6ES7231-7PB22-0XA8技术介绍

6ES7231-7PB22-0XA8技术介绍

用变桨距控制的风力发电机不但可以吸收更多的风能，而且使风力机具有更好的起动和制动性能，保风力机可靠地运行。在风力发电机组或电网发生故障时，可以控制变桨距机构使叶片顺桨，从而使叶轮迅速制动；在风速**安全运行风速时，可以使叶片处于顺桨状态，改善风力机组的受力状况，避免大风对风力机的损害。此外，若通过合适的变桨距控制，可以减小传递链上的转矩振荡；国外的研究人员通过对独立变桨距风力发电机的研究发现，采用对每个叶片进行合理的控制可以减小塔架的振荡以及叶片的载荷，从而可以减小风机的疲劳度，延长风力机使用寿命。本文采用罗克韦尔 SLC 500系列可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器，这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。本文介绍了变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统和硬件系统，在实际风力发电机组上进行了实验验证，运行效果良好。预计罗克韦尔 SLC 500系列可编程控制器(PLC)在我国风力发电场合会有大的作为。

关键词:变桨距 风力发电机 可编程控制器 罗克韦尔

1996年5月我厂扩建2号回转窑700t／d熟料生产线，生料均化库选用一座Φ15m×30m的混合室库，其充气控制的初步设计方案是：选用空气分配器。在建设过程中，通过实际考察，对PLC＋电磁阀控制和空气分配器方案进行比较：

1）空气分配器控制充气的时间是固定的，生产中不能根据工况的具体条件进行改变，均化的效果很难保证。而采用电磁阀控制，电磁阀的动作时间能用PLC程序任意调节，并且根据不同的情况用程序可以实现多种控制方式，使生料均化的效果达到较佳。

2）3台空气分配器的价格共计12.5万元，而20只电磁阀PLC的价格只有7.4万元。因此，1997年5月我厂决定采用PLC＋电磁阀控制方案，并且修改设计、安装和调试全部由本厂自行承担。1997年12月生料均化控制系统投入运行一年多，控制设备运行正常，均化效果良好。

1　混合室库均化原理

混合室均化库主要包括：贮存库、混合室、库**分配器、库内充气系统和库侧卸料装置。其中库内充气系统包括：环形区卸料充气槽、混合室搅拌充气槽和隧道区输送充气槽，生料送入库**分配器，呈流态化均匀地分配到输送斜槽中，通过斜槽下料口进入贮存库形成料层。库底环形充气槽分成四个区，由一台罗茨风机供气，每个区包括三个充气单元。通过电磁阀控制单个充气单元的循环充气，分块切割料层，卸入混合室。混合室充气槽也分成四个区，由两台罗茨风机供气。通过电磁阀控制，以“一区强其余三区弱”的方式，轮换充气搅拌混合室内的生料，形成一定高度的流态化料层，后由隧道区上卸料口卸出。

2　PLC控制电气设计

2.1　硬件设计

为满足PLC控制与S7400PCS系统连接及设备控制要求，设置了S1自动／手动／机旁切换和S2中控／本控切换。当S1在自动位置时，S2可以选择中控计算机起／停操作或本控PLC控制柜起／停操作。当S1在手动位置时，可由PLC控制柜上的按钮来控制设备开、停。当S1在机旁位置时，可由机旁控制箱上的按钮来控制设备开、停。选用日本三菱公司的PLC：FX2－32MR扩展FX－16EYR，对4台罗茨风机和20只电磁阀进行控制。

2.2　软件设计

程序设计采用梯形图语言。根据控制原理，设计程序共分4个部分：1）外环区顺序控制部分。2）内环区“一强三弱”控制部分。3）罗茨风机电机控制部分。4）方式切换和报警检测部分。为适应生产工况的变化，程序中外环区和内环区的时间可随时调整并有记忆功能。均化周期为55min。

3　PLC系统安装调试

电气设计完毕后即可进行控制系统的安装、调试。在控制柜中安装PLC，连接电源及输入、输出控制线路，输入控制程序进行调试。首先采用模拟调试，即切断输出电源，模拟各种输入信号并对所有输出信号进行测试，看程序各个部分的功能是否符合控制过程的要求，用以考察PLC控制程序的完整性和可靠性。然后接通PLC输出电源，进行空载联动试车，最后进行带负荷联动试车。

4　使用效果

1）PLC控制系统投入运行后，出库生料CaCO3的指标全部合格，均化系数可达5.4，系统运行良好。

2）每个充气单元的时间参数可根据工艺的要求随时调整，且有记忆功能，不受停电等因素的影响，修改参数方便。对各区充气单元充气顺序的不同组合，可实现多种均化方式。还可控制环形区的卸料速度，使混合室内的生料充分搅拌保持一定的流态化料层高度，保证了均化效果，满足了工艺的要求。

