西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8参数说明

鉴于以上特点，从技术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
为稳定地满足公司内部分区域供水太力（0.4~0.45Mpa）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，开启出水电动蝶阀由高位水池向主管不。
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”，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，表现为变频器已工作在速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC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。

控制系统按工艺功能可以分为以下几个部分：引风部分 、循环风部分、进布和出布部分、纠偏和温控部分，分别描述如下：
A. 引风部分: 把烘房内多余的热量带出室外.是系统开机的部分,
B. 循环风部分: 引风开启后才能开启,通过烘房内循环风,使烘房内温度保持一致.风量的大小既可以通过手动调节,也可以根据整个系统要求自动调节(使用6台ATV38 变频).
C. 进布/出部分: 它是该系统的部分.接受由印花主机来的”同步”信号,通过光电开关进行加,减速调节,使系统速度同印花主机速度一致.当印花主机速度大于进布电机速度时,先由缓冲贮布区进行缓冲,若碰到加速光电开关,进布电机速度增加,使其速度与印花主机平衡.相反,碰到减速或停止光电开关时,进布电机暂停等待主机信号,如有信号来时,进布电机跟随动作;对于出布电机,速度同样来自印花主机的”同步”速度,同时配有涨力棍和限位开关来进行自动控制,当进布速度在涨力棍的活动范围内时,出布的松紧通过涨力棍的重量来控制,出布速度不变,若进布速度出涨力棍活动范围时(大于或小于)通过光电开关加速或减速出布电机,以保持与进布电机速度的一致性.当印花主机暂停时，循环风机风速降低，并且进布导带来回摆动，以防止布料在烘房内长期在一段烘烤而变焦。(使用ATV58F变频).
D. 纠偏和温控部分：纠偏和温控是在上述运行的同时运行的，纠偏用于对进布电机导带纠偏，因导带不停的循环运转，随时可能跑偏，通过光电开关和限位开关进行自动调整。而温度是根据不同的布料（棉布、毛毯、厚薄等）进行不同的设定控制。

系统的开启及引风机、循环风机的启停由触摸屏来进行控制，同样进布/出布的加减速度的快慢，纠偏时间间隔由触摸屏来进行设定；同时设有报警记录，以便随时查询。如下图：

控制方框流程图如下:

3. 结束语
选用Twido PLC与触摸屏为控制的系统具备如下特点:
1） Twido PLC程序中设立进布口贮布缓冲区，提升了进布速度，使系统工作加连续、高速；Twido PLC具备双字和浮点数运算，大大提高了进布精度。

2） 使用触摸屏大大减少了外部的按钮数量,即节省了大量DI，因此触摸屏的使用并不带来明显的成本提升。另外，触摸屏操作灵活方便，系统信息可实时监控，增强了系统的易操作性。
3） Twido PLC系统具备快速的动态响应，能够快速响应系统设定的进布速度（0至36米/秒），从而明显提升整个系统运行的稳定性。

本文介绍了利用PC-bbbb网络实现多层电梯的PLC控制。通过实际测试，电梯运行稳定。利用通信网络实现电梯的PLC控制，对于其他系统同样具有借鉴作用。

由于PLC具有体积小、价格低、功能强、运行稳定等特点，且集电控、电仪、电传于一体，所以在工业控制的各个领域得到了广泛的应用。对于要求I/O点数较多，且控制点比较分散的控制系统，可以通过PLC网络实现控制要求。本文介绍利用松下FPΣ构成PC-bbbb网络实现六层电梯的PLC控制。

一、电梯控制系统

电梯主要由轿厢系统、电力拖动系统、电气控制系统等组成。电力拖动系统通过曳引电机实现电梯轿厢的上下移动。电气控制系统实现电梯的自动运行。

电梯控制要求如下：开始时电梯处于任意一层。当有外呼梯信号时，轿厢应该响应呼梯信号，到达该楼层时轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时延时一定时间后自动关门。当有内呼梯信号时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层时轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时延时一定时间后自动关门。电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号外呼梯响应功能。电梯未平层即运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢响应停止后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。

