西门子中国授权一级代理商|DP电缆总代理商

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 1、引言 

传统的远程监控只具备数据采集功能，在需要实时控制和数据处理时，会显得力不从心。PLC 作为工业控制的部件，其在网络、通信等方面的能力越来越强，具备远程监控要求的数据采集、实时控制和数据处理功能。随着国产 PLC 市场占有量的提升，PLC 的价格也比以前具优势，使用 PLC 做 DAS系统或者用 PLC 平台开发数据采集系统将是或者说相当有吸引力的选择。德维森公司的 V80 小型 PLC 在供热、交通监控、楼宇监控等行业有许多的成功应用. 


下面以其在东北某供热网监控为例说明 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用。 

2、远程监控系统 

供热网远程监控系统的示意图如下： 

图 1 供热网远程监控系统示意图

V80 系列 PLC 采集现场每个换热子站的温度、压力、流量，并根据采集数据进行供热流量的控制，以达到节能的目的。根据室外气温的变化，通过调节一级管网电动阀门的开度来及时控制二级管网的回水温度，通过调度给定的控制曲线，保证每个换热站的运行参数始终在给定的范围内。同时，监控室根据需要调度和遥控子站的电动阀门，调整运行参数。系统配置 GPRS DTU，可以实现温度的控制、泵变频的远程控制。上位机选用组态王组态软件，与数据库结合起来，对所有数据进行存储和分析，并可以配合优化软件进行控制。 

3、PLC 特点 
 

图 2 V80 系统结构示意图 

 

针对提到的各种问题，本文提出了一个为优胜的方案，其特点如下： 

1、 网络通信功能 

V80 系列 PLC 可同时支持 2 个以上的通信口，可利用 RS485 通信口组建控制网络，把多台 V80 小型 PLC 组进同一个现场总线网络内，主控 PLC 上连接一个 GPRSDTU 模块，为监控网络提供透明的上网通道。选用 GPRS DTU 代替无线 RTU 可以大大降，在敷设了电话线的地方可选用 Modem，使整个系统的造价达到优。 

2、CPU 模块功能 

M32DT 模块是 16 路数字量输入和 16 路晶体管输出的 CPU 模块，本身带有两个通信口，一个 RS232 和一个 RS485，内部带 MODBUS 主从通信协议和 FREE 通信协议，可以与各种 HMI 或者各种组态软件通信，通信协议库文件使各厂商自行开发上位机软件提供了诸多便利。 

M32DT 内带 FLASH 存储器，可将各种参数存储在本地，还带有掉电保持功能，从而保证使用的性和便利性。高速运算速度和完备数学运算能力使其适合通信和模拟量处理环境。 

3、抗干扰能力强 

整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在恶劣的环境中游刃有余，V80 系列产品已通过 CE 认证。 

4、 编程简单方便 

V80 系列 PLC 的编程语言支持 IEC61131-3 标准，可以方便编程。同时，支持在线编程，也就是在运行态下可以进行程序修改和调试，为监控现场的在线升级和扩展提供方便。 

5、  

V80 系列 PLC 比同样点数的数采模块具有价格优势，而且其图形化编程功能使其成为一个强有力的分布式监控平台。 

4、结论 

本文以供热网的远程监控为例，介绍了 V80 系列 PLC 联网、通信协议与三方产品集成特点，说明 V80 系列 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用，实际运行结果表明 V80系列 PLC 是客户将采集、控制、远程监控合而为一的理想选择

 1.引言 

    空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。由于结构原理的原因，大部分空压机自身存在着明显的技术弱点。当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源;异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命，压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大;工作条件恶劣，噪音大;自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低。 

    针对以上存在的问题，设计采用PLC和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造方案，经分析，该方案自动化程度高，节能效果显著，实用性好。 

    2 空压机变频改造原理 

    2.1空压机的工作原理 

    螺杆式空压机的工作原理图如图1所示，空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离，之后，油气经过油冷却器冷却在经过油过滤器流回储油罐，空气经过气后冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入储气罐。 

    2.2空压机变频节能原理 

    螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费，如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。 