3）控制功能软件化简化了控制设备，节省了设备投资，同时增加了设备运行的可靠性，减少了维修工作量，降低了维修费用。系统切换灵活，操作简单方便，岗位工人容易掌握。

一、工程概述：

在我国电子行业及规范产品行业都需要，喷码，出货扫描及包装工艺，其大部分厂家还处人工作业，人工作业面临的不仅仅是效率问题还有扫描链接重扫出错而无法从良品中找到出错码制的产品。因此使用全自动流水线在大大提率的同时也提高生产质量。下面就来介绍UniMAT产品在整个自动化线上的应用。

二、工艺介绍及系统要求

1.工艺：喷码机喷码—扫描扫描条码—PLC识别条码信息—存储—传送上位机—出货扫描—自动装箱

2.硬件部分：多米诺喷码机、可进行二维码扫描扫描、SIEMENS CPU224、UniMAT扩展模块：UN221-1BL22 （1）、UN222-1BL22（3）、UN232-0HB22（2）、CP243-1 IT、变频器、工控机及包装机结构，对射光纤及电磁阀 等等;

3.喷码码制为34进制，喷码设备通过光电反射传感器感知产品，把喷码信息传送喷头，喷头通过高电压产生电弧，墨汁告诉喷出形成二维码制;

4.对条码的识别，速度，可自动各种规格和大小的条码;

5.条码扫描具备网络通讯功能，可将一条产线的多套扫描器扫到的条码信息通过网络传送给产线数据采集电脑，统一进行数据收集;

6.系统提供漏扫报警，并可接手持条码扫描设备补扫条码;

7.提供条码自动识别功能，当条码出现时，可自动进行扫描记录，不用人为干预;

8.系统适应性广，针对不同类型条码、不同安装方式和安装位置，要能自动适应或经过简单调整适应;

9.提供计算机上微机自动条码记录与管理软件，将扫描到的信息根据时间和类型存储，供生产管理系统进行跟踪和管理;

10.提供网络功能，传输数据到产品数据库内;

11.完成出货扫描进入包装设备，包装效率问题。

三、系统配置与功能实现

1.条码扫描原理

该系统在物件运送的辊道上安装条码扫描器，当物件通过时自动识别物件上的条码标记，从而判断应采取的动作。系统根据读到的条码信息，按事先的约定进行处理，包括物件要存放的位置、是否放行、非正常情况的报警等、并和PLC、上位计算机进行数据交换。

物件的条码由条码扫描器读入并通过通讯转换送入PLC的通讯口，我们采用的PLC是S7-200系列的226 PLC。它是西门子公司生产的性能价格比很高的可编程控制器，已广泛应用于工业控制的各个领域。

PLC采用自由通讯口方式读取条码的信息，主要用到3个寄存器SMB2、SMB3、SMB30。通讯接收字符缓冲器SMB2用于存放在自由口通讯方式下接收到的当前字符，它是一个暂存寄存器，一般应在下一步取走其中的内容。通讯校验结果寄存器SMB3，在作自由口通讯时，PLC的通讯接口按由SMB30规定的奇偶校验方式对所接受到的信号作校验。若检测到错误，PLC自动把SMB3.0置1，根据此标志位，可决定当前信息的取舍，同时还可在出错的情况下，将此错误信息发给对方，要求重发。控制字寄存器SMB30用于存储通讯方式控制字，由用户写入，属于可读写的特殊标志位寄存器

在采用PLC对自动模切压痕机等包类机械实现电气自动化控制的系统中，像经典的继电-接触器控制系统中的大部分联锁控制都可转移到PLC中实现，继电-接触器控制系统大大地简化，成为只含有一些必要的电气联锁的MCC（MotorControlCentre）系统，成为PLC系统指令的有条件的执行者。

应保留继电－接触器的联锁

在PLC与继电－接触器系统综合设计中，这种联锁主要是指重要的安全联锁，包括人身安全和设备安全两方面。从人身安全的角度出发，应保留一些对人身安全至关重要的联锁，如事故开关、紧急停机装置等，这些开关一般要求采用非半导体的机电元件组成。从设备安全的角度出发，往往需要保留一些重要的极限开关和保护手段。