六层电梯控制系统的硬件是由松下新PLC产品FPΣ（2台）、三相异步电动机、变频器、旋转编码器、内选信号控制器、轿厢内部控制器、外呼装置等组成。2台PLC之间通过PC-bbbb网络实现数据共享

2. 通信格式和波特率的设定

使用PC-bbbb，通信格式固定为：数据长度8位，奇偶校验奇校验，停止位1位；波特率固定为：115200b/s。

3. 链接继电器和链接寄存器的区域分配

为实现PLC之间的数据共享，使用了的内部继电器“链接继电器（L）”和数据寄存器“链接寄存器（LD）”。当使用链接继电器时，如果一个PLC中的某个链接继电器为ON状态，那么连接于网络上的其他PLC相应链接继电器也为ON状态。对于链接寄存器，如果一台PLC的链接寄存器的内容被重新写入，那么处于网络中的其他PLC的链接寄存器的内容也改变了。

在本PC-bbbb网络中，链接继电器的区域分配为：1号站的系统寄存器设定No.40为6，No.42为0，No.43为3，No.47为2；2号站的系统寄存器设定No.40为6，No.42为3，No.43为3，No.47为2。

在本控制系统中，由于站1和站2之间主要传递控制量，不需两站之间的数据量的传递，因此也不需分配链接寄存器区域，即链接寄存器采用默认设置。

通过以上设置，将各站的控制程序分别下载到1号PLC和2号PLC中，然后将2台PLC设置成运行模式，则电梯在2台PLC构成的PC-bbbb网络控制下自动运行。通过实际测试，电梯根据外呼和内呼信号能够正确响应，运行稳定。

电梯的PLC控制，明通信网络可以满足要求I/O点数较多且控制点比较分散的系统的控制要求，且PC-bbbb的建立比较简单。通过本系统的实现可为其他系统的PLC控制提供借鉴作用。

电机分批自启动技术在石油化工等连续生产企业中有着广泛的用途。以PLC为控制单元的电机分批自启动系统具有以下功能及特点：

(1)能够实时地监控电机的运行状态；

(2)记忆电网波动前电机的运行状态，只有在电网波动前处于运行状态而且在电网波动时停机的电机才具备电机自启动条件；

(3)准确及时地捕获电网电压信息。

(4)分批自启动的电机按照工艺流程需要，在PLC中预先设置，同时为避免多台电机在自启动中对电网的影响、电机分批自启动中采用分批延时处理方式；

(5)具有多路输入和多路输出功能，实现多台电机自启动集中控制；

(6)具备远程通信接口，实现与上位机或DCS系统的通信，在上位机或DCS系统中方便地对该系统进行监控和维护。

洛阳石油化工总厂的2套PLC电机分批自启动设备，采用西门于S7。300系列PLC，它以CPU313为处理单元，每执行1000条二进制指令约需0．7ms。S7—300同时具备128点数字量输入／输出和32路模拟量输入／输出，12KB的RAM，20KB的负载存储器；能够满足电机状态和系统电压的实时监控和及时实现电机分批自启动的要求。

l.系统组成

2.套PLC电机分批自启动系统根据变电所供电方式，每一段低压母线采用l台PIC。系统硬件主要分为外围电路和单元2部分。外围电路主要完成母线电压、电机运行状态等信号的采集、处理和转换以及电机启动指令的驱动等。单元(即PLC)主要完成信号处理，发出电机驱动指令。

1.1.外围电路

外围电路主要包括以下几个部分：

(1)母线电压采样监测。它通过1个电流型电压变送器将0—380V交流母线电压转换为4*20mA直流信号。

(2)电机运行状态信号监控。电机运行状态信号通过电机控制回路中的1个干接点输入到PLC的输入模块。所有信号的输入都经过光藕隔离，以提高抗干扰能力。

(3)电机驱动单元。电机启动信号由PLC发出，输出单元不直接驱动电机，而是通过1个220V、10A AC的中间继电器带动电机操作回路。这样一方面提高了驱动能力，另一方面使得电气操作回路和PLC控制回路分隔，提高了系统的性。

