倉泵進(jìn)出料PLC控制及其上位機組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計講解

1、1引言1.1 課題簡介 11.2 燃煤發(fā)電廠除灰概述 11.3 氣力除灰技術(shù)簡介 22大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)簡介42.1 系統(tǒng)流程 42.2 系統(tǒng)布置 53控制系統(tǒng)設(shè)計 73.1 上引式倉泵的工作過程 73.2 plc 設(shè)計 83.2.1 西門子 s7-300plc 簡介83.2.2 plc的工作原理 143.2.3 plc的硬件設(shè)計及選型 163.2.5 plc 的 i/o 表 203.2.6 plc 設(shè)計梯形圖 243.2.6.1 自動操作梯形圖 243.2.6.2 手動操作過程 23中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計第24頁1引言1.1 課題簡介倉泵進(jìn)料、出料過程是燃煤電廠氣力除灰的很

2、重要的一個生產(chǎn)過程， 主要包括三種工作情況：進(jìn)料、出料和堵灰。本課題研究的主要是倉泵進(jìn) 出料的plc控制系統(tǒng)以及其上位機組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計。 在plc系統(tǒng)中分為手 動和自動兩部分操作，手動操作是在測試和排出故障時才使用。plc硬件是采用的是西門子公司的s7-300。上位機組態(tài)設(shè)計也分為手動和自動兩種 操作，軟件是采用的北京昆侖自動化軟件科技有限公司的mcgs。本系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)與以往的上位機設(shè)計最明顯的改進(jìn)是：語音報警系統(tǒng)，視頻 監(jiān)視功能，互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)視功能，可以完全實現(xiàn)現(xiàn)場無人操作，有效避免 了對員工的身體危害。1.2 燃煤發(fā)電廠除灰概述煤炭是由各種物質(zhì)組成的，其中有一部分為不可燃燒的礦物質(zhì)。這

3、種 不可燃燒的礦物質(zhì)，一般通稱為煤的成分。煤經(jīng)燃燒后，灰分被分解析出， 冷卻后成為灰渣。它是由硅、鋁、鈣、鎂、鐵等氧化物組成的礦物殘渣。煤的成分來源于生成煤的植物所固有的礦物雜質(zhì)，以及因地殼變化隨 植物帶入的泥沙雜質(zhì)，并在碳化過程中與可燃物質(zhì)化合在一起，只有經(jīng)過 高溫燃燒才能分解析出，這是煤的灰分的主要部分。另外，煤在開采和運 輸過程中，還混入一些什石、頁巖、巖石等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是煤中灰分 的一部分。煤的灰分含量是衡量媒質(zhì)優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。煤的灰分含量越高， 煤的發(fā)熱量越低。對于灰分含量在12%；下的各種原煤或洗混煤，稱為高灰 分的低質(zhì)煤。另外，灰分含量為 1640%勺煤泥、水采煤泥和灰分

4、含量在 32%；上的洗中煤，亦稱為低質(zhì)煤。目前，我國動力用煤，一般為未經(jīng)洗選 或篩選的原煤，灰分含量多在25位右，高者達(dá)4050%燃用低質(zhì)煤的電 廠，宜燒含灰量較低的原煤或經(jīng)過篩選加工的煤。送入鍋爐內(nèi)的燃煤所含的灰分沒，在煤燃燒后都要通過不同的形式排 除出來，從鍋爐排出來的灰渣量，為送入爐內(nèi)燃煤量的灰量。實際上，煤 在燃燒過程中，還會有一部分固態(tài)的可燃物質(zhì)沒有燃燒，并化合于灰渣中， 因此鍋爐實際排出的灰渣量，就還包括這部分可燃物質(zhì)。在鍋爐排出的灰 謂量中，除有一部分灰量隨煙氣排至大氣外，其余都將由除灰系統(tǒng)排出。燃煤發(fā)電廠的除灰，大體上可分為水力除灰、氣力除灰和機械除灰三種方式。采用哪一種除灰方

5、式，要從電廠的實際情況出發(fā)，根據(jù)灰渣量、 灰渣性質(zhì)、排灰去向和自然條件等方面來選擇確定。一般電廠多采用水力 除灰方式，當(dāng)有部分或全部灰要供給綜合利用時，宜采用氣力除灰方式。 如采用一種除灰方式不能滿足送灰要求時，可以采用兩種或者三種聯(lián)合的 除灰方式。1. 3氣力除灰概述氣力除灰是以空氣為介質(zhì)，通過壓送或抽吸設(shè)備及其管道，輸送粉粒 狀灰的一種干式除灰方式。干灰呈松散狀態(tài)，流動性好，易于裝卸和吹送。氣力除灰輸送設(shè)備比 較簡單，除塵器集灰斗與輸送設(shè)備之間，有的是通過螺旋給料(干灰)機 或空氣斜槽連接，有的則是把輸送設(shè)備或抽灰裝置直接裝在除塵器的集灰 斗下部。由于氣力除灰輸送單位重量干灰所需要的空氣量

