西门子6ES7221-1BF22-0XA8供应现货

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在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户最后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及泵转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。

在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的精确调整均受到极大限制。介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。

制冷快报统计间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计，电动调节阀，循环泵及泵;按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。

热力站控制系统的实现

1、一网回路控制：

热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制中心根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制中心下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度;一网控制的对象为一次网调节阀;控制目的为提供热力站必须的供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。

在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。

热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果;当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能取得可观的效果。

自1995李德毅院士正式提出隶属云慨念(即云模型概念)以来，云模型理论的基本框架及其算法逐步得到完善，并开始趋向成熟。目前云模型的硬件实现已成为研究热点，如云模型已被用于TMS320F2812 DSP和STC89C52单片机[2—3]。PLC自1968年问世以来，凭借其可编程性、高可靠性成为工业自动化领域应用较广泛的控制设备。在深入研究云模型相关资料时，发现实现云模型的前提条件是能进行四则运算及指数、对数运算和产生任意正态随机数。S7-300 PLC运算功能强大，具有进行四则运算及指数、对数运算功能。但S7-300 PLC并没有产生随机数的硬件模块、系统功能SFC和系统功能块SFB。在深入分析随机数生成相关文献的基础上，用STL语言在SIEMENS编程软件STEP7上编制一个个功能FC实现任意正态随机数的产生，一维正态云模型算法等，最后在SIEMENS PLC**的器PLCSIM上进行调试，并将输出过程值用组态软件WINCC进行归档，然后将归档数据导入EXCEL，再将EXCEL里的数据转换成图形进行直观验证。

1 云模型

1．1 云模型的定义

设U={x}是一个用精确数值表示的定量论域，T是U上的定性概念即语言子集，CT(x)是U到闭区间[0，1]的映射，对于任意x∈U，都存在一个有稳定倾向的随机数CT(x)，则称式(1)为云模型。

特别地，设R1(E1，E2)表示服从正态分布的随机数，其中E1为期望值，E2为标准差。

数据对drop(xi，mi)(i=1，2，…N)构成的云模型称为一维正态云模型，简称一维正态云，组成云模型的数据对(xi，mi)称为一维云滴。其中，Ex、En和He为云模型的3个重要数字特征，分别成为期望值、熵和超熵，记为[Ex，En，He]。

1．2 一维正态云模型算法

一维正态云模型其输入为表示定性概念的期望值Ex、熵En和超熵He，云滴数量N，输出是N个云滴在数域空间的定量位置及每个云滴代表该概念的确定度。具体算法为输入：(Ex，En，He，N)

输出：drop(x1，m1)，drop(x2，m2)，…，drop(xN，mN)

1)生成以Ex为期望值，En为标准差的一个正态随机数xi=R1(Ex，En)

2)生成以En为期望值，He为标准差的一个正态随机数Pi=R1(En，He)

3)计算：

4)令数据对(xi，mi)为一个一维云滴。

5)重复步骤1)～4)，直至产生N个云滴。

2 正态分布随机数产生器

正态分布又称高斯分布，是较重要、较常见、应用较广泛的一种连续型分布一般来说，具有任意分布的随机数都是由(0，1)区间上的均匀分布随机数来实现的因此，首先要生成(0，1)区间上的均匀分布随机数，然后再利用随机变量函数变换的方法产生正态分布的随机数。

2．1 (0，1)均匀分布随机数生成方法

(0，1)区间上的均匀分布伪随机数产生的方法多种多样，有线性同余法、平方取中法、混沌法、反馈移位寄存器法等，其中较常用的是线性同余发生器，它通过如下的线性同余递推关系式来产生数列。

