6ES7315-6FF04-0AB0型号介绍

随着我国改革开放进程的不断深入和发展，环境问题已成为人们热切关注的重点问题，随着大气质量的不断恶化、水环境的不断污染、生态环境的不断破坏，使被污染的环境日益威胁着人类的生存和发展。我国能源的70%来源于燃煤，燃煤燃烧时释放的颗粒物、氮氧化物、二氧化硫构成了污染大气环境的首要污染物。为了改善大气环境的质量，国家对污染物的排放逐步实施了总量控制的方针，并严格执行大气污染物排放许可证制度，为此，国家环保总局相继出台了一系列的法规、规范、标准，以强化对大气环境污染状况的监督和管理。
烟气连续监测系统（CEMS）就是根据工业现场生产工艺控制的要求而设计、生产的，是为保证工艺系统的安全运行和对气体排放浓度监测而专门设计的监控装置，节能、环保、安全。CEMS广泛应用于火电厂、水泥厂，化工厂，工业窑炉、垃圾焚烧，有烟气排放的设施等，对排放物SO2、NO、CO、CO2、O2, CH4, HCL、等有毒有害气体及尘埃进行实时的监测，并且对**，压力，温度，湿度等进行定量分析，通过易控（INSPEC）组态软件进行统一的数据处理，分析并实时的与当地环保局联网，实现环保局集散式的监控每个排污点的详细现场情况。CEMS系统可以大大降低工业废气对大气的污染，为我们的生活创造更好的生存条件！

2．系统构成
整套系统包括探头取样系统、样气预处理系统、校准系统、PLC控制系统，气体分析仪，DAS系统（数据采集和分析），GPRS远程通讯系统。系统拓扑图如下：

系统示意图

烟气成分连续监测系统工作原理，如图2 所示系统的基本组成

系统基本组成

系统组成
        CEMS成套系统由柜内和柜外两大部分组成。分析柜安装在室内，柜外部分的电加热自动控温取样探头，安装在烟道上。系统加热探头抽取样气，经探头内置过滤器过滤大量烟尘。其加热温度不低于145℃，以防止冷凝。
        预处理单元：包括压缩机除湿器、耐腐抽气泵、气溶胶过滤器、反吹单元等。用于完成样气的净化、除尘、除湿。标准气从预处理前端通入，经过预处理系统，这样使样气和标准气以同样条件进入分析仪器，减少系统误差。气体取样设备在机柜内，样气首先经过制冷室除湿，然后进入第二个有固定露点的冷凝器，穿过气溶胶过滤器分离硫酸，通过湿度报警精细过滤器并检测冷凝器的故障，产生的辅助信号进入分析仪故障信号切断抽气泵。故障排除后泵自启动。气体分析仪能够同时有选择地测量多种组分的气体。系统可连续工作，正常情况下无须维护。分析单元：多组份红外分析仪测量NOx 、CO、CO2 、 SO2和O2，分析仪提供自动标定功能，由于它极其稳定可靠、重复性、开发了新的数学模型，该仪器具有一点校准功能。用零气对仪器进行校准，可省去标准气。各参数通道相互独立，稳定可靠。智能化程度高，和样气接触的红外气室可拆卸清洗，极大地降低了维护成本。控制单元：PLC是CEMS系统的数据采集、控制单元。与常规的控制方式不同，PLC提供了更为丰富的功能和更高的可靠性、扩展能力。在CEMS系统中， PLC提供了各种模拟量数字量的输入输出信号，并通过软件进行深度处理，其功能主要包括：
     自动控制烟气抽取，并自动为分析仪提供分析样气；
     执行分析仪的零点和满量程校准；
     自动反吹和冷凝排放；
     显示CEMS系统状态（采样/校零/校跨/反吹）；
     报警、计算、定义、扩展；
     与DAS系统通讯；
     多点测量时，控制气路切换、采样排序和采样周期。
         PLC提供了24小时的记录接口系统，可以将加工过的数据传输给DAS，其控制指令通过DAS激活。PLC实现了分析系统智能化控制。系统内通常设有外控（自动）和内控（手动）两种程序，能自动进行取样分析、反吹、置换、温度控制、故障识别、报警输出等，与生产过程联锁，输出4-20mA成分量信号和报警控制等开关信号。