PLC和MCC系统的接口

PLC和MCC系统的接口方法常见的有两种：一种是采用继电器隔离的方法，一种是PLC直接接受MCC系统的信号，并且由PLC直接驱动MCC中的接触器的方法。

采用**种方法时，进人PLC的信号要先经过光电隔离继电器，再由其触点接入PLC的输入模板。PLC的输出信号也是**动继电器线圈，然后再由继电器的触点参与MCC的联锁控制。这种方法的优点是：方便了PLC模板的选取，从而有可能降低PLC的造价，基本上了外部强电侵入PLC的可能性，有效地保证了PLC系统的运行安全。其缺点是增加了大量的继电器，从而增加了可能的新故障点。在实用中，应选用高质量的继电器，较好选用带有能指示吸合动作的发光器件的继电器。采用PLC和MCC系统直接接口的方法的优点是简单明了，整个控制系统的故障点少。缺点是系统的安全性不如**种方法高。

工程实践中，两种方法应用都很广泛，而且很多系统中两种方法兼而有之。选取接口要视环境和具体条件、元件水平等灵活考虑决定。

在采用PLC对自动模切压痕机等包类机械实现电气自动化控制的系统中，像经典的继电-接触器控制系统中的大部分联锁控制都可转移到PLC中实现，继电-接触器控制系统大大地简化，成为只含有一些必要的电气联锁的MCC（MotorControlCentre）系统，成为PLC系统指令的有条件的执行者。

应保留继电－接触器的联锁

在PLC与继电－接触器系统综合设计中，这种联锁主要是指重要的安全联锁，包括人身安全和设备安全两方面。从人身安全的角度出发，应保留一些对人身安全至关重要的联锁，如事故开关、紧急停机装置等，这些开关一般要求采用非半导体的机电元件组成。从设备安全的角度出发，往往需要保留一些重要的极限开关和保护手段。

PLC和MCC系统的接口

PLC和MCC系统的接口方法常见的有两种：一种是采用继电器隔离的方法，一种是PLC直接接受MCC系统的信号，并且由PLC直接驱动MCC中的接触器的方法。

采用**种方法时，进人PLC的信号要先经过光电隔离继电器，再由其触点接入PLC的输入模板。

PLC的输出信号也是**动继电器线圈，然后再由继电器的触点参与MCC的联锁控制。这种方法的优点是：方便了PLC模板的选取，从而有可能降低PLC的造价，基本上了外部强电侵入PLC的可能性，有效地保证了PLC系统的运行安全。其缺点是增加了大量的继电器，从而增加了可能的新故障点。在实用中，应选用高质量的继电器，较好选用带有能指示吸合动作的发光器件的继电器。采用PLC和MCC系统直接接口的方法的优点是简单明了，整个控制系统的故障点少。缺点是系统的安全性不如**种方法高。

    工程实践中，两种方法应用都很广泛，而且很多系统中两种方法兼而有之。选取接口要视环境和具体条件、元件水平等灵活考虑决定。

    1．人为误操作

    1）手指颤动造成失误解决的方法是使用微分指令DIFU（13）来检索按钮送人电信号的上升沿，在一个执行周期里PLC只执行一次，从而避免些类误操作的发生，如图1中，00005为高压泵停止按钮，HR0005为低压泵起动标志位。当按下低压泵起动按钮00003时，信号转化为微分指令HR0005，HR0005在一个程序扫描周期里，只接收一个上升沿脉冲，从而过滤掉由于手指颤动产生多余的脉冲，保证定时器TIM000正常延时1min，确保高压泵按时起动。

    2）无意误操作解决的方法有两种。一是通过程序来优化显示功能，减少人为失误，在设计中使用一个指示灯来显示各种不同的工作状态平光—显示系统处于运行状态高频闪光——显示系统处于试验状态，每1s闪1次；低频闪光——显示系统处于步进状态，每3s闪1次。二是通过输入信号之间的联锁，这种方法工作量大，考虑要全面，否则也会出现输入信号相互干扰，起反作用。图2是简化的梯形图，00003为1号低压泵起动按钮；00005为2号低压泵起动按钮；HR0400为1号主机停止24h后标志；HR0401为2号主机停止24h后标志。

    2.系统本身产生的失误

    由于PLC输人信号来源复杂，目PLC的动作响应时间远远短于继电接触控制系统的响应时间，因而在继电接触控制系统中不太引起注意的触点瞬间跳动问题，将会在PLC控制系统中产生误操作。为此程序中加入了干扰滤除程序，见图3。

    TIM000用于00104接点断开时，因机械振动影响出现的瞬间闭合，TIM001用于00104接点闭合时，因跳动与受干扰的影响出现的瞬间断开。CNT020用于保持输人的信号。HR0410、HR0411为相关的运行设备。

