西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0质量保障

西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0质量保障

工业化造纸是个极其复杂的过程。从原材料——树开始，对整个造纸流程都要进行严密控制，以确保成品质虽符合最终用户的要求，这就要求造纸行业必须重视生产过程的自动化控制；在管理信息化方面，以ERP为代表的管理信息系统近年来在造纸企业也开始了大规模的应用。然而，在过程自动化与管理信息化之间存在信息的断层，导致无法将管理同生产紧密结合，使管理效益也大打折扣。而MES就是处于管理层和现场自动化之间的执行层，负责车间生产管理和调度执行。

    MES是美国管理界90年代提出的新概念。MES国际联合会（MESA）在其协会白皮书对MES（ManufacturingExecutionSystem：制造执行系统）系统作如下之定义：

    （1）MES系统在产品从工单发出到成品产出的过程中，扮演生产活动最佳化的信息传递者。

    （2）当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产执行系统规范、原始工作情况、资料反应及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之生产活动，提升工厂生产制程的效率。

    （3）MES改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现金流繁效益，MES并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。

    由此可知，MES能提供为优化从订单投入到产品完成的生产活动所需的信息。MES运用及时、准确的信息，指导、启动、响应并记录工厂活动，从而能够对条件的变化做出迅速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。MES不但可以改善设备率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提和现金流的绩效。

    MES是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段，是企业CIMS信息集成的纽带。

    在应用范围方面，MES属于企业管理应用软件的范围，起源于离散工业，又扩展到流程丁业。在各行业的应用发展不尽相同，MESA通过实践总结，归纳了MES的十一个主要功能模块：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析、人力资源管理、维护管理、过程管理、质量管理、数据采集。

    MES系统能根据ERP系统提出的宏观数据计划，指挥生产现场的过程控制系统进行生产，对现场信息进行丁艺管理、物流管理、质量管理、生产进度跟踪管理、设备运行监督及控制等生产管理和调度执行，它是ERP与生产控制系统之间的桥梁。 造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。造纸行业的企业信息化经过多年的深入发展，取得了一定的成果，很多有一定规模的造纸企业，都已广泛采用ERP（企业资源计划）和PCS／DCS（现场自动化系统），而MES却是造纸企业信息化中最为薄弱的环节，只有很少部分大型企业开始了MES的应用。在企业的信息化建设过程中，大多都是两端分化，一端是以企业信息管理中心牵头实施的MIS、ERP、CRM等管理信息系统，另一端是生产设备控制中心实施的现场自动化系统，如PLC，DCS，PCS等，两者各自独立，从ERP中得出的生产计划与生产现场的信息传递是依赖手工作业进行的，即人工将生产现场的数据输入到ERP中，这样在生产现场的过程控制和ERP的计划管理之间就存在一个信息流通的断层，使管理效益也大打折扣。通过MES的实施，可在二者之间建立一座信息桥梁，达到上下互通，企业管理者也能够实时地掌握生产信息，进行生产决策。

    广州造纸有限公司隶属广州越秀集团，公司在九十年代就进行了管理信息系统建设，近年又实施了ERP，同时公司也很重视基础自动化改造。在企业信息化建设方面取得了很好的成绩，但在MES层的建设方对薄弱，制约了信息化整体功能的发挥。公司的高层领导认识到自身信息化发展的障碍，在2007年新上线的9撑机中准备实施MES系统。

    在造纸行业MES解决方案中，有Honeywell公司的专门针对制浆和造纸过程的OptiVersion，也有浙江中控提供的造纸行业MES系统。Honeywel的OptiVersion包括从制定生产计划，到生产排产、分切优化、质量管理、产品跟踪、发货装车，一直到出厂开具，计算整个流程的成本及利润的一整套全程化业务管理，这样，客户可以通过经济的方式完成订单处理、生产分配与管理、设施的管理，以及最后一步——跟踪成品到达最终用户的流程。其中的达芬奇质量控制系统（DaVinciQCS）为造纸流程提供了广泛的高质量评估（扫描与非扫描）及控制功能，以及完善的造纸横向质量调整系统；而Experion?过程知识系统解决方案又可为纸浆厂提供出色的管理功能、监督控制以及基于传感器的优化方案。它们一起优化组合构成了一款真正的过程知识解决方案，能够以最高生产率生产出最优质的产品。浙江中控的MES系统则紧扣造纸行业的特点，以信息集成与通讯为基础，以四大平衡为主线（浆纸平衡、碱平衡、白水平衡以及能量平衡），为用户进行生产过程监控、优化调度、物流移动与跟踪、物料平衡（包括组分平衡）、能量平衡与管理、生产方案优化、纸浆卡帕值软测量、切纸优化等业务需求提供了完善的功能应用软件，它采用了“三层两库”（三层：数据采集层、数据处理层、数据应用层；两库：实时数据库、关系数据库）的信息化模型设计，通过管理网和控制网实现信息“自下而上、自上而下”的双向通讯，包括实时数据库与生产过程监控、浆纸平衡、运行绩效管理、化验室信息管理、设备管理、能量平衡与管理以及工厂统一建模等子系统。