3．系统方案
         粉尘监测系统主要由收发单元、反射单元、控制单元、自动清洗单元组成。收发单元和反射单元为系统主体测量部分。通过两个安装在现场测量烟道两侧的法兰，利用精密的自校准光学系统，基于光透射原理工作。该粉尘监测系统的主要技术特点：
     采用直插式测量原理，可连续进行测量，直接输出粉尘浓度mg/m3值。
     由于采用了固态光源，寿命长达十年。
     由于超宽带二极管的宽带光谱产生测量信号的光学鉴定，使测量比常规的LED系统要稳定得多。
     高性能的微处理器技术。
     在不透明或透明浓度下用LC显示，校准能力达到mg/m 3 。
     自动进行调零和量程检查，自动污染校正。
     光学系统和电子设备装均密封在内部。
     样品的调整不用特殊工具，方便易行。
     自动调整光程。
     有多个量程，多路信号输出。
     **的吹扫系统可减少维护量。
         **监测系统的探头、法兰和仪表外壳均为耐酸不锈钢材料，防护等级为IP66。适用在高温和腐蚀性的环境下连续工作。温度监测采用PT100热电偶测量，是经典方法，方便、可靠、稳定。压力监测采用直接连接，绝压变送器测量。
        系统工艺图如下：

系统工艺图

4．系统特点
     直接分析原样，尽可能地保持烟气物理和化学状态，样气具有代表性。
     满足至少180天运行而不需要日常维修的要求，可长期无人值守（大于5天）。
     可以提供95%以上的资料可利用率。
     功能丰富，包括：反吹功能、自诊断和报警功能、指示功能、分析仪器自诊断、自动控制、自动校准、系统网络化、错误代码指示等功能。
     数据处理系统：采用易控(INSPEC)组态软件来实现，内置的PLC通信、智能图符、强大的图形和动画、和数据处理能力，数据采集快速准确，界面直观，能很好满足该系统对数据显示和处理的需要。详细情况参见DAS数据采集和分析介绍。
     高可靠性、安全性、可维修性和可扩展性。监测设备满足两套烟气成分采样探头系统的运行要求，同时设计方案考虑了一定的预留接口和容量。CEMS可与电厂、电力局、环保局的局域网形成MIS/SIS网，可以远传通讯。
     报告的烟气**=工况下湿烟气量X(大气压力+烟气静压)/101300X273/（273+烟气温度）X（1-烟气湿度），包含了温度、压力、湿度的修正为标况干烟气量。
     配置的软件与系统的硬件资源相适应，除系统软件、应用软件外，还配置了在线故障诊断和杀毒软件等。
     分析仪器和监测仪表包含了为日常维护人员检修提供的电信号接口，极大地方便了技术人员检修。
     所有烟道设备可以满足在下列恶劣环境下应用：烟道压力（-4.9至+4.9kpa）、烟囱入口温度（小于250℃）、相对湿度（大于95%）。
     采用了优数量的烟道安装探头，降低现场安装难度，提供检修方便。

5．软件应用
        上位监控系统采用易控(INSPEC)组态软件开发，它集实时数据库功能、OPC Server功能、强大的IO通信、开放的C#用户程序、丰富的动画、图形功能、高效能的报表等功能于一身，包含动态显示，报警，控件，趋势，网络通讯等组件。整套CEMS监控系统包含多幅实时监控画面，包括现场工艺，历史趋势，各种报表，高低及故障报警，参数设置（量程，折算率，排放率等）。

