西门子6ES7214-1BG40-0XB0详细说明

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0 引言

　　随着工业企业自动化技术的发展，PLC (Programmable Logic Controller,又称可编程控器)，以其可靠性、灵活性、优良的性能价格比、使用方便等特点在工业控制领域迅猛发，得到了越来越广泛的应用。

　　石油焦是铝电解用碳素阳极生产的主要原料。石油焦转运系统，是把贮存在仓库中的石油焦，经过破碎筛分处理成满足煅烧需要的原料，输送到煅前料仓。由于该系统逻辑控制点多、自动化程度高、上下游设备间关联度大，所以选用PLC进行自动控制，并设立上位机进行全系统监控。本文着重讨论PLC在系统中控制功能的实现和上位机监控界面的开发。

　　1 工艺介绍

　　石油焦转运站系统主要由天车抓料系、破碎筛分系、提升系、分料输送系、收尘系组成。用来满足煅烧窑系统煅前日用料仓物料供给。主要抓料天车、调速皮带、破碎机、筛分机、输送皮带、斗式提升机、分料挡板等设备组成。其中破碎筛分系、提升系是两套系统，破碎筛分系统可以一备一用，也可以同时工作；提升系实现设备一备一用。工艺流程简图见下图1.

图1石油焦转运站工艺流程简图

　　2 控制系统设计及实现

　　2.1 SLC500的特点

　　SLC500模块化可编程控制器及输入输出模块由罗克韦尔自动化公司生产，产品目录号为1746和1747系列。该系列产品采用框架式结构，为在不同的工业现场使用提供了同样稳定可靠的平台。SLC500系统构成处理器、输入输出模块和相关外部设备。处理器功能强大、使用灵活，并有各种内置通讯方式和不同容量的内存供用户按需选择。根据用户的实际需要，输入输出模块可以非常方便的扩展。同时罗克韦尔自动化提供了便捷的内置通讯接口、种类丰富的第三方专用模块、简单方便的基于bbbbbbs平台的编程软件。因而SLC500成为当前市场上*为流行的中小型PLC之一。


　　2.2 硬件配置

　　基于SLC的上述特点，本系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的SLC505 PLC。系统所需的输入/输出配置是：开关量输入100点；开关量输出50点；模拟量输入5点；模拟量输出2点；在适当考虑余量的基础上，实际的硬件配置如下：

　　　　⑴ CPU选用1747-L551；

　　　　⑵ 8块开关量输入，共16×8=128点；4块开关量输出，共16×4=64点；1块模拟量输入，共8×1=8点；1块模拟量输出，共4×1=4点；

　　　　⑶ 两个机架，分别是10槽和7槽；

　　　　⑷ 交换机一台

　　　　⑸ 上位监控操作员站一个

　　　　⑹ 工程师站一个



　　2.3 系统网络拓扑

　　上位机通过RSLINX软件，建立与PLC的联系，可以通过RS232和以太网任意一种通讯方式通讯。本控制系统中，上位机监控操作员站通过以太网借助交换机与PLC进行通讯，设置工程师调试接口，同时交换机预留和其他系统进行数据交换和通讯的端口。网络拓扑图见下图2.

　　监控软件RSview-SE安装在上位监控计算机，开发出工艺流程界面，通过以太网一方面把设备的状态点取上来，在流程界面上显示；另一方面把操作员发出的操作命令送到PLC，进而通过PLC的输出驱动相应的设备做出动作响应。

图2 石油焦转运站系统网络拓扑图

　　2.4 控制系统设计

　　通过PLC程序完成石油焦转运自动控制系统，结合上位监控操作员站，在主控室实现对现场各个设备、工艺参数的监视、控制、操作、调整。

　　在程序设计中，考虑上、下游设备之间的关联性，设计了相关的连锁保护，下游设备不运行，上游设备无法启动；代表电机电流大小的4~20mA信号通过模拟量输入模块采集进PLC，送给监控界面显示，控制调速皮带速度的控制信号从监控软件写到PLC，再转换成4~20mA的标准模拟信号控制皮带调速。

　　在这个系统中有以下几个需要注意、影响整个系统平稳运行的关键问题点：

　　2.4.1 实现系统设备在线切换控制

　　根据工艺设计要求，两套筛分系统、两个分料挡板和两台斗式提升机必须可以在线切换控制，即如果其中一套（台）设备出现故障，操作人员可以在不停料的情况下，立即把另外一套（台）设备加入流程控制，出故障的设备退出流程检修。

　　设计的程序中考虑了在切换系统时，系统上、下游流程继续运行，新进入流程的和即将退出流程的设备有一个时间段是同时运行，具体的参数需要根据实际情况进行整定。这样能确保退出流程的设备里的物料能够完全排出，新进入流程的设备不会造成堵料。


　　2.4.2 自动停车保护

　　从安全角度考虑，在输送皮带两侧安装了拉绳开关。在斗式提升机的入口和出口处，安装了堵料报警开关。在设计程序时，编制了如下的保护。

　　如果有人不小心摔到皮带上或者违犯规定穿越（跨、钻）正在运行的皮带碰到拉绳开关，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮清除故障，系统方可重新启动。

　　一旦斗式提升机的入口或者出口出现堵料，堵料开关动作，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮清除故障，系统方可重新启动。

