西门子模块6ES7517-3AP00-0AB0性能参数

1 控制方案
      黑液蒸发的主要设备是蒸发器。蒸发器串联组成蒸发站。本设计中所控制的蒸发站是由五台板式降膜蒸发器串联组成。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽, 闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下三个基本的工艺流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸发站中，外网来低压蒸汽(0.4Mpa 151℃)，首**入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入II效，为II效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来稀黑液，首**入稀黑液槽,经稀黑液泵进入末效蒸发器，然后再到IV效，III效，以此类推，直至I效。与蒸发流程反向而行。这样随着黑液浓度的**，蒸发温度也**，而黑液粘度增加缓慢。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式，不仅可节省蒸汽消耗，部分程度上也可缓解黑液结垢问题。
    在本蒸发工段的主要控制目标是稳定浓黑液的深度和降低蒸汽消耗，影响浓黑液波美度的因素主要是进效稀黑液的浓度和**及蒸发设备各效的总有效差压。稳定有效差压首先要稳定进第I效的新鲜蒸汽的压力和末效二次蒸汽的真空度，即稳定总压差。然后尽量减少和稳定蒸发过程中的压差损失，因此，必须要控制下列参数：
进效稀黑液的浓度和**；
（1）       出效浓黑液的浓度；
（2）       进效新鲜蒸汽的压力和**；
（3）       末效的二次蒸汽的真空度；
（4）       出效黑液的液位；
（5）       出效冷却水液位；
       所以，我们选取压力、**、温度、液位为主要的控制对象，共设置了8路压力、6路**、21路温度、16路液位总计51个测控点。为防止流送过程中，因电机启停不当而造成的不良后果，我们又对所使用的22台电机实行连锁控制。
1.1系统硬件设计
1.1.1本自动控制系统采用西门子**的S7-400可编程控制器。它是西门子公司开发的适合当代计算机技术发展的新一代可编程控制系统。它具有更高的控制能力、运算速度、网络功能和更优的性能价格比。通过PROFIBUS-DP现场总线可与ET200M I/0站相连。ET200M 可置于MCC低压柜旁边，从而可方便将电机和泵类的控制纳入DCS中去。
1.1.2系统网络采用工业以太网。其优点：
抗干扰能力强，不需特殊的接地要求，不对其它电子设备产生影响。
       中央处理单元型号为CPU 414-2DP。系统的输入输出模板的型号和数量由现场电气和仪表信号的类型和数量决定。具体如下：

                              图1   硬件控制系统示意图
       DI模板主要用于显示电机启停和过载指示；DO模板用于控制电机启停；AI模板主要用于对电动机电流、功率以及各测控点如温度、压力、**、液位进行采样显示。DO模板在实际应用中为**抗干扰能力和控制容量要通过中间继电器隔离，由中间继电器触点去控制电气设备（如接触器）。模拟量输入模板在使用前要通过跳线组态成本方案所需要的输入方式。
     各模板的型号、数量确定后，再选择放置模板的框架的型号和数量以及电源的型号和数量。终选用长为530mm的导轨。据模板的数量选取择4个机架，考虑到成本问题而选取用了3个S7-300机架，1个S7-400机架，一个为主框架（含3个机架、一个S7-400机架、2个S7-300机架）放在蒸发主控制拒中，另一个远程控制I/O框架(含一个S7-300机架)放在ET200蒸发控制柜中。

2 控制措施
纸机碱回收控制中浓黑液在线测量一直是一个难题，而浓度控制是碱回收蒸发工段的终控制目标，其控制效果的好坏对后续燃烧工段起着举足轻重的作用，虽然浓黑液的浓度无法直接测量，但在本项目中可利用黑液的沸点在一定的压力下随其浓度的增大而升高的特性进行间接测量。即D= F（P，T）其中 D：浓度P：压力T：温度。为了使系统更稳定，对浓黑液的浓度和进效蒸汽实施串级控制方案。事实证明在对驻马店遂平白云纸业的工程中不但效果稳定而且节能。如图：

