6ES7231-7PC22-0XA0技术介绍

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相反，PLC控制系统以其运行可*、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。

    可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）,即简称为PLC。

    PLC具有功能强大、使用可*、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。

    2PLC的体系结构

    2.1PLC结构图

    PLC实质上是一种被**于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图2.1.1所示：

    图2.1.1PLC硬件的基本结构

    PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。PLC相当于继电器的作用，其好处是可*性高，自动化程度高、可进行网络化等。

    2.2PLC的选型及设置

    为了满足以上所介绍的空调工艺要求，整个控制系统需要可编程序控制器的输入、输出点分别是112点和32点，其中模拟量输入、输出为6点和4点。根据PLC的I/O原理使用原则，即留出一定的I/O点以做扩展时使用，以及系统设计中实际所需的I/O点数。选用华光电子工业有限公司的SU－5/B型。主机：SU－5/B；输入模块：U－25N、U－01AD；输出模块：U－05T、U－01DA。这种机型的I/O点数为256点，有RS－422通讯端口，其编程指令有143条，并配有相应的编程软件S－62P，不仅可以通过手持编程器对其编程。而且可以通过PC机对其进行编程输入。该软件还能在PLC运行时监控其运行状况。

    2.3软件设计

    制冷系统的启动/停止是用于制冷系统的手动启动/停止控制。也可以通过温度设定，依据冷负荷的需要自动开启制冷系统。每台设备均设有自动、手动、备用三种运行状态，自动用于联锁集中控制；手动用于调试或检修；备用状态用于热备用。三台水泵二工一备。其中备用泵循环轮换，提高设备的保养率。各台设备按工艺要求顺序自动启动/停止时，采用每台设备启动后经15s左右延时，再启动下一台设备。一是考虑水泵稳定运行有个过程，二是避免数台电动机同时启动，冲击变压器，影响供电质量。

    为提高中央空调系统的经济性、可*性及可维护性，需采用控制产品对中央空调系统的各个设备进行控制。

  可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，并在发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可*、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。与此同时,智能化中央空调也正被广泛地应用,在将其俩双双结合的情况下,不仅促进了科技的发展,也提高了人民生活水平。

    1概述

    1.1引言

    随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计《智能化小型中央空调》阐述PLC控制设计与智能化中央空调(冷冻站)系统的关系。

    1.2系统及工艺简介

    现介绍如下：我们本次的设计中有两套中央空调系统，由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、一台冷却塔风机、两台冷水机组等主要设备组成两套制冷系统（因系统小，冷却塔功率大，实验室要求等，本系统较一般两套制冷系统不同的是两台冷水机组却只选择一个冷却塔，经计算核定，这并不影响其效果）其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。根据本次设计的实验室要求，我们选择了2*5匹全封闭式压缩机冷水机组。它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷机进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量，使冷冻水降温，然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。如此循环不已，把室内的热量带出，达到降低环境温度的目的。因此，中央空调冷冻系统的工艺控制要求为：

    （1）测量冷冻水供回水温度及流量，从而计算空调实际的冷负荷，根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数，达到较佳节能状态。

    （2）各设备的程序联动：启动：冷却塔风机——冷却水泵——冷冻水泵——冷水机组。停止：冷水机组——冷冻水泵——冷却水泵——冷却塔风机。当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时，备用冷却水泵/冷冻水泵会自动投入工作。

    （3）测量冷冻水系统供回水管的压差△P=P1－P2控制其旁通阀(TV)的开口度，使其维持压差。

    （4）因我们本次设计的实验室的目的是为给同学们更形象生动的学习理解中央空调系统，所以设计过程中，我们还会考虑到在合适并重要的位置处装上便于观察制冷剂或水流情况的镜。

    1.3PLC原理及应用

    中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。

随着节能减排要求的日益迫切，热泵产品势必会有更加广阔的市场空间。目前，热泵产品所采用的控制系统大部分以单片机集成电路系统为主，其廉和小型化等特点受到广大厂商的青睐。随着热泵技术的日新月异，对其控制系统的可靠性和模块化、网络化功能的要求也越来越高，PLC的应用能更加方便可靠地实现这些功能。PLC（ProgrammableLogicController）即可编程序逻辑控制器，由*处理单元CPU和功能模块组成，功能模块可分为I／O点位开关模块、模拟量模块、通讯模块、以及以太网络化模块等等。

    I／O点位开关模块由输入单元和输出单元组成，输入单元可实现对压缩机的高／低压保护开关、排气温度保护开关、水流开关、风机和水泵的过热保护开关以及设备启停开关信号等干触点开关的控制；输出单元可实现对压缩机、风机、水泵、辅助设备等执行器件的启停控制。对于需要控制出水温度的热泵热水器类产品，水路中安装有温控水阀，是靠步进电机来驱动阀芯微调开度的，而步进电机的动作幅度和方向是通过正／负脉冲序列来控制的，晶体管型的PLC输出单元具有正／负脉冲序列输出功能，PLC系统的出水温度值，与设定温度值的偏差可作为比例带，通过PID（比例微分积分）控制模式来调节温控水阀的开度，改变水流量从而达到调节和稳定出水温度的控制功能。

    PLC的模拟量模块可实现对进／出水温度、环境温度、水位等模拟信号的检测控制，温度传感器适用于铂电阻或热电偶，水位信号可采用压差式水位传感器，传感器变送出1伏～5伏或4毫安～20毫安连续模拟信号，PLC后可计算出实际对应的温度值或水位高度。对于热泵热水器产品，现场安装时需要考虑热水供水系统的恒压要求，在供水水路上安装压力传感器和压力缓冲罐等装置，PLC可检测供水压力来控制变频水泵的合理运行，以达到供水系统的恒压和节能的效果。

