西门子160千瓦变频器6SE64302UD416GA0

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SIMOREG DC-MASTER 6RA70

 

技术数据一览

 

特点

 

 

西门子160千瓦变频器6SE64302UD416GA0

SIEMENS公司的PLC网络的结构原理和特点介绍

西门子PLC的网络是适合不同的控制需要制定的，也为各个网络层次之间提供了互连模块或装置，利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络。西门子S7系列PLC网络采用3级总线复合型结构，**一级为远程I/O链路，负责与现场设备通信，在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制。中间一级为Profibus现场总线或主从式多点链路。前者是一种新型现场总线，可承担现场、控制、监控三级的通信，采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式；后者为一种主从式总线，采月主从轮询式通信。**高一层为工业以太网，它负责传送生产管理信息。在工业以太网通信协议的下层中配置以802.3为核心的以太网协议，在上层向用户提供TF接口，实现AP协议与MMS协议。  

图1  SIEMENS公司的PLC网络

堆栈是计算机中**常用的一种数据结构，遵循先入后出的原则，一般用于保存数据。在S7-200PLC中涉及堆栈操作的指令有以下三种，**后本文给出了梯形图应用实例。

   逻辑入栈（LPS，Logic Push）指令复制栈顶的值并将这个值推入栈顶，原栈顶中各级数据依次向下一级推移，栈底值被推出丢失。

逻辑读栈（LRD，Logic Read）指令将堆栈中第2层的值复制到栈顶，第2~9层的数据不变，原栈顶值消失。

?  逻辑出栈（LPP，Logic Pop）指令使栈内各层的数据向上移动一层，第2层的数据成为堆栈新的栈顶值，栈顶原来的数据从栈内消失。

        梯形图在使用堆栈指令的注意事项：合理使用LPS、LRD和LPP指令可使程序简化PLC100.COM，但是注意LPS和LPP必须成对使用。用编程软件将梯形图转换为语句表程序时，编程软件会自动地加入LPS、LRD和LPP指令。而写入语句表程序时，必须由用户来写入LPS、LRD和LPP指令。

影响现场输入给PLC信号及执行机构出错的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

      影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有： 
1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错； 
2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果； 
3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。 
影响执行机构出错的主要原因有： 
1)控制负载的接触不能可靠动作，PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作； 
2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作； 
3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

基于西门子PLC的水塔水位控制梯形图

用PLC构成水塔水位控制系统,如图39所示。在模拟控制中，用按钮SB来模拟液位传感器，用L1、L2指示灯来模拟抽水电动机。

图39  水塔水位控制示意图

1. 控制要求

按下SB4，水池需要进水，灯L2亮；直到按下SB3，水池水位到位，灯L2灭；按SB2，表示水塔水位低需进水，灯L1亮，进行抽水；直到按下SB1，水塔水位到位，灯L1灭，过2秒后，水塔放完水后重复上述过程即可。

2. I/O分配                                    

 

输入                        输出

SB1：I0.1                   L1：Q0.1    

SB2：I0.2                   L2：Q0.2   

SB3：I0.3

SB4：I0.4

3. 程序设计

水塔水位控制的梯形图参考程序如图40所示。

 

 图40  水塔水位控制梯形图 

4. 程序的调试和运行

   输入梯形图程序并按控制要求调试程序。

PLC控制系统的维护

 PLC的可靠性很高，但环境的影响及内部元件的老化等因素，也会造成PLC不能正常工作。如果等到PLC报警或故障发生后再去检查、修理，总归是被动的。如果能经常定期地做好维护、检修，就可以做到系统始终工作在**状态下。因此，定期检修与做好日常维护是非常重要的。一般情况下检修时间以每6个月至一年1次为宜，当外部环境条件较差时，可根据具体情况缩短检修间隔时间。

    PLC日常维护检修的一般内容如表所示。

 任何PLC都具有自诊断功能，当PLC异常时应该充分利用其自诊断功能以分析故障原因。一般当PLC发生异常时，首先请检查电源电压、PLC及I/O端子的螺丝和接插件是否松动，以及有无其他异常。然后再根据PLC基本单元上设置的各种LED的指示灯状况，以检查PLC自身和外部有无异常。

下面以FX系列PLC为例，来说明根据LED指示灯状况以诊断PLC故障原因的方法。

1.电源指示（[POWER]LED指示）

     当向PLC基本单元供电时，基本单元表面上设置的［POWER］LED指示灯会亮。如果电源合上但［POWER］LED指示灯不亮，请确认电源接线。另外，若同一电源有驱动传感器等时，请确认有无负载短路或过电流。若不是上述原因，则可能是PLC内混入导电性异物或其他异常情况，使基本单元内的保险丝熔断，此时可通过更换保险丝来解决。