    广纸根据自身实际，采用了Honeywel的OptiVersion，该MES系统实现了生产调度、生产查询、生产过程监控、质量检测与控制、产品跟踪、原辅料消耗控制、设备维护、发货装车，出厂开票，发货查询等功能，同时，该系统有效地集成了纸机的自动控制系统，并实现与企业ERP的通讯和集成。

    MES正在成为企业实现生产活动与经营活动的有效集成、进行优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带，是提高企业竞争力的重要的技术之一。而造纸企业的数量较多，各大企业又在新建大型机台，若企业多应用些高级技术，必将获得更大成功。    

1引言

粗焦油是炼焦过程产生的煤气用循环水喷洒 和在初冷器中冷凝冷却加以回收的，它含大量水分。 虽经加热静置脱水，送往焦油加工工序时其含水量仍 在4%左右，有时甚至达到8%～10%。焦油含较多水分 对其蒸馏操作不利。焦油蒸馏釜中，焦油含水多，将延 长脱水时间而降低设备生产能力，增加耗热量。特别 是水能在焦油中形成稳定的乳浊液，受热时，形成乳 浊液小水滴，开始不能立即蒸发而过热，当温度继续 升高时，水滴急剧蒸发，造成突然沸腾而发生冲油的 事故。为防止这类事故发生，在脱水期间必须缓慢加 热，因此延长了蒸馏时间。此外，在管式炉连续蒸馏系 统中，如焦油含水多，会使系统压力显著增高，阻力增 加，打乱了操作制度。此时，必须降低焦油处理量，否 则会因高压引起管道设备破裂导致火灾。因此焦油必 须进行脱水才能蒸馏加工。

因此在回收系统中安装一种能用于给焦油脱水、 脱渣的设备势在必行，三相（固—液—液）卧螺离心机 系统可以很好地解决这个问题。焦化厂有关人员自行 完成了回收系统、离心机系统的设备安装、线缆敷设、 控制柜接线、操作柜接线、设备调试等工作。并针对具 体问题对离心机系统进行了维修与改进，至今运行良 好，效果显著。

2离心机系统介绍

2.1离心机本体

需要分离的物料通过中心供料管进入离心机内， 在离心力的作用下，密度大的固体沉降到转鼓壁上。两 相密度不同的清液形成同心圆柱，较轻的液相处于内 层，较重的液相处于外层。不同液体环的厚度可通过 调节溢流堰和可变叶轮来改变。沉积在转筒壁上的固 体（黑色）由螺旋输送器传送到转筒体的锥体端，从 排料口排入固体积料箱。



排出固体的含水率和液体的澄清度可通过以下方 式改变：

（1）调节堰板，改变液池深度

增大堰板直径，排水区域增大，固体含水率可下 降；减小堰板直径，液池深度增大，清液中固体含量可 下降。

（2）改变转筒速度

固体颗粒越细，转筒速度需越高，以达到满意的 分离效果。

（3）改变螺 旋差速

转筒与螺旋的差速越小，排出固体的含水率也越 低；进料的固体含量越高，所需的差速越高。 机器运行最佳参数的设置需经仔细调试后才能 确定。

2.2离心机控制系统介绍

离心机控制系统采用西门子S7-300系列的PLC， 主要由机架、CPU处理模块、信号模块、功能模块、接 口模块、通信处理器、电源模块等组成。PLC采集外 部信号：

（1）PLC主要采集的DI信号：三通阀状态、清 洗用电磁阀状态信号、离心机振动报警信号、齿轮油 位信号、驱动电机超温报警信号（两个）、急停按钮 报警信号、螺旋差速信号、转鼓转速信号、变频器故 障信号、空气开关状态信号等。