其中，a，c，x0，M均为正整数，x0为种子，使用时需要仔细地挑选模数M和种子x0，使得产生出的伪随机数的循环周期要尽可能长。xi为(0，1)区间上的随机数。

2．2 正态分布随机数的生成方法

生成(0，1)均匀分布随机数后，可以通过反函数法、变换法、舍选法、组合法等各种变换及映射关系来得到任意正态分布随机数。下面具体介绍变换法。 

变换法通过一个变换将一个分布的随机数变换成为不同分布产生的随机数，变换法的典型的例子是Box-Muller变换，它可产生精确的正态分布随机变量。

X1、X2是在区间[0，1]上均匀分布的随机变量，所得的Y1、Y2相互独立的均匀值，方差的正态分布随机变量。

3 实现过程设计

3．1 程序设计流程

按阐述的随机数产生原理、一维正态云模型算法等编写0-1均匀分布随机数发生器、标准正态随机数发生器等核心功能程序。具体程序设计流程如图1所示。 

3．2 部分程序

4 实验及结果分析

打开STEP7编程软件，SIMATIC Manager中的菜单栏上单击“选项”，在下拉菜单中选择“模块”或直接单击工具栏上的器图标打开PIESIM，将整个站点(包括硬件组态和程序块)下载到PLCSIM中，与此同时启动WinCC，并WinCC运行系统。再开启器PLCSIM，程序将开始运行起来，此时WinCC自动将输出过程值进行归档，最后将过程值的归档记录导入EXCEL，再将EXCEL里的数据转换成直观的图形。 

云模型的特点是改变它的3个数字特征Ex，En和He就可以得到成千上万的云滴构成整个云。云模型的3个数字特征表示了各自不同的意义，只要一个数字特征不同就会产生不同的效果。

5 结论

在深入研究云模型算法的相关文献和西门子S7-300PLC的功能后**提出一维正态云模型算法在PLC上实现的思想，并在编程软件STEP7上将这一思想转化成STL语言程序，最后通过STEP7、PLCSIM和WINCC进行联合测试，测试结果表明在S7-300 PLC能实现一维正态云模型算法。一维正态云模型算法在S7-300 PLC的成功实现为云模型算法的应用拓宽了道路，同时也为高级算法在PLC上的应用提供了一种新的思路与方法。

1）接入PLC的三线制接近开关是用NPN型还是用PNP型，这要看PLC的硬件情况，很难说孰多孰少！主要是由PLC输入电路的结构决定的，是日本式还是欧洲式？现先举西门子公司S7-300 PLC为例，常用的数字量输入模块是32点的SM321,DI32×DC24V（6ES7 321-1BL00-0AA0）。

    可以看出，外部开关量输入触点的公共端接到了电源的正端，这种情况应使用PNP型接近开关，接线方法按9楼网友所说的。如果使用NPN型，是不能工作的！

    2）再看三菱公司的FX1N PLC，输入电路的结构是典型的日本式。

    可以看出，外部开关量输入触点的公共端接到了电源的0V端，这种情况应使用NPN型接近开关。同理，三菱PLC如果使用PNP型接近开关，也是不能工作的！

    1）接近开关有两线制和三线制之区别，三线制接近开关又分为NPN型和PNP型，它们的接线是不同的。

    2）两线制接近开关的接线比较简单，接近开关与负载串联后接到电源即可。

    3）三线制接近开关的接线：红（棕）线接电源正端；蓝线接电源0V端；黄（黑）线为信号，应接负载。而负载的另一端是这样接的：对于NPN型接近开关，应接到电源正端；对于PNP型接近开关，则应接到电源0V端。

    4）接近开关的负载可以是信号灯、继电器线圈或可编程控制器PLC的数字量输入模块。

    5）需要特别注意接到PLC数字输入模块的三线制接近开关的型式选择。PLC数字量输入模块一般可分为两类：一类的公共输入端为电源0V，电流从输入模块流出（日本模式），此时，一定要选用NPN型接近开关；另一类的公共输入端为电源正端，电流流入输入模块，即阱式输入（欧洲模式），此时，一定要选用PNP型接近开关。千万不要选错了。

    6）两线制接近开关受工作条件的限制，导通时开关本身产生一定压降，截止时又有一定的剩余电流流过，选用时应予考虑。三线制接近开关虽多了一根线，但不受剩余电流之类不利因素的困扰，工作更为可靠。

