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西門子414-5H交流電源系統(tǒng)套件
西門子產(chǎn)品訂貨號：6ES7400-0HR02-4AB0

西門子產(chǎn)品價格：98  RMB

西門子產(chǎn)品凈重：0.370 Kg

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui為強大的 PLC。它可以成功實現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到性能范圍內(nèi)功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務(wù)進行調(diào)整
• 可實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• *通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計簡單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 *控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務(wù)。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計的高可用性自動化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動成本很高、停產(chǎn)代價高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護選項較少的過程。
• 冗余設(shè)計的功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：單側(cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時，自動切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式*機架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過冗余設(shè)計來實現(xiàn)容錯
• 不對安全相關(guān) I/O 進行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

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火電廠球磨機尋優(yōu)節(jié)能控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)

　　一、球磨機的工作原理與動態(tài)特性

　　制粉系統(tǒng)是一個具有大慣性、純滯后和時變性的調(diào)節(jié)對象，動態(tài)特性非常復(fù)雜，其主要特點是:

　　(1)系統(tǒng)為多輸入多輸出的系統(tǒng)，主要的變量有:入口溫度、出口溫度、入口負(fù)壓、球磨機負(fù)荷、出入口壓差、排粉機電流和球磨機電流等。

　　(2)系統(tǒng)具有強耦合性。球磨機的出力需要干燥出力、磨煤出力和通風(fēng)出力均達到，這3個出力分別對應(yīng)著3個控制回路即:1)出口溫度調(diào)節(jié)回路，其調(diào)節(jié)量為給煤量;2)球磨機負(fù)荷調(diào)節(jié)回路，其調(diào)節(jié)量為給煤量;3)出入口壓差調(diào)節(jié)回路，其調(diào)節(jié)量為再循環(huán)風(fēng)量。調(diào)節(jié)這3個回路中的任意一個回路都會影響其它兩個回路，另外兩個回路又會影響該調(diào)節(jié)回路，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　(3)純滯后主要表現(xiàn)在球磨機負(fù)荷對給煤變化的響應(yīng)時間長，熱風(fēng)門開度擾動下球磨機出口溫度的響應(yīng)時間長，入口負(fù)壓對再循環(huán)風(fēng)門調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間長。

　　(4)系統(tǒng)的時變特性。煤質(zhì)和潮濕度、鋼球數(shù)量和磨損護甲等外在因素變化其運行特性都會改變，因此固定不變的控制算法無法適應(yīng)球磨機系統(tǒng)的時變特性。

　　球磨機的工作特性如圖1所示。曲線1是功率特性，曲線2是出力特性，曲線3是音頻特性，曲線4是處理后的音頻特性。從圖1可見，球磨機功率起初隨著存煤量增大而增大，當(dāng)達到個zui大值后，隨著存煤量增大反而減小;球磨機的zui大出力點并不是隨著存煤量的增大而增大，也出現(xiàn)一個zui大值，然后減小;球磨機負(fù)荷音頻曲線隨著存煤量的增大逐漸減小，為了使用方便，將該曲線作求反處理得出曲線4。在Ⅰ區(qū)中，球磨機的功率達到zui大，但出力卻沒有達到zui大，所以該區(qū)不是系統(tǒng)運行的*區(qū)域。在Ⅲ區(qū)，存煤量很大，容易出現(xiàn)滿磨，因此Ⅲ區(qū)也不是運行區(qū)域。在Ⅱ區(qū)，制粉出力接近zui大出力點，該區(qū)應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)運行的區(qū)域。

