西门子6ES7241-1AA22-0XA0物优**

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1 引言

我院与黄石科威自控有限公司已有多年校企合作历史，双方合作开办了“科威电梯班”引起行业广泛关注。在plc教学内容中引入黄石科威嵌入式plc技术，已成为我院plc教学的特色。电气控制线路中的改造是plc技术应用的一个重要领域，也是电气自动化、机电一体化等专业plc课程教学的重要内容。本文以绕线转子异步电动机转子串电阻起动控制线路改造为例，介绍了国产科威嵌入式plc在电气控制线路改造中的应用。

2 科威嵌入式plc应用简介

科威嵌入式plc已在国内外广泛应用于钢铁、汽车制造、石化、采矿、电力机械制造、环保及等各行各业，其应用大概可分为以下几类：

（1） 用于开关逻辑和顺序控制。

（2） 用于机械加工的数字控制。plc和触摸屏组合一体，可实现数值控制组成数控机床。

（3）运动控制。科威嵌入式plc对直线运动和圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制，已广泛地用于各种机械、金属切削机床、机器人、装配机械、电梯等场合。

（4）用于模拟量检测和闭环过程的控制。科威嵌入式plc对温度、压力等模拟信号进行a/d转换，并实现闭环pid控制，已广泛地应用于窑炉、塑料挤压成型机、热处理炉、加热炉、锅炉等设备以及轻工、化工、冶金、电力、机械、建材等行业。

（5）通讯网。科威嵌入式plc通讯包括主机与远程i/o之间的通信、多台plc之间的通讯、plc与其他控制设备间的通讯、plc与字符屏，触摸屏，计算机一起可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

3 绕线异步电机启动原理

3.1 控制线路

三相绕线型异步电动机的转子回路可以通过滑环外串接可变电阻来减小起动电流，以达到提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。调节转子回路电阻的方法很多，分为分段调节和连续调节两种，分段调节有时间原则调节、电流原则调节、速度原则调节以及综合原则调节等，图1所示的就是典型的时间原则调节的绕线转子异步电动机启动控制线路。

3.2 工作原理

启动时，合上电源开关qs，按下启动按钮sb2，接触器km通电，电动机串接全部电阻启动，接着时间继电器kt1线圈通电，经一定延时后kt1常开触点闭合，使km1线圈通电，km1主触点闭合，将电阻r1短接，电动机加速运行，同时km1的辅助常开触点闭合，使kt2线圈通电。kt2经延时后，kt2常开触点闭合，使km2线圈通电吸合，km2的主触点闭合，将电阻r2短接，电动机继续加速，同时km2线圈的辅助常开触点闭合，是kt3线圈通电，kt3经延时后，其常开触点闭合，使km3线圈通电吸合并自锁，电阻r3短接。至此，全部启动电阻被短接，于是电动机进入稳定运行状态，同时km3的辅助常闭触点使kt1断电，依次使km1、kt2、km2、kt3失电。接触器km1、km2、km3的辅助常闭触点串接在km线圈电路中，其目的是保证只有当上述接触器全部都在断电状态，即电动机必须在全部电阻接入的情况下，方能进行启动。

4 基于plc的线路改造

4.1 plc选型

根据设计要求、控制要求，选定plc的型号为：ec-08m

08r，它是由黄石科威公司生产的e系列plc（与三菱fx2n系列兼容），拥有8路输入、8路（继电器）输出，而本例实际只需要3路输入、6路输出，输出留有约1/3的余量，输入所留余量**出1/3，完全满足要求：拥有8k步的内存容量，而本例用户程序的容量估计在20步左右，完全够用；支持内置canbus、485、232通信功能，有利于今后与其它设备进行联网通信。

4.2 电控设计

基于ec-08m 08r嵌入式plc的绕线电机i/o接口地址分配如附表所示。

5 结束语

利用国产科威嵌入式plc对继电器-接触器控制系统的改造，大大地提高了该系统的可靠性、通用性，日常维护也较为方便，成本相对低廉，提高了企业的生产效率，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 引言

