6ES7313-5BG04-0AB0支持验货

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  文中介绍了的充磁和测量为一体自动充磁机，使用plc实现系统控制，触摸屏作为参数调整、工作显示等。 

1 引言

随着电机、家用电子、计算机、通信等技术日新月异的新和发展，永磁材料需要量越来越大性能越来越高。目前，永磁材料大多采用钕铁硼、铁氧体、铝镍钴、钐钴等，并具有矫顽力大、性能稳定等特点，这些材料经充磁电源的高压大电流向螺线管瞬间脉冲放电，使其磁化。生产中要求充磁电源、稳定、精度高，同时，在机测试充磁后永磁材料的磁通量。文中介绍了的充磁和测量为一体自动充磁机，使用PLC实现系统控制，触摸屏作为参数调整、工作显示等。

2 电磁交换

充磁机根据电容储能脉冲放电产生强大磁场，对铁磁性物质进行磁化。在电磁交换前，电容储存的能量

(1)

式中uc为储存电容的端电压，c为储存电容的容量。改变电容的电压或容量，可调节电容存储电场能量大小。目前，电容在2kv～3.5kvdc，存储能量可达100kj以上。

电容c被充电至设定电压u0时断开充电电源，随即接通lr串联电路，则电容c所储电荷通过lr地以脉冲形式放电，得到大的脉冲电流峰值。电容放电的端电压uc满足

(2)

其放电电流

(3)

式中l为充磁头中螺线管的电感量，r为螺线管、放电回路连接导线电阻、接触电阻及放电器件内阻的总和(忽略线路分布电容与分布电感)。

对脉冲充磁，充磁头常选用

(4)

即欠阻尼情况下，电容放电电流，使脉冲磁场峰值达到磁化线圈内被充磁材料内矫顽力的3～5倍时进行可饱和磁化。

磁通强度检测有磁电式磁通、电子式磁通和数字积分式磁通三种。图1为电子式磁通电路，有探测线圈和积分电路组成。当探测线圈中所链合的磁通变化δφ时，线圈中感应出电动势，经积分后的输出电压

(5)

式中n为探测线圈的匝数，r为电阻，c为积分电容。

图1 电子式磁通检测电路

3 控制系统设计

图2为充磁机系统示意图。电路是由可调直流高压电源、放电开关电路、plc控制器、触摸屏、磁通检测和充磁头等电路组成。控制要求：

① 调节可控硅控制角度来调节充磁电流;

② 自动检测充磁产品磁通强度;

③ 人机对话，即设定参数和显示运行状态;

④ plc现实系统的控制和运算;

⑤ 功率元件的过流和过压保护;

⑥ 具有输入短路保护，操作。

图2 系统总体框图

3.1 充磁电路

充磁电路有主电路和触发电路。充磁机的电路图如图3所示。主电路主要由交流调压升压、整流储能和放电等电路组成。通过调节双向可控硅vt1和tv2的移相角(或导通角)来调节升压变压器t的输入电压，然后通过桥式整流电路得到脉动的直流电压，将电能储存在电容组cl中。当可控硅vt7导通，其瞬间向充磁头产生强脉冲电流放电，对材料进行快速充磁。在双向可控硅同步相控触发电路中，模拟量模块fx0n-3a的输出端电压vout控制导通角，以调节存能电容上端电压。

图3 充磁电路图

3.2 系统控制电路

图4为系统控制电路，选三菱fx1n-24mr为系统主控器，模拟量fx0n-3a有二个输入和一个输出，其中输入电流信号和磁通信号，输出控制双向可控硅的导通角。

图4 系统控制电路

图5 程序框图

3.3 控制程序设计

控制程序有手动与自动。手动控制程序用于电容切换和电容充电检查、充磁检查等调试和维护。

自动控制程序包含有顺序控制程序，电容分级充电子程序，磁性检测子程序，hmi接口程序，关门和充磁头连接、过压过流等。由于整个工作按流水动作，所以采用顺序控制将这些工作的子程序串联在一起，这样对编写程序较为简便，并用stl指令易读。

电容分级充电子程序就是考虑到电容在零状态充电时可能有很大的冲击电流，会损坏桥式整流电路和双向可控桂。存储电能电容分二级充电，开始接上限流电阻r1，过后用km2的触点短接，进行全压充电。

充磁后的工件被气阀到检测磁通的线圈前，应先对图1中积分电容短接放电(检测清零)，随后磁性工件插入线圈中，就能检查到产品的磁通量，从而鉴别本批产品性能要求，同时，可稳定双向可控硅的导通角，以确保产品的质量。

