产品描述
PLC代理商-西门子代理商-厂家质保
1、引言
随着的蓬勃发展,我国单位GDP能耗与欧美发达国家的差距越来越大,引起了的大的关注,十一五规划是将“建立全社会的可持续发展能效目标”和“向低能耗方向有效调整产业结构”作为重中之重。
目前相当多的整厂节能、路灯节能、楼宇节能采用调压节能的方式,矩形科技生产的V80节能PLC——V80-C18DRMA-LD正是为节能行业专门开发的PLC。
2、节能方案:
2.1、灯光节能器的原理如下:
电压会随用电的峰谷而波动,路灯在输入电压UMIN和大于UMAX时发光率会降低,线路损耗和灯具热耗等无功功耗会加大。引入路灯控制器,对路灯输入电压/电流进行检测,并对路灯的供给电源进行一个合理控制,从而使得能够的节省电能。
同时节能器还起到一个智能控制的功能,当天黑后能自动的把灯打开,并根据不同的策略进行路灯的分组开关。因为各个地方的经纬度不同,冬天和夏天的天黑时间也各不相同。因此要根据不同的地区设置不同的开关灯策略。
比方说黑龙江,在夏天在晚上7点左右开灯,而冬天在下午4点开灯,为了满足不同地区不同时段的不同策略,一般需要将全年分成24个以上的段,不同的时间段使用不同的开关灯策略。
一般路灯节能都希望能在远方对现场的数据进行监控,同时本地也需要各种参数的显示,便于用户的调试。目前采用的方式多是RTU或者GPRS DTU为主,其中后者相对而言在成本上低,在可用性方面也好。
2.2、整厂节能的实现方式与灯光节能原理上比较类似,只不过增加了对功率因数的补偿和监控;同时整厂节能对于节能前与节能后的能耗比也需要有计录和比较,比方说在节能前,全厂耗电为13万度/月,节能后全厂的耗电为10万度/月,同时功率因数也比之前升高了,这些都需要有相关的记录和分析,同时数据要能得到用户的认同。
2.3、变频节能,原理上是根据对电机转速的调整来达到节能的效果,如注塑机节能、空压机节能等。
针对灯光节能、整厂节能、变频节能的需求,矩形科技开发的C18DRMA-LDPLC把所有调压调速节能需要的功能都集成进来了。包括市电的电压、电流采集、调压节能器的控制、可选的多种远程通讯方式、实时时钟、本地的7段数码管显示和LCD显示可选、本地的轻触按键和PVC按键可选。同时C18DRMA-LD还保留了PLC原有的所有特性,包括强的抗干扰能力、梯形图可编程能力、各种标准的通信和IO接口、带掉电保持的RAM区等。
3、C18DRMA-LD的特点
3.1市电采集
大多数PLC的CPU模块本身带模拟量的相当少,而路灯节能需要的模拟量数量相当多,如果是中的节能控制通常需要7路模拟量,这造成了成本的上升。
C18DRMA-LD多可以采集7路模拟量信号,这样就可以满足大多数用户的需要,通常的节能控制器只需要2路模拟量信号,一路市电电压和一路电流信号,而在整厂节能和大型的路灯节能器需要采集3路电压和1路或者4路电流信号,这样C18DRMA-LD都可以轻松应付。
7模拟量输入信号的类型包括:±10V、±20mA、热电阻等
3.2功率因数计算
对于整厂节能,功率因数的测量是的,目前还没有那一家的PLC支持功率因数的换算,如果用单片机开发则会面临周期太长和精度太低的问题。
C18DRMA-LD的模拟量输入可以支持交流信号输入,同时AD转换速率高达300K,可以轻松的满足市电50HZ的功率因数计算,能同时计算三相市电的功率因数,并将数据上传供用户分析。
4.4系统软件
本系统上位机采用bbbbbbs NT操作系统,实时软件选用Wonderware公司的InTouch7.0工业组态软件,它主要包含bbbbbbMaker和bbbbbbViewer两个程序。上位机配备有遵循FIPWAY通讯协议的通讯网卡,实时采集生产数据。通过监控计算机可清晰地显示滤池的过滤、等待、反冲等运行过程中动态的工艺模拟画面,可对系统的所有设备进行远程操作和控制,并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态及实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、马达运行时间等功能,同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改,编制和打印生产与管理报表。
5 新旧系统的联网问题
由于新建的滤池系统与水厂原系统是用不同公司的PLC开发成的两套立系统,两系统的通信协议不同,它们之间没有数据通信,这给生产和管理带来一定的麻烦。两期的监控组态软件都采用了InTouch,但所用版本不同。从技术改造成本和公司技术力量来考虑,决定利用InTouch基于以太网并兼容TCP/IP通信协议的网络功能来实现两套立系统的联网控制。具体方法如下:
先用交换机组建一个以太网,系统示意图如图4,并在原系统监控微机PC1
和新建系统监控微机PC2别安装TCP/IP通信协议、NetDDE程序。
再对InTouch监控系统软件进行设置:a. 运行InTouch的开发环境bbbbbbmaker,利用“import”功能将新旧两期程序数据整合成为一个完整的应用程序,分别安装在PC1和PC2上,这样就可以在任一台PC上对生产进行监控;b.对InTouch的DDE Access进行设置,方法是在“Modify DDE Access Name”对话框中的“DDE Application/Server Name”栏增加“\\PC2\viewer”(在PC1上)和“\\PC1\viewer”(在PC2上)。通过这个设置,PC1和PC2就可通过以太网进行实时数据通信;c. 初始化NetDDE,运行InTouch bbbbbbviewer,PC1和PC2即可进行实时通信。
