西門子SM331模塊S7-300 PLC在某鋼廠水處理上的應(yīng)用

項目背景

鐵廠的生產(chǎn)工序幾乎都需要用水。水用于冷卻設(shè)備構(gòu)件、產(chǎn)品、副產(chǎn)品和其他介質(zhì)如潤滑油等，還用于洗滌產(chǎn)品或含煙塵氣體，剝離鋼板表面氧化鐵皮、粒化冶金渣和輸送物料，制備酸洗液和乳化液等溶液，以及用于生產(chǎn)蒸汽等。對水的需求比較大，迫切的需要自動化，使用自動化控制的系統(tǒng)鋼鐵廠水的循環(huán)利用率達到95%左右，個別廠甚至高達97-98%。

鋼鐵廠節(jié)約用水的主要途徑是:

①提高水的循環(huán)利用率。

②提高水的重復(fù)使用量，根據(jù)各種用水設(shè)備對水質(zhì)要求的不同，按對水質(zhì)要求的高低，循序重復(fù)使用。

③改革冷卻工藝。冶金爐采用汽化冷卻不僅可以節(jié)約用水，還可以延長所冷卻構(gòu)件的壽命和綜合利用廢熱。采用空氣-水熱交換器代替敞開式冷卻設(shè)施，可避免冷卻水的損失。

④采用不用水或少用水的生產(chǎn)工藝,如焦化廠采用干法熄焦,以干法除塵代替濕法除塵等，都可節(jié)約用水。

⑤加強管理和維護,杜絕水的漏損和浪費,安裝計量儀表和調(diào)節(jié)、控制裝置，控制用水量。

因為一些原因鋼廠的水處理工藝不能公布，本文將著重介紹電氣控制的部分。

一、西門子SM331模塊工藝流程圖

鋼廠水處理工藝流程圖如下：

二、電氣柜的分布圖

PROFIBUS-網(wǎng)絡(luò)接線圖

P框架是主站，A,B,C,D是分站，Repeater中繼器(REPEATER)是網(wǎng)絡(luò)物理層上面的連接設(shè)備。適用于*相同的兩類網(wǎng)絡(luò)的互連，主要功能是通過對數(shù)據(jù)信號的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，來擴大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x。

PLC系統(tǒng)組態(tài)圖

圖中：工程師站這個工控機里面可以修改畫面和程序，客戶端是只能監(jiān)控系統(tǒng)和進行基本的操作

三、部分電氣元件

1）PLC主機

2）HMI設(shè)備

3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

四、部分PLC電氣圖紙

五、現(xiàn)場部分程序

調(diào)試過程中遇到的問題及解決辦法：

圖紙和程序是根據(jù)水處理的工藝完成的，后來到了現(xiàn)場程序又根據(jù)實際的情況進行了修改，但是當時困擾我的問題，就是DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)問題，總是DP站通信不上，通信距離又比較遠，我需要一個一個的插頭查看，一直到后來發(fā)現(xiàn)原來是后一個站的DP接頭的撥碼開關(guān)沒有從OFF-ON，把撥碼開關(guān)從OFF撥到ON問題排除，通信可以順利的通信上了。

六、總結(jié)

這個項目之所以選擇西門子的S7-315PN/DP這個型號，可以同時具備兩個接口，支持可以PROFIBUS和以太網(wǎng)的通信協(xié)議，DP接口連接水處處理系統(tǒng)的分站，PN接口可以通過交換機和中控室上位機。從而實現(xiàn)遠程控制和遠程監(jiān)控的功能。經(jīng)過實踐西門子S7-300系列的PLC是可以相信的，這個系統(tǒng)有運行了7年沒有出現(xiàn)過問題。

網(wǎng)絡(luò)型PLC可編程控制器綜合實訓(xùn)裝置（西門子s7-300）參數(shù)及功能

網(wǎng)絡(luò)型PLC可編程控制器綜合實訓(xùn)裝置（西門子s7-300）參數(shù)及功能

（一）、技術(shù)性能

1、輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz

2、工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃)

