6ES7 211-1AE40-0XB0安装调试

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工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水**使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。若水位过高,影响汽水分离的效果,使用气设备发生故障;而水位过低则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸，所以锅炉汽包水位必须严加控制。为了确保锅炉生产的稳定、可靠和经济运行，我们设计采用了性能**的永宏FBs-PLC、变频调速器、计算机应用等自动化设备组成的锅炉 PID自动控制系统。该控制系统通过检测水汽压力、温度，汽包液位等运行物理量，在运行过程中全自动调节，保证了工业锅炉的安全稳定高效运行。
2 工业锅炉相关工艺介绍
      蒸汽锅炉是厂矿重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。而利用余热气体作为热交换介质的余热锅炉在全国占有很大的比例，其节能降耗效果尤为明显。某化工厂硫酸余热锅炉就是利用沸腾炉出来的炉气(主要是SO2)温度过高，将其作为热交换对象，通过余热锅炉副产中压蒸汽供各生产分厂使用，既保证了生产需要，也达到了节能降耗的目的。锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。

3 控制难点分析
      锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术。它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水**，通过对给水**的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，虽然锅炉汽包水位对蒸气**和给水**变化的响应呈积极特性，但是在负荷(蒸气**)急剧增加时，表现却类似逆响应特性，即所谓的虚假水位。造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面大的汽包中位线附近，以**锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双冲量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。所谓三冲量调节系统就是把给水**W，汽包水位H，蒸汽**D三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。

   先通过蒸汽**变送器和给水**变送器取得各自的信号乘以相应的比例系数，通过比例系数可以调节蒸汽**或给水**对调节系统的影响力度。通过差压变送器取得水位信号作为主调节信号H。如果水位设定值为G，那么在平衡条件下应有D×Dk-W×Wk+H-G=0的关系式存在。其中Dk为蒸汽**系数 Wk为给水**系数。如果再设定时，保证在稳态下D×Dk=W×Wk那么就可以得到H=G。此时调节器的输出就与符合对应，给水阀停在某一位置上。若有一个或多个信号发生变化，平衡状态被破坏，PI调节模块的输出必将发生变化。当水位升高了，则调节模块的输出信号就减小，使得给水调节阀关小。反之，当水位降低时，调节模块的输出值增大，使给水阀开大。实践证明三冲量给水单极自动调节系统能保持水位稳定，且给水调节阀动作平稳。锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路，因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力，给水压力回路的作用是**水压，使水能够正常注入汽包。但在蒸汽**未达到满负荷时，对给水**的要求也不高。在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转，用回流阀降低水压防止爆管，现在一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压。锅炉给水量通过汽包液位调节。汽包液位测量选用浮筒液位计。为有效利用转换废热，降低消耗，减低劳动强度，有利于整体工艺稳定，要求汽包液位自动控制，正常生产时波动应小于±5％。PID调节蒸汽出口阀可以很好的控制汽包压力。开车正常后波动范围不大，可以不考虑。转化负荷波动、出预热器锅炉给水温度变化、锅炉负荷波动、排污量变化这几个因素对汽包液位的影响必须考虑。以汽包液位为主调参数、以给水**为副调参数、以蒸汽**为前馈，但调节效果很差。引起汽包液位的大起大落。考虑到该废热锅炉控制参数耦合小，流程简单，产汽量也较稳定，我们从操作人员的操作中得到启发，认为减少给水量的波动从而稳定给水温度成为该废热锅炉液位控制的要点。因此我们选用“以汽定水＋液位前馈”比值控制方案，

根据应用要求，用户将PID 控制器设定成比例+积分+微分控制器，其控制器的数字化数学表达式如下:

Mn:“n”时的控制输出量
D4005:增益常数，默认值为1000;可设定范围为1～ 5000
Pb:比例带(范围:1～5000，单位为0.1%; Kc(增益)=D4005/Pb)
En:“n”时的误差=设定值(SP)-“n”时的过程变数值(PVn)
Ki:积分常数( 范围:0～9999，相当于0.00～99.99 Repeats/Minute)
Td:微积分时间常数(范围:0～9999，相当于0.00～99.99Minute)
PVn:“n”时的过程变数值
PVn-1:“n”时的上一次过程变数值
Ts:PID运算的间隔时间(范围:1～3000，单位:0.01S)
Bias:偏置输出量(范围:0～16383)
      加上微分项的控制器，目的在于消除程控系统的过度反应，进而使程控系统能够平稳缓和达到稳定。虽然微分项有上述优点，但因其对输出量的贡献相当灵敏，大部分的应用不必使用微分项而将Td设定为0。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:
(1) 首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;
(2) 仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;
(3) 在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。图7是永宏可编程序控制器PID部分程序举例。