6 结束语
滤池经一段时间的运行后显示出控制系统应用效果良好,系统的各项控制性能指标均能达到设计要求。在正常情况下,本滤池水位波动被控制在设定值的±1.5cm范围内,实现了自动过滤及六个滤池自动排队和反冲洗,并间接实现了与水厂原系统的联网控制,整个控制系统的设计基本满足了生产要求,达到了预期效果
四、PLC应用中需要注意的问题
PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。然而,尽管有如上所述的性较高,抗干扰能力较强,但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行,要提高PLC控制系统性,一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求设计、安装和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题:
1.工作环境
(1)温度
PLC要求环境温度在0~55oC,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大。
(2)湿度
为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
(3)震动
应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时,采取减震措施,如采用减震胶等。
(4)空气
避免有腐蚀和易燃的气体,例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
(5)电源
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在性要求很高或电源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端,当输入端使用外接直流电源时,应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使PLC接收到错误信息。
2.控制系统中干扰及其来源
现场电磁干扰是PLC控制系统中常见也是易影响系统性的因素之一,所谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。因此知道现场干扰的。(1)干扰源及一般分类
影响PLC控制系统的干扰源,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,其原因是电流改变产生磁场,对设备产生电磁辐射;磁场改变产生电流,电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流,亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。
(2)PLC系统中干扰的主要来源及途径
强电干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化,开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。
柜内干扰
控制柜内的高压电器,大的电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。
来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
3.主要抗干扰措施
(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示
(2)安装与布线
● 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线,如在同槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到限度。
● PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
● PLC的输入与输出分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
● 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
(3)I/O端的接线
输入接线
● 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
● 输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。
● 尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。
输出连接
● 输出端接线分为立输出和公共输出。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