3、裝置容量：＜0.5KVA

4、重 量：＜110Kg

5、外形尺寸：1600mm×750mm×1600mm

6、安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準

（二）、實訓(xùn)裝置的基本配置及功能

實訓(xùn)裝置應(yīng)由臺式計算機、控制屏、實訓(xùn)桌、主機實訓(xùn)組件、實訓(xùn)模塊（含豐富的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備模擬實訓(xùn)對象）、變頻器掛箱、觸摸屏掛箱、機械手控制/自控成型機掛箱、典型電動機控制實操單元掛箱、步進電機/直線運動交直流電機掛箱、總線單元、通信模塊、電機導(dǎo)軌、測速機構(gòu)等組成。

（三）、臺式計算機（用戶自配）

1、計算機主機：聯(lián)想品牌機

主板：Intel B250/LGA 1151

CPU處理器：不低于Intel(R) Core(TM)i5-7400

安裝內(nèi)存（RAM）: 8.00GB DDR4L 2400MHz

顯卡：NVIDA GTX1060 3G獨顯

光驅(qū)： ASUS/華碩 DWR-24D5MT

硬盤：128GB(固態(tài)硬盤)+1TB（機械硬盤）

系統(tǒng)類型： 64位操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)：Windows 7/10 旗艦版(中文)

2、顯示器： 23英寸 1920×1080

3、鍵盤、鼠標：無線

（四）控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板）

1、交流電源控制單元

三相四線380V交流電源經(jīng)空氣開關(guān)后給裝置供電，電網(wǎng)電壓表監(jiān)控電網(wǎng)電壓，設(shè)有帶燈保險絲保護，控制屏的供電由鑰匙開關(guān)和啟停開關(guān)控制，同時具有漏電告警指示及告警復(fù)位。

提供三相四線380V、單相220V電源各一組，由啟停開關(guān)控制輸出，并設(shè)有保險絲保護。

2、定時器兼報警記錄儀

定時器兼報警記錄儀，平時作時鐘使用，具有設(shè)定時間、定時報警、切斷電源等功能；還可自動記錄由于接線或操作錯誤所造成的漏電告警次數(shù)。

3、直流電源、直流電壓/電流表、邏輯輸出及指示等

直流電壓：0～10V可調(diào)輸出；直流電流：4～20mA可調(diào)輸出；直流數(shù)字電壓表/電流表；電壓表量程0～200V、輸入阻抗為10MΩ、精度0.5級；電流表量程0～200 mA、精度0.5級；同時設(shè)有邏輯電平輸出（點動、自鎖）、邏輯電平指示、LED數(shù)碼管、方向指示器、八音盒、直流24V繼電器、信號轉(zhuǎn)換座若干。

4、主機實訓(xùn)組件

配置不低于西門子CPU314C-2DP,24DC供電，48KB內(nèi)存，帶PROFIBUS-DP主從接口;MMC存儲卡128K字節(jié)，集成24路數(shù)字量輸入/16路數(shù)字量輸出，4路模擬量輸入/2路模擬量輸出，6路高速計數(shù)器，1路PT100、PID、計數(shù)器、PWM脈沖輸出、頻率測量、一軸定位等功能；配套PC/MPI編程電纜。

（五）、實訓(xùn)掛箱

1 搶答器/音樂噴泉 通過對搶答系統(tǒng)中各組人員搶答時序的監(jiān)視和控制，掌握條件判斷控制指令的編寫方法；通過對音樂噴泉控制系統(tǒng)中“水流”及音樂的循環(huán)控制，掌握循環(huán)指令的編寫方法。