    2.出错指示（［EPROR］LED闪烁）

    当程序语法错误（如忘记设定定时器或计数器的常数等），或有异常噪音、导电性异物混入等原因而引起程序内存的内容变化时，［EPROR］LED会闪烁，PLC处于STOP状态，同时输出全部变为OFF。在这种情况下，应检查程序是否有错，检查有无导电性异物混入和高强度噪音源。

     发生错误时，8009、8060~8068其中之一的值被写入特殊数据寄存器D8004中，假设这个写入D8004中内容是8064，则通过查看D8064的内容便可知道出错代码。与出错代码相对应的实际出错内容参见PLC使用手册的错误代码表。

    3.出错指示（［EPROR］LED灯亮）

    由于PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响，导致CPU失控或运算周期超过200ms，则WDT出错，［EPROR］LED灯亮，PLC处于STOP，同时输出全部都变为OFF。此时可进行断电复位，若PLC恢复正常，请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物混入的情况。另外，请检查PLC的接地是否符合要求。

检查过程如果出现［EPROR］LED灯亮→闪烁的变化，请进行程序检查。如果［EPROR］LED依然一直保持灯亮状态时，请确认一下程序运算周期是否过长（监视D8012可知**扫描时间）。

如果进行了全部的检查之后，［EPROR］LED 的灯亮状态仍不能解除，应考虑PLC内部发生了某种故障，请与厂商联系。

4.输入指示

不管输入单元的LED灯亮还是灭，请检查输入信号开关是否确实在ON或OFF状态。如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因，容易产生接触不良。当输入开关与LED灯亮用电阻并联时，即使输入开关OFF但并联电路仍导通，仍可对PLC进行输入。如果使用光传感器等输入设备，由于发光／受光部位粘有污垢等，引起灵敏度变化，有可能不能完全进入“ON”状态。在比PLC运算**的时间内，不能接收到ON和OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时，会损坏输入回路。

5.输出指示

不管输出单元的LED灯亮还是灭，如果负载不能进行ON或OFF时，主要是由于过载、负载短路或容量性负载的冲击电流等，引起继电器输出接点粘合，或接点接触面不好导致接触不良。

SIEMENS产品在垃圾焚烧发电厂控制系统中的应用

一 系统概述
随着经济高速发展，城市化步伐速度也日益加快，城市生活垃圾和工业垃圾处理问题正变得日益突出。每年全国城市垃圾清运量达数亿吨，在各大城市中，垃圾包围城市的现象非常普遍。垃圾已对大气环境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了严重污染，生态环境正在遭到严重破坏。因此，结合城市具体情况，对垃圾的处理技术和处理系统及其控制策略等相关问题进行探讨，找出处理效果好、经济上可行的处理方案已成为目前城市垃圾处理问题研究的热点之一。
焚烧处理垃圾的主要优点是垃圾减量**，无害化比较**。如焚烧垃圾发电是现有垃圾处理方法中占地较小，效果较好的方法。另外，建立垃圾焚烧发电厂，可解决垃圾渗沥液引起的污染地下水问题，垃圾焚烧后的废渣进入制砖厂，既减少了对环境的污染，还可产生一定的经济效益。城市生活垃圾、工业垃圾、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。
垃圾焚烧工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量进入余热锅炉，将锅炉给水加热到压力约4Mpa，温度400℃左右的蒸汽，再推动汽机发电机组发电。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入第二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达1000℃，烟气在此稍作停留，使有毒烟气迅速分解，后经烟气处理设备和除尘设备处理合格后排入大气。
垃圾焚烧发电厂主要技术参数：
焚化炉锅炉2台，垃圾处理量350t/天，蒸汽量 35t/h，过热汽压4.0Mpa，过热汽温400℃，炉膛温度980℃，给水温度145℃。
汽轮机发电机组一套，主蒸汽压力3.9Mpa，主蒸汽温度390℃，发电功率12MW。
二 系统要求
1． 提供完善的垃圾焚烧、余热发电DCS控制系统；
2． 控制系统采用全冗余配置，保证系统高效、可靠、安全；
3． 监控功能友好易用，汉化操作界面；
4． 提供方便易学的功能组态，和专用功能块和图库，方便系统功能扩展或修改。
三 系统配置与功能实现
该控制系统采用西门子**的过程控制系统PCS7和Profibus-DP现场总线技术，控制系统不仅要承担起全厂的生产过程控制，还要根据垃圾成分的变化**调整控制程序，以保证焚烧工艺的安全性，使其不再产生二次污染。Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps，S7-414H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰自动切换。上位机采用WinCC V6.0组态软件进行系统组态。该厂的垃圾焚烧工艺引进加拿大RICHWAY公司专利技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到国际环保要求。
控制系统提供的主要回路控制功能有：炉膛压力控制、干燥炉排温度控制、再循环烟气温度控制、锅炉汽包水位控制、过热蒸汽温度控制、热井水位控制、除氧器水位控制。