6、少，與輸送同樣 灰量的一般水方式除灰系統(tǒng)相比，輸送管道直徑要小的多，所以管道的布 置、敷設(shè)都比較方便靈活，除灰管道既能把各個排灰點集中往一個方向輸 送，又可以把灰分別送往各個用灰點或轉(zhuǎn)運點。另外，氣力除灰系統(tǒng)從進(jìn) 灰到排灰的全部輸送過程容易控制，可按輸送的程序采用自動起停，運行 管理比較方便。主要缺點是輸送距離短，管道磨損快，易堵灰不適于干渣 的輸送。有的電廠為了滿足灰渣綜合利用的工廠連續(xù)用灰，還配備了運輸 干灰的槽罐車，作為除灰系統(tǒng)故障時的備用。氣力除灰系統(tǒng)分為正壓和負(fù)壓兩類系統(tǒng)。簡言之，管內(nèi)壓力大于大氣 壓力者稱為正壓，反之則為負(fù)壓。近20年來，氣力輸送技術(shù)在我國燃煤電廠中的應(yīng)用進(jìn)入了快速

7、發(fā)展階 段。這主要得益于三大有利背景：(1)國家經(jīng)濟發(fā)展的需要。80年代以來國家經(jīng)濟的全面復(fù)興推動了 國內(nèi)建材工業(yè)的高速發(fā)展，從而為干灰在建工、建材等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了 前所未有的市場。(2)環(huán)保需要。傳統(tǒng)水力除灰技術(shù)存在耗水量高、水體污染嚴(yán)重、灰 場占地大、濕度利用效益低等一系列缺陷，隨著我國水資源、土地資源的 日益緊缺以及國家環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)的出臺，氣力除灰技術(shù)日益得到重 視。(3)電除塵技術(shù)的廣泛應(yīng)用。電除塵器在國內(nèi)燃煤電廠大面積推廣應(yīng) 用始于70年代。電除塵器對于粉灰煤的綜合利用具有不可替代的三大優(yōu)勢：干式收塵，使粉灰煤得以保持原有的良好活性；收塵效率高，可以最 大限度地將利用最高的細(xì)

8、微灰粒收集下來；自身的多電場收塵結(jié)構(gòu)具有 相對干灰進(jìn)行粒徑分級的特點，可以實現(xiàn)粗、中、細(xì)灰分除、分儲和分用。可以預(yù)見，隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施和環(huán)境保護(hù)、粉煤灰綜合 利用的發(fā)展，燃煤電廠氣力除灰技術(shù)應(yīng)用前景將會越來越好。2大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)簡介大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)是以壓縮空氣作為輸送介質(zhì)，將干灰輸送到 灰?guī)旎蚱渌付ǖ攸c，成為國內(nèi)燃煤電廠應(yīng)用最早、最廣泛的一種氣力除 灰方式。像其他氣力除灰系統(tǒng)一樣，大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)由供料設(shè)備、氣 源設(shè)備和集料設(shè)備三大基本功能組分以及管道、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。不同類 型的氣力除灰系統(tǒng)采用的功能設(shè)備的類型、性能以及布置形式是不同的。 大倉泵正壓氣力除灰

9、系統(tǒng)的核心設(shè)備是倉式氣力輸送泵，電動鎖氣器是與 之相配套的前置供料器；氣源設(shè)備采用較多的是空壓機組、羅茨風(fēng)機或其 他高壓風(fēng)機；集料設(shè)備是結(jié)構(gòu)較為簡單的布袋收塵，布袋收塵器通常安裝 在灰?guī)斓膸祉敚部梢愿鶕?jù)需要直接安裝于用灰現(xiàn)場。根據(jù)倉泵配置方式的不同，大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)分為集中供料式 和直聯(lián)供料式兩種類型。集中供料系統(tǒng)是指多只灰斗共用一臺倉泵，俗稱 大倉泵系統(tǒng)，本文設(shè)計的對象就是該系統(tǒng)；直聯(lián)供料式系統(tǒng)是指每一只灰 斗單獨配置一臺倉泵，這種系統(tǒng)因倉泵的容積較小，因而習(xí)慣上稱之為小 倉泵系統(tǒng)。2.1 系統(tǒng)流程大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)的工藝流程：干灰從電除塵器（ ep）灰斗流 出，經(jīng)閘板閥、電動鎖

10、氣器，進(jìn)入干灰集中設(shè)備，干灰集中設(shè)備將來自若 干不同灰斗的干灰集中輸送給一臺倉泵。在倉泵內(nèi)干灰與壓縮空氣混合， 使干灰呈懸浮狀態(tài)，并經(jīng)輸灰管道直接打入灰?guī)?。大部分干灰直接落入?底，少量會隨乏氣進(jìn)入安裝于庫頂?shù)幕掖諌m器，細(xì)灰被收集下來重新落 入灰?guī)?，清潔空氣直接排入大氣。大倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)除倉泵外，還應(yīng)包括前置給料設(shè)備一一電動 鎖氣器和干灰集中設(shè)備。電動鎖氣器的主要作用一是連續(xù)定量給料。二是 隔絕上下空氣。干灰集中設(shè)備將多只灰斗的灰匯集一起，達(dá)到多灰斗共用 一臺倉泵的目的。燃煤電廠常用的干灰集中設(shè)備有空氣斜槽、螺旋輸送機 和埋刮板機等。2.2 系統(tǒng)布置下圖是一套典型的燃煤電廠大倉泵正壓氣

