忻州西门子PLC总代理商

  1 引言 
       生产微细滑石粉、超微细碳酸钙粉的某一化工厂，其粉体生产线中的矿粉的分离、运输、收集、整理、打包出货等是通过多台电机、各种电磁阀、运输带的顺序开启来实现的。工厂过去采用的是人工值守，需要工作人员就近启停机器，而且要按照一定的操作顺序进行，增加员工的劳动强度。由于生产规模的扩大及改善员工工作环境的需要，原有设备已不能满足需要，必须增加生产设备，同时对原有生产线设备进行改造扩充。可编程控制器(PLC)由于具有了体积小巧、易于设计更新、调试方便、简化线路、可靠性高等优点，为各种生产线自动化设备提供可靠的控制方案。因此在本生产线自动化控制改造中，采用PLC来实现原有设备的改造扩充及对新增设备的自动化控制。

       2 生产线工艺设备描述 
       控制系统包括原有生产线及新增生产线，使用PLC在完成新生产线控制的同时还要与原有生产线进行兼容控制，原有设备的一些动作信号要与新设备进行连锁控制，在新生产线中，用分离机分离矿颗粒，通过输灰机完成粉料的输送处理，用转饲机进行粉料的混合，后螺运机对粉料完成提升、分类收集、运送等处理。 
      在本次PLC改造应用控制系统中，PLC除了控制原有的8个袋滤集尘阀的定时顺序工作，新增加控制2套输灰机控制系统、分离机3台(15HP)、风车1台(100HP)、螺运机2台(2.2kW)、转饲机1台(3.5kW)、2位5通电磁阀及各种仪表若干。从提高工厂供电电网的功率因素及节电方面考虑，采用变频器对生产线上长期运行的各个电机进行变频驱动控制，并且在变频器电源进线端加装进线三相交流电抗器，用于减少电机启动时对电网冲击。PLC接收变频器的故障信号及其他反馈信号，控制电机的启动停止及各电磁阀的开闭动作来完成对整个设备的自动化控制功能。

       3 PLC型号配置及控制对象 
      根据控制功能要求，需要对设备进行各种逻辑、顺序、过程控制，包括对设备的手自动控制、各种报警输入、输出，信号反馈等的多层控制等，对PLC的输入输出的点数要求较多。其中，PLC控制的输入信号包括:操作台的启停按钮、压力表的高低压反馈信号、各个电机运行反馈信号、转速表高低速反馈信号、各种故障输入信号等共42个输入点;PLC控制的输出信号包括:各个电机、电磁阀、变频器、状态指示输出等共38个输出点。本系统中采用三菱MELSEC A系列中的A1SH CPU模块及其扩展I/O模块，包括1个A1SHCPU、1个电源模块A1S61PN、4个继电器型输入模块A1SX20、3个继电器型输出模块A1SY10，1个连接底盘A1S38B(8 Shots)等。 
       4 软件设计 
       根据生产线的工作要求，首先确定各个动作的先后次序和相互关系，写出PLC各个输入输出信号间的逻辑关系，再由逻辑关系转为梯形图。PLC控制分手动和自动控制两部分控制，根据系统控制要求，程序设计包括输灰机控制及螺运机控制设计等等。 
       4.1 输灰机工艺原理 
       (1) 基本工艺过程 
      由原设备成品桶、入料桶连锁信号及压缩空气压力表反馈信号作为输灰机控制系统的启动停止信号，正常状态下由操作人员通过操作台启动停止按扭启动输灰机控制系统，压缩空气异常时报警停机。按下启动按钮后，打开进气电磁阀加压，若管路压力表此时处于设定压力上限位置(高压)，则开启输灰阀输送粉料，若此时压力表处于设定压力下限位置(低压)，则计时停止进气及输灰，打开进灰阀入料，同时开启收尘机助泄阀助泄，当入料计时到或入料桶处于高料位位置时关闭进灰电磁阀，从而完成一个进灰输灰控制循环。 
      当进气阀开启而压力表超时处于低压位置时为加压时间过长，或输灰阀开启而压力表超时处于高压位置时管路堵塞，存在加压过长或管路堵塞时声光报警停机，此时需要故障复位报警后才能启动输灰机控制系统。 
       (2) 启动条件 
       ●自动选择; 
       ● 成品桶、入料桶连锁信号正常; 
       ● 压缩空气压力表正常。