　　在设计PLC程序时，把两个煅前日用料仓的高限报警信号引到PLC程序，一旦煅前日用料仓料位超过高限报警，操作人员没有发现，程序会自动保护性的停止系统。


　　2.4.3 收尘器的脉冲振打控制

　　石油焦转运系统中有三个收尘器，为了延长脉冲阀的使用寿命，在咨询厂家技术参数的基础上，设计了收尘器收尘布袋脉冲振打控制的PLC程序。根据生产厂家提供的数据，在设计的PLC程序中采用定时器和计数器，**地控制收尘器收尘布袋的脉冲振打时间和振打间隔时间，让脉冲阀按照固定的顺序依次振打。


　　3 上位机监控系统的设计

　　3.1 RSview Supervisory Edition（RSview -SE）的特点

　　RSview-SE作为Rockwell Software人机界面软件产品家族的一员，支持诸如安全、画面、报警、操作和报警记录、趋势等等HMI的核心功能，为企业提供集成的一体化的监控方案，为目前市场主流的上位机监控软件之一，广泛应用于冶金、化工、石油、食品、建材、水处理等领域，深受广大用户喜爱。它主要有如下特点：

　　基于网络的分布式监控、共用的开发环境- RSview Studio、增强的罗克韦尔自动化优选连接方案、直接I/O数据关联、透明的数据集成、画面对象的VBA支持、数据通讯的冗余热备、集成了bbbbbbs安全。


　　3.2 监控系统设计

　　正是看中了RSview-SE的上述优点，本设计选用RSVIEW-SE上位机监控软件来实现石油焦转运系统的操作员上位机监控。RSVIEW-SE提供了强大的项目组态功能，项目设计者可以利用现有的图形库，建立自己的图形对象，其模块化的设计方法，大大提高了项目开发效率。
上位机监控系统包括系统工艺流程图画面和PC操作台画面。在操作台界面上，设计了所有的操作按钮，防止误操作，相关的按钮进行了集中放置；考虑到操作的方便性，部分设备设计了单动按钮。在工艺流程图界面上，为了能形象的反映现场设备的运行状况，采用动、静结合，不同的颜色表示不同的状态以及平面和立体相结合的方式，建立上位机画面。操作人员可以实时监视和控制整个工艺流程的设备运行状况、主要工艺参数，并可方便的在画面间切换。

　　在画面上设计了设备的状态，系统启动前，按压试灯按钮，不满足启动条件的设备会出现红灯闪烁，这样检修人员就直接到对应的设备出检查处理，节约故障查找时间，提高效率

EV1000变频器Y2是开路集电极输出，可定义为32种功能输出（0—19是输出开关量；20—31是输出脉冲频率）[1]。由于Y2是开路集电极光藕隔离输出，应用电路比其他输出稍为复杂，再加上EV1000的模拟量功能设计十分完善，因此，一般用户很少应用这个端口。但在某些小型PLC的应用中，如果使用得法，将会收到事半功倍的效果。
　　　例如：为了测量变频器输出频率，常用方法是使用一个模拟量输入端口。但小型PLC本机模拟量I/O口十分有限，却具有几个高速计数器（表1）。这时，如果将Y2定义为输出频率，使用高速计数测量频率，就节约了宝贵的模拟量口，有时将大大降低了成本，提高产品竞争力。
表1 

 
　　　本文以AB公司1762-L24BWA 为例介绍应用方法。接线见图1：Y2通过4.7K电阻接到外部24VDC电源，脉冲信号从IN0-COM输入到PLC，幅值为24V。
EV1000-4T0037变频器参数设置如下：
F0.00=0       键盘设置频率
F0.01=0       掉电保持
F0.03=0       键盘命令运行
F0.05=50Hz    *大输出频率
F7.11=20      Y2输出频率代表变频器0--*大输出频率
F7.32=10      输出*大频率时Y2输出10KHz
FH.00=4       4极电机
FH.01=1.5KW  电动机功率
FH.02=3.6A    额定电流
P24跨接片取下

图1 接线图

1762-L24BWA有一个高速计数器，因此，有一个功能文件，设置如下[2]：
AS=1 Auto start           自动启动
CE=1 Counting Enabled    允许计数
M0=0 Mode Done         模式选择
CU=1 Counp Up          增计数
HIP=32700 High preset    上限
OVF=32700 Overflow     溢出
（变频器输出0-50Hz时，Y2输出0-10000Hz,小于32767，HIP=32760，所以永远不会溢出）

特别需要注意，正确设置PLC高速计数端口的滤波时间，否则计数将会失败。
PLC I/O配置
bbbbb Filter
bbbbb 0+1    25微秒
bbbbb 2+3    25微秒

图2是计数程序，图3是计数波形。
频率计算的方法是：计数器HSC：0在1秒时间内累计进入IN0的脉冲数目，除200后所得结果F8：0即为变频器输出频率。在正常计数时，PLC 端口IN0的 LED灯会快速闪动。测量误差取决于EV1000参数F7.32和计时器T4：1的时基。本例，*大误差为±0.5Hz.

图2 梯形图程序
 
图3 波形图

小结：不同品牌的PLC应用程序大同小异，但基本思路是一样的，本方法在小型PLC应用中具有实际意义，当模拟量端口紧缺的时候，尤为实用。注意EV2000变频器的Y2只能选择0-19，可用D0代之。