11、力除灰系統(tǒng)。該系統(tǒng)為單爐 雙電除塵器配置，每臺電除塵器為雙室三電廠結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)共有兩條除灰 管路，采用粗細(xì)灰分輸、分儲方式。一電場干灰為粗灰，二、三電場為細(xì) 灰。兩臺電除塵的一電場8只灰斗共用一條輸灰母管，二、三電場的 16只 灰斗共用另一條輸灰母管。系統(tǒng)共配有兩座儲灰?guī)?，其中一座用于存儲?電場的粗灰，另一座用于存儲二、三電場的細(xì)灰。以一電場粗灰為例：干灰分別從 1、2號兩臺電除塵器的灰斗下來。1 號電除塵器4只灰斗的干灰經(jīng)閘板閥、電動鎖氣器進(jìn)入一只空氣斜槽，2號 電除塵器4只灰斗的干灰經(jīng)另外的閘板閥、電動鎖氣器進(jìn)入另一條空氣斜 槽。兩條斜槽共用一只大倉泵，當(dāng)干灰進(jìn)入倉泵并與來自空壓機的壓縮

12、空 氣混合后，形成具有較高壓力的灰氣流，灰氣流沿輸灰管道被送入粗灰?guī)欤?庫內(nèi)乏氣通過安裝于庫頂?shù)牟即龎m器，細(xì)灰被過濾下來，清潔空氣被排 入大氣。細(xì)灰輸送管路布置與上述粗灰輸送管路略有不同。由于電除塵器二、 三電場收集的干灰量較小，總共只占干灰總量的20%左右，因此二、三電場的細(xì)灰先分別進(jìn)入各自的倉泵和相應(yīng)的分支除灰管道，然后匯合于同一 條母管打入細(xì)灰?guī)?。粗灰?guī)?細(xì)灰?guī)靦t打包機接灰罐車揖濕式攪拌器灰罐車1灰斗 2標(biāo)板門3電動銳氣器 4一交，斜槽5出料狷 6壓力探放憫7乏氣布袋收塵蠹8-庫底氣化板9大倉泵3控制系統(tǒng)設(shè)計倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)中包括對倉泵進(jìn)出料的控制、灰斗氣化風(fēng)機、 灰?guī)鞖饣L(fēng)機以

13、及管道切換等的控制。由于對倉泵進(jìn)出料的控制最為復(fù)雜，其它控制過程較為簡單，因此本文選擇該控制過程為研究對象。倉泵依不 同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方式，本論文以cb型（上引式）倉泵為研究對象。3.1 上引式倉泵的工作過程cb型倉泵可分為單倉泵和雙倉泵兩種。cb型單倉泵是由缸體及附件、 進(jìn)料閥、鋼底進(jìn)風(fēng)閥、傘形透氣閥、傘形閥、止回閥、直角考克、自動料 位指示器等組成。雙倉泵是由兩臺單倉泵加上飼料機、出料閥等組成。缸體由鋼板焊接而成。缸體內(nèi)有環(huán)形吹送管，它的作用是通過壓縮空 氣把缸體內(nèi)物料氣化，以增加物料的流動性和便于輸送。進(jìn)料閥由錐閥、連桿和活塞開關(guān)等部分組成，當(dāng)活塞缸的活塞被氣壓 推至上部時，連桿帶動

14、搖臂桿試錐閥落下，進(jìn)料閥開啟；反之，當(dāng)活塞開 關(guān)的活塞處于下部時，靠活塞開關(guān)內(nèi)的彈簧的壓力把錐閥推至上方，并于 橡膠圈壓緊，此時就是進(jìn)料閥的關(guān)閉狀態(tài)。缸底進(jìn)風(fēng)閥是壓縮空氣進(jìn)入缸體的主要通道。其工作原理是：由閥上 的上下氣流壓力差與彈簧之間的平衡作用維持一定的開度，讓一定量的壓 縮空氣進(jìn)入缸體，使缸體內(nèi)物料氣化后，借缸體與管道的壓力差，將氣化 的物料送至輸送管道。傘形閥與傘形透氣閥的工作原理：當(dāng)控制管路通氣時，閥的橡膠膜上 受壓推動閥桿，使彈簧壓縮，并頂開閥芯，從而閥門開啟工作。傘形透氣 閥的作用是將缸體內(nèi)的大氣排出，使倉泵順利出料。傘形閥的開啟作用事 將缸底進(jìn)風(fēng)閥打開，便于送料。自動料位指示器

15、的作用是當(dāng)料位到達(dá)規(guī)定的高度時即發(fā)出指示信號， 從而使倉泵達(dá)到自動控制。 如圖就是一個典型的cb型倉泵控制系統(tǒng)圖。為了便于后面的控制系統(tǒng)設(shè)計，圖中只畫出了倉泵的主要組成部分， 有些零部件譬如排氣閥、料位計、環(huán)形吹松管等沒有畫出。下面簡述一下 其工作工程：打開透氣閥dqc將罐內(nèi)的空氣排出，再將進(jìn)料閥 jlj打開, 向罐內(nèi)供料。這兩個閥門的啟閉均靠啟動執(zhí)行。當(dāng)罐體內(nèi)料位達(dá)到預(yù)定高 度時，料位計動作，并發(fā)出信號將控制氣源的電磁閥hj關(guān)閉，氣源切斷后透氣閥和進(jìn)料閥同時關(guān)閉。當(dāng)進(jìn)料閥關(guān)閉后，其限位開關(guān)將電氣信號傳遞 給電磁閥hjg將進(jìn)風(fēng)閥dqcf啟，通過環(huán)形吹松管和缸底進(jìn)風(fēng)閥將壓縮空 氣送至罐體內(nèi)，使罐