       (3) 停止条件 
       ●入料计时到; 
       ● 入料桶处于高料位置; 
       ●进气阀开，1000s，管路不是高压，加压过长; 
       ●输灰阀开，2000s，管路不是低压，管路堵塞; 
       ● 其它故障信号。 

       (4) 电磁阀配置结构原理 
       输灰机控制部分主要控制各种2位5通电磁阀。电磁阀配置结构简图参见图3所示。包括进气阀、输灰阀、进灰阀、助泄阀、压力表、状态指示灯、故障报警蜂鸣器等。正常时为自动控制状态，由安装在输灰管路上的压力表给出的压力高、低限位的反馈信号，来控制各个电磁阀及电机的开停，当系统需要强制输灰、采样、调试或出现故障时使用手动独立回路启动输灰机控制系统。 
       4.2 螺运机控制部分 
       螺运机自动控制系统的工作流程。通过操作台顺序启动按钮启动分离机1、2、3号，然后启动风车，打开风挡，启动转饲机再启动螺运机，启动过程中不断观察现场情况。在开启风车的同时或由压差表给出的压差值，按定时按顺序间隔开启1#～8#袋滤集尘阀，直至按下风车停止按钮停止集尘阀。各个电机的热继电器信号及转速表高低速信号作为其停机信号反馈至PLC。分离机、风车、风挡、转饲机、螺运机及输灰机在各个环节之间环环相扣，按照一定工作顺序自行投入运行。 
       4.3 袋滤集尘阀的控制设计 
       袋滤集尘阀的自动控制设计主要是使用PLC内部的软定时器进行从1#集尘阀到8#集尘阀时间顺序循环工作，直至命令停止。 
       4.4 报警程序设计 
       各个控制部分或元件出现故障时要有声光报警，当报警发生时故障部分设备停止运行，或投入备用设备运行，或进行故障清理后继续运行，或使用手动独立回路单个启动控制系统。故障包括各个电机的热过载继电器、变频器故障、输灰机的加压过长、管路堵塞故障等等，采用三菱PLC的PLS指令可以很好的实现报警控制功能。 
       4.5 分离机控制部分 
       分离机属于高惯性离心式机械，其工作特点为起动时工作电流较大，正常工作时负载较轻，停止时惯性较大，采用变频器控制可以很好的减少启动电机时对电网的冲击，并采用屏蔽控制电缆减少变频器对其它电器元件的高次谐波影响，本次设计采用富士FRNP11S系列变频器控制分离机。 
       5 结束语 
       项目自动控制系统设计采用MELSEC A系列PLC，具有强大的扩展功能、高度可靠性及向上兼容性。A1SH CPU内部64K内存，8K步编程内存，256个I/O点，可扩展2048个远程I/O点，锂电池5年使用寿命，同时可通过网络模块(CC-bbbb)与厂中临近的另一套采用三菱A系列PLC生产线相兼容组网，也可组成分布式I/O，减少连线。投入使用一年多，设备的各项技术性能指标均达到了预期要求，大大提高了工作效率，降低了成本，达到生产改照的目的。