2 裝配流水線/十字路口交通燈 通過對“生產(chǎn)流水線”順序加工過程及十字路口交通燈路況信號控制，掌握順序控制指令的編寫方法。

3 水塔水位/天塔之光 通過對“水塔水位”和“儲水池水位”變化過程的判斷，了解簡單邏輯控制指令的編寫方法。通過對天塔之光閃亮過程的移位控制，掌握移位寄存器指令的編寫方法。

4 自動送料裝車/四節(jié)傳送帶 通過對傳送帶啟停、傳送狀態(tài)的控制和對貨物在自動送料裝車系統(tǒng)中流向、流量的控制，掌握較復(fù)雜邏輯控制指令的編寫方法。

5 多種液體混合裝置 通過對“液體混合裝置”中不同液體比例及液體混合時攪拌時間的控制，掌握條件判斷指令及各種不同類型的定時器指令的編寫方法。

6 自動售貨機 通過用用戶投幣數(shù)目的識別和自動售貨機中各種“貨物”的進出控制，掌握各種計數(shù)器指令及比較輸出指令的編寫方法。

7 自控軋鋼機/郵件分揀機 通過對自控軋鋼機和郵件分揀機材料（“鋼錠“郵件”）來料數(shù)量、來料類別識別及對各種執(zhí)行器（例如“電機”）啟停時序的控制，掌握數(shù)值運算指令及中斷指令的編寫方法。

8 機械手控制/自控成型機 通過對機械手停留“位置“及自控成型機各方向“液缸位置”的控制，掌握一個完整工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的較簡單邏輯控制程序的編寫能力。

9 加工中心 通過對加工中心中各方向“電機”運行方向及“刀庫”進出刀、換刀過程的控制，掌握一個完整工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的較復(fù)雜邏輯控制的編寫能力。

10 四層電梯 通過對一個完整的四層電梯模型的綜合控制，初步掌握PLC控制系統(tǒng)的分析、I/O分配、設(shè)計I/O接線圖、接線、編程、調(diào)試等工作過程的綜合知識。

11 步進電機/直線運動：（實物）步進電機系統(tǒng)由驅(qū)動電路、步進電機、刻度盤、指針等組成；

直線運動系統(tǒng)由電機、同步帶、光電傳感器、導(dǎo)軌、移動塊等組成。 通過利用PLC對步進電機及直線運動實物模塊的控制，初步了解步進電機方向、拍數(shù)的控制及直線運動檢測、定位控制。

12 自動洗衣機/電鍍生產(chǎn)線 通過對洗衣機進出水時間、洗滌流程及電鍍生產(chǎn)線中物塊侵入不同溶液的時間、方式、先后順序的控制，掌握多點PLC控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用能力。

13 直流電機控制/溫度控制

（模擬量控制） 通過對直流電機系統(tǒng)中脈沖信號采集、轉(zhuǎn)速控制（電壓量）及溫度控制系統(tǒng)中的溫度參數(shù)的控制，掌握高速計數(shù)器指令、模擬量處理指令、PID指令的使用。

14 典型電動機控制實操單元：施耐德交流接觸器3只；時間繼電器1只，3個按鈕，3只交流指示燈，2只熱繼電器，元器件配置底座。 掌握一般強電系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作過程知識，實現(xiàn)PLC方式的電機典型運行控制；掌握安裝和調(diào)試PLC電氣控制系統(tǒng)的有關(guān)知識。

15 網(wǎng)孔板 學(xué)會電氣控制系統(tǒng)中各元器件的布局規(guī)劃、安裝、調(diào)試過程知識。

16 變頻器實訓(xùn)組件：配置西門子MM420 0.37KW變頻器，帶有RS485通信接口及BOP操作面板 初步具有綜合應(yīng)用變頻器的能力，了解變頻調(diào)速在實際中的應(yīng)用，掌握變頻器與PLC之間USS通信協(xié)議的建立連接方法。