现场工艺画面
通过指示灯和现场动画可以实时监控设备的运行情况，通过趋势图了解数据变化的规律及特点。变送器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的工艺图中。
历史趋势
在历史趋势画面中，可以选择不同的数据进行趋势查看，打印。并且同时可以分析出数据的大值，小值，平均值等；在画面设置中可以方便的改变趋势的类型如线条类型、颜色、文字格式等，支持实时打印。

报表
在报表画面中，按照《国家烟气排放标准规范》设计报表格式，配合其强大的查询，检索，打印等功能。

参数设置
以管理员身份登录后可以进行参数设置，包括量程设置，数据设置，折算值，排放率，**设置等。用户在DCS根据现场情况实时更改需要的参数，以达到工艺要求。

易控软件在采集数据的同时生成SQL数据库，用于客户对数据的管理和查询。同时，通过通讯软件读取SQL中指定表中的数据，通过GPRS无线网络传输到环保局，由环保局对各现场进行统一的实时监控。

6.结束语
结合环境监测仪器、PLC和上位机监控软件多种技术的烟气连续监测系统(CEMS)，在国内一些大型和重点项目的大气污染治理中得到了广泛的应用。易控(INSPEC)组态软件作为现场监控的监控和数据管理中心，具有完善的CEMS系统所需要功能。极大**了工厂自身工艺安全性能，并可及时改变工艺，**工厂效率，降低了损耗；经过采集分析和处理的数据可通过无线网络直接发送到国家环保监管部门，十分便捷，而且数据准确真实，为减低大气污染，**人类生存环境起到了重要作用

混凝土搅拌站是一种在建筑行业中使用非常广泛的建筑机械, 混凝土搅拌站的控制系统通常采用继电器回路加智能仪表的控制模式, 在实际生产过程的混凝土配方中, 每种配料的供给量和各个环节的时间控制均需要操作人员通过观察仪表来实现, 这种自动化程度不高、可靠性差的控制系统越来越满足不了建筑行业的需要. 由于混凝土搅拌站的工作环境十分恶劣, 传统混凝土搅拌站的继电器控制系统在实际生产过程中容易出现故障, 又由于其继电器回路十分复杂, 因而设备检修、维护起来也十分困难. 文中针对ZS60型混凝土搅拌站, 提出了在混凝土搅拌站自动控制系统中用上位机加下位机的设计框架. 采用该控制系统, 操作人员可通过上位机的操作**控制和掌握整个实际生产过程. 同时可通过调用上位机的各种报表, 方便地统计、查询所需某段时间内的生产量、物料消耗情况以及客户情况等资料. 采用该设计方案极大地**了搅拌站的生产自动化程度及工作的安全可靠性.

1　ZS60搅拌站的工艺流程要求

ZS60搅拌站的控制系统是专门针对60型混凝土搅拌站的大生产模式为基准设计的, 即使用砂仓、粗石仓、细石仓、水泥1仓、水泥2仓、粉料添加剂仓、外添加剂仓、骨料秤、粉料秤、外添加剂秤、水秤, 共7仓4秤的情况. 这7仓4秤的工作流程如图1所示.

图1　工艺流程图

2　ZS60型搅拌站监控系统的组态软件设计

系统上位机采用华北PC2500型工控机, 其结构具有防尘、防震的特点,可全面保证系统在恶劣的工作环境中稳定运行. 上位机监控组态软件采用北京昆仑公司的MCGS(monitor and control generated system ). MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件, 系统正是通过MCGS来实现对现场数据的采集处理, 以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式来实现良好的人机交互.

2. 1　动画组态

为了能实时地了解搅拌站系统的实际生产状况, 本系统充分利用MCGS的动画组态功能, 通过上位机与实际生产过程同步的动画, 使操作人员可准确地掌握实际现场的工作状态. 采用MCGS图库中已有的图元, 通过多种组合将ZS60型搅拌站的主要结构模拟出来, 并在实时数据库给图元定义出相应的变量后与下位机的DI信号连通起来, 这样就实现了动画与实际生产同步, 从而也实现了上位机的监控功能. 组态后的画面如图2所示.