16、體內(nèi)的粉料受到均勻的攪拌，并從排料管隨壓縮空氣 一起排出。3.2 plc設(shè)計3.2.1 西門子s7-300plc簡介s7-300 是模塊化小型plc系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。- simatic s7-300可編程序控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。各種單獨的模塊之間 可進(jìn)行廣泛組合以用于擴展。一、系統(tǒng)組成中央處理單元(cpu)各種cpu有各種不同的性能，例如，有的 cpu上集成有輸入/輸出點，有的cpu上集成有profibus-dp通訊接口等。信號模塊（sm）用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通訊處理器（cp）用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接功能模塊（fm）用于高速計數(shù)，定位操作（開環(huán)或閉環(huán)定位）和閉環(huán)控制。負(fù)

17、載電源模塊（ps）用于將simatic s7-300 連接到120/230 伏交流電源，或 24/48/60/110 伏直流電源。接口模塊（im）用于多機架配置時連接主機架 （cr）和擴展機架（er）。s7-300通過分布 式的主機架（cr）和3個擴展機架（er）,可以操作多達(dá)32個模塊。運 行時無需風(fēng)扇。二、simatic s7-300適用于通用領(lǐng)域：高電磁兼容性和強抗振動，沖擊性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。三、類型s7-300有兩種類型： 標(biāo)準(zhǔn)型 溫度范圍從0 c到60 c環(huán)境條件擴展型溫度范圍從-25 c到+60 c更強的耐受振動和污染特 性。四、功能simatic s7-300的大

18、量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(hù)高速的指令處理0.60.1 ps的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的 應(yīng)用領(lǐng)域。浮點數(shù)運算用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運算：方便用戶的參數(shù)賦值一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了 入門和培訓(xùn)的費用。人機界面（hmi）:方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 s7-300操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機對話的編程要求大大減少。simatic人機界面（hmi）從s7-300中取得數(shù)據(jù)，s7-300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的 傳送。診斷功能:cpu的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

19、是否正常、記 錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）。口令保護(hù)：多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機密，防 止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。操作方式選擇開關(guān)：操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔 出時，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。五、simatic s7-300具有多種不同的通訊接口：多種通訊處理器用來連接as-i接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)串行通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng)多點接口（mpi）集成在cpu中，用于同時連接編程器、pc機、人機 界面系統(tǒng)及其他simatic s7/m7/c7等自動化控制系統(tǒng)。六、cpuj持下列通訊類型：過程通訊通過

20、總線（as-i或profibus ）對i/o 模塊周期尋址（過程映象交 換）數(shù)據(jù)通訊：在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面 （hmi）和幾個自動控制系 統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會周期地進(jìn)行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。七、結(jié)構(gòu)din標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝：只需簡單地將模塊鉤在din標(biāo)準(zhǔn)的安裝導(dǎo)軌上， 轉(zhuǎn)動到位，然后用螺栓鎖緊。集成的背板總線：背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連， 總線連接器插在機殼的背后。更換模塊簡單并且不會弄錯：更換模塊時，只需松開安裝螺釘。很簡單 地拔下已經(jīng)接線的前連接器。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插 到其他的模塊上?？煽康慕泳€端子：對于信號模塊可以使用螺釘型接線端子或彈簧型接 線端

21、子top連接：采用一個帶螺釘或夾緊連接的1至3線系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)接線?；蛘?直接在信號模塊上進(jìn)行接線。確定的安裝深度：所有的端子和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有端蓋 保護(hù)，因此所有的模塊都有相同的安裝深度。沒有槽位的限制：信號模塊和通訊處理模塊可以不受限制地插到任何一個槽上，系統(tǒng)自行組態(tài)。simatic pcs 7過程控制系統(tǒng)詳細(xì)介紹simatic pcs7是西門子公司基于全集成自動化思想的面向未來的過程 控制系統(tǒng)。經(jīng)過六年的發(fā)展，simaticpcs7憑借極高的可靠性和優(yōu)越的性 價比成為了新一代dc繇統(tǒng)的典范。已經(jīng)發(fā)布的simatic pcs 7的最新版本6.0版將會極大地提高系統(tǒng)的 各項性能指標(biāo)

22、，大大地擴展系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，更適合于在苛刻領(lǐng)域中的應(yīng) 用，并且促進(jìn)了從儀表到系統(tǒng)的縱向集成。這將使得simatic pcs 7無論從產(chǎn)品質(zhì)量還是性能指標(biāo)都達(dá)到全新的高度。盡管先前版本的simatic pcs 7過程控制系統(tǒng)已經(jīng)擁有了優(yōu)越的系統(tǒng) 功能，6.0版本仍有其突出的貢獻(xiàn)：極大地提高了系統(tǒng)容量（網(wǎng)絡(luò)能力和控制/監(jiān)控站的數(shù)量）整體硬件性能和編程環(huán)境的提高系統(tǒng)免疫能力和抗超載能力提高可用性增強工程工具得到優(yōu)化，大大地減少了組態(tài)工作（如消除了等待次數(shù)）符合fda標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)查帳索引（確保數(shù)據(jù)安全）創(chuàng)新的simatic批處理的功能更強系統(tǒng)范圍的在線可更換性（硬件、通訊、自動化系統(tǒng)和操作員站）工程