触摸屏选用三菱f940got，设定参数和显示运行状态。设定充磁数、充磁电流，显示磁通量和工作状态等。hmi接口程序是实现触摸屏与plc之间的组态。

4 结束语

充磁机存储电容脉冲放电，大瞬间放电电流可达到30ka以上，在10ms时间内产生高强度的磁场，不会对电网造成冲击影响。配合合适的充磁线圈，在瞬间产生30000 oe(奥斯特)以上的磁场，针对钕铁硼等高矫顽力磁体，充磁效果好。充磁和磁通检测为一体适合流水线作业，具有、、抗干扰的特点，但是，减少电力电子器件在通断时对周围影响待于进一步研究。

 全新风热泵型屋式空调机已经在某单位运行一年以上，满足用户温、湿度控制要求，用户反映良好，机组运行至今还没有出现任何不良故障。全新风热泵型屋式空调机大特点是能向被控环境提供新鲜的舒适空气。对于不同季节，使用不同运行模式，既又节能。此类空调机在冶金、化工及机电等行业将得到广泛应用，具有广阔的应用前景。

1 引言

风冷组合式机组基于PLC的全新风热泵型屋式空调机组，集送风、制冷、加热、加湿、空气净化、电气控制等于一体，具有制冷量大、制冷回路简化、性强、结构紧凑等特点。机组可以安装在屋，不占用有效空间，空气处理部分也可安装在机房内，送风管道连接简便。采用plc控制系统能够保证机组的温、湿度。本文结合某单位设计安装的空调系统实例概述该类空调产品的控制特点。空调系统控制要求综述：

(1) 温控范围及灵敏度：夏季10±2℃，冬季8±2℃;

(2) 湿控范围及灵敏度：夏季55±10%，冬季40±10%;

(3) 变风量运行，且配置备用送风机段，在风机故障时自动投入运行;

(4) 机组制冷量200kw，制热量(热泵式)124kw，能量控制分如下几档：0%，25%，50%，75%，**。

2 系统设计

2.1 硬件架构

(1) 各回路均配置空气开关、交流接触器及热继电器;

(2) 送风机配置变频器，频率可调节范围30~50hz;

(3) 控制系统采用西门子s7-200cn可编程控制器，人机界面采用全中文显示的西门子触摸屏，具体配置为：cpu226一块、em222一块、em235一块、em231rtd三块、em232一块、触摸屏ktp178一台、新风、室内温湿度传感器各一只、除霜探头四只、露点温度传感器一只。

2.2 控制对象

机组控制对象包括：送风电机(一用一备)、送风机变频器、预加热电加热器、电加热器、加湿器、风阀、涡旋式压缩机、冷凝风机、四通换向阀等。基于plc的全新风热泵型屋式空调机控制流程如图1所示。

图1 全新风空调系统控制流程

3 系统原理设计

3.1 夏季控制

机组做制冷运行，并按露点温度控制。露点温度由用户在触摸屏上设置。当蒸发器露点温度大于设定值△t1℃时先启动压缩机1，大于设定值△t2时启动压缩机2，压缩机1运行延时一段时间后，由室内温湿度传感器测量值与室内温湿度设定值比较，若温度偏高△t3，再启动压缩机3，偏高△t4时启动压缩机4，与此同时若室内湿度大于设定值，投入电加热(如果室内温度设定值也要投入电加热)，若新风温度设定值，压缩机1，2停止，同时湿度设定值时压缩机3，4也停止。

3.2 冬季控制

冬季机组热泵运行，当新风温度默认值t1℃时，压缩机1启动，默认值t2℃启动压缩机2，当新风温度默认值t3℃且室内温度偏低t4℃以上，压缩机3启动，当新风温度默认值t5℃且室内温度偏低t6℃以上，压缩机4启动，若新风温度t7℃预加热投入;若室内温度各设定值t8℃时电加热分组启动;设定值t9℃时电加热依次停止;若新风温度升至t10℃时，预加热和电加热都停止;如果压缩机启动，则电加热停止。热泵运行一段时间后，当室内温度各设定值t11℃时依次停各压缩机。此外，室内温湿度还可根据实测值由热回收装置和加湿器进行加热控制和加湿调节。