（六）、電機導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

包含光碼盤測速系統(tǒng)（配有進口光電編碼器）、數(shù)顯轉(zhuǎn)速表及固定電機的不銹鋼導(dǎo)軌等。不銹鋼導(dǎo)軌平整度好，無應(yīng)力變形，加工精細，同心度好，互換性好，能保證電機與編碼盤之間連接的同心度不超過±5絲，電機運行噪聲小，實訓(xùn)參數(shù)典型，能較好滿足實訓(xùn)要求。在導(dǎo)軌面板上設(shè)有五位數(shù)顯轉(zhuǎn)速表，顯示當前轉(zhuǎn)速；具有電壓反饋信號；同時設(shè)有光電編碼信號輸出，包括A、B兩個通道；能夠完成各種速度開/閉環(huán)及定位實訓(xùn)。

（七）三相鼠籠異步電機：交流380V/△

（八）實訓(xùn)桌

實訓(xùn)桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板；左右設(shè)有兩個大抽屜（帶鎖），用于放置工具及資料，電腦桌聯(lián)體設(shè)計，造型美觀大方。

（九）、實訓(xùn)項目

A、PLC基本技能實訓(xùn)

1.PLC認知實訓(xùn)（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令練習(xí)、接線、編程下載等）

2.典型電動機控制實操實訓(xùn)（點動、自鎖、正反轉(zhuǎn)、星三角換接啟動等）

3.PLC仿真實訓(xùn)

B、PLC模擬控制應(yīng)用實訓(xùn)

4.數(shù)碼顯示控制

5.搶答器控制（優(yōu)先級、數(shù)值運算，具有聲效功能）

6.天塔之光控制（閃爍、發(fā)射、流水型）

7.音樂噴泉控制（具有聲效功能）

8.十字路口交通燈控制

9.水塔水位控制

10.自動送料裝車系統(tǒng)控制

11.四節(jié)傳送帶控制

12.裝配流水線控制

13.多種液體混合裝置控制

14.自控成型機控制

15全自動洗衣機控制（具有聲效功能）

16.電鍍生產(chǎn)線控制

17.自控軋鋼機控制

18.郵件分揀機控制

19.自動售貨機控制

20.機械手控制

21.三層電梯控制

22.四層電梯控制（實物）

23.加工中心控制（實物）

C、PLC實物控制實訓(xùn)

24.直線運動位置識別、運動軌跡控制、定位控制

25.步進電機運動控制

26.直流電機控制

27.溫度PID控制（具有聲效功能）

D、PLC高級技能實訓(xùn)（設(shè)計、安裝、調(diào)試及檢修）

28.C620車床的電氣控制線路

29.臥式車床電氣控制線路

30.機床兩地控制線路

31.M7130平面磨床的電氣控制線路

32.Z3040搖臂鉆床的電氣控制線路

33.液壓滑臺式自動攻螺紋機的電氣控制線路

34.運行小車的電氣控制線路

E、PLC、變頻器綜合應(yīng)用技能實訓(xùn)

35.變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作

36.變頻器報警與保護功能

37.外部端子點動控制

38.變頻器控制電機正反轉(zhuǎn)

39.多段速度選擇變頻調(diào)速

40.變頻器無級調(diào)速

41.基于外部模擬量(電壓/電流）控制方式的變頻調(diào)速

42.瞬時停電啟動控制

43.PID變頻調(diào)速控制

44.PLC控制變頻器外部端子的電機正反轉(zhuǎn)

45.PLC控制變頻器外部端子的電機運行時間控制

46.基于PLC數(shù)字量控制方式的多段速

47.基于PLC模擬量控制變頻開環(huán)調(diào)速

48.基于PLC通信方式的變頻器開環(huán)調(diào)速

49.基于PLC通信方式的速度閉環(huán)控制

50.基于PLC模擬量方式的變頻器閉環(huán)調(diào)速

51.變頻器恒壓供水系統(tǒng)的模擬

52.基于MCGS的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)