（2）PLC主要输出的DO信号：螺旋启动信号、 转鼓启动信号、三通阀启动信号、清洗用电磁阀启动 信号。

（3）PLC主要采集的AI信号（4~20mA）：螺旋驱 动扭矩信号、转鼓驱动功率信号、进料温度。

（4）PLC主要输出的AO信号（4~20mA）：螺旋 驱动设定信号、转鼓驱动设定信号。

2.3控制系统的结构组成

（1）离心机电控柜：包括空气开关、变频器、交 流接触器、中间继电器、变压器、可编程控制器（PLC） 以及操作面板（OP）。

（2）离心机现场防爆柜是高速三相卧螺离心机的 主要操作单元，它的操作直接影响到离心机的正常稳 定运行。

（3）离心机外围控制元件包括：温度传感器、三 通阀、清洗阀、振动探头、速度探头、油位开关等。

3运行期间出现的具体问题

离心机系统运行期间出现的具体问题：

（1）三通阀找不到离心机的进料位置，即一部 分料经过旁通，一部分料经过离心机，不能对所有 焦油完全处理，失去使用离心机的意义；

（2）离心机本体的转鼓驱动电机不运行，导致离 心机系统不能正常工作；

（3）离心机正常运行过程中遇到突发故障后，从 排渣管“漏焦油”，造成环境污染。

4维修与改进

针对离心机系统出现的问题，逐一进行了维修并 进行了合理改进：

（1）三通阀（如图1所示）找不到离心机的进料 位置 手动控制三通阀打到进料位置（进离心机）或旁 通位置（回流管）时，阀芯始终朝一个方向旋转，并 且两个位置都找不到（以现场操作盘上的位置指示灯 为准）。打开阀盖对控制部分进行剖析，分别对进料 （OPEN旋钮）、旁通（CLOSE旋钮）两个可调旋钮的 位置进行调整。具体方法是：1）把三通阀摇到离心 机进料位置，其判别方法为从三通阀进料管进冲洗用 的热水，手摇三通阀的调节手轮，使三通阀阀杆上 的一个红点对准离心机的进料方向，用手触摸进离心 机的料管，若不烫手，保持一个方向继续摇手轮，按 每90°为一个过程，直到进离心机料管有烫手的感觉， 即为离心机进料位置，观察与第1个红点夹角为90°

一 选型要点
S7-300 PLC的选型原则是据生产工艺所需的功能和容量进行选型，并考虑维护的方便性、备件的通用性，以及是否易于扩展和有无特殊功能等要求。选型时具体注意以下几方面：

(1)有关参数确定。一是输入/输出点数(I/O点数)确定。这是确定PLC规模的一个重要依据，一定要根据实际情况留出适当余量和扩展余地。二是PLC存储容量确定。注意当系统有模拟量信号存在或要进行大量数据处理时，其存储容量应选大一些。

(2)系统软硬件选择。一是扩展方式选择，S7-300 PLC有多种扩展方式，实际选用时，可通过控制系统接口模块扩展机架、Profibus-DP现场总线、通信模块、运程I/O及PLC子站等多种方式来扩展PLC或预留扩展口；二是PLC的联网，包括PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种方式。因S7-300 PLC的工业通信网络淡化了PLC与DCS的界限，联网的解决方案很多，用户可根据企业的要求选用；三是CPU的选择，CPU的选型是合理配置系统资源的关键，选择时必须根据控制系统对CPU的要求(包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力、是否有

     PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等)，并最好在西门子公司的技术支持下进行，以获得合理的选型；四是编程软件的选择，这主要考虑对CPU的支持状况，我们的体会是：STEP7 V4.0对有些型号的CPU不支持，硬件组态时会发生故障出错，而STEP7V5.0则不存在这种问题。
二 设计及使用

1. 设计注意事项

设计时主要应注意以下几方面：

(1)PLC输出电路中没有保护，因此在外部电路中应设置串联熔断器等保护装置，以防止负载短路造成PLC损坏。熔断器容量一般为0.5A。

(2)PLC存在I/O响应延迟问题，因此在快速响应设备中应加以注意。MPI通信协议虽简单易行，但响应速度较慢。

(3)编制控制程序时，最好用模块式结构程序。这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作；又能使数据库结构统一，方便WinCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示。