3.3 除霜控制

冬季机组做热泵运行时，特别是当环境温度接近0℃或0℃时，机组将出现结霜状况。除霜时采用互锁控制，避免温度波动过大，即系统1进入除霜时，系统2不能同时进入除霜，系统3进入除霜时，系统4不能同时进入除霜;除霜时投必要的电加热。当机组进入制热工况后，低温低压的制冷剂进入翅片换热器，盘管温度不断下降，吸气温度也随着下降，当盘管温度下降到设定值时，并且除霜周期已到，plc控制四通换向阀换向进入除霜模式，同时停止冷凝风机，启动电加热器;当蒸发器盘管温度上升到 设定值，或除霜执行时间到达设置的长除霜时间，四通阀换向，除霜结束，电加热停止运行，机组又进入制热工况，如此循环下去。

3.4 加湿器控制

送风机启动后，当室内相对湿度设定值时，加湿器按比例投入。若选用电加湿器，则在加湿器上配有加湿控制板，能自动进行进、排水控制，为方便用户使用，在plc还加上加湿器手动排水和定时排水控制。

3.5 送风机控制

当主用送风机故障并停机时，可自动切换为备用送风机运行，并关闭主用送风机相应风阀，启动备用送风机相应风阀。在备用送风机工作时，应修理好主用送风机。送风机通过变频器改变频率，从而改变送风机的转速，终达到变风量运行且节能目的。

3.6 变频器防干扰处理

变频器很容易产生干扰源，使温湿度波动加剧，严重时会使控制器误动作，影响空调机正常的逻辑控制，因此，无论从硬件还是软件方面都考虑变频干扰。布线时，动力线与控制线分开，变频器接地，热电阻pt100应使用桥式接法。软件方面应对各模拟量输入接口进行滤波处理等措施。这样基本能变频器所带来的干扰。

3.7 人机界面

采用全中文的触摸屏显示器，操作简易，显示内容丰富。可实时监控各处的温、湿度参数，设定室内温、湿度值，定时开、关机功能，显示实时故障与历史故障。为起见，对一些重要参数设置多级密码保护。

3.8 保护

机组主要设置如下保护：送风机变频故障、送风机风压故障、电加热高温保护、用户外部故障连锁、电源相序保护、压缩机高、低压保护、压差报警、加湿故障。

4 结束语

全新风热泵型屋式空调机已经在某单位运行一年以上，满足用户温、湿度控制要求，用户反映良好，机组运行至今还没有出现任何不良故障。全新风热泵型屋式空调机大特点是能向被控环境提供新鲜的舒适空气。对于不同季节，使用不同运行模式，既又节能。此类空调机在冶金、化工及机电等行业将得到广泛应用，具有广阔的应用前景。

XDPS系统是由新华控制工程有限公司开发推出的基于工业控制计算机的、高质量、、配置灵活的分散控制系统，为国内外多个用户广泛采用。 

XDPS系统是由新华控制工程有限公司开发推出的基于工业控制计算机的、高质量、、配置灵活的分散控制系统，为国内外多个用户广泛采用。

湖北汉川电厂#2机组于2004年3月～6月进行了DCS系统的一体化改造，控制系统采用新华控制工程有限公司的XDPS-400+分散控制系统。吹灰程控系统厂家为湖北戴蒙德公司，采用Modicom的PLC实现，通过软件通讯方式与DCS系统接口。

一、 通讯功能要求

DCS系统和吹灰程控PLC之间为双向实时通讯，要求能在DCS操作员站画面上对吹灰系统进行监控，并完成以下功能：

● 对单只吹灰的监控功能，包括吹灰的进、退、屏蔽功能

● 吹灰电流的监视，报警监视

● 对吹灰蒸汽总门以及管道疏水门的监控

● 在DCS侧进行吹灰程序的启停，运行监视

二、 通讯原理

XDPS系统的DPU软件(或MMI站上运行的虚拟DPU软件)通过调用相关的通讯接口程序，将外部系统发送过来(或发送给外部系统)的数据映射为XDPS系统的虚拟I/O卡件，每一个数据对应虚拟卡件上的各个虚拟I/O通道。这样，对外部系统数据的处理就变得和XDPS系统通过I/O卡件采集的数据相同了。XDPS系统强大的算法库亦可适用于对通讯数据的处理，从而完成复杂的控制逻辑。

三、 通讯接口的实现

3.1. 通讯规约

通讯接口采用2线制RS485，通讯规约为MODBUS(RTU)。

3.2. 运行环境

通讯软件运行在XDPS系统的一个DPU内，也可运行在任意一台运行虚拟DPU软件的MMI站上。

硬件接口采用RS485-RS232转换器，接插在DPU的COM1口(或MMI站的COM口上)。

3.3. 接口软件

XDPS Modbus(RTU)主站驱动(modiplc.dll)

XDPS虚拟DPU软件vdpu.exe

3.4. 驱动配置文件(modiplc.iNI)