    7）有的厂商将接近开关的“常开”和“常闭”信号同时引出，或增加其它功能，此种情况，请按产品说明书具体接线

传统的Y-△降压起动采用继电器—接触器控制，但由于其操作复杂、可靠性低等缺点，逐渐被PLC控制所取代。

三相交流异步电动机是应用较为广泛的电气设备，但它直接起动时产生的电流击和转矩冲击会对电网、电动机本身及其负载机械设备带来不利影响，因此常常采用降压起动，即定子回路串电阻起动、Y-△降压起动、自耦变压器起动和延边三角形起动，其中Y—△降压起动简单经济，使用比较普遍。传统的Y-△降压起动采用继电器—接触器控制，但由于其操作复杂、可靠性低等缺点，逐渐被PLC控制所取代。

为了使电动机能够正转和反转，可采用两只接触器KM1、KM2换接电动机三相电源的相序，但两个接触器不能吸合，如果同时吸合将造成电源的短路事故，为了防止这种事故，在电路中应采取可靠的互锁。

1线路分析

1.1正向启动

1）合上空气开关QS接通三相电源。

2）按下正向启动按钮SB3，KM1通电吸合并自锁，主触头闭合接通电动机，电动机这时的相序是L1、L2、L3，即正向运行。

1.2反向启动

1）合上空气开关QS接通三相电源。

2）按下反向启动按钮SB2，KM2通电吸合并通过辅助触点自锁，常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序，这时电动机的相序是L3、L2、L1，即反向运行。

1.3互锁环节

具有禁止功能在线路中起安全保护作用。

1）接触器互锁：KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点，KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必须先使KM2断电释放，其辅助常闭触头复位，这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路。

2）按钮互锁：在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路，按钮SB2、SB3都具有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路连接。例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联，而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电，如果同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作用。

2Y-△降压启动正反转控制

对于容量较大的交流电动机，启动常采用Y-△降压启动。电动机开始启动是△形连接，延时一定时间后，自动切换到Y形连接运行。Y-△转换用两个接触器切换完成，由PLC输出点控制。正转时按下反转开关无反应，按下停止按钮，电动机停止转动，按下反转按钮，启动Y形连接。此时按下正转按钮系统无反应。

用PLC实现Y-△起动的可逆运行电动机控制电路，其控制要求如下：

1）按下正转按钮SB1，电动机以Y-△方式正向起动，Y形联结运行30s后转换为△形运行。按下停止按钮SB3，电动机停止运行。

2）按下反转按钮SB2，电动机以Y-△方式反向起动，Y形联结运行30s后转换为△形运行。按下停止按钮SB3，电动机停止运行。

三相异步电动机正反转PLC控制的工作原理如下：

图1中，SB为停机按钮，SB1为正转启动按钮，SB2为反转启动按钮，KM1为正转控制接触器，KM2为反转控制接触器，分析如下：

1）正转启动过程

点动SB1→X2吸合→A区X2闭合→Y1吸合－→Y1输出触点闭合→KM1吸合→电动机正转→B区Y1闭合→自锁Y1→C区Y1分断→互锁Y2。

2）停机过程

点动SB→X1吸合→A区X1分断→Y1释放→各器件复位→电动机停止。

3调试过程

首先编写程序，然后依次接线、打开开关，进行调试，看是否能达到要求。如果出现问题首先检查接线问题，如果接线没有问题再检查程序是否正确，如果没有达到要求在进行调试，当按下按钮SB1，△形接通，5S后△接通，Y形断开，再按下SB1无反应。按下按钮SB3，Y形接通，△形断开。按下SB2，Y型接通；再按下SB1无反应。

系统调试分几种情况：

硬件调试：接通电源，检查可编程序控制器能否正常工作，接头是否接触良好；

软件调试：按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区；

运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，看是否能够实现正反转控制。通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。在编程过程中难免会有不足之处，因此通过调试、修改程序可以更好实现相应的功能。

根据以上调试情况，此电机控制系统设计符合控制要求。