图2 浓黑夜浓度控制方案

3 软件设计
本系统采用西门子公司的S7-300系列产品。在设计当中，根据设备测控点的情况和厂方用户的要求，系统以S7314-2DP控制器为核心，通过PROFIBUS-DP总线与2个ET200M远程站相连（如图2 所示），用于采集现场仪表数据信息和控制算法的实现。在现场实际应用中，数字量输入输出，、模拟量输入输出都留有部分备用，已备系统将来扩充的需要。西门子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP协议的分布式I/O，应用时，S7PLC作为DP主站，通过带有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS总线，而ET200作为DP从站接到PROFIBUS。整个控制系统采用两个控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M从站放在主柜，采集系统的模拟信号；#2 ET200M从站放在副柜，用来采集工段的电动机执行机构阀位反馈信号及输出执行机构的驱动信号。系统采用主站加从站的结构，可使系统造价降低，并且扩展灵活。
据本工段的工艺特点和工艺要求，我们编制了采样子程序，该程序主要用于对所设测控点的温度压力**进行信号采样；受外界影响，在不同时刻所采样的信号**度不够高，为此我们又编制了滤波子程序，以及PID控制程序和量程转换子程序、电机启停子程序、设备间连锁子程序等。

4 人机界面操作系统（HMI）
这部分主要由操作站、工程师站和打印机（外部设备）组成，实现人机接口。它的主要功能是集中各分散过程控制装置送过来的信息，通过监视和操作，把操作和命令下送到各分散控制装置。工业控制PC以Wincc作为人机界面，并分别设置了操作员站和工程师站。操作员站（OPU）用于画面显示、报警、泵和电机的手/自动启停以及现场各被控参数的采集、显示和控制，而工程师站（ENG）用于工程师对生产现场的监视、打印报表以及对工艺参数和控制器参数的修改等。操作员站和工程师站的画面组态软件选用SIEMEN公司的WINCC完成用户二次软件开发。PC的主要功能是显示工艺流程、电机及阀门等的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及其处理方法；显示温度、液位等模拟量，并能通过打印机打印。WINCC是西门子公司专门为过程控制和现场监控开发的监控系统软件，本系统分别制作了蒸发工段一、蒸发工段二个工艺画面，画面中的各参数的设定都是随着PLC的改变而改变的。工作人员可以通过这些画面监控各个电动机的运行和池中液位的高低，而且可随时根据系统运行状况而直接控制电动机的运行。

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图3 蒸发工段工艺图

5 仿真结果
图4～图6是蒸发器液位、板式冷凝器冷凝水的温度、蒸汽压力的仿真结果。

图4 蒸发器稀黑液液位

图5 板式冷凝器冷凝水的温度

图6 进效蒸汽的压力
从图4～图6可看出：3个被控参数在阶跃输入信号作用下的响应曲线的衰减比都近似于4：1，系统响应速度快，调节时间短，能很快达到稳定，系统超调量小，且控制精度都比较高，其动态性能、稳定性能都能满足厂方的要求，如精度为0.05,远小于厂方提出的0.02，蒸发器开机10秒左右，液位、温度基本稳定于设定值。

6 应用体会
本S7-300具有以下显著特点：（1）循环周期短、处理速度高；（2）程序结构简单、可用于复杂功能；（3）产品设计紧凑、可用于空间有限的场合；（4）模块化结构、适合紧密安装；（3）无需电源备份，免维修；（4）可在恶劣气候条件下露天使用。而且添加的分布式I/O与PLC站中的本地I/O具有同一的编址，因此在用户程序中可以像访问本地I/O一样方便的访问分布式I/O,这样编程时就不必考虑一个I/O地址在物理上是通过何种方式连接的。本系统抗干扰能力强，控制精度高，传输数据及时可靠。高效、节能，已于2002年6月投入现场使用，经过近半年来的现场运行，系统至今仍稳定可靠

学plc，好是要有一定的二次电路基础，否则就无从谈起，然后需要从实践中来，边做边学，第三就是要有程序设计的理念和思路，这是大的学习思路，从实际操作上讲，可以分下面这么几步。
1.作为预备性的课程，需要具备二次（控制）电路原理知识，包括继电器控制电路的基本原理，常见的控制回路识图、画图的能力，好有实际接线和调试的经验。这方面不是单纯可以靠看书掌握的，但是好能找一本比如低压电器控制回路之类的书籍边看边实践。打好基础，掌握继电器、计数器、定时器这些基本概念。因为PLC从初的设计理念上就是要替代和简化继电器线路的。
2.作为实物投资，个人建议买一个入门的PLC用来练手，这个成本我个人认为是值得付出的，有了实物在理解和练习上都要直观很多。从性价比和上手的难易程度看，西门子的小型PLC在工业市场始终占据着的地位。在当前的实际下，S7-200 smart或者S7-1200上手好，这两者之中更推荐S7-1200，一方面因为和更的S7-1500都采用同样的TIA平台，另一方面TIA平台也是西门子软件大平台的发展方向（不过安装TIA要有心理准备，它可以让任意配置的电脑慢的惨不忍睹）。S7-200虽然应用广泛，但毕竟是落在时代背后一大截了。

