西門子SM331模塊S7-300 PLC在某鋼廠水處理上的應(yīng)用

項(xiàng)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(dòng)化，使用自動(dòng)化控制的系統(tǒng)鋼鐵廠水的循環(huán)利用率達(dá)到95%左右，個(gè)別廠甚至高達(dá)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(qiáng)管理和維護(hù),杜絕水的漏損和浪費(fèi),安裝計(jì)量儀表和調(diào)節(jié)、控制裝置，控制用水量。

因?yàn)橐恍┰蜾搹S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(hào)的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，來擴(kuò)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(gè)工控機(jī)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(jìn)行基本的操作

三、部分電氣元件

1）PLC主機(jī)

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(shí)際的情況進(jìn)行了修改，但是當(dāng)時(shí)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(yuǎn)，我需要一個(gè)一個(gè)的插頭查看，一直到后來發(fā)現(xiàn)原來是后一個(gè)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(gè)項(xiàng)目之所以選擇西門子的S7-315PN/DP這個(gè)型號(hào)，可以同時(shí)具備兩個(gè)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(jī)和中控室上位機(jī)。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。經(jīng)過實(shí)踐西門子S7-300系列的PLC是可以相信的，這個(gè)系統(tǒng)有運(yùn)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(shí)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(shí)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(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn)

（二）、實(shí)訓(xùn)裝置的基本配置及功能

實(shí)訓(xùn)裝置應(yīng)由臺(tái)式計(jì)算機(jī)、控制屏、實(shí)訓(xùn)桌、主機(jī)實(shí)訓(xùn)組件、實(shí)訓(xùn)模塊（含豐富的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備模擬實(shí)訓(xùn)對象）、變頻器掛箱、觸摸屏掛箱、機(jī)械手控制/自控成型機(jī)掛箱、典型電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操單元掛箱、步進(jìn)電機(jī)/直線運(yùn)動(dòng)交直流電機(jī)掛箱、總線單元、通信模塊、電機(jī)導(dǎo)軌、測速機(jī)構(gòu)等組成。

（三）、臺(tái)式計(jì)算機(jī)（用戶自配）

1、計(jì)算機(jī)主機(jī)：聯(lián)想品牌機(jī)

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(dú)顯

光驅(qū)： ASUS/華碩 DWR-24D5MT

硬盤：128GB(固態(tài)硬盤)+1TB（機(jī)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(biāo)：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(xiǎn)絲保護(hù)，控制屏的供電由鑰匙開關(guān)和啟停開關(guān)控制，同時(shí)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(xiǎn)絲保護(hù)。

2、定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀

定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，平時(shí)作時(shí)鐘使用，具有設(shè)定時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源等功能；還可自動(dòng)記錄由于接線或操作錯(cuò)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(jí)；電流表量程0～200 mA、精度0.5級(jí)；同時(shí)設(shè)有邏輯電平輸出（點(diǎn)動(dòng)、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(hào)轉(zhuǎn)換座若干。

4、主機(jī)實(shí)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(chǔ)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(jì)數(shù)器，1路PT100、PID、計(jì)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(shí)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(shí)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(hào)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(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(shí)攪拌時(shí)間的控制，掌握條件判斷指令及各種不同類型的定時(shí)器指令的編寫方法。

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

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

8 機(jī)械手控制/自控成型機(jī) 通過對機(jī)械手停留“位置“及自控成型機(jī)各方向“液缸位置”的控制，掌握一個(gè)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(jī)”運(yùn)行方向及“刀庫”進(jìn)出刀、換刀過程的控制，掌握一個(gè)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(gè)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(jì)I/O接線圖、接線、編程、調(diào)試等工作過程的綜合知識(shí)。

11 步進(jìn)電機(jī)/直線運(yùn)動(dòng)：（實(shí)物）步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)、刻度盤、指針等組成；

直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、同步帶、光電傳感器、導(dǎo)軌、移動(dòng)塊等組成。 通過利用PLC對步進(jìn)電機(jī)及直線運(yùn)動(dòng)實(shí)物模塊的控制，初步了解步進(jìn)電機(jī)方向、拍數(shù)的控制及直線運(yùn)動(dòng)檢測、定位控制。

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

13 直流電機(jī)控制/溫度控制

（模擬量控制） 通過對直流電機(jī)系統(tǒng)中脈沖信號(hào)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(jì)數(shù)器指令、模擬量處理指令、PID指令的使用。

14 典型電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操單元：施耐德交流接觸器3只；時(shí)間繼電器1只，3個(gè)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(qiáng)電系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作過程知識(shí)，實(shí)現(xiàn)PLC方式的電機(jī)典型運(yùn)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(shí)。

15 網(wǎng)孔板 學(xué)會(huì)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(shí)。

16 變頻器實(shí)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(shí)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(jī)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(jìn)口光電編碼器）、數(shù)顯轉(zhuǎn)速表及固定電機(jī)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(xì)，同心度好，互換性好，能保證電機(jī)與編碼盤之間連接的同心度不超過±5絲，電機(jī)運(yùn)行噪聲小，實(shí)訓(xùn)參數(shù)典型，能較好滿足實(shí)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(dāng)前轉(zhuǎn)速；具有電壓反饋信號(hào)；同時(shí)設(shè)有光電編碼信號(hào)輸出，包括A、B兩個(gè)通道；能夠完成各種速度開/閉環(huán)及定位實(shí)訓(xùn)。

（七）三相鼠籠異步電機(jī)：交流380V/△

（八）實(shí)訓(xùn)桌

實(shí)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(gè)大抽屜（帶鎖），用于放置工具及資料，電腦桌聯(lián)體設(shè)計(jì)，造型美觀大方。

（九）、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

A、PLC基本技能實(shí)訓(xùn)

1.PLC認(rèn)知實(shí)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(dòng)機(jī)控制實(shí)操實(shí)訓(xùn)（點(diǎn)動(dòng)、自鎖、正反轉(zhuǎn)、星三角換接啟動(dòng)等）

3.PLC仿真實(shí)訓(xùn)

B、PLC模擬控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

4.數(shù)碼顯示控制

5.搶答器控制（優(yōu)先級(jí)、數(shù)值運(yùn)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(dòng)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(jī)控制

15全自動(dòng)洗衣機(jī)控制（具有聲效功能）

16.電鍍生產(chǎn)線控制

17.自控軋鋼機(jī)控制

18.郵件分揀機(jī)控制

19.自動(dòng)售貨機(jī)控制

20.機(jī)械手控制

21.三層電梯控制

22.四層電梯控制（實(shí)物）

23.加工中心控制（實(shí)物）

C、PLC實(shí)物控制實(shí)訓(xùn)

24.直線運(yùn)動(dòng)位置識(shí)別、運(yùn)動(dòng)軌跡控制、定位控制

25.步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制

26.直流電機(jī)控制

27.溫度PID控制（具有聲效功能）

D、PLC高級(jí)技能實(shí)訓(xùn)（設(shè)計(jì)、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(jī)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(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)的電氣控制線路

34.運(yùn)行小車的電氣控制線路

E、PLC、變頻器綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)

35.變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作

36.變頻器報(bào)警與保護(hù)功能

37.外部端子點(diǎn)動(dòng)控制

38.變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)

39.多段速度選擇變頻調(diào)速

40.變頻器無級(jí)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(shí)停電啟動(dòng)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(jī)正反轉(zhuǎn)

45.PLC控制變頻器外部端子的電機(jī)運(yùn)行時(shí)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)