    引言
      高速复卷机是一款针对卷状的印刷商标高速复卷时，进行激光打码及高速印刷质量在线检测系统配套的机型。

2.       控制系统选型
      本机选用永宏的FV057ST的彩色触摸屏，分辨率为320*240，支持RS232/RS422/RS485通讯方式，包括Modbus RTU、自由通讯等通用协议，方便与各个品牌的PLC连接。

      PLC选用FBS-32MA主机，可支持多扩展128路模拟量输入输出，4轴50KHZ高速脉冲输入输出，8点的外部中断输入，36点的脉冲捕捉功能，支持数学运算，数据的传送，查表，比较功能，浮点运算功能，完全能满足系统的控制要求。模拟量模块选用FBS-4A2D，提供4路模拟量输入，2路模拟量输出，都支持双极性的-10~10V电压信号或-20MA~20MA电流信号，分辨率为14位，精度1%。见下图：

图2.1 控制系统图

3.       电气控制原理图

图3.1 电气原理图

      图2.3是整个系统的控制图，由触摸屏输入运行的线速度与运行长度、收放卷运行的方向，PLC控制放卷轴为速度模式，收卷轴为转矩模式。当张力控制器检测到张力与设定张力不符时，会输出0~10V的电压信号给PLC，PLC进行判断，再增加或者减小收卷轴的转矩给定，直到张力恒定在设定值。同时通过装在滚筒轴上的编码器，计算已经运行的长度，以及将实际的线速度与设定线速度进行比较，当速度不一致时，PLC控制模拟量模块增加或减少输出速度给定电压，直到系统稳定在设定线速度。   

4.       机器控制流程图 
 

图4.1 控制流程图

4.1 永宏的FBS-4A2D模块支持双极性的±10V，另外他的使用方法也很简单，只要你把模块接上去，就可以在软件的“专案---I/O编号配置状态”中

查看模块的占用的寄存器地址，然后直接读/写寄存器的数据，就可以完成模拟量的输入输出。

图4.2 寄存器地址查看

4.2  机器在上料时，让伺服不使能，方便操作人员调机。当按下就绪，对伺服使能，并使机器保持在设定张力，等待下一步命令。

4.3  当操作人员按下启动后，机器根据触摸屏设定的正/反转方向加速到设定速度，然后保持恒速。当放卷数量剩余数量小于10M时，减速到一个较低的速度运行，直到计数到达，机器停止，停机时也保持张力，把产品拉紧。除非按下张力解除，才解除伺服使能。

4.4  在自动运行中，操作人员可以按下停止按钮，机器减速停止，当按下紧急停止或检测到断料时，机器马上停止并解除使能。

5.       结束语
      通过永宏plc配合模拟量模块，能够比较好地实现机器的功能，经调试后高速复卷机的速度可达到20~150米/分，张力小控制可达1.0kg，且保持稳定。

入表格名称后确认，点击“新增”建立一条多轴命令。

FUN147指令参数说明：

SPD（速度）：表示直线插补的高输出频率，指令会根据各轴的输出量自动计算出每轴的输出频率。

LIN（脉冲量）：各轴的脉冲输出量设定，可在空格里输入各轴的脉冲输出量，可以为常数或寄存器，使用寄存器时占用两个寄存器；当脉冲量设定为0时且坐标为ADR时，代表该轴不输出。ADR/ABS:表示相对值/值定位方式。Ut/Ps：行程设置的分辨率（具体参考FUN141 MPARA指令）

WAIT（等待）：当直线插补命令完成时，欲执行下一步之等待指令；TIME：等待时间或等待外部或内部继电器信号ON后，执行GOTO所指的步数；EXT：外部触发指令，当脉冲输出中，如外部信号ON，立即执行GOTO