1．2.单元

根据系统的要求，其PLC主要有以下几部分：

(1)CPU313及系统软件。它完成电压和电机运行状态监测，实时进行逻辑判断，发出电机分批自启动指令。CPU313有4种操作选择：RUN—P、RUN、STOP和MRES运行方式。

(2)模拟量输入模块SM331(8路输入)。它把电压变送器输入的4。20mA的模拟量转换为数字信号，并将数字信号送到PI，C的控制单元，以供PLC做出电压判断。

(3)数字量输入模块SM321。16路输入2个，32路输入1个，完成62台电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行、调试状态监侧，电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器辅助接点接至该模块。

(4)数字量输出模块SM322(输出8路)。

接受PLC控制单元的指令，完成电机驱动信号输出，通过出口中间继电器，驱动电机操作回路，完成电机分批自启动。

3.系统软件设计

电机分批自启动系统软件主要为：

(1)完成系统初始化；

(2)正常状态下的数据监测；

(3)电网电压出现波动后，即电网电压降至70％，所有电机都会因为电气保护装置而强制退出运行，在此之前，程序已经做出判断并锁存电机状态信号；

(4)当电力系统恢复正常(3s内，母线电压恢复至95％)时，程序依据故障前保存的电机状态信号、对具备白启动条件的电机。按照顺序分批发出启动信号，使其恢复运行；

(5)无论在正常状态下或是在电机自启动过程中，PLC均实时监侧母线电压；

(6)通信接口程序。包括系统监测数据和故障信息，PLC将采集的母线电压信息、电机启动状态信息传输到上位机或DCS系统，便于维护人员实时了解设备运行状况。

2 控制系统设计及实现

2.1 SLC500的特点

SLC500模块化可编程控制器及输入输出模块由罗克韦尔自动化公司生产，产品目录号为1746和1747系列。该系列产品采用框架式结构，为在不同的工业现场使用提供了同样稳定的平台。SLC500系统构成处理器、输入输出模块和相关外部设备。处理器功能强大、使用灵活，并有各种内置通讯方式和不同容量的内存供用户按需选择。根据用户的实际需要，输入输出模块可以非常方便的扩展。同时罗克韦尔自动化提供了便捷的内置通讯接口、种类丰富的三方模块、简单方便的基于bbbbbbs平台的编程软件。因而SLC500成为当前市场上为流行的中小型PLC之一。


2.2 硬件配置

基于SLC的上述特点，本系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的SLC505 PLC。系统所需的输入/输出配置是：开关量输入100点；开关量输出50点；模拟量输入5点；模拟量输出2点；在适当考虑余量的基础上，实际的硬件配置如下：

⑴ CPU选用1747-L551；

⑵ 8块开关量输入，共16×8=128点；4块开关量输出，共16×4=64点；1块模拟量输入，共8×1=8点；1块模拟量输出，共4×1=4点；

⑶ 两个机架，分别是10槽和7槽；

⑷ 交换机一台

⑸ 上位监控操作员站一个

⑹ 工程师站一个



2.3 系统网络拓扑

上位机通过RSLINX软件，建立与PLC的联系，可以通过RS232和以太网任意一种通讯方式通讯。本控制系统中，上位机监控操作员站通过以太网借助交换机与PLC进行通讯，设置工程师调试接口，同时交换机预留和其他系统进行数据交换和通讯的端口。网络拓扑图见下图2.

软件RSview-SE安装在上位监控计算机，开发出工艺流程界面，通过以太网一方面把设备的状态点取上来，在流程界面上显示；另一方面把操作员发出的操作命令送到PLC，进而通过PLC的输出驱动相应的设备做出动作响应。



图2 石油焦站系统网络拓扑图


2.4 控制系统设计

通过PLC程序完成石油焦自动控制系统，结合上位监控操作员站，在主控室实现对现场各个设备、工艺参数的监视、控制、操作、调整。

在程序设计中，考虑上、下游设备之间的关联性，设计了相关的连锁保护，下游设备不运行，上游设备无法启动；代表电机电流大小的4~20mA信号通过模拟量输入模块采集进PLC，送给监控界面显示，控制调速皮带速度的控制信号从软件写到PLC，再转换成4~20mA的标准模拟信号控制皮带调速。