干式变压器以其具有防火阻燃、安装环境简洁、日常维护方便和结构简单等优点，逐渐在电力系统中得到广泛应用。负载变化绕组**温是干式变压器故障的主要原因。为了提高电力系统运行的可靠性和延长干式变压器的使用寿命，应该对干式变压器的温度进行实时监控。变压器过载运行会使温度升高，加快变压器绝缘的老化过程，降低变压器的使用寿命。据研究统计，绝缘工作时的温度每升高8度，其寿命会减少一半。

2 系统分析

2.1 **温原因

变压器的温升主要由铁损和铜损产生。变压器铁芯发热的主要原因是磁滞损耗、涡流损耗和绕组的传导热量。当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，形成“涡流”。这个“涡流”使变压器的铁损耗增加，并且使变压器的铁心发热，变压器的温升增加。绕制变压器需要用铜导线，这些铜导线存在着直流电阻，电流流过时会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，使绕组发热。

2.2 控制要求

为能对变压器的温度进行实时监测和控制，要求设计的系统能对多台变压器的绕组和铁心温度进行测量，实时在hmi上显示，并能对数据进行分析，一旦温度**出设定较高温度时进行声光报警，达到极限设定温度时自动切除负荷进行保护。当温度达到强制散热设定值时，启动风扇进行强制散热。服务器能对变压器的温度进行记录，并能生成曲线图，随时能为技术提供查询。

3 系统设计

该系统主要由温度采集传送单元、i/o模块、plc、服务器、网络与数据通讯等部分组成，

3.1 温度采集单元

采用热电阻cu100对变压器绕组和铁心温度进行测量。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度。测量范围0~150℃，r0=100ω。

3.2 人机界面（hmi）

人机界面用来显示每台变压器的温度，并可以方便的设置系统的参数，如报警温度值，切除负荷温度值，启/停风扇温度值等参数。可以实时查看每台变压器的绕组和铁心的温度，并可以显示变压器负荷和温度关系曲线。必要时还可通过hmi上的按钮，手动启/停风机，报警及切除负荷等操作。在服务器上，记录着各种报警信息及故障发生时的各相温度值、时间等信息，可按时间条件进行查询，并根据需要进行打印和负荷图表输出。该系统中的数据采集处理、风机运行和故障报警由plc和hmi通过编制的相应程序来完成。

3.3 远程i/o模块

温度信号的采集和风扇的开启通过远程i/o模块来实现。温度信号采集采用模拟量输入模块sm431模块（订货号为6es7431-1kf10-0ab0）。该模块能对电阻进行测量，分辨率为13位，模拟量部分与cpu隔离，*外部电源。对该模块的模拟量的读取可以在step7中用fc105功能块读出。该模块通过profibus网络与plc相连，把所采集的温度信号转化为数字量送往plc。输出模块采用数字量输出sm422模块（订货号为6es7422-1hh00-0aa0），16点输出，隔离为8组，每2通道1组，输出电流5a，额定负载电压230v。

3.4 监控单元

利用高性能高速西门子s7-400

plc对各温度检测单元进行实时扫描和运算，结合hmi输入的参数，对变压器风扇进行控制，如果**出设定的限定值在hmi上发出声光报警，达到极限值时切除负荷。s7-400自动化系统采用模块化设计，具有模块扩展和配置功能使其能够按照每个不同的需求灵活组合。用et200分布式i/o可以进行远程扩展，对于分布范围广的系统非常实用，通过profibus-dp接口，较多时可以连接到125个总线节点，使用光纤时，最后一个节点的距离可以达到23km。集成的hmi服务，用户只需为hmi服务定义源和目的地址，系统会自动的传送信息。有很强的通信功能，cpu模块集成有mpi和dp通信接口，有profibus-dp和工业以太网的通信模块，以及点对电通信模块。通过profibus-dp或as-i现场总线，可以周期性的自动交换i/o模块的数据（过程映像数据交换）。在自动化系统之间，plc与计算机和hmi站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性的自动进行或基于事件驱动由用户程序块调用。