(4)硬件资源。要合理配置硬件资源，以提高系统可靠性。如PLC电源配电系统要配备冗余的UPS不间断电源，以排除停电对全线运行的不利影响。又如对电机的控制回路要进行继电器隔离，以外部负载对I/O模块的可能损坏。另外，系统设备要采用独立的接地系统，以减少杂波干扰。

2. 使用要点

(1)抗干扰措施。来自电源线的杂波，能造成系统电压畸变，导致系统内电气设备的过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件，造成PLC等控制设备误动作。所以，在电源入口处最好应设置屏蔽变压器或电源滤波等防干扰设施。其中，电源滤波器的地要以最短线路接到中央保护地。对于直流电源，则可加装微分电容加以干扰抑制。

(2)保护接地。可采取用不小于10mm2的保护导线接好配电板的保护地；相邻的控制柜也应良好接触并与地可靠连接。同时要做好防雷保护接地，通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地，或模拟信号电缆采取两层屏蔽，外层屏蔽两端接地等措施。另外，为防止感应雷进入系统，可采用浪涌吸收器。

(3)做好信号屏蔽。信号的屏蔽非常关键，一般可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时，信号间一定要做好屏蔽。而且电缆的屏蔽层一端(一般在控制柜端)要可靠接地。

(4)当现场没有或无法设置硬点时，可在操作界面上采取软按键的方法解决走向选择或控制方式选择等问题。此外，与变频器、智能仪表等的连接，最好还是采用信号线直接相连的方式。

(5)应合理配置PLC的使用环境，提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有：远离高压柜、高频设备、动力屏以及高压线或大电流动力装置；通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他屏 (盘)或设备共用电缆沟；PLC柜内不用荧光灯等。另外，PLC虽适合工业现场，但使用中也应尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用；避免导电性杂物进入控制器。

三 调试要点及注意事项

(1)常规检查。在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等)，避免损坏PLC模块(用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查)。

(2)系统调试。系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。

 

在线调试设备开停时，必须先调试空开关的运行情况；如果设备设有运行监视开关，则可把监视开关强制为"１"(正式运行时，撤销强制)。调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表，对该设备及其与该设备相关的变量进行实时监视。这样既可判断逻辑操作是否正确，对模拟量的变化也可一目了然。比如调试电动执行器时，可建立一变量表，对执行器的位置信号、限位信号、过力矩信号及输出命令信号等进行实时监视，便可非常直观地观测执行器的动作情况。

(3)S7-300 PLC模拟量模块可通过变换信号类型卡支持各种类型信号。当改造老生产工艺线时，不可避免地会遇到多类信号。因此，设计时最好不把几种信号接到同一模块；同时必须先组态好模块，再接信号线，检查无误后送电。此外，应避免两线制与四线制信号、电流与电压信号的混接，以免烧坏模块。

(4)一般变送器的负载能力为600Ω，而模拟量输入模块的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路内设安全栏，必须注意抗阻的匹配；模拟量输出模块的负载能力为600Ω，一般

执行器的负载能力为250Ω；如线路较长，也存在抗阻匹配问题。此外，要加强信号的隔离，特别是要加强与支流调速装置、变频调速装置及设备配套的小型PLC之间的信号隔离，防止相互干扰。

S7-300 PLC的应用非常广泛，在设计选型和调试及实际应用中可能会碰到各种各样的问题。本文从实际出发，总结多年实践经验，对以上各方面的问题提出了自己的见解，希望对工程技术人员能有一定的参考价值。

浔之漫智控技术（上海）有限公司经销/CO-TRUST科思创西门子PLC；S7-200S7-300 S7-400 S7-1200 触摸屏，变频器，6FC，6SNS120 V10 V60 V80伺服数控备件：原装进口电机，电线，电缆，希望能跟您有更多的合作机会。我公司经营西门子全新原装PLC；S7-200S7-300 S7-400 S7-1200 触摸屏，变频器，6FC，6SNS120 V10 V60 V80伺服数控备件：原装进口电机（1LA7、1LG4、1LA9、1LE1），国产电机（1LG0，1LE0）大型电机（1LA8，1LA4，1PQ8）伺服电机（1PH，1PM，1FT，1FK，1FS）西门子保内全新原装产品‘质保一年。一年内因产品质量问题免费更换新产品；不收取任何费。欢迎致电咨询。