    2.3变频改造注意事项 

    (1)空压机是大转动惯量负载，这种启动特点很容易引起变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议采用具有高启动转矩的无速度矢量变频器，保证既能实现恒压供气的连续性，有可保证设备稳定的运行。 

    (2)空压机不允许长时间在低频下运行，工作下限应不20Hz。 

    (3)建议功率选用比空压机功率大一等级的变频器，以免空压机启动出现频繁跳闸的情况。 

    (4)为了有效的滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减少因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减少电机运行的噪音。 

    (5)设计的系统应具备变频和工频两套控制回路，确保变频出现异常跳保护时，不影响生产。 

  


   3 基于PLC的空压机变频控制系统 

    3.1系统原理设计 

    控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、变频柜、电抗器、压力变送器、震荡传感器等。 

    基于PLC的变频控制系统原理图如图2所示。PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块等组成。其中采用PLC来实现电气部分的控制。包括五部分:起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。 

    (1)起动:以两台电机M1，M2为例，可以通过转换开关选择变频/工频启动。 

    运行:正常情况，电机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机状态。现场压力变送器管网出口压力，并与给定值比较，经PID指令运算，得到频率信号，动动调节转速达到所需压力。 

    (2)停止:按下停止按钮，PLC控制所有的接触器断开，变频器停止工作。 

    (3)切换:实现M1，M2工频、变频相互切换。 

    (4)报警及故障自诊断:空压机内部一般有四个需要监测的量:冷却水压力监测、润滑油监测、机体温度监测、储气罐压力监测。 

    3.2案例分析 

    以某厂房空压机为例。改造前经测试参数如下:电机功率110kW，出口压力为5.9~6.5MPa，运行时间为12小时/天，一年运行320天，加载时间为15s，减载时间15s;加载电流为190A，减载电流为90A。经检测其节电率为30%以上。年节电量(按30%)计算如下: 

    W节电量=12×320×110×30%=1.27×105(k•Wh) 

    可见节电效果明显，此外，改造后系统还存在其它优点。，减少了机器的噪音。其次，两套控制回路可保证系统的正常、运行。后，自动化程度高，克服原系统手动调节的缺点。 

    4 结束语 

    利用PLC和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造方案实验结果表明，改造后系统具有节约能源，自动化程度高，降低原系统噪音，减少设备维修量等优点，具有深入研讨的实用。

1、引言

    在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置PLC。自从20世纪70年代台PLC诞生以来，PLC的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。

    本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例，介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中的运用。

    2、广州智光电机高压变频器简介

    广州智光电机有限公司推出的新一代ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的产品。该产品采用主流双DSP控制系统和大规模集成电路设计，通过的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。

    3、PLC在国产高压变频器中的设计使用

    3.1PLC主要逻辑控制

    （1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，K1～K4为手动操作闸，J1～J3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

 

    图1自动旁路柜

    自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：

    变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。

    变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作.

    （2）PLC控制系统原理图

    PLC主机选用输入输出点数48点，型号为FX2N-48MR，PLC作为系统逻辑量控制的控制，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。PLC控制系统原理图如图2所示。

 

    图2PLC控制系统原理图

    旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用PLC控制，接线简单，提高了性;旁路柜的逻辑改也变得很简单，只需修改PLC梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。

    （3）PLC功能指令实现高压变频器PID闭环控制

    用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。

    针对用户的要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20mA。这样通过读取指令（FROM）和写入指令（TO），以及PLC带有的PID闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行PID闭环控制。

 

    图3带有的PID闭环控制功能指令的PLC程序

    其具体编程过程是这样:PLC读取指令（FROM）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D12数据地址里;把用户的水压设定值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D10数据地址里;D200～D222保存PID的运行参数;D14为PID指令的运算值输出，通过PLC的写入指令（TO）把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V～10V或者4～20mA的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。

    在进行PID运行参数设置时，P、I、D的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。P表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;I表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱;D表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。

    攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢，因此PID的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间（T0）以及PID运算死区（M0），这样就可以把PID的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。