● 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板。
● 采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。
● PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
(4)正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将大。
此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。
● 地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为接地。如电源漏电或柜体带电,可从接地导入地下,不会对人造成伤害。
● 系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
● 信号与屏蔽接地
一般要求信号线要有的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接点。
(5)对变频器干扰的抑制
变频器的干扰处理一般有下面几种方式:
加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。
使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
五、结束语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽,如何的使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪,PLC会有大的发展,产品的品种会丰富、规格齐全,通过的人机界面、完备的通信设备会好地适应各种工业控制场合的需求,PLC作为自动化控制网络和通用网络的重要组成部分,将在工业控制领域发挥越来越大的作用
1 引言
由于PLC(可编程序控制器)抗干扰能力强、性高、模块组合式结构及面向工程的编程语言、可进行在线修改等优点,使其系统构成灵活,易学易用、易于维护,适合于工业环境下使用,已成为一种通用普及、应用行业众多的工业控制器。在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及位置控制、的经济合算、设计调试方便的综合控制系统。目前,PLC朝着高速度、多功能、网络化、适应集散型递增式控制的方向发展,提供了加宽广深入的应用空间。
随着经济技术的发展和生产生活水平的提高,生产一直是工业企业的重中之重。尤其在化工,医药等行业,连锁系统不间断的运行,是连续生产的前提,所以,其连锁系统一般都采用热备或冗余的PLC系统。一方面,厂家的双机冗余系统一般是大机型,功能强大,软硬件价格很高,另一方面,生产车间连锁系统性要求高,但控制节点比较少,程序规模较小,所以经常出现大马拉小车的不合理情况。
本文设计的基于主从通讯网的PLC热备系统,就是针对这种情况的一种实用的解决方案。此系统通过在某化工集团高密度车间和聚丙烯车间的应用,了、经济的良好效果。文中以松下电工FP3型PLC为例进行说明,此方案也可以推广到其他厂家具有类似网络功能的PLC系统设计中。
2 热备系统方案设计
2.1 PLC主从通讯网介绍
松下电工FP3型PLC是一种价格适中的模块化的中型机,FP3主从通讯网是专门用于FP3型PLC之间、与其它机型PLC或工业现场控制的远程I/O进行主从通信的通信网,它采用总线型拓扑结构,通过标准RS-485口实现主从式介质访问。该网络可组成两种方式的主从通讯系统:种是通过W-bbbb单元实现PLC之间的主从通信;二种是通过远程控制主单元和从单元实现远程I/O扩展,即由远程控制主单元与远程I/O终端、带I/O单元或单元的从单元进行主从通信,对连结在远程控制主单元上PLC站进行遥控编程和远程I/O控制。我们的PLC热备系统就是充分利用这两种通信方式的组合效果来实现的。
2.2 系统结构及工作原理
系统结构如图1所示。因为I/O模块一般都有备件,而且一两个I/O模块的故障一般都只影响相关的控制点,但电源单元、CPU或通信单元的故障却会影响整个系统。所以,此系统配置以两个PLC主从控制站来实现控制站的双机在线备份,远程现场站的I/O则不进行冗余。根据硬件手册进行硬件连接及面板设置简单方便,系统工作原理做简介如下。
工作原理:正常情况下,主控制站通过其远程控制主单元与现场站的从单元的通信实现远程现场的I/O控制和主、从控制站错误监测和报警输出。同时,从控制站通过W-bbbb主从网络单元,实时检测主控制站是否有错误发生。主控制站有故障,从控制站马上发出转换信号给主从转换器,主从转换器将现场控制权交给从控制站,系统保持原有状态继续运行。此后按照报警输出对主控制站进行维修,也不影响连锁系统的连续运行。
2.3 热备系统通讯软件设计
主/从控制站流程图如图2、图3所示。
主/从控制站流程图说明:
(1) 链接寄存器“LD0”是W-bbbb网相关CPU可共享数据的公共寄存器;
(2) 链接继电器“L0”是W-bbbb网相关CPU可传递信号公共继电器。此处用来表示主控站是否发生故障;
