西门子6ES212-1AF40-0XB0型号介绍
1 概述
我厂锅炉房有3台锅炉,系统采用PCC- 2005 控制装置,它既有逻辑控制、计时、计数、分支程序、子程序等顺序控制功能,又有数据处理,模拟量调节,操作显示,联网通信等功能的控制系统。本课题尝试把系统硬件高可靠性与软件功能的完善性相结合,使系统长期可靠运行成为可能。
2 系统结构及功能
系统采用IBMPCPAT 工业控制机和PCC- 2005 模块,整个系统由上位管理和下位控制机构成,系统构成如图1 所示。
用于锅炉本体数据采集及燃烧控制的PCC - 2005IPO 模块有:
模拟量输入模块3AI755.6
模拟量输出模块3AO775.6
热电阻输入模块3AT350
热电偶输入模块3AT652.6
接口模块3IF060.6
应用程序模块3ME963.90–1
电源模块3PS792.9
智能控制模块4C2200.01 - 110
LCD 显示模块4D1164.00 - 090。
上位机主要完成过程的监控,通过3IF接口模块与各个炉台进行通信。
系统的功能:
（1） 锅炉水位三冲量控制,高低水位报警,极限低水位、高水位报警。
（2） 炉堂负压自动调节。
（3） 燃烧自动调节,通过热效率自动寻优实现佳风煤比。
（4） 手动、自动无扰切换。
（5） 蒸汽压力自动调节,超气压报警,并自动按顺序压火。
（6） CRT 画面显示。
a. 流程图 显示实时显示开关量,模拟量,报警器状态,根据状态改变颜色及动态显示；
b. 参数图 按报表方式在CRT上显示设定值,过程值,累计值热效率等技术参数；
c. 棒状图 根据过程参量在CRT上显示,同时显示过程量值；
d. 设定图 按回路的棒状图在CRT上显示回路设定值、过程值、输出值。在此状态下可对回路参数进行设定；
e. 定时或随机打印报表；
f . 完善的系统自诊断功能,可诊断浮球水位计、水位变送器、温度变送器、压力变送器的错误,并根据结果改变控制方式及报警。
3 控制原理
3. 1 锅炉汽包水位自动控制
给水调节系统的任务是与锅炉蒸发量相平衡,并维持汽包水位在工艺规定的范围,给水系统采用三冲量自动调节。水位控制流程如图2 所示。
冲量控制的主反馈信号为水位差压变送器的输出,辅助反馈信号为蒸汽**,给水**。水位调节采用自整定变型PID 控制算法,在大偏差时自动分离积分作用。并在水位越限前施行安全限控制。三冲量控制特点是:控制阀门阀位维持水位的恒定,水位平稳克服虚假水位的影响。
3. 2 燃烧控制系统
锅炉燃烧系统控制关键是风P煤配比的控制,系统自动修正风P煤比,使风煤配比始终是佳的,也就保证了锅炉始终在高的热效率下工作。
本系统中采用了自寻优技术,使得当环境工况条件发生变化时,系统自动修正风P煤配比,使风煤配比始终是佳的,也就保证了锅炉始终在高的热效率下工作。
4 控制软件结构
4. 1 控制软件
控制软件采用模块化程序结构,整个程序主要分为5个部分（见图3） 。
4. 1. 1 初始化模块 主要完成A/D ,D/A 模块,各数据区的初始化工作。
4. 1. 2 数据采集模块 主要完成模拟量采集、滤波及累积计算。
4. 1. 3 故障诊断模块 主要完成锅炉系统及变送器、执行器的故障诊断功能。
4. 1. 4 动态寻优模块 主要完成风煤比的动态寻优及存储数据的积累。
4. 1. 5 控制算法模块 主要完成水位控制、燃烧控制、负压控制,能根据系统诊断结果及寻优状态进行不同控制方式的切换。
4. 2 系统的监测软件
包括各种画面的显示、报表的打印、参数的设定等。程序结构如图4 所示。
图4 程序结构框图
软件系统分为主程序和中断服务程序,主程序完成系统的初始化和人机界面的管理。包括显示器管理,键盘管理,命令处理模块,时钟管理,改字处理模块等。中断服务程序完成与下位机的通信,工程量变换,自动报警处理,历史数据存储
一、自控系统的硬件选择
污水处理主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。在此工程中，PROFIBUS主站选S7-300 PLC，分布式IO选用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO。DS300B系列是可扩展模块。PROFIBUS通讯适配器CC-PB-1.0带有标准PROFIBUS-DP接口，开关量、模拟量模块通过冗余的CAN BUS进行扩展，多可以扩展16个模块。各种单独的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。人机界面选用昆仑通态品牌，并配北京鼎实公司的PROFIBUS转MODBUS桥接模块，使昆仑通态HMI连接到DP总线上。
二、总体控制要求及功能