    （4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信

    为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录，PLC还配置了通信模块FX2N-232BD，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

 

    图4通信编程指令

    PLCRS232串口通信可使用无协议（RS指令）或协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:D8120用于设定PLC通信格式，D50表示发送起始地址，K60表示发送字节数量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字节数量。

    4、结束语

    高压变频器自动旁路柜采用PLC进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的性。现场PID闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在过0.1kg时，变频器能调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。同时通过PLC与高压变频器控制器的串口RS-232通信，在高压变频器液晶屏上能监视系统管网水压及PLC各种状态量

    2VFD-E变频器内置PLC简介

    ·PLC逐行扫描标准运行方式。

    ·丰富的编程语言：指令语句；梯形图；SFC。

    ·丰富的指令语句：45个指令种类，包括28个基本指令，17个应用指令。

    ·350步长程序容量。

    ·uS级基本指令的处理速度。

    ·结束再生的输入/输出控制方式（当执行END指令时输入输出有立即刷新指令）。

    ·8点基本I/O配置：6个输入点（X）,2个输出点（Y）。

    ·I/O模块扩展功能：通过I/O卡可以配置9个输入点，4个输出点。

    ·通用辅助继电器M：160点。（M0-M159,特殊用继电器共32点M1000-M1031）

    ·定时器：16只。T0～T15（100ms）。

    ·计数器：8个16位（C0～C7）；1个32（C235）。

    ·通用内部寄存器D：30点（D0～D29）

    ·特殊寄存器D：45点。（D1000~D1044）。主要作为存放系统状态、错误信息、监控。

    ·通过RS485编程。

    3VFD-E变频器的PLC程序执行方式

    PLC程序的上传和下载通过PLC2编程页面执行。按MODE键到“PLC0”页面，然后按上键切换到“PLC2”，接着按下“ENTER”,成功会显示“END”,然后会跳回“PLC2”.在没有下载程序到变频器里面之前，如果出现警告可以不理会。注意在上传和下载程序前变频器是在停止状态下。

    执行VFD-E变频器内部PLC程序有三种方式：

    种方式：在PLC1编程页面下，自动执行PLC程序；

    二种方式：在PLC2编程页面下，经过WPL由通讯监控PLC程序运行（执行/停止）；

    三种方式：端子运行方式。当为外部多功能输入端子（MI3-MI9）设定为“RUN/STOPPLC(99)”后，端子接点导通(close)时，在PLC页面会显示PLC1,执行PLC程序。端子接点断路（open）时PLC页面会显示PLC0,停止PLC程序。

    4内置PLC的特殊功能装置配置说明

    限于篇幅，本文中只是把常用的特殊继电器和寄存器等说明一下，详细的可以见到中达电通股份有限公司的网站上下载VFD-E系列的说明书。

    4.1特殊继电器说明

    M1000运转监视常开接点（a接点）。RUN中常时On，a接点。RUN的状态下，此接点On

    M1001运转监视常闭接点（b接点）。RUN中常时Off，b接点。RUN的状态下，此接点Off

    M1005变频器故障指示

    M1006输出频率为零

    M1007变频器运转方向FWD(0)/REV(1)

    M1025变频器RUN(ON)/STOP(OFF)

    M1026变频器运转方向FWD(OFF)/REV(ON)

    M1028高速计数功能开启(ON)/关闭(OFF)

    4.2特殊寄存器功能说明

    D1025高速计数器现在值(低位)

    D1025高速计数器现在值(高位)

    4.3变频器特殊指令

    1DHSCS高速计数功能说明：

    DHSCSS1S2S3（S1:比较值；S2:高速计数器编号；S3:比较结果。）

    ·高速脉冲计数功能需要借助PG卡来实现外部脉冲输入。

    ·由设置DHSCS指令所需要的目标值，并且把M1028(特殊功能继电器，功能是变频器高速计数功能开启ON/OFF)打开，将自动进行计数。如果要计数器的数值，需要将M1029(特殊功能继电器，功能是高速计数值)设置为ON。