    对于大型的热泵产品客户（十数台或数十台以上），对整个系统的集成化、模块化和网络化控制以及可操作、维护、人性化等要求越来越高。PLC的CPU单元带有RS-232或RS-485标准协议通讯口，可连接HMI设备（人机界面，如触摸屏等），可直观阅读系统的工作状态和参数，方便用户操作，更具人性化。PLC的通讯单元具有无协议通讯功能，可实现上位机通讯，也可连接和扩展其他工控设备。PLC的通讯单元支持DeviceNet通讯协议，只要符合De鄄viceNet协议标准的设备都可以互联，很方便地实现远程信息通讯功能。PLC可以直接连接到以太网，以此作为媒介进行数据传递。针对大型学校、大型酒店等热泵热水系统，PLC控制系统的优势是很明显的。

    总之，PLC系统抗干扰性能良好，运行，开发且便于调试和维护，可方便实现集成化、模块化和网络化控制要求，在热泵产品的大规模现场控制领域中是很有前景的。以上是笔者的一些浅见。

   1引言

    ____PLC由于具有功能强、程序设计简介，维护方便等优点，特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力，已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等，会影响系统的正常工作,因此必须重视工程的抗干扰设计。

    水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好，系统将无法可靠运行，将会影响到正常供水。因此，有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。

    2抗干扰的技术对策分析

    ____为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是较基本和较重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。

    2.1电源系统引入的干扰

    ____电网的干扰，频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。

    (1)加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。

    ____设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中，使用隔离变压器，必须注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。

    为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压，可采用开头稳压电源。

    (2)分离供电系统

    ____PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。如图1所示。

    2.2抑制接地系统引入的干扰

    ____PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地，有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式较好，接地时注意:接地线尽量粗，一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线的长度。

    实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。

    2.3抑制输入输出电路引入的干扰

    ____为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的较有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:首先，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰;其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系;第三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，因此，应保证被传信号的变化范围始终在线区内。为了保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性较正措施，否则将产生较大的误差。

    (1)光电耦合输入电路如图2所示。其中图2(a)、图2(b)用的较多，高电平时接成形式，低电平输入时接成形式。图2(c)为差动型接法，它具有两个约束条件，对于防止干扰有明显的优越性，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100~200m，图2(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二极管，所以加接一级晶体管作为功率放大，需要注意的是图中发光二极管和光敏三极管应分别由两个电源供电，电阻值视电压高低选取。

    (2)光电耦合输出电路如图3所示。为了得到和输入同相的信号，可以采用图3(a)形式。若要求输出和输入反相，可以接成图3(b)形式。当输出电路所驱动的元件较多时，可以加接一级晶体管作为驱动功率放大，其接法如图3(c)所示。有时为了获得更好的输出波形，输出信号可经施密特电路整形。

    ____以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。

    3结束语

    ____PLC控制系统的抗干扰性设计是一个复杂的系统工程，涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境，在设计抗干扰系统时要求要综合考虑各方面的因素。

  风电行业的控制器主要用于各个风电机组，用来采集机组数据及状态，通过计算、分析、通过计算、分析、判断而控制机组的启动、停机、调向、刹车和开启油泵等一系列控制和保护动作，能使单台风力发电机组实现全部自动控制，*人为干预。除此外，控制器还具有与上位机进行数据交换的功能，使上位机能随时了解下位机的运行状态并对其进行常规的管理性控制，为风电场的管理提供方便。

    PLC主要应用于风机的机舱里和机座下，分别起变浆和偏航控制，隶属于一套控制系统。两台PLC之间通过现场总线进行通信。以PLC组成的风机主控系统硬件由模块构成，控制室有足够的空间保证测量和操作的安全性，PLC控制器之间通过光缆链接，以网络协议方式进行通讯，设置上位机控制、检测和管理。以数据库程序编写界面。

    2009年中国风电行业PLC应用规模激增至5500万元。与其他OEM不同的是，该行业PLC的应用以大中型为主。

    Siemens是比较流行的品牌。Rockwell和Schneider也有了一定的应用。

    不过目前风电行业控制器仍然以**控制器为主，有专业厂商自己开发，比如Vestas；也有专业的厂商提供该类产品比如MITA、BACHANN、Beckhoff、GE等。

    风电行业PLC应用规模的扩张高度取决于其对**控制器的替代，但是目前PLC在该领域取代**控制器仍有相当的障碍：1、客户的使用习惯；2、技术障碍。PLC在运动控制等方面与**控制器仍有一定的距离，尤其是对于大功率的机组，技术差距更为明显。PLC虽然有价格低的优势，但是对于这个新兴行业，用户成本压力较小，这个优势并不明显。

 继电器的发展已有上**的历史，这种电磁式的信号控制开关给故障的查找带来了诸多困难，而PLC正是为了改进继电器控制系统而产生和发展起来的。由于PLC具有编程方法简单易学、功能强大、性价比高、可靠性高、维修方便等优点，起重机械用户对于PLC的接受度也在逐年提高。

    在信号传输较远的情况下，可选用屏蔽电缆；绝大部分的PLC控制系统故障率是由外接传感器故障引起的，特别是一些机械型的行程开关、限位开关的故障率往往比PLC本身故障得多，所以在设计控制系统时应采取相应的措施，如选用高性能的接近开关来代替机械型的行程限位开关等措施。

    对于在起重机械行业中PLC产品的发展方向，PLC应向高性能、大容量的方向发展，这必将简化控制电路，进而降低故障率。同时，随着技术的不断成熟，PLC的价格将不断下降，这将更快地加速PLC在起重机械行业的普及。PLC的联网通讯能力有待加强，这会使PLC与个人计算机或与其他智能控制设备之间交换数字信息，形成一个统一的整体，实现分散控制和集中管理。

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