23、師站、操作員站和simatic批處理系統(tǒng)的操作平臺將升級為windows 2000全集成自動化的高度集成使得我們的客戶能夠在企業(yè)級的自動化解決 方案中達(dá)到全新的境界。simatic pcs 7 一實現(xiàn)全集成自動化的過程控制系統(tǒng)通過全集成自動化（tia）,西門子公司實現(xiàn)了基于單一平臺提供用于 全過程鏈的通用自動化技術(shù)的目標(biāo)，從輸入物流，到生產(chǎn)或所有流程，直 到輸出物流。這種通用自動化技術(shù)還可用于優(yōu)化一個企業(yè)的所有業(yè)務(wù)流程， 從企業(yè)資源計劃（erp級，到管理執(zhí)行系統(tǒng)（mes級和控制級，直到現(xiàn) 場級。橫向集成橫向集成意味著所有生產(chǎn)流程，從輸入物流，到生產(chǎn)或所有流程，直 到輸出物流，都可使用統(tǒng)一的 s

24、imatic系列標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件部件。作為企業(yè)范圍內(nèi)全集成自動化系統(tǒng)中的過程控制系統(tǒng)，simatic pcs 7采用tia系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件。借助于其通用的數(shù)據(jù)維護(hù)、通訊和設(shè) 計功能，可以提供一種基于開放式平臺的先進(jìn)的、面向未來的經(jīng)濟自動化 解決方案，用于過程工業(yè)、加工工業(yè)以及綜合工業(yè)的所有領(lǐng)域（連續(xù) /批量 過程以及分散式加工，例如在玻璃工業(yè)和制藥工業(yè)）。在過程工業(yè)和綜合工業(yè)的輔助流程和物流過程中，經(jīng)常通過運動控制 系統(tǒng)和simatic部件實現(xiàn)自動化，其主要流程通過過程控制系統(tǒng)simaticpcs 7來完成。通過全集成自動化理念，simatic pcs 7不僅可以承擔(dān)過程控制技術(shù) 相關(guān)任務(wù)

25、，而且還可以完成一個生產(chǎn)平臺的輔助流程（例如裝料，包裝） 或輸入輸出物流（例如物料輸送和貯存）的自動化?？v向集成：縱向集成將實現(xiàn)從erp平臺，到mes平臺和控制臺，直到 現(xiàn)場平臺的通用和透明化數(shù)據(jù)通訊。通過不斷融入自動化技術(shù)和信息技術(shù) 以及標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，可以實現(xiàn)公司范圍內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)的自動化。由此可以實 現(xiàn)整個工藝流程的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，顯著提高生產(chǎn)的靈活性。simatic pcs 7在公司范圍內(nèi)的縱向集成包括兩個方面與全公司范圍內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)集成現(xiàn)場技術(shù)集成通過將自動化平臺連接到it環(huán)境，可以將過程的數(shù)據(jù)在整個公司范 圍內(nèi)應(yīng)用于設(shè)備運行、生產(chǎn)流程以及業(yè)務(wù)流程的評價、規(guī)劃、協(xié)同和優(yōu)化。 同時，還可滿足

26、公司的全球化戰(zhàn)略要求。強大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)借助于其面向未來的理念、基于最先進(jìn)simatic技術(shù)的模塊化和開放 式架構(gòu)、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繼承性使用以及配合使用的高性能控制功能，使用過 程控制系統(tǒng)simatic pcs 7,可以實現(xiàn)所有項目階段中控制技術(shù)設(shè)備的高 性價比實現(xiàn)和經(jīng)濟運行。從規(guī)劃、工程、調(diào)試和培訓(xùn)，到運行、維護(hù)和保 養(yǎng)，直到擴展和完善。同時，simatic pcs 7以及最高的舒適性，簡單安 全的運行，可以實現(xiàn)較高的性能和可靠性。simatic pcs 7充分利用了 profibus技術(shù)的分布式現(xiàn)場技術(shù)集成功 能。profibu為一種簡單、堅固和可靠的總線系統(tǒng)，已在全球應(yīng)用于過程、 加工和綜合工業(yè)

27、的所有領(lǐng)域以及主要流程和輔助流程的輸入輸出物流。該 總線系統(tǒng)支持冗余和故障安全以及在線擴展功能，既可安裝在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)環(huán) 境中，也可安裝在具有爆炸危險的場合。這為具有傳統(tǒng)信號輸入輸出以及 帶有最先進(jìn)集成現(xiàn)場設(shè)備的分布式外圍設(shè)備 et 200 （遠(yuǎn)程i/o ）所無法比 擬。采用simatic pcs 7過程控制系統(tǒng)的全集成自動化主要具有以下優(yōu)顯著節(jié)約開發(fā)、實施和壽命周期成本降低工程造價過程優(yōu)化功能自適應(yīng)應(yīng)用要求變化使用simatic標(biāo)準(zhǔn)部件的優(yōu)點：降低硬件和工程成本可靠的質(zhì)量和穩(wěn)定性簡單快速地系統(tǒng)部件的選型較低的備件成本顯著縮短的備件和擴展部件供貨周期全球通用顯著節(jié)約物流、檢修和培訓(xùn)成本通用而協(xié)同的