3.基础篇，流行的教材中以廖常初的为流行和通顺，正好他也是主要教西门子系列的（不确定是不是有1200系列的教材，我猜应该是有的。至少他的200和300系列的书都不错）。要了解PLC的基本结构，但是不要在这方面太过执着，适可而止的了解，或者说是基本了解、一知半解即可。在以后的应用中有足够时间可以深入了解；深入了解LAD梯形图的画法，对基本概念比如线圈、节点、计数器、定时器、移位、比较、计算、上升沿下降沿等等，务必要熟练掌握；对于其他类型的编程语言，如果有可能，好能学习了解一下，比如STL或者FBD，这些并不是华而不实的炫技，而是一方面能加深对PLC的理解，第二能方便快速实现某些功能，第三能够很好的与文本语言相辅相成互相促进。
4.学习方法上，如果能找到一个肯用实际项目带你的师傅是好的，因为市面上关于PLC的教材基本上都是只教基本使用，完全没有涉及实际项目案例的。如果有机会（这个可能性很小）阅读一些的程序，对自己编程习惯的**和编程理念的**都是很有帮助的。如果没有，那么就需要尽可能从教材中有限的案例比如跑马灯、红绿灯、流水线这些实验性质的案例中得到实践，自己动手接接线、写程序和调试，能自力更生把这些功能调试出来，再结合一些传感器，实现模拟量输入输出的功能，基本上基础就算打好了。
5.更高一些的使用技巧包括程序的组织和功能的实现两部分，程序组织方面，要试着理解FB、FC、DB这些块的功能，了解系统OB的含义和用法，尝试着把程序按照块来组织，通过调用减少重复工作，**复用性，使程序更清晰可读，这是**编程水平，组织大型程序的基础。功能实现方面，学习和了解一些常用的编程模式很有必要，比如顺序转换的编程结构，PID调节、步进电机控制等一些功能的原理、实现方法以及系统内置的工艺模块的用法，有可能的话尝试自己不用系统块写一个PID调节或者运动控制的功能，这些都是从熟手到高手的分水岭。我认识的很多工程师，都卡在这个关节到了技术瓶颈。这个瓶颈的形成有很多原因，平时项目用不到太多功能是一部分原因，但我个人认为主要还在于单纯从PLC角度学习的话，到一定程度上技术天花板的形成主要是看法和理念的限制，既然说到了PLC的学习，那么对这一个分水岭的突破也谈一下理解和看法。
6.越过分水岭。如果说PLC入门一端的基础是继电器组成的硬件回路，那么其通往高手之路的另外一端则与软件工程息息相关。虽然PLC是从继电器回路抽象出来的，但随着抽象完成，他也就成了一个软件的工程，而工程师们所做的plc编程，本质上也就是软件设计的一种，从根本上，依然离不开软件工程的指导。diangon.com只是从事PLC程序设计的大部分是工程师，并不具备的软件工程训练，因此无法从认知上的到**。FC、FB、DB这些块要实现的，也是软件工程中非常重要的逻辑和数据分离，模型与实例独立的思想，而被封装起来的工艺块，很多也已经是基于面向对象的思考方式编写出来的。因此，掌握软件工程的基本思路和方法，如果有可能，去学习一门语言，而不是纠缠在各种组态软件、触摸屏的软件使用和所谓的脚本编写上。这些软件是面向工程师设计的，但其对于个人认识和水平的**意义及其有限。因此，掌握一门语言才是根本。我个人倾向于Python，因为人生苦短，需要Python这样高效率的语言，但是从上手难易程度和见效快的方面，还是推荐学习C#入手。
7.其他补充的技术和知识。除了软件工程，如果真的要想成为PLC高手，我想再没有比自己设计一款PLC更有挑战性的了。这包括：集成电路的设计和嵌入式系统软件设计，需要电子电路的基础和电路板设计的能力，需要编写一套可运行的嵌入式系统，同时需要一个PC端的编译器，把梯形图转换成PLC端嵌入式处理器可以理解的语言。这里面涉及到的学科和内容，我想都是一个自动化工程师在技术方面全面的体现，能够做到这一步，我想就可以称得上是PLC专家了。