3.5 网络与数据通讯系统

现场网络将计算机控制系统的各个控制级和分散在现场的传感器、执行器**联系起来，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。唐钢酸洗线系统根据控制级别要求和网络特点在不同控制层应用了工业以太网，profibus-dp和as-i总线。工业以太网采用光纤电缆作为传输介质，光缆不受电磁干扰影响，通讯迅捷可靠，实现工程师站、hmi、hmi服务器、快速数据分析仪fda和s7-400plc系统之间的数据通讯，达到生产管理和工程控制的目的。profibus-dp网络用以实现自动化系统和分布式i/o站（simaticet200s），siemens驱动器及mcc dp/as-ibbbb之间的数据通讯。profibus-dp网络响应速度快，抗干扰度高，有力的保证了现场状态信号与控制数据的传输。

4 程序设计

4.1应用软件

hmi操作系统为bbbbbbs2000 server sp 5，应用软件为wonderware intouch ver.8 sp 4，intouch是在bbbbbbs2000或bbbbbbsxp操作系统下，在pc机上运行的面向对象的、数据开放和功能开放的32位应用程序系统。intouch提供在工业上用于图形显示、信息处理、归档和报表的基本功能模块，还提供用户文档、过程控制软件包和开放开发工具等可选软件包。其强大的驱动程序接口、快速图形更新和安全归档功能具有很高的可能性，结构化的数据存储方式保证无论是组态生产的数据和运行过程的数据都可准确无误的读取。plc编程软件为step7v5.3 sp3.step7编程软件是基于bbbbbbs2000/xp或bbbbbbs server2003的为s7-300/400plc配置和编程的标准软件包。通过step7用户可以进行系统配置和程序的编写、调试、在线诊断plc硬件配置状态、控制plc的运行状态和i/o通道的状态等。

5 结束语

多台变压器实时温度监测系统是在唐钢冷轧薄板厂现有设备的基础上，增加对变压器进行温度监控，来减轻工作人员的劳动强度。产生的温度、电流曲线图表，有利于分析变压器的工作、健康状况及负荷的分配情况，根据记录的这些数据来制定检修计划和合理的分配负荷。唐钢冷轧薄板厂有六台干式变压器，为了监控变压器的温度，需要工作人员每天三次记录每相的温度，并采用红外线电子测温仪去测量每一台变压器的铁心温度，以便分析掌握变压器的工作状况。本文在唐钢冷轧薄板厂现有设备基础上设计的一套变压器温度联网监测系统，降低了工人的劳动强度，提高设备的可靠性。

1 引言

目前我国大型火电厂采用的燃料大多数为燃煤。一方面，由于煤产地与电厂间地理位置或地域的不同，需要借助汽车、火车或轮船等途径把燃煤先运送到电厂内的储煤站；另一方面，在电厂内，需要通过输煤皮带将燃煤输送到*的煤仓或煤筒中，供燃煤锅炉使用。

电厂输煤程控系统就是完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务，一般包括卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分。输煤程控系统是保证机组稳发满发的重要系统，是机组运行的重要支撑系统。

电厂输煤程控系统具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，一般采用以可编程控制器（plc）为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。

2 输煤程控系统设计

输煤程控采用双主机（热备）配置的holliaslk系列plc完成上煤及配煤控制等功能，plc置于输煤程控室。在粗碎机室、1#站、2#站、细碎机室、煤仓层、输煤综合楼设6组远程i/o站，各信号就近引接至附近的i/o站，各i/o站及plc之间采用冗余profibus-dp现场总线通讯。该网络能满足输煤程控的实时要求。在输煤程控室设上位监控系统，通过两台上位监控计算机机进行输煤系统的集中监测及控制，不再设常规模拟屏及仪表盘。

holliaslk系列plc是和利时公司利用十多年控制系统设计和工程实施经验而推出的新一代高性能、高可靠性、高易用性的可编程逻辑控制器产品，可以为不同工业领域提供个性化解决方案，广泛应用于电力、冶金、石化、交通、水处理等行业。