　　二、控制策略

　　由球磨機的上述特性可知，欲使制粉系統(tǒng)運行在工況，不僅要維持磨煤出力zui大，還要保證的通風(fēng)出力和干燥出力。就球磨機而言，滿足煤粉細度要求的制粉出力取決于:(1)球磨機的磨制能力，增加干燥出力可提高磨煤出力;(2)通風(fēng)的攜粉能力，主要由風(fēng)量來決定，當(dāng)磨煤和通風(fēng)功率之和為zui小時則為通風(fēng)量?；诖?，提出了基本的控制策略:維持通風(fēng)量和出口溫度均在正常范圍之內(nèi)，盡量加大給煤，尋找工作點。為此，需要組成以球磨機負(fù)荷、出入口壓差和出口溫度為被調(diào)量，對應(yīng)的操作量分別為給煤量、循環(huán)風(fēng)門開度和熱風(fēng)門開度的三輸入變量、三輸出變量的控制系統(tǒng)。送入球磨機的給煤量是由給煤機控制的，給煤機電流間接代表給煤量。此外，球磨機電流，入口負(fù)壓以及排粉機電流均對球磨機負(fù)荷有影響，在進行控制時，這些因素也應(yīng)考慮。

　　由于球磨機具有非線性、大慣性和純滯后的特點，使用傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)控制效果無法滿足要求。始于上世紀(jì)70年代的模糊控制，其本質(zhì)是一種非線性控制，無需了解被控對象的數(shù)學(xué)模型，大偏差控制性能好，魯棒性強?；谶@些特點，設(shè)計了將模糊控制作為基本控制算法，以PI調(diào)節(jié)作為配合的球磨機負(fù)荷控制策略?？紤]到系統(tǒng)的時變性，采用自尋優(yōu)算法對回路設(shè)定值SP進行修正，該算法作為上層算法與下層的模糊-PI控制算法共同組成了兩層結(jié)構(gòu)的制粉系統(tǒng)控制方案，如圖2所示。

　　圖中，自尋優(yōu)控制器的作用是給出一個適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值SP，模糊PI控制器則保證被控對象的輸出可以跟隨該設(shè)定值?！　?.1 模糊-PI控制器

　　在實際中，當(dāng)偏差較大時，控制的主要矛盾是盡快減小偏差使系統(tǒng)輸出接近給定輸出，不涉及穩(wěn)定性的問題，因此此時只需采用模糊控制，就可迅速將偏差縮小。當(dāng)偏差較小，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)時，使用PI調(diào)節(jié)即可以消除靜差。由此提出了一種模糊控制與PI調(diào)節(jié)協(xié)同作用的控制結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

　　模糊控制器使用球磨機負(fù)荷設(shè)定值的偏差和偏差變化率作為模糊控制器的輸入語言，其輸出語言為給煤機電流控制輸入值mV,SP是球磨機負(fù)荷設(shè)定值，PV是球磨機負(fù)荷計算值，這3個量的取值范圍均為0～1之間的小數(shù)，y是給煤機的實際電流值。實現(xiàn)模糊算法的步驟:

　　(1)對輸入輸出變量進行模糊化，求出模糊集合的隸屬度函數(shù);

　　(2)模糊控制規(guī)則的推導(dǎo)和形成，由條件部分滿足度采用zui大zui小方法推斷出規(guī)則對總結(jié)果作用的大小;

　　(3)模糊輸出的去模糊判斷，并用面積重心法對輸出去模糊化。

　　控制器中有兩路輸出，一路是模糊控制，另一路是PI調(diào)節(jié)器，協(xié)調(diào)器根據(jù)磨煤機負(fù)荷實際偏差范圍對兩路控制器的輸出值進行選擇，如果偏差大于設(shè)定范圍則輸出模糊控制器的輸出值，如果偏差小于設(shè)定范圍則輸出PI調(diào)節(jié)器的輸出值。磨煤機負(fù)荷PV使用了多個變量的加權(quán)。包括入口壓差、出口溫度、球磨機電流、入口負(fù)壓和排粉機電流等5個變量偏差值加權(quán)與磨煤機音頻信號值加權(quán)，使磨煤機負(fù)荷信息更為全面。上述6個變量各自的加權(quán)值通過試驗確定。為了保證系統(tǒng)在一段時間內(nèi)相對穩(wěn)定的運行，各變量均設(shè)有死區(qū)，當(dāng)變量處于死區(qū)內(nèi)時，該變量偏差為零。為防止磨煤機發(fā)生滿磨故障，對控制器的輸出要作限制。如果輸出值大于磨煤機負(fù)荷上限，則輸出設(shè)定的上限值。控制器的輸出未超過磨煤機負(fù)荷上限但處于其死區(qū)內(nèi)時，維持上次輸出，不在其死區(qū)內(nèi)則輸出協(xié)調(diào)器選擇的輸出值。

