#PLC主站。1#PLC主站分别控制1#及2#锅炉焚烧炉;2#PLC主站分别控制汽机系统、制给水系统、废水处理系统、电气及其它部分。每个PLC主站分别由2个CPU416-2DP(订货号:6ES74162XL010AB0)组成双机热备，通过实时冗余软件实现控制系统无扰动换，确保系统安全稳定运行，2个CPU通过MPI接口进行相互监视和数据备份，每个CPU分别通过CP443-1工业以太网通信模块与上位机进行通信。Siemens的416CPU组成双机热备，只能通过软件来实现，因此称之为软冗余，原则上CPU315以上的CPU都可以组成软冗余。用户必需自己编写冗余管理程序，把需要冗余的数据放在特定的DB里，在每个扫描周期里主CPU就把这些特定DB里的数据影像到从CPU中。软冗余与硬冗余具有开发人员可以自定义冗余数据库的优点，这样可以大大缩短在每个扫描周期中冗余数据的影像时间。
控制信号的输入/输出由相关ET200M 分布式I/O模块完成，采用“就近原则”，以大程度减少现场的硬布线。每个ET200M分别有两块IM153-2通信模块，分别挂在DP总线上，组成冗余的DP总线。ET200M采用是Siemens 300系列分布式I/O模块，价格低廉。每个ET200M可扩展8个I/O模块，容量可高达128字输入/128字输出，大传输速率为12Mbps。
本控制系统由西门子400系列的CPU416-2组成双机热备，进行数据冗余，300系列分布式I/O组成双冗余的DP总线，是性价比极高的集散控制系统，在今后的各种环保电厂主机控制及大型发电机组的辅机控制领域中具有极大的推广价值。
CPU416具有非凡的性能，它二进制指令的执行时间为0.08μs(CPU417H为0.12μs)，大的数字量IO或模拟量IO高达65536或4096点。本集散控制系统有8000余条逻辑控制语句，30个PID控制回路，其中:带微分前馈控制的回路2个，条件切换输出的回路10个，三冲量调节回路2个，单冲量调节回路26个。系统实时性可靠性要求较高。
本集散控制系统中，PLC完成全厂逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其中, 逻辑顺序控制分以下几个部分:
(1) 1-2-3级吹扫
其目的是为了确保1-2-3级燃烧室风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作之一;
(2) 风机启动;
(3) 焚化炉—锅炉吹扫
其目的是为了确保焚化炉—锅炉整个风烟系统相关设备正常且信道畅通，是炉膛保护要求的重要操作之一;
(4) 第二级预热
其目的是为了提高第二级温度使其达到设定值，是级预热及燃烧室燃烧器投入的前提条件;
(5) 级预热
目的是为了提温度使其达到设定值;
(6) 顺序停运;
(7) 燃烧器顺序点火/停运;
(8) 给料系统自动循环;
(9) 除渣系统自动循环;
(10) 渣坑水位联锁控制;
(11) 吹灰系统顺序控制;
(12) 锅炉保护;
(13) 主燃料跳闸;
(14) 料油跳闸;
(15) 正常发电模式;
(16) 孤立运行模式;
(17) 汽轮机故障模式;
(18) 化学水处理控制;
(19) 污水处理控制。

5 主要PID控制回路
(1) 炉膛压力调节系统
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，炉膛应保持一定的负压值(PT101)，故需对引风机(PV101)进行PI 调节。为防止引风机变频器运行过大或过小，造成锅炉熄火，调节系统中引入高、低限幅模块。
(2) 干燥炉排温度调节系统
此系统为单冲量调节回路。按系统工艺，进入焚烧炉一燃室1#炉排的垃圾含有一定水分，直接影响炉膛温度，增加1#-2#燃烧器的负担。因此，从三燃室引入混合烟气进行干燥。由于三燃室混合烟气的温度较高，故通过调节干燥风机(TV108)使干燥炉排温度(TE108)维持在设定的工作范围。
(3) 再循环烟气温度调节系统
此系统为单冲量调节回路。通过调节再循环风机(TV109)使四燃室烟气温度(TE109)维持在设定的工作范围。
(4) 一燃区炉膛温度调节系统
此系统为条件切换多输出调节回路。按系统工艺，焚烧炉一燃室分为起炉运行和正常运行两个阶段。在起炉运行阶段，炉膛温度(TE101)主要由1#-6#燃烧器的燃油量来控制，通过调节1#-6#燃烧器回油调节阀(HV107、HV111、HV117、HV121、HV127、HV131)来维持系统对炉膛温度(TE101)的要求。在正常运行阶段，炉膛温度主要靠1#-4#炉排上垃圾的燃烧来维持，通过调节1#-4#炉排的排风调节阀(HV104、HV114、HV124、HV134)(送风机转速一定，排风调节阀可调节送风量)来控制1#-4#炉排上垃圾的燃烧，从而达到系统对炉膛温度(TE101)的要求。此调节过程将直接影响炉膛负压，为防止炉膛负压的减少对系统的影响，当炉膛负压突破一定值时(如小于1kpa)，对排风调节阀限幅。