图2　控制窗口

2. 2　配方库的组态

由于搅拌站的生产是针对不同的客户(施工单位),而不同的客户所需要的混凝土配方不同,因而本系统利用MCGS的配方组态生成了配方库, 在该配方库中可同时建立和保存多种配方, 同时还可在工作状态下编辑配方用来满足不同的客户对混凝土配方的不同要求.

2. 3　报表和其它功能窗口的组态

为了方便操作人员随时查看、统计某一时间段内的生产量、物料消耗情况,本系统利用MCGS的报表功能组态了状态报表等. 通过这些报表, 操作员可随时掌握生产情况, 及时补给原料. 另外, 本系统还组态了落差设定、调试、系统参数设定、校称和时间设定等窗口, 操作人员通过这些窗口的操作就可以完成整个生产过程, 实现了完全自动化.

3　PLC梯形图程序的编制

ZS60搅拌站控制系统的下位机部分采用的是西门子公司的S72200系列的S72200CPU214PLC,该PLC的基本单元配有14个数字量输入点, 10个数字量输出点. 而为了满足编程的需要, 该系统还分别采用了数字量输入扩展模块、输出扩展模块和模拟量扩展模块各一个.按照系统对工艺流程的控制要求分配好IO地址, 并采用西门子公司的编程软件编制程序梯形图.

该系统的PLC程序由一个主程序和骨料秤、粉料秤、水秤、添加剂秤、称砂、称粗石、称细石7个子程序共同组成, 其中骨料称子程序中嵌套调用称砂、称粗石和称细石3个子程序. PLC通过主程序按要求调用子程序, 从而不仅保证下位机能**控制系统运行, 同时还保证了PLC程序较强的可读性, 为系统以后的维护提供了良好的基础.

为了进一步保证系统的安全可靠, 在全套系统之外还独立为各个“秤”设置了智能仪表监控.当出现主系统锁死的意外情况时, 可通过智能仪表监测“秤”内的称量及下料情况完成该次操作,避免由此带来的损失.

4　上、下位机的通信

4. 1　硬件连通

使用西门子标准PC PPI电缆将上位机(本系统使用的是工控机)与下位机(PLC)连接起来,并将PLC的通信参数设置为:
remote Address=2, localaddress=0,Module=PC PPI,cable(COM 1), protecol=PPI,Transmission rate=9.6kps,Mode=11bit.

将MCGS的通信参数设置为COM1, 波特率=9600, 8位数据位, 1位停止位, 偶校验.

4. 2　上位机与下位机对应变量的连通

上位机与下位机变量的连接是通过内部属性设置PLC 的读写通道来实现的, 从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出, 具体操作方法如下.

1) 按“增加通道”按钮, 弹出增加通道窗口,在该窗口中: (1)选择要对PLC中的某个继电器区或寄存器区进行操作, 即选择通道类型; (2)选择是只读,只写, 还是读写, 默认是只读; (3)指定操作该继电器区或寄存器区的某个地方, 即输入通道地址, 如果要以字操作的方式读或写“VW15”, 则在输入通道地址中写“15”; (4)位操作时指定操作该通道地址中的那一位(如0～ 7) ;(5)设置一次连续增加多个PLC通道.

2) 按“删除一个”按钮, 可以删除已建立连接的PLC通道.

3) 按“全部删除”按钮, 可以删除全部建立连接的PLC通道.

4) 按“索引拷贝”按钮, 可以在当前选定通道的基准上, 按顺序索引的原则, 增加一个新的PLC通道.

按照以上步骤将上位机变量与下位机一一连接起来后, 上位机与下位机就完全连通了, 该系统即可投入生产.