西门子6ES334-0CE01-0AA0

西门子6ES334-0CE01-0AA0

1 系统简介
为改善生产环境，沱牌公司清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。

鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。
2 系统方案
系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成。

2.1 抽水泵系统
整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下**，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高**，自动停掉工频运行电机。

系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。
系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。
系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。

2.2 公司内不同压力供水需求的解决
为稳定可靠地满足公司内部分区域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管网水压力（0.8~0.9Mpa）的要求，配备稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。

2.3 加压泵系统
由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台（一用一备）电机功率为75KW，扬程36米。该加压泵的控制系统需考虑以下条件：
（1）若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；
（2）若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀；
（3）若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充不。

像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期可靠地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。

为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”，较终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。

3 系统实现功能

3.1 全自动平稳切换，恒压控制
主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。

当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在较低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。

3.2 半自动运行
当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。

3.3 手动
当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。

4 实施效果
实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的较经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的误差范围也有不可忽视的作用。

①采用变频恒压供水，了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。
②用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。
③拓宽运用变频恒压控制原理，较好地解决了加压泵房与抽水泵房的远程通讯总是并达到异地连锁控制的目的。
④在抽水泵房设置连续液位显示，并将信号传与PLC，防止泵缺水烧坏电机，设定的取水位置，确保水的质量。
⑤电机既有电机保护器，又有软起动器，克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。
⑥由于采用PLC控制的压力自动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预留有RS485接口，可与公司总调度室计算机网络进行连接。
⑦由于系统采用闭环恒压控制，电机在满足主水很容易网的压力的前提下，节能效果显著，年节电61万度，折合为人民币36万元。
⑧通过采用变频器控制，可在不同季节、节日、日夜及上下班等全面调控水量，按日节水100吨计，则年可节水36500吨。

WB智能电量传感器是由绵阳市维博电子有限公司在传统传感器的基础上推出的新型系列产品。该传感器采用高性能MCU ，综合运用DSP技术、数据通信技术、自动控制技术、高速数据采集技术、集成IC技术、贴片安装工艺等一系列先进技术和工艺。该系列产品采用全隔离、高度数字化、智能化设计，使产品具有工作可靠、精度高、频响宽、温度特性好、抗干扰能力强、接口方式简单、体积小、功耗低等特点，可广泛应用于电力系统，铁路系统，通信系统，控制系统，电机监控系统等等领域。WB智能传感器可以完成各种交、直流电量参数的实时采集计算、分析,它具有RS485智能端口，可以同PLC、工控机进行通讯。下面详细介绍WB智能电量传感器在西门子PLC S7-200上的应用。

一． 硬件的连接

1. S7-200 通讯口引脚分配定义: 见S7-200 通讯口引脚分配定义表。

S7-200 通讯口引脚分配定义表

引脚 端口0

1 逻辑地

2 逻辑地

3 RS-485信号B

4 RTS（TTL）

5 逻辑地

6 ＋5V 100Ω串连电阻

7 ＋24V

8 RS-485信号A

9 10-位 协议选择（输入）

连接器外壳 机壳接地

2. WB智能传感器接线端子排分配：见WB智能传感器接线端子排分配定义表

WB智能传感器接线端子排分配定义表

端子

JK1 1

2

3

4 交流V+

5

6 交流V-

JK2 1 ＋E（12V/24V）

2

3 GND（公共地）

4 RS-485信号A

5

6 RS-485信号B

S7-200 CPU通讯口是9，用RS-485方式与WB智能传感器通讯，接线方式是将S7-200 CPU通讯口8脚接WB智能传感器JK2端子4, 将S7-200 CPU通讯口3脚接WB智能传感器JK2端子6。如果连接线距离过长，可以用西门子连接器或加中继器。

二． 软件的设计

1. WB智能传感器通讯协议

串行通信口RS485； 信息传输方式为异步，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验；速率 38.4KBPS，19.2KBPS，9600BPS，4800BPS，2400BPS，1200BPS。

协议的基本格式见协议基本格式表。

协议基本格式表

序号 名称 备注

1 同步码（SOI,START OF INbbbbATION） 1BYTE(7EH)

2 变送器地址（ADDR,ADDRESS） 1BYTE

3 变送器地址补码 1BYTE

4 命令（CMD,COMMAND） 1BYTE

5 数据（DATA） XBYTE

6 帧校验（CHECKSUM） 1BYTE

7 结束码（EOI,END OF INbbbbATION） 1BYTE (0DH)

校验为协议基本格式表中的前2-5项逐字节作无符号加法，模256取反加1；编码方式是16进制码方式。

2. S7-200 CPU编程说明

梯形图程序流程：PLC端口初始化-->发送读数据命令-->适当延时-->读端口返回数据-->(如果需要确认，则发送确认帧命令-->)进入下一轮发命令及读数据循环。

①初始化:SM0.0始终为1。MOV_B指令把16#09赋值给SMB30，SM30控制自由端口0，16#09表示把PLC端口初始化不校验、8位数据、9600波特率和自由口协议。MOV_B指令把16#B0赋值给SMB87,SMB87是信息接收控制字节。ATCH语句将INI_0中断子程序与 端口0接收字符中断(中断8)关联。VB600为接收起始地址。

②读数据命令：VB51-VB57为XMT命令的TBL参数。VB51为命令帧字节个数，VB52为同步码，VB53为变送器地址，VB54为变送器地址补码，VB55为命令，VB56为帧校验，VB57为结束码。

③向WB智能传感器发读数据命令： SM4.5为1时表示自由口0发送空闲，SM4.5提供了一个时间为1秒的延迟。XMT指令为发送指令，PORT参数取0表示端口0，TBL参数表示发送的数据起始地址。

④中断8端口0字符接收程序：MOV_B指令将缓冲区SMB2接收WB智能传感器传来的数据放到以VB600开始的区域。INC_DW指令将指针VD680值加1, 指针VD680指向下一个字节。如果缓冲区SMB2的内容等于16#0D，表示数据接收结束，用MOV_DW指令将指针VD680重新赋值为&VB600(VB600的地址)。

⑤读端口返回数据及处理：若收到某字节数据为05H，则紧接其后收到的一个字节数据应与05H合为一个字节; 若收到某字节数据为0DH,表示结束。组合参数变送器输出数据的顺序如下： E、R、P 、Q、C、F、V1、V2、V3、I1、I2、I3（不同变送器输出内容不同，因此输出数据长度各异，但其顺序同前，各参数均为2字节）。M2.0为笔者自行设置的数据处理控制位，

三． 应用介绍

我所研制的空调参数测试系统用WB智能电量传感器检测待检空调机的启动电流，制热和制冷状态下的电压、电流和功率，该空调参数测试系统出口俄罗斯，于2001年5月投入运行。据俄罗斯方反映，这一年多时间，空调参数测试系统运行情况良好， WB智能电量传感器工作稳定可靠，数据准确。

四． 总结

以上方法仅仅是S7-200 PLC与一只WB智能传感器通讯的应用，RS485智能口可以组成RS485网络，编程方法与上述相同。需要WB智能传感器设置地址0-63，在步骤②读数据命令表中对VB51-VB57为XMT命令的TBL参数修改，将VB53变送器地址更改，就可以与RS485网络上的不同WB智能传感器通讯。

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