28、完整系統(tǒng)作為現(xiàn)代化的過程控制系統(tǒng)，simatic pcs 7可單獨，也可與運動控制系統(tǒng)和simatic結(jié)合使用，形成一個通用而協(xié)同的完整系統(tǒng)。隨著對無 縫通用自動化技術(shù)的要求不斷提高，競爭和價格壓力的不斷增加，以及對 生產(chǎn)設(shè)備柔性度的要求和對生產(chǎn)效率的期望越來越大，simatic pcs 7的優(yōu)勢越來越明顯。在復(fù)雜性越來越大的背后，尤其是自動化技術(shù)與信息技術(shù)的融合，將 是越來越多的通用系統(tǒng)平臺的縱向和橫向集成，實現(xiàn)所謂的 “ best-of-breed 產(chǎn)品”自動化解決方案。采用全集成自動化理念的simatic pcs 7即可最佳滿足這種高要求，前瞻未來。卓越的性能和優(yōu)秀的系統(tǒng)特性，保證了可靠

29、的數(shù)據(jù)維護(hù)、通訊和設(shè)計， 符合過程控制系統(tǒng)的所有要求：簡單而且安全的過程控制；方便的操作和可視化；功能強大、快速、統(tǒng)一的全系統(tǒng)范圍的工程；系統(tǒng)范圍內(nèi)的在線更改功能；開放性系統(tǒng)；靈活性和可擴展性；冗余性；故障安全自動化解決方案；豐富的現(xiàn)場總線集成；靈活的批量過程解決方案；靈活性和可擴展性直接連接it環(huán)境。借助于其模塊化的設(shè)計，基于甄選的simatic標(biāo)準(zhǔn)程序以及硬件和軟 件的架構(gòu)，simatic pcs 7可以靈活適配不同的客戶要求和設(shè)備規(guī)格，將 來的容量擴展和技術(shù)工藝更改都毫無問題。simatic pcs 7的可擴展性表現(xiàn)在，從具有大約160個測量點的較小的單一系統(tǒng)（例如：plt點，msr點）

30、，例如用于實驗室自動化或工業(yè)學(xué)校中的應(yīng)用，直到具有60000個測量點、客戶機/服務(wù)器架構(gòu)的分布式多站系統(tǒng)，用于大型生產(chǎn)設(shè)備的自動化。因此，simatic pcs 7可以適配所有設(shè)備規(guī)格，并隨著設(shè)備的不同而 柔性擴展！面向未來simatic pcs 7基于全集成自動化系統(tǒng)系列的模塊化硬件和軟件部件， 可以相互完美協(xié)同。該系統(tǒng)可以無縫、經(jīng)濟的進(jìn)行擴展和創(chuàng)新，通過其長 期穩(wěn)定的接口，而面向未來。因此，盡管創(chuàng)新速度越來越快，生產(chǎn)壽命周 期越來越短，仍能優(yōu)秀保護(hù)客戶的投資。simatic pcs 7采用連續(xù)性強、全新、功能強大的先進(jìn)技術(shù)以及國際 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如 iec、xml profibus 以太網(wǎng)、

31、tcp/ip、opc aglance isa s88或s95,無與倫比。simatic pcs 7的開放性更是使其可以運行在所有平臺和自動化系統(tǒng) 以及過程外圍設(shè)備中，以及操作員和功能系統(tǒng)、工業(yè)通訊或simatic itframework,并以連接到公司范圍內(nèi)的信息工具、協(xié)同工具和規(guī)劃工具。其開放性不僅表現(xiàn)在系統(tǒng)架構(gòu)上，縱向集成和橫向集成以及通訊上， 而且還表現(xiàn)在用戶程序的編程和數(shù)據(jù)切換接口，圖形、文本和數(shù)據(jù)的導(dǎo)入 導(dǎo)出，例如從cad/cae環(huán)境中導(dǎo)入和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。由此，simatic pcs 7也可以與來自其它制造商的部件一起使用，連接到 現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)中。3.2.2 plc的工作原理最初研制生產(chǎn)

32、的plc主要用于替代傳統(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制 裝置，但是這兩者的運行方式是不一樣的：繼電器控制裝置采用硬邏輯并 行運行的方式，即如果一個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸 點不論在繼電器控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作。然而 plc的 cpu則采用順序逐條地掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或 邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，必須等掃描到 該觸點時才會動作，plc的這種“串行”工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng) 中觸點競爭和時序失配的問題?？紤]到繼電器控制裝置中各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而plc掃描用戶程序的時間一般均少于 100ms,為了

33、消除二者以上之間由于 運行方式不同而造成的差異，plc采用了一種不同于一般微機的運行方式 掃描技術(shù)。循環(huán)掃描的工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順序掃描各輸入點的狀態(tài)， 按用戶程序進(jìn)行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號的整個 工作過程可分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處 理五個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。每次掃描用戶程序之前，都先進(jìn)行內(nèi)部處理，plc檢查i/o部分、存儲器、cpu等硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器。通信操作服務(wù)階段，plc檢查是否有編程器、計算機等的通信請求， 有則進(jìn)行相應(yīng)處理，接收由編程器送來的程序、命令或各種數(shù)據(jù)，并把要 顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)