PLC现场硬件模块的组态和软件调试

 对于各种PLC的现场硬件组态和软件调试，通常有经验的工程师应该先花一些时间对自己的现场工作进行一个简单的规划，通常应当采取如下的步骤：   

   （1） 系统的规划

      首先，必须深入了解系统所需求的功能，并调查可能的控制方法，同时与用户或设计院共同探I/O模块型式。  

    （2） I/O模块选择与地址设定  

    当I/O模块选妥后，依据所规划之I/O点使用情形，由PLC的CPU系统自动设定I/O地址，或由使用者自定I/O模块的地址。  

      （3） 梯形图程序的编写与系统配线  

      在确定好实际的I/O地址之后，依据系统需求的功能，开始着手梯形图程序的编写。同时，I/O之地址已设定妥当，故系统之配线亦可着手进行。  

      （4） 梯形图程序的仿真与修改  

      在梯形图程序撰写完成后，将程序写入PLC，便可先行在PC与OpenPLC系统做在线连接，以执行在线仿真作业。倘若程序执行功能有误，则必须进行除错，并修改梯形图程序。

      （5） 系统试车与实际运转  

     在线上程序仿真作业下，若梯形图程序执行功能正确无误，且系统配线亦完成后，便可使系统纳入实际运转，项目计划亦告完成。  

     （6）程序注释和归档  

      为确保日后维修的便利，要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注，并加以整理归档，方能缩短日后维修与查阅程序之时间。这是职业工程师的良好习惯，无论对今后自己进行维护，或者移交用户，这都会带来的便利，而且是你的职业水准的一个体现。

以上工作中，复杂的系统规划可能需要几天甚至更长的时间，但一个简单的系统规划在一个具有良好的职业习惯的编程工程师手中，可能只需要几个小时。

      这里要强调一个问题，是十分简单但却几乎每个项目都会发生的，那就是对PLC的接线。这往往是经验不足的工程师常常忽略的一个问题。其实，现场调试大部分的问题和工作量都是在接线方面。有经验的工程师首先应当检查现场的接线。通常，如果现场接线是由用户或者其它的施工人员完成的，则通过看其接线图和接线的外观，就可以对接线的质量有个大致的判断。然后要对所有的接线进行一次完整而认真的检查。现场由于接线错误而导致PLC被烧坏的情况屡次发生，在进行真正的调试之前，一定要认真地检查。即便接线不是你的工作，检查接线也是你的义务和责任，而且，可以省去你后面大量的时间。

3、 硬件滤波及软件抗如果措施

由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。

对干较低信噪比的模拟量信号．常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差，为此可采用数字滤波方法。

  现场模拟量信号经A／D转换后变成离散的数字信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号， 可对输入信号用m次采样值的平均值来代替当前值，但井不是通常的每采样。次求一次平均值，而是每采样一次就与近的m－l次历史采样值相加，此方法反应速度快，具有很好的实时性，输入信号经过处理后用干信号显示或回路调节，有效地抑制了噪声干扰。

由干工业环境恶劣，干扰信号较多， I／ O信号传送距离较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的可靠性，使PLC在信号出错倩况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。

