西门子6ES7211-0AA23-0XB0安装调试

西门子6ES7211-0AA23-0XB0安装调试

1背景

φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。

2 方案选择

原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。

系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，最后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列**功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚**于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。

3 PLC机型选择

3．1 输入输出点数

PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。

PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。

3．2 PLC选型

确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。

4 系统设计

4．1 变频器设计

系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁 U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。

在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。

4．2 软件设计

PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。

5 结束语

实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），提高了效率，为企业创造较好的经济效益。

当1#机组开起后，1#流量必须满足较低流量值200 m3/h，如果用户流量没有达到较低流量值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来**机组内有200 m3/h以上的流量。2#也如此。

二、改造控制要求：
分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
机组冷水出口流量不得低于200 m3/h;
当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
选择1#或2#泵为变频运行泵。
当需求流量为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，**300 m3/h的总流量输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保输出用户所需的流量;
当需求流量为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;
当需求流量为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的流量;2#泵工频运行，输出600 m3/h的流量;旁通调节阀打开并做PID调节，保6kg的输出压力;
当需求流量为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出流量送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限流量值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，较大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。
三、设备的配置
（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口流量、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、流量值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、流量值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
（2）PLC：
PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
（3）PLC的配置
主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
（4）输入输出设备配置
输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
（5）模拟输入输出设备配置
利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀

2.1 CPU主模块
CPU有PM571、PM581 和PM591三个不同的等级。均带有：LCD显示、操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口。CPU可直接插在CPU底板上，底板可选择集成以太网或者ARCNET网络接口。此外，保留的CS31的通讯接口是考虑到了和AC31等ABB公司其他系列PLC的兼容性。
2.2 通讯模块
除了CPU上集成的通讯接口外，每一个CPU上还可较多扩展4个通讯接口。这4个通讯接口可扩展为任意的标准总线协议。CPU上集成的两个Modbus通讯接口和可选集成的以太网或ARCNET局域网络接口外，通过通讯扩展接口还能扩展 ProfibusDP-V1、DeviceNet、CANopen和以太网等总线接口。
2.3 I/O 模块
输入/输出模块有模拟量和开关量两大种类。每个输入/输出模块均可直接插到端子板上，CPU本地和通过FBP分布式扩展的子站，可较大扩展到7个输入/输出模块。
2.4 FBP 远程I/O接口模块
这种模块集成了一定数量的开关量输入/输出，并且通过它实现和CPU 的通讯和分布I/O。这个分布模块后面又可较大扩展7个输入/输出模块。
2.5 AC500 Control Builder 编程
AC500 Control Builder 编程是一套可对所有系列AC500 CPU进行编程的工程工具，这套编程软件符合IEC61131-3的**标准，可支持五种不同的编程语言：
（1）功能块（FBD）
（2）语句表（IL）
（3）梯形图（LD）
（4）结构文本（ST）
（5）顺控图（SFC）
这套软件可完成AC500系统的全部设置，包括所有的总线接口，而且还有全面的自诊断功能、报警处理、可视化调试工具和开放的数据接口。此外还可以提供离线,变量跟踪功能,配方管理和监视列表,可视化的调试工具,通讯接口的设置,开放的数据接口,工程接口。

3 SBR污水处理工艺介绍
序批式活性污泥法简称SBR (Sequence Batch Reactor)法，是早期充排式反应器的一种改进。随着自动控制水平的提高，SBR法引起人们的重新重视，并对他进行了更加深入的研究与改进，自1985年我国*一座SBR处理设备在的投产，目前已经广泛的应用在工业污水和城市污水的处理中。
SBR工艺的基本操作流程由进水，反应，沉淀，出水和闲置等五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。

*一级—监控管理，由中央控制室的操作站实现;*二级—过程控制，由现场的各分系统或成套设备的控制系统实现; *三级—单机就地控制，由现场电气控制系统实现。*一级采用工控计算机作为上位机,以TCP/ IP工业以太网与PLC 系统通讯,实行集中控制。通过工控软件实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。
*二级以AC500 PLC系统作为现场控制核心,从系统扩容及维护考虑,按场区配置分站PLC ,通过AC31网与所属I/O子站通讯对流量、液位、pH 值、电机等参数进行采集、控制。
*三级采用ABB公司的AC31系统产品组成I/O子站,采集现场参数,执行上一级PLC主站的控制命令。系统可靠性高、通用性强、网络联接简单方便,能够较好地实现对污水处理工艺过程的控制,达到工程应用的要求。
4.1上位计算机与PLC的主站通信
由于污水处理控制对象多且分散,生产工艺流程复杂,如果采用集中控制方式,则必须采用多套系统,相互之间没有联系,无法对整个工厂进行整体监控,并且投资大,所以本系统采用分布式集散控制系统,将管理与控制分离。上位计算机选用HP工业PC机,预装北京昆仑通态公司的MCGS 5.5通用版。可任意调入各工艺图、运行表、设定表和控制表，工艺图以图形的方式显示各个工段的工艺流程和数据。同时，具有工艺流程画面实时显示、报表打印、历史数据与趋势数据等功能,并能根据控制的需要直接设定现场的相应参数。例如，泵站的变频器的恒定水位，报警水位，停泵水位的设定，排泥时间的设定等。下位控制系统由1台AC500系列PLC及其相应外围设备组成,它们置于中央控制室。PLC主站把从I/O子站接收到的数据通过Ethernet LAN上传到上位工控计算机。本系统的Ethernet LAN是以ABB PLC提供的标准工业以太网TCP/IP通讯模块(TB521-ETH)来实现的,传输速率为10Mbit/s ,介质为屏蔽双绞线,网络*特殊要求,上位机只需一块普通网卡即可实现通讯。

4.2 PLC主站与远程I/O子站的通信
1#～8# I/O子站分别选用AC31系统的远程扩展模块（ICMK14 N1-24DC）, I/ O子站置于污水控制现场, 就近控制所属设备,形成分散控制的能力,并采集现场设备的运行状况和故障信息,通过CS31总线联接到PLC主站 ,CS31总线是一种点对多点的RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和较大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米，加中继较大可达到2000米。通讯介质为屏蔽双绞线。