2.1 系统结构

整个系统可以分为三层，包括生产管理层（输煤程控室）、现场控制层（plc控制站）及就地控制层。现场各种数据通过plc系统进行采集，并通过主干通讯网络——环形工业以太网传送到中心控制室监控计算机集中监控和管理，通讯速率为100mbps，通讯介质根据通讯距离可以选择光纤或屏蔽双绞线。同样，中心控制室监控计算机的控制命令也通过上述通道传送到plc的测控终端，实施各单元的分散控制。

根据输煤系统的联锁性强、地理较分散的特点，系统设有一个主站和若干个远程i/o分站，现场设备信号直接接入附近的远程i/o分站，并通过冗余的profibus-dp总线网络实现与系统主站的通讯，由系统主站完成对所有系统内设备的监控和管理。

考虑到输煤程控系统在安全性、可靠性方面的要求，系统主站采用hollias lkplc具有冗余功能的cpu模块lk210，支持电源冗余、cpu冗余、以太网冗余、总线冗余，以保证整个系统的不间断运行。

2.2 控制方式

输煤程控系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制三种控制模式。三种模式的级别由高到低依次为就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制。

（1）正常情况下，所有设备的运行、停止等由plc按预定的程序自动完成，plc自动识别各设备所处状态。上位机发出指令后，由plc按预定的程序自动完成对设备的运行操作。包括程控上煤、程控配煤、故障连停等控制功能。

（2） 远程手动控制又可分为联锁手动控制和解锁手动控制两种形式，多用于设备调试和检修阶段。

（3） 就地手动是指在就地设备控制箱上操作设备，具有较高的控制**级。

3 输煤工艺控制方案

不同的电厂由于其机组的大小，厂外来煤方式、煤场到原煤仓距离的远近和输煤设备等方面的不同，在输煤系统工艺形式上也存在着较大差异。但按照工艺段和功能一般都包括卸煤流程、堆煤流程、上煤流程和配煤流程几个部分，

（1） 卸煤流程，主要指将厂外来煤（包括汽车、火车、轮船等途径）通过卸煤设备到厂内储煤站，以备使用。

（2） 堆煤流程，主要是通过堆料机对卸到卸煤站的煤进行整理，以方便输煤系统上煤。

（3）上煤流程，是输煤系统工艺的关键环节，通过输煤皮带机完成将原煤从煤场输送到原煤仓的过程，同时通过辅助的碎煤机、筛煤机、除铁器、采样装置、电子皮带秤等设备完成对筛分、计量等处理，以达到使用要求。

（4） 配煤流程，主要是将从上煤系统输送来的煤按照一定的要求、规律、顺序地分配到机组受煤仓中的过程。

3.1 输煤系统设备

按照在整个输煤系统中的地位和作用，这里我们把输煤系统设备分为主设备、预启动设备、辅助设备和保护开关设备几类。

（1）主设备，为输煤工艺线上的关键设备，直接纳入整个系统的联锁中，设备故障会引起系统联锁停机。主要包括：给煤机、输煤皮带机、振动筛、碎煤机、缓冲滚筒、除铁器等。

（2）预启动设备，这些设备一般先于主设备启动前动作，用于进行流程选择。主要包括：电动三通挡板、皮带头部伸缩装置、犁煤器、警铃等。

（3）辅助设备，一般不纳入到流程联锁中，可以单独启停设备，故障不会造成联锁停机。主要包括：除尘器、皮带秤、实物校验系统、采样装置等。

（4）保护开关设备，各种皮带保护开关，用于流程监控、设备联锁、报警等功能。主要包括：拉绳开关、跑偏开关、堵煤开关、速度器、撕裂器、料流检测器、煤仓料位开关、料位传感器等。

3.2 控制策略

输煤系统控制就是通过对输煤设备的监控，完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务。系统的控制要求遵循如下原则：

（1） 上煤原则

流程预启：进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备；

流程启动：接收到流程启动允许信号后，系统主设备按逆煤流方向延时顺序启动；

流程停止：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止；

故障联锁停机：当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游（逆煤流方向）的主设备；

重故障信号：急停、拉绳、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。

（2） 配煤原则

顺序配煤：先设定一个尾仓，从**个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同的时间（或依据煤仓料位）依次配煤，直到尾仓和尾仓前所有煤斗发出高煤位信号为止。顺序配煤时如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，**给低煤位配煤；