34、、出錯信信等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有計算機等 的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)。當(dāng)plc處于“stop狀態(tài)時，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。 在plc處于“run”狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作，到程序輸入、程序 執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。輸入處理又叫輸入采樣。在此階段，plc以掃描方式依次地讀入所有 輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映像寄存器。輸入采樣結(jié) 束后，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， 輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處 理階段才能被讀入信息。如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須

35、 大于一個掃描周期，才能保證輸入被讀入。在程序執(zhí)行階段，plc的cpu總是按先左后右、先上后下的順序依次 掃描程序（梯形圖）。但對于跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程 序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，plc從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對應(yīng)映像 寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器 件的寄存器中。當(dāng)程序執(zhí)行階段結(jié)束后，plc就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu 按照映像寄存器內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出電路，并驅(qū)動相應(yīng)的 外設(shè)。這時，才是plc的真正輸出。plc的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可按用戶程序

36、所指定的可變順 序進(jìn)行。這不僅因為有的程序不需要每掃描一次就執(zhí)行一次，而且也因為 在一些大系統(tǒng)中需要處理的i/o點數(shù)多，通過安排不同的組織模塊，采用分 時分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實時響應(yīng)性。 3.2.3 plc的硬件設(shè)計及選型根據(jù)倉泵的工作原理，對倉泵的進(jìn)料、出料過程可采用如下設(shè)計：傳感器傳感器控制對象備注位置傳感器x0繼電器km1倉泵滿時閉合壓力傳感器x1繼電器km2倉內(nèi)壓力小于某設(shè)定值時閉合壓力傳感器x2繼電器km3倉內(nèi)壓力大于某設(shè)定值時閉合壓力傳感器x3繼電器km4出料管壓力大于某設(shè)定值時閉合壓力傳感器x4繼電器km5出料管壓力小于某設(shè)定值時閉合工作過程說明:

37、在該設(shè)計中，plc的輸入為數(shù)字模塊，它是受設(shè)置在爐內(nèi)的各種傳感器所控制線圈的相應(yīng)開關(guān)控制，只有開和關(guān)兩種狀態(tài)。本設(shè)計所用到的傳 感器主要是兩種：一是位置傳感器，它主要是檢測爐內(nèi)料的高度；另一種 為壓力傳感器，它主要檢測爐內(nèi)和出料管的壓強，進(jìn)而對各開關(guān)進(jìn)行控制。如圖所示，爐內(nèi)傳感器有5個，設(shè)定編碼為x0-x4,它們分別控制的 繼電器線圈為km1-km5 ,功能簡述為：x0為位置傳感器，它檢測爐內(nèi)料 的高度，當(dāng)爐內(nèi)的料到達(dá)一定高度時（預(yù)設(shè)為料滿），則由它控制的線圈km1帶電，該線圈相應(yīng)控制的開關(guān)要動作；x1-x4都是壓力傳感器，其中x1是檢測爐內(nèi)低壓的傳感器，當(dāng)出料到一定值時（預(yù)設(shè)值）時，就認(rèn)為此

38、 時壓強為料空時的壓強，此時該傳感器所控制的繼電器線圈 km2帶電，相 應(yīng)的開關(guān)動作；x2與x1正好相反，它是檢測爐內(nèi)高壓的傳感器，即當(dāng)進(jìn) 料到預(yù)設(shè)值時的壓強，當(dāng)認(rèn)為料滿時（此時認(rèn)為爐內(nèi)壓強高），該傳感器控 制的繼電器線圈km3帶電，相應(yīng)開關(guān)動作；x3、x4為控制出料管的壓強， 防止出料管堵塞，其中x3檢測管的高壓，當(dāng)管壓強到達(dá)預(yù)設(shè)值時，它控制 的線圈km4帶電，同時相應(yīng)線圈動作；x4是管的低壓檢測，它是解除高 壓設(shè)置，當(dāng)管子在不斷的控制下壓強降低到一定值（認(rèn)為管子不堵）時， 該傳感器控制的繼電器線圈km5帶電，相應(yīng)的開關(guān)動作。卜面對plc的控制原理進(jìn)行解釋：（如plc控制i/o圖及梯形圖）進(jìn)

39、料過程：當(dāng)爐內(nèi)的料少或空時，km1不帶電，爐內(nèi)壓強低，km2帶 電，因此它們控制的開關(guān) km1常閉節(jié)電保持閉合，km2常開節(jié)點閉合。 對應(yīng)于梯形圖為：i0.1閉合，輔助繼電器m1帶電，形成記憶電路，輸出接 點q4.0、q4.1、q4.2帶電，分別使所控制的透氣閥、進(jìn)料閥、進(jìn)料指示燈 工作，實現(xiàn)進(jìn)料過程。出料過程：出料過程實現(xiàn)的前提是進(jìn)料已滿。當(dāng)料滿時，進(jìn)料位置控 制傳感器所控制的線圈km1帶電，其相應(yīng)的常閉開關(guān)斷開，常開開關(guān)閉合， 此時爐內(nèi)壓強認(rèn)為高，即 km3帶電，它控制的km3開關(guān)閉合。對應(yīng)于梯 形圖為：i0.0閉合，i0.2閉合，輔助繼電器帶電，形成記憶電路，使輸出接 點q4.3、q4.