驱动配置文件用于定义通讯接口参数以及外部数据与虚拟I/O通道的对应关系。

*XDPS通讯起始寄存器地址为寄存器编号-1。

3.5 DPU配置文件修改(vdpu.cfg)

DPU配置文件中定义需要使用的接口驱动以及虚拟I/O站配置。

系统包括长吹(IK)、短吹(IR)共78只吹灰，分左右侧布置。其中，左侧吹灰代号为单数，右侧吹灰代号为双数。此外，还有吹灰蒸汽总门及若干蒸汽管道疏水门。

4.1 吹灰程控状态设置

吹灰程控分自动、远控、模拟和现场4种状态，要求DCS一个时刻只能对其中的一种状态置位，即操作应互相闭锁。

如果用常规的开关量逻辑实现，所需逻辑较为复杂，故拟采用A/D转换的方法实现。

在DPU组态中，采用KBML模块(模拟量置数模块)结合操作画面组态软件(MAKE)进行置数(1、2、4、8，即2的指数次方)，然后通过模/数转换(LToB16)，取出置位状态，实现操作的互锁。

4.2 吹灰蒸汽总门及疏水阀门操作

每个设备采用两个开关量置位模块(D/MA)分别进行阀门的开、关操作。模块操作相互闭锁，即开门的时候不允许关操作，反之亦然。

4.3 单个吹灰器的操作

几个数据的定义：

● 吹灰器代码

左侧吹灰器：短吹代号为IR1、IR3、IR5…IR47，长吹代号为IK1、IK3、IK5…IK29;右侧吹灰器：短吹代号为IR2、IR4、IR6…IR48，长吹代号为IK2、IK4、IK6…IK30;

吹灰器代码定义：短吹代码即为吹灰器代号(1～48)，长吹代码为100+吹灰器代号，即(101～130)。

● 吹灰器屏蔽代码

在PLC中以8个字(WORD)表示所有吹灰器的屏蔽状态，每个字的每个二进制位代表一个吹灰器。屏蔽的吹灰器以二进制0表示。

每个吹灰器可在DCS侧进行启动、屏蔽、恢复屏蔽操作。操作的步骤为先写需要操作的吹灰器代码(CODE_WRITE)，然后进行启动、屏蔽、恢复屏蔽操作。

由于在DPU组态中，采用KBML模块结合操作画面组态(MAKE)进行吹灰器选择，然后利用KBML的指令执行开关量输出进行启动、屏蔽或恢复屏蔽操作。注意开关量操作指令延时写吹灰器代码(CODE_WRITE)1秒后执行，以确保是对所选的吹灰器进行操作。

4.4 吹灰器状态显示

吹灰程控PLC通讯给DCS的吹灰器运行状态信号为：左侧推进、退出信号及左侧运行的吹灰器代码;右侧推进、退出信号及右侧运行的吹灰器代码。具体在画面显示时根据吹灰器的代码判断是哪个吹灰器在运行。然后在和左侧(右侧)推进、退出信号相与后，在画面显示。

吹灰器的判断可根据运行的吹灰器代码，采用模拟量比较的方法得出。但这样做过于繁琐，所用算法模块较多。因吹灰器分单、双布置，左侧吹灰器代码只代表左侧运行的吹灰器、右侧吹灰器代码只代表右侧运行的吹灰器，故考虑采用模/数转换的方法实现。

代码转换流程：

1) 将吹灰器代码转换为连续的自然数

奇数代码：

(IR代码-1)/2得到连续的自然数0～23;(IK代码-101)/2得到连续的自然数0～14。

偶数代码：

(IR代码-2)/2得到连续的自然数0～23;(IK代码-102)/2得到连续的自然数0～14。

2) 对上面的运行结果取2的指数次方。对于大于等于16的自然数，先减16，再进行指数计算。

3) 对2)运算得到的进行模/数转换(LToB16)，取转换后的BIT位，终得到运行的吹灰器指示(开关量)。

在进行画面显示时，将每个吹灰器的三种状态(推进、退出、屏蔽)通过B16ToL算法和LToF(二进制不变)算法整合成打包点，以打包点的各个BIT位代表不同的状态。这样，每个吹灰器的状态只用一个点就可以表示，方便了画面组态。

吹灰器状态：

五、 结束语

经过电厂、新华及吹灰程控厂家各方的努力，目前，整个吹灰通讯运作良好。XDPS系统作为国内的分散控制系统，其开放式的结构、模块化的设计技术以及合理的软硬件功能配置非常适合与其他系统的接口。通过系统提供的丰富的算法库，可以方便的实现各种复杂的控制要求