西门子6ES7322-1HF01-0AA0使用手册

一、引言

　　城市建设的迅速发展对供水质量的要求也越来越高。供水系统实现运行、控制和管理综合自动化已势在必行。近年来由于我市地表水源日趋紧张，且受到不同程度的污染，严重影响城市的经济发展和市民的生活。于是我设计新建一座利用河水的侧渗补给开发地下水源的洗煤厂。

　　在水源地内，多眼井星罗棋布在水库上。为了确保供水生产的安全、可靠、连续。针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，我们采用基于西门子PLC的恒压力供水系统。

　　二、编程控制器概述

　　PLC即可编程控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。国际电工委员会(IEC)对PLC曾作了如下定义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体。易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出TPLC的特点和应用领域。其主要有以下特点：

　　1.可靠性高。为了满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。

　　2.环境适应性强。PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很好的抗宅间电磁干扰的能力，它一般对环境温度要求也不高。在环境温度-20至65度、相对湿度为35%至85%情况下仍可正常工作。

　　3.灵活通用。在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品L三经系列化，结构形式多种多样，在机型上又很大的选择余地。其次同一机型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置。

　　4.使用方便、维护简单。PLC控制的输入输出模块。特殊功能模块都具有即插即卸功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大;对于模拟信号，输入输出均采用传感器仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。整个连接过程仅需要一把螺钉旋具即可完成。

　　三、变频恒压供水系统控翻方案的设计与选择

　　变频恒压供水系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元馒变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与J：频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，有以下方案可供选择：

　　1.有供水专用的变频器+水泵机组+压力传感器。这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构.降低了设备成本，但对压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数的系统优化比较困难。调节范围小，系统的稳态，动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。

　　2.通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器。这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰。变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用F某一特定领域的小容量的变频恒压供水。

　　3.通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+组态软件十压力传感器。这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，町以方便地与其他的系统进行数据交换：通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和UO的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过Pc机来改变存储器中的控制程序，所以现场调试方便。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出“变频器主电路++PLC(包括变频控制、调节器控制)十组态软件十压力传感器”的控制方式更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。

　　四、变颏恒压供水控制器性能特点

1.高效节能。优化的节能控制软件，使水泵实现大限度地节能运行。由电机学公式可知。系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时。水泵出水量与电机转速成上E比。本设备采用恒压量：r作方式。当用水量减小时，系统保持管嗍恒压，通过降低水泵转速来减少供水量，耗电量按立方特性降低。根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。

　　2.设备投资省、占地面积小。本系统与其它供水方式比较，由于主要设备只是控制柜及水泵，省去了大量的设备占地面积，从而大幅度节省了上建投资，而且就设备本身而言，供水量越大，采用变频恒压供水设备的价格优势就越显著。

　　3.设备运行合理、可靠性高、配置灵活。采用闭环调节控制技术，达到了恒压供水，避免了由于超压供水造成的电能浪费。变频器采用软起动工作方式，消除了直接起动对电网的冲击和干扰，彻底避免了水泵启动时大电流和水压突增的情况，减少对供电电网的冲击，降低了电机及电气元件的故障率。

　　4.联网功能。采用全中文工控组态软件一Kingview，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

　　5.减少污染。由于变频恒压调速宜接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防I卜了很多传染疾病的传染源头。

　　五、恒压供水设备的应用场合

　　1.居民区、住宅楼、村镇的集中生活供水系统;

　　2.高层建筑、宾馆、饭店等生活供水系统;

　　3.综合市场、写字楼、商务楼宇的生活供水系统：

　　4.自来水厂、供水加压泵站;

　　5.工矿企业的生产、生活供水、恒压流量供水工艺流程等。

　　基于PLC的监控系统具有优越的性能，并且现在技术成熟，其应用前景广阔。

1 引言

　　现代化工企业为了确保安全生产设计有基于plc技术的esd安全联锁停车系统。当工艺过程中发生超温、超压、超液位等危险情况下，plc系统准确停车，确保化工生产过程不发生着火、爆炸等重大事故。

　　但是如果plc联锁系统自身故障干扰等原因，可造成系统非正常停车，会给企业带来有时是重大的损失。作者从事plc联锁系统设计维护技术改造几十年的经验，对以下几种问题提出自己的看法与观点，供同行参考。

　　2 故障原因分析及对策

　　2.1 硬故障造成停车

　　(1)接线松动造成停车。大部分plc系统外部接线方式为正常带电吸合，断电停车，显然，接线螺丝松动，就可以造成停车故障。这种停车故障占企业停车的大多数，平时注意维护，有检修机会注意检查线路，紧固接线螺丝，则可以避免。

　　(2)继电器、按钮触头松动造成停车。继电器、按钮等接触触点是靠弹簧压力来保持紧密接触。当使用时间长或产品质量差时，弹簧过早出现疲劳而松动，造成停车故障发生。

　　应对措施是：

　　定期更换继电器、按钮等元器件;(有一机组继电器联锁系统曾多次出现莫名其妙的停车，后来发现继电器触头接触不良，更换继电器故障消除)。

　　双触点并联接线(对于断开停车)。

　　(3)一次检测元件的损坏造成停车。一次测量元件如：变送器、传感器、压力开关、温度开关、流量开关等突然损坏，即可造成停车故障，应对措施：

　　三选二方式：选用三个元件测量。三选二方式停车如压力开关等可采用此办法。

　　二选二方式：选用二个测量元件测量。同时动作时停车，如双支热偶、热阻等。

　　二选一智能切换方式：选用二个测量元件测量，如双支热偶、热阻等。一主一备，当检测主测量元件开路时，自动切换到备用测量元件工作。

　　定期更换：选用质量高、可靠性高的一次测量元件定期更换，更换下来的测量元件可降级使用。

　　(4)plc本身硬件故障造成停车。由plc本身由于卡件损坏而引发停车，可采用：

　　cpu卡、i/o卡、通信卡双冗余方式;