1．操作员站(OS站)和工程师站(ES站)
DCS系统配置4套独立的操作员站（OS站），其中两台焚烧炉配两个OS站，汽机和辅机控制配两个OS站。每套OS均采用成熟、可靠的DELL商用计算机。
OS站为操作员提供图形、列表、操作、历史数据再现等，可在打印机上输出。运行Windows 2000多任务网络操作系统下的PCS7 OS站应用软件。所有OS站均为全能值班配置，图像、操作、数据一致，实现机、炉、电的运行操作。
系统配置1套工程师站（ES站），采用成熟、可靠的DELL商用电脑。
ES站主要完成实时数据库、控制块、图形、趋势、报表等系统数据的生成和下装，完成对系统的详细自诊断和系统数据的列表和后备。运行Windows 2000多任务网络操作系统下的PCS7 ES站应用软件。
可由专业人员通过工程师站对系统进行组态、维护。专业工程师在授权的情况下，可以在现场对系统进行在线或离线修改。同时，所有运行情况和控制逻辑均可在工程师站上查看，增加了用户对系统掌握的程度，以及系统软件、硬件的透明度。当不需组态时，可运行与操作员站完全相同的软件。
整个系统配置2台网络打印机，用于记录打印和CRT图象拷贝。打印机选用DELL网络打印机。
2．冗余的CPU414H中央控制单元
本自控系统现场控制站的中央控制器采用冗余设计，它由2套AS-400型中央控制器组成。它们预装有冗余软件，并通过一个通讯接口实现相互连接。在系统正常的运行中，当某个中央控制器出现故障时，另一个中央控制器能自动接管所有的工作，保证了系统继续正常运行。因此系统现场控制站的AS-400中央控制器具有很好的冗余性能。
AS 的中央处理器采用S7-400 系列工业控制器中S-414 以上的CPU，专为过程控制应用设计，CPU 芯片的底层程序采用类PASCAL语言编写，为CFC,SFC等过程控制语言提供平台。中央控制器中预装有冗余软件，用户在组态时可完全忽略其冗余特性，象对非冗余系统组态一样只需输入用户程序。
3．远程I/O站
每个分布式I/O站的有源背板总线上插有2个IM153-2通讯接口模块 ，分别通过2条独立的PROFIBUS-DP现场总线与AS-400中央控制站进行实时通信。在系统运行过程中，当其中某一个IM153-2通讯接口模块发生故障时， 系统能自动地切换到另一个IM153-2通讯接口模块，并可带电热插拔更换故障的通讯接口模块，不会影响系统正常运行。
4．冗余的通讯网络
CP443-1作为标准的工业以太网连接装置，在物理层上采用高防护等级的通讯线缆，工业以太网的卡件上带有CPU可以独立处理通讯信号。高速工业以太网是在工业以太网的通讯协议的基础上，将通讯速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太网采用了全双工并行(FDX)通讯模式，这种模式允许站点同时发送和接收数据，通讯速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太网上还采用了交换技术，利用交换机模块将整个网段分成若干子网，每个子网都可以独立地形成一个数据通讯网段，可以大大地提高通讯效率。普通以太网上由于网段上数据通讯阻塞的存在，使得网络上实际通讯技术只有40%，采用了全双工并行通讯技术和交换技术后，使得网络的通讯能力得以充分地利用。
5．主要监控功能描述：
(1) 工艺流程显示：依据系统工艺控制过程以流程图形式表现工艺流程图；
(2) 顺序控制操作指导：在PCS7中提供SFC顺序功能图，以图形方式监控顺序控制过程； 
(3) 系统控制和设定功能：控制系统提供丰富的回路控制监控库，可以对回路控制和参数设定进行集中显示、集中监控； 
(4) 趋势显示：以实时趋势和历史趋势方式显示重要过程参数的变化趋势；
(5) 报警记录与显示
(6) 报表管理：提供日报、月报打印功能，可提供定时打印、事件驱动打印、召唤打印等；
(7) 用户级别管理：为了保证系统的安全操作，系统提供多级用户权限管理，不同权限的用户对应不同的操作范围。

四 使用效果分析
该DCS系统经长期运行证明，各项技术指标均达到国际**水平，主要表现如下：
(1) 燃烧效率高：垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽率高；
(2) 处理垃圾范围广泛 ：由于设计了根据不同垃圾类型而调整的控制策略，垃圾处理范围大大提高，能够处理工业垃圾、生活垃圾、废弃橡胶轮胎等；
(3) 运行维护费用低 ：由于自动控制水平高，运行人员少，定检和不定期检修费用低，降低了维护费用；
(4) 可靠性高 ：经过长期运行表明，控制系统故障率非常低，系统可用率可达99.9%以上，满足设计要求；