    ·高速计数器有3种运动控制模式，可以通过特殊寄存器D1044来设定。

    种模式是“A-B相脉冲”的模式。使用可以通过输入A相和B相的脉冲来做计数器的输入，需要和GND连接。

    二种模式是“脉冲＋符号”的模式。使用者可以利用脉冲的输入以及通过符号来做上数或着下数。定义A相来做脉冲，B相来做符号，需要和GND短接。

    三种模式是“脉冲＋标志位”模式。在计数方式中，可以通过标志位M1030来判断上数或下数，所以使用者知需要连接A相就可以了，需要和GND短接。

    2FPID变频器PID控制。

    FPIDS1S2S3S4

    其中：S1:PID参考目标的输入端子选择（0～4）；

    S2:PID比例增益P(0~100)；

    S3:PID积分时间I（0～10000）；

    S4:PID微分时间D（0～10000）。

    3FREQ变频器运转控制。

    FREQS1S2S3

    其中：S1:设定频率；S2:加速时间；S3:减速时间。

    例如：FREQK5000K200K100

    则：设定目标频率为50HZ,加速时间是20S,减速时间是10S

    4RPR变频器参数读取。

    RPRS1S2

    其中：S1:参数字地址；S2：把读取的参数保存到S2中。

    5WPR变频器参数写入。

    WPRS1S2

    其中：S2为参数的地址,把参数数值S1写到参数S2中。

一、概述

现代化厂房、仓库、高层建筑施工及大型加油站等很多都使用了彩色钢瓦，甚至是琉璃瓦式彩色钢瓦，使得这些建筑的外观生动、漂亮。这些彩色钢瓦都是采用彩色钢板经压瓦机生产出来的。彩色钢板进入压瓦机，通过各种型状的辊轮，压制成各型状，通过切切成定量的长度。如果需要琉璃瓦状的，还可以压型。这样就可以做成各式各样的彩色钢瓦。

凯迪恩公司凭借的KDN-K3系列PLC，与压瓦机生产厂家合作开发出各种型号的压瓦机控制系统。下面介绍一种琉璃瓦型压瓦机控制系统。

二、工艺介绍

琉璃瓦压瓦机分为三部分，辊道成型部分、压型部分、切部分。

辊道成型部分是由电机拖动，链条带动各辊转动。压型部分是液压缸带动模具上下移动，可以把彩钢压成许多节，形似琉璃瓦。切部分是液压缸带动上下移动，可以把彩色钢瓦切断。

生产过程如下：彩色钢板进入辊道成型部分，成型后到压型部分，压成等距离一节一节的，切负责定长切割。

三、控制介绍

执行部分有变频器驱动电机，液压站电机，压型的两个液压电磁阀，切的两个液压电磁阀。

检测部分有：检测彩色钢瓦长度的脉冲编码器，压型的上下行程开关，切的上下行程开关，压型的上下操作按钮，切的上下行程按钮，急停开关，液压启停开关等等。

PLC选用KDN-K3系列的KDN-K306-24AR。它带有14个输入/10个继电器输出，刚好满足输入输出要求。再配KDN文本屏，可以完成参数设定，报警显示，帮助信息，生产数据显示等等。

压瓦机一定要用高数脉冲输入功能，KDN-K306-24AR高数输入性能优良，选AB相抗干扰能力强。并用定值中断功能，保证精度。

压瓦机有许多参数要设定，用文本屏设定。参数设定有设备参数和用户参数设定两种。设备参数有：单脉冲长、过冲量、压型距、压型时间、切时间等等。用户参数有：张数、长度、节、末节、节距、节数等等。

琉璃瓦压型机控制系统还能完成单板切割功能。

四、控制系统的特点

1、该控制系统操作简单，正常自动生产不需要先倒退，而是一次前进，压型，切割完成。

2、精度高，每片剪切精度小于0.1mm，满足工艺要求。

3、程序运行稳定，。

五、结束语

用KDN-K3系列PLC和文本屏为组成压瓦机控制系统，操作简单，精度高。受到用户的。现在这种控制系统已经替换了板机控制系统。用这种控制系统控制的压瓦机已经出口到国外

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