在这个系统中有以下几个需要注意、影响整个系统平稳运行的关键问题点：

2.4.1 实现系统设备在线切换控制

根据工艺设计要求，两套筛分系统、两个分料挡板和两台斗式提升机可以在线切换控制，即如果其中一套（台）设备出现故障，操作人员可以在不停料的情况下，立即把另外一套（台）设备加入流程控制，出故障的设备退出流程检修。

设计的程序中考虑了在切换系统时，系统上、下游流程继续运行，新进入流程的和即将退出流程的设备有一个时间段是同时运行，具体的参数需要根据实际情况进行整定。这样能确保退出流程的设备里的物料能够排出，新进入流程的设备不会造成堵料。


2.4.2 自动停车保护

从角度考虑，在输送皮带两侧安装了拉绳开关。在斗式提升机的入口和出口处，安装了堵料报警开关。在设计程序时，编制了如下的保护。

如果有人不小心摔到皮带上或者违犯规定穿越（跨、钻）正在运行的皮带碰到拉绳开关，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮故障，系统方可重新启动。

一旦斗式提升机的入口或者出口出现堵料，堵料开关动作，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮故障，系统方可重新启动。

在设计PLC程序时，把两个煅前日用料仓的高限报警信号引到PLC程序，一旦煅前日用料仓料位过高限报警，操作人员没有发现，程序会自动保护性的停止系统。


2.4.3 收尘器的脉冲振打控制

石油焦系统中有三个收尘器，为了延长脉冲阀的使用寿命，在咨询厂家技术参数的基础上，设计了收尘器收尘布袋脉冲振打控制的PLC程序。根据生产厂家提供的数据，在设计的PLC程序中采用定时器和计数器，地控制收尘器收尘布袋的脉冲振打时间和振打间隔时间，让脉冲阀按照固定的顺序依次振打。


3 上位机监控系统的设计

3.1 RSview Supervisory Edition（RSview -SE）的特点

RSview-SE作为Rockwell Software人机界面软件产品家族的一员，支持诸如、画面、报警、操作和报警记录、趋势等等HMI的功能，为企业提供集成的一体化的监控方案，为目前市场主流的上位机软件之一，广泛应用于冶金、化工、石油、食品、建材、水处理等领域，深受广大用户喜爱。它主要有如下特点：

基于网络的分布式监控、共用的开发环境- RSview Studio、增强的罗克韦尔自动化优选连接方案、直接I/O数据关联、透明的数据集成、画面对象的VBA支持、数据通讯的冗余热备、集成了bbbbbbs。


3.2 监控系统设计

正是看中了RSview-SE的上述优点，本设计选用RSVIEW-SE上位机软件来实现石油焦系统的操作员上位机监控。RSVIEW-SE提供了强大的项目组态功能，项目设计者可以利用现有的图形库，建立自己的图形对象，其模块化的设计方法，大大提高了项目开发效率。
上位机监控系统包括系统工艺流程图画面和PC操作台画面。在操作台界面上，设计了所有的操作按钮，防止误操作，相关的按钮进行了集中放置；考虑到操作的方便性，部分设备设计了单动按钮。在工艺流程图界面上，为了能形象的反映现场设备的运行状况，采用动、静结合，不同的颜色表示不同的状态以及平面和立体相结合的方式，建立上位机画面。操作人员可以实时监视和控制整个工艺流程的设备运行状况、主要工艺参数，并可方便的在画面间切换。

在画面上设计了设备的状态，系统启动前，按压试灯按钮，不满足启动条件的设备会出现红灯闪烁，这样检修人员就直接到对应的设备出检查处理，节约故障查找时间，提率。



4 结束语

该系统自2004年8月设计调试完成并投入运行至今，系统稳定，运行，使用方便，自动化程度高，降低了定岗人员编制，提高了企业的工作效率；而且该系统具有一定的保护能力，受到了用户的。同时该系统在现场维护，设备调整和程序修改方便都体现了较强的优越性，因此具有很好的推广应用。

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