    当00104（油位下限开关）断开后，由于以上原因造成00104瞬间闭合，起动定时器TIM000，如果在设定时间内，00104断开，则系统判定此次闭合为误动作，不执行以下程序；若00104在设定时间内仍为闭合，由系统判定此次闭合为正常的命令，通过计数器CNT020保持输入的信号，起动相关的运行设备；当00104闭合后，由于以上原因造成00104瞬间断开，方法同上，TIM000、TIM001的时间设定为#0002（0.2s），它不会对控制系统有什么影响。一般来讲TIM000,TIM001时间的设定值是按输入继电器可靠吸合后立即断开这一过程的时间考虑的，约0.2～0.5s，在此范围内都可以达到触点跳动干扰的目的。如果时间设定值过大，将使系统动作延迟；太小，则收不到滤除干扰的效果。

早期的中央空调控制器多为就地式**控制器和DDC控制器，它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可*的可编程控制器(PLC)来进行控制。

    3PLC控制系统主要功能与特点

    3.1PLC控制系统功能说明

    如空气处理机PLC控制原理简图所示：

    1.当启动空气处理机时，PLC发出控制指令。首先开户回风门和新风门到设定位置，然后启动送风机，同时通过控制变频器，从而调节风机的转速。

    2.露点温度与系统设定值相比较后,用PID方式调节冷水电动阀,控制冷水流量,使送风温度达到设定值。

    3.送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用PID方式控制变频器，从而调节风机的转速，达到调节回风温度的目的。

    4．当过滤网前后压差**出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号。

    5．当空气处理机停止运行后，新风门、回风门和冷水电动阀回复到全关位置，并关停冷水环泵。

    上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务，下位PLC主要完成数据采集、现场设备的控制及连锁等功能。除此以外，PLC系统还有如下功能：

    ◆数据显示功能

    显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。

    ◆历史数据的存储及检索功能

    对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间较长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。

    ◆控制功能

    根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据(如室内温度等)进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和经济性。

    ◆连锁与保护功能

    各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的可*运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等

  3.2系统特点

    ◆灵活性

    本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。

    ◆高可*性

    PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可*、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。

    ◆强大的功能

    现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和**长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。

    ◆优良的开放性

    上位软件Focsoft3.1支持DDE、OPC、ODBC、SQL，并提供丰富的API编程接口，方便接入其它系统。

    4控制方法

    4.1

    对于冷冻水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，而回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计较大温差为：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水温差（如：△T=5℃）控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。

    冷水机组系统PLC电路控制简图

    4.2

    对于冷冻水系统，由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况，我们只需控制高温冷冻水（冷凝器出水）的温度，即可控制温差。现采用温差变送器、PID调节器和变频器组成闭环控制系统，冷凝器出水的温度控制在T2（如：37℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。

    4.3

    在管道中取压力信号采样和温差变送器，通过PID调节器进行优化计算，通过PLC控制变频器，以此控制3台水泵电机的运行，系统启动开始工作，当*1台电机运行至工频状态时，如管网压力不够，变频器控制*2台电机开始工作，若工作到工频状态时管网管压仍不够时，变频器自动切换至*3泵使其变频运行，第1、2台电机工频运行，直至管网所需管压。当外部需求降低，管网管压提高时，*3台运行停止，变频器自动切换至*2泵，使其工作在变频状态下若还达不到要求，再切换至*1电机，如此周而复始，始终让系统工作在较优、较佳、较省的工作状态。

    5系统的设计和应用总结

    由于整个实验室正在逐步筹划和建设的过程中，许多设计还处于探讨之中，众多功能还未付诸实施。   现在本文就系统改造实现情况作简单介绍：本文的系统调试应分为两步，设备电气控制系统调试和中心网络系统调试。我们就已完成的设备电气控制系统设计、调试及使用情况作一下说明：针对实验室的要求：要求电气系统运行稳定，感温精确度高，维护方便寿命长，并能联网进行管理。除此之外在实际使用中系统的故障报警部分设计还不够完善，许多功能还未开发。本文经过对设备状况和同学们对中央空调学习认识的调研，本文认为可采用三菱公司的A系列PLC作为设备的控制系统核心。它不仅具备普通PLC可编程控制器的各种优点，而且能够利用以太网网络模块（B2/B5）组建MELSECNET网络，较终达到建成先进的分布式控制系统，既实现各种设备之间的联网，实现远程控制和管理。

    当然系统基本达到了设计的要求，它不仅具备基本逻辑控制功能，还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统，它工作稳定、故障率低，并能进行系统自动报警，操作及维护十分简便，维修综合成本（待机时间等）大大降低。

    6结束语

    在智能化中央空调冷冻系统中，采用PLC控制系统是切实可行的，中央空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可*，便于维护，且性能价格比高。同时以PLC为核心的高可*的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制，具有先进、可*、经济、灵活等显著特点。