4、正确选择接地点

楼宇空气颗粒物监测器
颗粒物是棘手的空气污染物之一，因为它会引发严重的呼吸道疾病。现在，来自西门子楼宇科技集团的专家开发出一种能够 测定室内颗粒物浓度的传感器。这种传感器不仅特别适合在中国和印度等颗粒物浓度较高的区域使用，同时亦适用于欧洲各大城市。将这种传感器集成到现有的楼宇自控系统中，有助于显著改善室内空气质量。
颗粒物（PM）来自排气管、住宅烟囱和发电站，以及明火产生的烟雾，它是我们身边危险的空气污染物之一。多年来，一直密切监测颗粒物，因为它会导致人们罹患肺部疾病。直径小于2.5微米的细小颗粒（亦称PM2.5）的危险性更为显著，人们在呼吸或吸烟时，会将它们深深吸入肺部。欧洲环境署估计，每年仅欧洲就有超过40万人死于PM2.5引起的肺部疾病。
在中国和印度等新兴经济体国家，情况更为严峻。据医学杂志《柳叶刀》近发表的一篇文章，尽管目前的欧盟标准是每立方米空气中的颗粒物含量不超过25微克，但在新兴经济体国家，许多城市的平均颗粒物浓度高达这一限值的4倍以上。因此毫不令人意外的是，在中国，颗粒物传感器是为的个人电子产品之一。直到现在，这种类型的传感器还不可用于商业建筑物自控系统。位于瑞士楚格小镇的西门子楼宇科技集团楼宇自控产品市场 Miles Copley表示，“中国大城市的空气质量极为糟糕，因此，西门子中国建议研发这样的传感器，以集成到我们的楼宇自控系统中。”于是便有了刚刚投放市场的PM2.5传感器。
测量多种类别颗粒物
新的传感器与烟盒一般大小，可安装在墙上，定期检查室内空气中的颗粒物浓度。位于传感器内侧的一个小风扇将空气吸入。一个激光二极管通过测定颗粒物的光散射强度，记录 的PM2.5浓度。Copley指出，“这种传感器经专门校准，以测量重要的PM2.5值。它也可估算出PM10的浓度。”PM10是直径小于10微米的颗粒物，大小接近于引发过敏的花粉，但不像PM2.5那么危险。尽管如此，它们仍然对肺部构成负担，因而也被记录下来。然后，传感器可在屏幕上以不同颜色显示这两类颗粒物的当前值——颜色取决于测得的浓度。这些值也将通过数据线，发送至楼宇自控系统。
在中国的首都北京，颗粒物污染是的一个严重问题。
目前，西门子楼宇科技集团的专家正在推出不同的App，以配合这种传感器的使用，确保改善空气质量。他们打算将这种传感器集成到现有的楼宇自控系统中，以实现这个目标。这种传感器可以与空气净化器相结合，因为在中国的许多写字楼，空气净化器已经成为标配，被污染的室内空气经它们过滤之后，再被送回办公室。未来，这些传感器将能根据PM2.5浓度来开关空气净化器，而不是像现在这样让它们不间断运行。这些传感器仅在必要时启动空气净化器，从而大幅节电。
此外，西门子楼宇科技集团的专家也在开发App，用于将颗粒物传感器与二氧化碳传感器连接起来，以便控制建筑物的通风系统。在封闭的房间里，人体呼出的二氧化碳会不断聚积。如今，这种情况下常常使用二氧化碳传感器来启动通风系统，向室内泵送新鲜空气。Copley说：“在许多大城市，空气中的颗粒物浓度非常高，因而不适宜进行通风。这时候，颗粒物传感器可以阻止通风。”
轻松更换激光模块
除 测量细小的颗粒物之外，对用户而言，西门子颗粒传感器还具备其他优点，譬如，在操作方面。随着时间的推移，颗粒物传感器吸入的空气中携带的污垢积聚在激光元件上。通常，整个传感器要断电后拆卸，再更换成新的装置。而西门子楼宇科技集团研发的这种传感器则仅需更换小小的激光模块。Copley说：“这就如同为电视遥控器更换电池一样快捷。”这种传感器还提供经济模式，所以不必频繁更换激光模块。在这种模式下，它每个小时仅执行规定次数的测量，这无形中延长了污垢积聚周期。
激光模块的使用寿命亦相应地得到延长。这种传感器还具备快速启动功能，允许用户随时获取空气质量信息。当用户靠近传感器一米以内时，它将被唤醒并快速读取数据。Copley说：“然后，短短数秒钟内，屏幕上将显示当前颗粒物浓度值。这种超快速空气分析能力，是我们的装置的*特性。”
Copley认为，除了中国、印度外，其他污染严重的区域，这种传感器也能发挥作用。如今，几乎每个城市都在一定程度上面临着颗粒物浓度问题，特别是在发生逆温现象时——这时候，被污染的空气像一口大钟笼罩在城市上空。这种情况下，伦敦或斯图加特的颗粒物浓度也会一跃冲破标准限值。
环境空气质量也是激光模块污垢积聚周期的一决定因素。Copley指出，在北京，模块的使用寿命可能仅为短短几年。而相同装置在瑞士阿尔卑斯山上的使用寿命则可能延长数倍。如果由传感器来控制空气净化器，那么，在中国的特大城市，空气净化器的使用寿命也将延长，同时确保室内空气如同瑞士群山中的空气一样清新。