**配煤：当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行配煤的煤斗停止配煤并记忆。先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失；

余煤配煤：当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至原煤仓皮带机停止运行。

4 软件设计

4.1 流程控制

（1） 流程选择、流程预启

（2） 上煤顺序启停控制

（3） 配煤流程控制

（4） 事故处理

系统事故处理是系统稳定、安全运行的重要措施，主要包括以下三方面事故处理措施：

在系统运行过程中，当某一设备发生故障停机时，联锁跳停故障设备点上游（逆煤流方向）的所有设备，并给出报警信息。当设备故障恢复后，才允许重新从发生故障的设备处按逆煤流方向重新启动设备的运行。

拉绳、重跑偏、堵塞、撕裂等保护开关动作，联锁跳停相关设备。

当设备运行过程中存在危及人员安全及损坏设备的可能，而操作员来不及判断该怎样处理的情况下，可以通过操作画面上的“急停”按钮来停止所有现场设备的运行。

4.2 软件功能

输煤程控系统上位软件采用和利时公司的facview组态软件，主要功能如下：

（1）实时流程图显示：实时流程图是整个系统的主监控画面，在流程图中可以实时监控到系统主要设备的运行状态。流程图中所有设备的运行状态采用绿色表示；停止状态采用红色表示；故障状态采用黄色表示。流程图中所有由plc控制的设备设置远程手动/程控自动转换按钮，只有当设备就地/远程转换开关处于远程时，远程手动/程控自动转换按钮才可用，当远程手动/程控自动转换按钮处于程控自动时，禁止人工遥控设备。当设备出现故障信号时，停止运行或禁止启动这些设备。

（2）设备监控：系统软件对每一个控制设备设置有单独的操作画面，通过鼠标点击实时流程图上的设备，就可以进入相应设备的操作画面。

事件报警系统软件具有完善的事故报警功能。当事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时，lcd屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间，并自动启动打印机记录，打印故障内容及发生时间。

（3）数据报表：系统软件具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，能实现实时编制、修改及状态显示，能按规定时间或召唤打印各种报表，能在lcd上查询并调用有关数据，对正常生产运行定期打印记录，包括交接班记录、日报、月报、年报等报表的打印。

（4）其他功能：系统软件除了具有上述监控功能外，还集成有煤量统计、设备运行管理、与其它系统通讯接口等功能。

5 系统特点

本电厂输煤程控系统解决方案以和利时公司hollias lkplc为核心控制器，采用冗余的以太网络、profibus-dp总线网络将中心控制室计算机和plc系统主站、plc系统主站与远程i/o分站联系起来，构成一个分布式的控制系统。系统具有如下主要特点：

5.1 冗余的解决方案

输煤程控系统设计为冗余配置，包括电源冗余、cpu冗余、以太网络冗余、profibus-dp总线网络冗余，无论那个环节出现故障都不会造成系统停车，这样就较大限度地保了系统的可靠性和安全性。

5.2 集中管理、分散控制

输煤程控系统设计为一个主站多个从站的网络结构，由系统主站统一管理系统内的设备，远程i/o分站只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构既满足了系统设备间联锁关系强的要求，又满足了系统设备位置分散的要求。

5.3 软件界面友好、功能强大

powerpro编程软件符合iec61131-3标准，易学、易懂、易用。facview组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。

5.4 开放性

输煤程控系统设计为一个开放的系统，工业以太网、profibus-dp总线网络是目前应用较广泛和开放性好的工业通讯网络，系统软件支持dde、opc、odbc、sql，且提供丰富的api编程接口，另外系统还支持modbus/tcp协议、modbus rtu协议、自由口协议等多种接口形式，可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、mis和其他子系统进行无缝连接。

6 结束语

随着我国火电厂装机容量的提高，对输煤程控系统等公用自动化控制系统提出了更高的要求。本输煤程控系统设计在考虑电厂输煤系统特点和要求的基础上，充分利用了和利时公司hollias lk plc可靠性高、性能优异、功能丰富、扩展性好、易于使用等方面的优势，给出了针对性强和个性化的解决方案。