　　三个plc运行在三选二方式;

　　三选二plc(如esd)。

　　2.2 通讯故障造成的停车

　　plc与dcs本身故障率很低，但plc与plc或plc与dcs间通讯故障发生率偏高。dcs内停车联锁信号通过通讯口传到plc进行停车时，由于通讯中断则发生停车大事故。应对措施：

　　(1)系统设计时尽量少用通讯口传递联锁信号，可采用单plc控制系统或单dcs系统或dcs系统自带esd子站系统。

　　(2)通过plc硬卡件i/o与dcs硬卡件i/o连线对接方式传递联锁信号。

　　(3)模拟信号可用隔离分配器一分为二，一路进dcs显示报警，一路进plc联锁停车。

　　2.3 干扰故障造成的停车

　　(1)雷电造成的干扰。

　　装在塔顶或高处的变送器、调节阀限位开关容易受到强雷电的干扰，采取的对策是选用封闭式电缆金属桥架，桥架之间焊接螺丝并用接地线连接，还要将接地线穿过穿线管与变送器保护箱焊接螺丝联接。保护箱采用金属保护箱。

　　(2)静电造成的干扰。

　　i/o端子来自现场的电缆会积累静电，有时静电会很高，使plc输入卡误导通而引发停车。应对措施：plc i/o端子并接电容以释放静电积累。

　　进入plc控制室内不穿防静电服，穿化纤外衣，内穿毛衣,在脱衣时会产生很高的静电，对机柜放电，易造成plc死机故障，造成系统停车。要特别注意这种情况，机房重地，闲人免进，并有规章可循。

　　(3)220v交流电压对plc 24v i/o回路干扰造成停车。

　　plc 24v i/o回路(开关量)大部分来自现场开关信号，24v线路与220vac线路出现并行走线或同穿一根电缆穿线管时，220vac大电压对24v产生了干扰。可出现plc开关量卡输入指示灯低频烁动或瞬间导通一下等故障现象而造成停车。应对措施：

　　电缆桥架设计时，好把4-20ma模拟量信号线、plc 24v i/o开关量信号线、220vac电源线或信号线分槽敷设。

　　plc i/o端子上并接50-100μf电容，以释放大的交流电信号。

　　plc采用220vac输入卡件，以提高导通门坎电压，增强抗干扰能力。

　　plc i/o开关量回路供电电源采用隔离加净化电源。

　　进plc i/o开关量输入卡前加继电器隔离，继电器的抗干扰能力比plc卡强，可以有效阻断干扰信号造成的误动作停车。

　　常开触点变成常闭触点。正常生产中如果现场触点是常开的，闭合停车。这种触点易受到干扰(因为正常为电压型)。可以采用取其常闭触点，正常生产过程中闭合，断开停产，则抗干扰能力增强(因为正常为电流型)。

(4)软件抗干扰措施。

　　软开关频蔽法：例如，一设备总停车信号a常出现干扰误动作而停车，而引起该设备停车的8路信号却没有动作。经分析，如果8路信号任一路出现动作后应该出现a信号停车。而8路信号都没有动作时，则不应该出现a信号停车，出现a信号则为干扰信号。显然再增加一个用8路信号的常开触点(正常闭合)串联与a信号常开触点(正常闭合)并联，则可有效地频蔽了干扰信号。这里要注意的是，出现a信号停车只有且唯一是由8路信号引起的，没有其他因素。否则，不能用此方法。

　　加软延时器法：此方法为常用方法。加延时频蔽掉频率较快的干扰，但延时时间要考虑工艺与设备能够承受的小时间，否则会发生意外。

　　二位阀软件抗干扰法：二位阀限位开关经常出现误动作信号而实际阀未动作，可采用二限位开关信号互为互锁条件，可有效避免了干扰信号。要注意阀卡在中间位置对化工系统会产生什么影响，以确认能否采用此法。

　　(5)变频器电磁辐射干扰造成停车。

　　有些情况下plc的输出4-20ma到变频器输入端、变频器输出4-20ma到plc的输入端进行连接。由于变频器产生高次谐波，所以在plc的输入端和输出端都出现了较大的干扰，使plc系统无法正常运行。应对措施：

　　输入端和输出端都加隔离卡，可以有效地阻断干扰信号。

　　plc输入卡和输出卡各通道间都必须是相互隔离的。

　　4-20ma模拟量信号电缆要单独走屏蔽电缆桥架或钢管穿线管。

　　3 结束语

　　plc系统抗干扰排除误动作，一直是化工自动化行业一大难题。对于故障的排除，要不断地积累经验，细心观察才能找出问题所在，特别是干扰问题，现象无重复，偶然性太大，千变万化，是棘手的。只有通过实践经验的积累，才能从千变万化中找出规律，得出正确的结论，加以解决。

　　当然，千万要记住，矫枉不可过正，一味地采取加大抗干扰的力度，可能造成不停车(正常工艺停车时)故障，例如二选二(要慎用)，可能造成不能停车的大事故，毕竟我们的联锁系统主要的任务是停车，这样大限度地保证安全，安全才是位的。