污水处理厂自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围；在中控室发出上传指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、**、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中控室。功能如下：
（1）控制操作：
在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLC的某些参数等。
（2）显示功能：
用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。
（3）数据管理：
依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化曝气池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
（4）报警功能：
当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）阀发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。
（5）打印功能：
可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。
三、系统构成及其布局
如果采用常规集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上，由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架，且现场环境恶劣、施工难度非常大。鉴于此，采用了PROFIBUS现场总线技术，根据工艺划分，系统共设了两个主站、两个子站、两个操作员站。主站采用CPU315-2DP，子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO远程模块，用于现场数据的采集和控制，并借助PROFIBUS（工业现场总线），方便控制网络系统的建立。其自控系统见下图：
控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层。根据本厂工艺流程和总平面布置，结合马达控制中心MCC的位置和供配电范围，按照控制对象的区域、设备数量，以就近采集和单元控制为划分区域的原则，在曝气池旁中控室设主站PLC。在进水泵房、脱水机房设两座现场子站，主站与现场子站之间采用PROFIBUS-DP现场总线。现场子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO，每个DS300B由1个PROFIBUS通讯适配器模块和其它若干数字量、模拟量输入及输出模块组成。
进水泵房现场从站PLC－1监控范围为粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池等，其主要控制对象为粗细格栅间的粗细格栅及进水电动闸门、进水泵房的污水**泵、沉砂池的排砂装置和砂水分离等设备，此外，还负责进水水质如PH、SS（浊度测量）等参数的在线检测。其I/O配置为：DI＝138、DO＝58、A1＝16 、AO＝4。
脱水机房现场子站PLC－2监控范围为脱水机房、储泥池，其主要控制对象为储泥池的搅拌器、电动阀门，脱水机房的进泥泵、输送机、浓缩机、加药系统等设备。其I/O配置为：DI＝48、DO＝16、Al＝8。
曝气池主站PLC监控范围为厌氧池、曝气池、鼓风机房，主要完成对处理工艺参数的监测控制，如对溶解氧、污泥浓度、pH值、ORP值等参数的测控。对曝气设备、搅拌设备、排水设备及剩余泵等进行操作控制，以满足对处理出水水质的要求。其I/O配置为：DI＝184、DO＝60、A1=24。
5、系统软件
计算机操作系统采用Microsoft bbbbbbs 2000 Professional中文版操作系统。历史数据库采用Microsoft SQLServer 2000中文版软件。上位机监控软件采用Wincc5.1组态软件来实现。
2）MCGS组态软件实现了对整个系统的开关量、状态量、电量、模拟量的采集和处理，并显示在工作站的HMI上；对一些污水处理厂重要的物理量如各个进水泵的电流、频率、出口压力等都实时显示在工作站的主界面上，便于调度员及时掌握系统的运行情况。
3）数据库服务器上安装Microsoft SQL2000中文版数据库软件，用来储存整个污水厂重要的历史数据，通过MCGS与Microsoft SQL 2000的通讯来读取历史数据。单独设计一个数据库服务器可以避免因为系统局部故障导致历史数据丢失现象的发生。
4）STEP7可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的6种（STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL）进行编程