　　2.2 自尋優(yōu)算法

　　在制粉系統(tǒng)運行中，周圍環(huán)境和煤質(zhì)(濕度、硬度、顆粒大小)均會影響系統(tǒng)的運行特性。隨著系統(tǒng)特性的變化，磨煤機負(fù)荷設(shè)定值SP也應(yīng)該相應(yīng)改變，為此引入了自尋優(yōu)算法。自尋優(yōu)算法在運行過程中不斷測量，不斷學(xué)習(xí)，在控制特性發(fā)生改變時，自動尋找到新的設(shè)定值。簡化的自尋優(yōu)算法可以理解為:設(shè)定一個球磨機負(fù)荷區(qū)域(△PV。)，如果檢測并計算到的實際負(fù)荷低于區(qū)域下限，說明當(dāng)前出力仍然小于出力點，自尋優(yōu)算法會適當(dāng)增大設(shè)定值SP;如果檢測到的實際負(fù)荷高于區(qū)域上限，說明當(dāng)前出力超過了出力點，自尋優(yōu)算法會適當(dāng)減小設(shè)定值SP。在不斷尋優(yōu)中，設(shè)定值逐步接近出力點，從而實現(xiàn)節(jié)能。為保證系統(tǒng)有足夠的時間進行穩(wěn)定，負(fù)荷設(shè)定值修改不能過于頻繁，因此要求自尋優(yōu)算法應(yīng)該選定一個合適的采樣周期間隔地進行。圖4給出了軟件主要功能框圖。

　三、音頻傳感器的研制使用

　　以往測量球磨機負(fù)荷的方法常常受到系統(tǒng)多變量的影響而難以準(zhǔn)確測量。根據(jù)觀測發(fā)現(xiàn)，磨煤機音頻信號隨著球磨機負(fù)荷的增加逐漸減小，在球磨機負(fù)荷與音頻信號之間存在著較好的線性關(guān)系，只要對音頻信號作取反處理，即可得到球磨機負(fù)荷與音頻信號之間近似正比例的關(guān)系(圖1)。音頻傳感器正是利用這種關(guān)系，對球磨機音頻信號進行測量采集并作處理，使音頻信號能夠比較準(zhǔn)確的反映球磨機負(fù)荷。音頻信號還可以有效的實現(xiàn)三回路的解耦，使控制變得簡單。

　　四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　制粉系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　控制系統(tǒng)為3層結(jié)構(gòu):(1)監(jiān)視操作層，包括作為服務(wù)器的工業(yè)控制計算機、操作員站及打印設(shè)備等。服務(wù)器安裝在后臺控制柜中，前面連接顯示器用以作為操作員站，通過操作員站運行人員可以監(jiān)視現(xiàn)場各個信號的變化并進行操作控制。服務(wù)器的職能是:與第二層進行通訊，控制器將采集處理后的信號傳送給服務(wù)器用作顯示與控制計算，服務(wù)器向控制器發(fā)送控制參數(shù);每秒記錄數(shù)據(jù)一次，為日后數(shù)據(jù)分析和記錄系統(tǒng)故障分析提供了*的方便;實現(xiàn)自尋優(yōu)控制算法計算。(2)監(jiān)測控制層，由兩個PLC站組成，它一方面與操作員站通訊，同時與現(xiàn)場信號變送器連接。監(jiān)視站采集用于監(jiān)視(非控制用)的信號;控制站執(zhí)行控制功能，實現(xiàn)模糊和PI控制，控制站的輸出通過變頻器改變給煤機轉(zhuǎn)速進而改變給煤量。(3)現(xiàn)場信號層，現(xiàn)場來的信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的(4～20)mA模擬信號供系統(tǒng)使用。