(5) 锅炉汽包水位调节系统
此系统为三冲量调节回路。通过采用给水流量(FT101)、蒸汽流量(FT103)和汽包水位(LT102)主信号一起对给水调节阀(LV102)进行PI调节，使汽包水位保持在设定范围内，以适应锅炉的蒸发量。
(6) 过热蒸汽温度调节系统
系统将减温器后蒸汽温度(TE116)作为前馈信号引入调节，与过热蒸汽温度(TE119)主信号一起对减温水调节阀(TV119)进行PI调节。
(7) 汽机前压调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。正常发电时，利用汽轮机与旁路系统平衡配置，通过汽轮机同步控制器调速汽门来调节主汽门前压力(PT302)，使其稳定在工作压力上下。当发电机甩负荷时，控制旁路蒸汽调节阀(PV302)，退出自动状态。
(8) 减温减压器温度调节系统
减温减压器共有两项调节任务:调节喷水量维持减压后蒸汽温度在工作范围内;调节减压阀的开度维持减压后蒸汽压力在工作范围内。
本调节系统通过减温水调节阀(TV327)来调节减温减压器后温度(TE327)，使其稳定在工作温度上下。
(9) 减温减压器压力调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。在低负荷状态时，本调节系统通过调节蒸汽旁路调节阀(HV302)来维持减温减压器后压力(PT325)，使其稳定在设定工作范围内。当处于甩负荷状态时，调节系统来调节蒸汽调节阀(PV325)。
(10) 低压分汽缸压力调节系统
此系统为双调节器条件切换单输出回路。低压分汽缸的蒸汽在正常发电模式下来自汽轮机的抽汽;当发电机处于甩负荷状态或汽轮机故障状态时，则来自于主蒸汽经减温减压器后的一部分蒸汽(而另一部分蒸汽则进入高压冷凝器)。本调节系统根据系统要求，通过调节蒸汽调节阀来安全合理的分配这两部分蒸汽。
当高压蒸汽冷凝器的压力(PT327)小于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀(PV326)来维持低压分汽缸压力(PT326)，使其稳定在设定工作范围内。当高压蒸汽冷凝器的压力(PT327)大于0.2Mpa时，调节系统通过调节蒸汽调节阀(PV326)来维持高压蒸汽冷凝器的压力(PT327)，使其稳定在设定工作范围内。
(11) 除氧器液位调节系统
此系统为条件切换输出调节回路。正常发电模式时，大量的凝结水由凝汽器通过低加直接送回到除氧器，不通过疏水箱，除氧器的补给水通过调节进水调节阀(LV304_1)，实现除氧器液位(LT404)的恒定。当汽轮机故障状态时，大量的凝结水从高压冷凝器聚到疏水箱，除氧器的补给水则通过疏水箱输送，除氧器液位(LT404)通过调节进水调节阀(LV304_2)，实现液位的恒定。

6 结束语
该PLC集散控制系统经两年多的运行证明，各项技术指标均达到国际先进水平，主要表现如下:
(1) 燃烧效率高
垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽率高;
(2) 回热效率高
余热锅炉分布在主炉膛和烟道中，可充分吸收垃圾燃烧热量，正常燃烧热效率80%以上，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上;
(3) 处理垃圾范围广泛
能够处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾废弃物、废弃橡胶轮胎等;
(4) 运行维护费用低
炉排采用了整块设计维护量小，自动控制水平高，运行人员少;
(5) 可靠性高
经过近2年运行表明，此焚烧炉故障率非常低，年运行8000小时以上，利用率可达95%以上;
(6) 排放物控制水平高
由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备，使烟气得到了充分的处理。经长期测试，烟气排放物中CO含量1～10PPM，HC含量2～3PPM，NOx含量35PPM，完全符合欧美排放标准。烟气在二、三级燃烧室燃烧时温度达1000℃，并且停留时间达2s以上, 可使二恶英基本分解，烟气中二恶英的含量为0.04ng/m3, 远低于欧美标准0.5ng/m3。