40、4帶電，它控制的進(jìn)風(fēng)閥、出料指示燈工作，實現(xiàn)出料過程。以上兩過程不能同時工作，所以在上面兩過程的梯形圖中采用了互鎖 電路。下面對堵灰過程進(jìn)行解釋：當(dāng)出料管壓強大的一定值時，線圈 km4帶電，它控制的km4常開接 點閉合，對應(yīng)在梯形圖上為i0.3閉合，輔助繼電器 m3帶電，形成記憶電 路，使輸出接點q4.5、q4.6帶電，使吹風(fēng)開關(guān)動作，對管子吹風(fēng)，吹走管 子中的堵塞物，并同時報警。為了保護(hù)設(shè)備，此時使進(jìn)料過程停止，并強 制出料過程工作。當(dāng)管子的壓強降到一定值時，線圈km5帶電，對應(yīng)的km5開關(guān)閉合， 在梯形圖中為：i0.4閉合，使輔助繼電器帶電，同時形成記憶電路。該電路 與堵灰高壓控制電路形成

41、互鎖，當(dāng)壓強低時，會強制關(guān)斷堵灰高壓控制電 路，使進(jìn)出料過程正常進(jìn)行。根據(jù)控制系統(tǒng)中輸入信號和控制量的多少，選取plc個模塊如下：(1)cpu 單元:cpu315-2dp,ram48kt擴展 eeprom512k(2)di 模塊：sm321,16 路/塊,1 塊;(3)do模塊:sm322,16路晶體管/塊,1塊；(4)電源:ps307,10a,1 塊；cpu315-2dpm有48kb ram 80kb (ram的裝載存儲器，可用存儲卡 擴充裝載存儲器容量最大到512kb,每執(zhí)行1000條二進(jìn)制指令約需0.3ms. 最大可擴展1024點數(shù)字量i/o或128路模擬量通道。cpu31咕裝硬件實時

42、時鐘，如安裝后備電池，則在電源關(guān)掉時cpu勺時鐘仍28續(xù)工作。cpu315-2dp 是唯一帶現(xiàn)場總線(profibus)sinec l2-dpi口 的 cpu塊。cpu315-2dp勺操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的用戶程序掃描過程。cpu響應(yīng)那 些事件，操作系統(tǒng)自動調(diào)用i事件的組織塊 ob例如，用于循環(huán)掃描的ob1用于再啟動的ob100時間/日期中斷ob10延時中斷（16000m ob20 硬件中斷ob35診斷中斷ob82m昔誤/故障組織塊ob80 ob81 ob85 ob87 ob121等。cpu314m用128個功能塊fb （0127）; 128個功能調(diào)用fc （0127）; 127個數(shù)據(jù)塊db （

43、0127, 0保留）;ob,fb,fc,db的容量均不大于8kr除此之外，有34個系統(tǒng)功能sfc集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用， 有九個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊sdbg載s7-300的系統(tǒng)參數(shù)。sm321數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成s7-300內(nèi)部信號電平。數(shù)字量輸入模塊分為直流輸入方法和交流輸入方法，對現(xiàn) 場輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點即可。輸入信號進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng) 過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待cpu采樣。采樣時，信號經(jīng)過背板總線進(jìn)入到輸入映象區(qū)。數(shù)字量輸入模塊sm321有四種模塊型號可供選擇，即直流16點輸入、 直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊本系統(tǒng)因為

44、考慮手動 操作,所以數(shù)字量很多所以采用直流32點輸入模塊。sm322數(shù)字量輸出模塊將s7 300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外 部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機 啟動器等。按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模 塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開關(guān)器件的種類不同又可分為：晶體管 輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點輸出方式。晶體管輸出方式的模 塊，只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出 模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊，從影響速度 上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度 看，以繼

45、電器觸點輸出型最佳。本系統(tǒng)因為考慮手動操作，所以數(shù)字量很多所以采用直流32點輸出模塊。ps307是西門子公司為s7 300專配的24v dc電源。ps307系列模塊 除輸出額定電流不同外（有2a,5a,10a三種），其工作原理和參數(shù)都不一樣。本系統(tǒng)選用ps30710a模塊電源。ps30710a模塊的輸入接單相交流系 統(tǒng)，輸入電壓120/230v,50/60hz,在輸入和輸出之間有可靠的隔離。如果 正常輸出電壓24v,則名色led點亮；如果輸出電路過載，則led閃爍，輸 出電流長期在10a到13a之間時，輸出電壓下降，電源壽命縮短，電流超 過13a時，電壓跌落，跌落后可自動恢復(fù)；如果輸出短路，輸出電壓為0v,led變暗，在短路消失后電壓自動恢復(fù)。輸出電壓允許范圍24v 5%,最大上升時間2.5s,最大殘留紋波150mvpp.電源效率89%,功率輸入270w功 率損耗30w ps307 2a模塊的功率損耗10w, ps307 5a模塊的功率損耗18wps307 可安裝在s7 300專用導(dǎo)軌上，除了給 s7 300cp3電，也可 給i/o模塊提供負(fù)載電源。3.2.4 plc的i/o功能表3.2.4.1 輸入端口功能表輸入端口實現(xiàn)功能i0.0