(3) 流程图①、②部分输入数据存储的作用:站接管控制权的瞬间,有可能还监测不到现场输入。通过将主站所测输入信号转存到公共数据区,从站再从公共数据区读入自己的辅助继电器,继续主站原有状态进行现场控制;到现场站,输入信号可测再将输入信号直接存入辅助继电器,进行输出控制。
3 上位监控系统方案设计
3.1 系统结构及工作原理
系统结构如图4所示。本监控系统主要由上位工控机、通迅转换器、电缆等组成。系统运行时,主/从控制站将通过RS-485通迅方式实时发送其远程现场的I/O控制状态和主、从控制站错误监测及报警输出信息,上位工控机通过定时查询其接收缓冲区的信息,并对其数据进行判别和处理,再经过人机界面模拟显示出远程现场的各I/O状态和主、从控制站错误或报警信息,并可记录打印以上各信息。通过局域网还可现实以上各现场信息的共享。再有,当需对远程现场系统进行调试维护时,也可经过上位机人机界面的模拟手动调试按钮实现对现场各控制点的操作。
3.2 监控系统软件设计
本上位监控系统软件采用Borland C++Builder6.0编写界面显示、数据处理、通讯等程序,以下主要论述其与PLC通讯程序的设计,图5示出监控流程。
松下FP3系列PLC与计算机之间的通信协议为松下公司的MEWTOCOL_COM协议。该协议采用异步通信方式,本软件将其波特率选为9600bps,报文长度选为固定方式。该协议格式分为:
(1) 命令消息:Command Message;
(2) 正常响应消息Response Message_normal;
(3) 出错响应消息Response Message_error三种。其中,%为起始符,标记每一帧报文的开始,CR为结束符,标记每一帧报文的结束。AD为PLC的站地址,为两位16进制数,如00则表示台PLC。#、$标注该帧报文为何种类型。
Command Code为命令代码,如“RD”,表示读数据区;“WR”,表示写入数据区。Response Code为响应代码一般返回接收到的命令消息中的命令代码。ErrorH和ErrorL为出错代码,是两位16进制数,可根据其值在协议中查出错误的描述。Text Code为命令参数,如命令消息中“D011O701109”,“D”表示数据寄存器,“0110701109”表示1107号至1109号,而在响应消息中,“3333 5555 AAAA”则表示DT1107至DT1109中数据分别为3333、5555、AAAA。BBC H和BBC L为字符串的BCC校验码的高、低位,为两位16进制数。其初值为0,然后从起始符开始与该帧报文中每一字节按位进行异或运算得到。
例:读取DT01107至DT01109中的数据的命令消息如下:%01#RDD011070110959CR
若DT01107至DT01109中的数据分别为3333、5555和AAAA,PLC返回的响应消息如下:%01$RD33335555 AAAA87CR。
上位工控机与松下FP3系列PLC通信的软件实现。本通讯程序通过自编写定制的C++Builder_VCL串行通讯元件包COMM,其中调用了bbbbbbS_API异步串行通讯函数,如:ReadFile();WriteFile();OpenComm();CloseComm()等。可实现通讯端口的开闭、端口各参数的设置、通讯端口数据的读写校验等功能。由于程序中使用了该串行通讯元件包COMM大地方便了程序的编写,提高了软件的可读性且方便了软件在实际使用中的维护和调试。实际调试中注意波特率及校验方式要与PLC的设置一致。
4 热备系统在化工连锁系统中的应用
在某化工集团高密度车间连锁系统中,为保证大量电机分批自启动的性,在电机自启动连锁控制中采用了文中设计的PLC热备系统。根据工程电气配电系统的设计,再启动电动机的供电电源分别接至低压配电系统的A、B段母线(信号0-10V)上。
4.1 PLC所实现的控制功能
(1) PLC从A、B段母线采集母线电压信号,判断母线是否失压;PLC从需要实现再启动的电机回路采集该电机的运行状态信号。
(2) PLC通过采集的母线电压信号和电机的运行状态信号做出逻辑判断,是否对电机进行再启动;如果需要再启动,还要判断该电机是否属于批再启动电机;如果属于批再启动电机,则对该电机发出再启动指令。
(3) 批电机成功再启动后,若母线动电机电压信号恢复正常,则对二批电机发出再启动指令。PLC发出在启动命令后,电机没有响应,则在一定延迟后,再发出再启动指令;如果电机仍没有响应,则停止发出电机再启动指令,并报警。
(4) 其它具体启动条件还有:一段母线上须自启动的电动机台数为正常运行状态下需自启动的正在运行的电动机的台数,没有运行的电动机在自启动时不发出自启动信号。当母线为低电压,检测到其输入信号未返回,即电动机状态信号仍为高电位,应报警。
4.2 连锁控制用户程序流程设计要点
(1) 主、从控制站程序写入:先把各自的通信程序写入,再在其后分别写入相同的用户程序。
(2) 用户程序中的输入信号用辅助继电器WR代替。
(3) 用户程序编程中注意记录母线未掉电前运行的电动机,并在电机启动后复位记录才能保证只启动正常状态已运行的电动机。
5 结束语
本文所论述的基于主从通讯网的PLC热备系统及其上位监控系统,较好地实现了大中型才能完成的双机热备或冗余PLC系统。此系统通过在某化工集团高密度车间和聚丙烯车间的应用,了、经济的良好效果。并且此方案也可以推广到其他厂家具有类似网络功能的PLC系统设计中。
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