产品规格模块式包装说明全新品牌西门子
西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8技术介绍
3 软起动器的选型及其外围线路设计
立式剪板机的起动过程属于带标准负载常规起动，因此软起动器的选型可以直接从其产品选型手册中查出。主电动机参数为：Pn=37kW，In=72A。查ABB公司的软起动器产品选型手册，满足电压等级400V、额定电流≥72A这一技术条件的软起动器型号为：PSS85/147-500L，其技术参数为：In=85A。
图2 软起动器外围电路原理图
立式剪板机软起动器外围控制电路如图2所示。由于软启动器用普通晶闸管做功率元件，它在完全开通后仍存在压降损耗，并且伴有热量产生，所以采用在软起动器完成主机软起动任务后，用一个旁路接触器接入主电路，让软起动器退出运行。这样做可带来以下好处:
（1） 减少了晶闸管元件的通态损耗；
（2） 由于晶闸管元件在下一次起动前已经冷却下来，这对于软起动器的工作更为有利。
针对立式剪板机的近似恒力矩负载特性，采用起动电流限制的软起动方式。软起动器PSS85/147-500L在用于起动电流限制的软起动方式时，其端子11、12应接入用于电流检测的外置电流互感器，电流互感器选用安科瑞公司产品，订货号为AKH-0.66-40I-400/5。
软起动器PSS85/147-500L的端子4、5、6为起动信号输入端。端子4、5之间用导线短接，端子5、6之间接入起动继电器KA10的常开触点。软起动器工作时，首先进线接触器KM6闭合，然后起动继电器KA10发出起动信号，软起动器以预先设定的起动曲线开始工作。软起动器的端子7、8为故障信号继电器的输出常开触点。当软起动器发生故障时，故障信号继电器的常开触点闭合，PLC检测到故障信息后，立即切断进线接触器KM6，以避免故障进一步扩大。具体的故障信息可按ABB软起动器产品说明书中的故障寻迹步骤进行。软起动器的端子9、10为起动完毕信号指示继电器。当起动过程完成时，内置触点就会闭合；而停车信号发出时，内置触点就会打开。PLC检测到起动完毕信号后，接触器KM7吸合，KM6断开，软起动器退出运行。
4 软起动器的开通调试
立式剪板机为近似恒力矩负载特性，因此软起动器采用起动电流限制的软起动方式。它的开通调试按以下步骤进行：
（1） 仔细检查软起动器的主回路和控制回路，看有无接线错误；
（2） 把软起动器板上用于选择电动机连接方式的开关S1拨在电动机“外接”位置；
（3） 比照ABB软起动器产品说明书第4节—不同应用的基本设定中的标准参数，将软起动器板上的起动斜坡时间旋钮设为10s、起动电流限制旋钮设为3倍；
（4） 主回路送电后，控制系统给出软起动信号，主电机起动。为了获得较佳的起动参数，可以重复试验。最后，立式剪板机软起动器的起动斜坡时间设定为6s、起动电流限制设定为2.8倍。
在软起动器的开通调试阶段，为了获得较佳的起动参数，因为重复试验，从而造成起动次数大大增加，为此，必须注意以下问题：
● 软起动器电控柜的冷却风扇要一直运转，以便于软起动器中的功率晶闸管顺利散热，降低结温；
● 在每次起动之间应当留有10～15min的间隔，以便于让软起动器中的功率晶闸管冷却下来，从而避免软起动器因为过热而报警。
5 结束语
随着计算机技术和电力电子技术在电气控制领域的进一步发展，软起动器的性能也不断提高，功能日益强大，它在工业现场大功率电动机软起动中的应用也日趋广泛。本文介绍了利用ABB软起动器，来实现立式剪板机主电机的软起动。经过一年多时间的运行观察，整机电控系统达到了设计要求，运行稳定，操作灵活。立式剪板机的电控系统还涉及到PLC等器件的自动控制，限于篇幅，均未讨论
1 引言
中铁株洲桥梁有限公司用于窄钢板下料的主要生产设备—25MN立式剪板机是上世纪90年代初生产的老设备，其电控系统为传统的继电器逻辑控制，主电机采用绕线转子异步电动机串频敏变阻器启动方式，由于电控系统老化，加之绕线转子异步电动机**械换向器和电刷，电气故障日渐增多，维修成本不断上升。此台立式剪板机的电控系统急待改造。
近年来，电气传动和控制技术的发展日新月异,PLC在机械设备自动化控制中大量应用，新型的电动机电子控制器（即软起动器）在大功率三相异步电动机的限流起动中也开始大量应用。由于立式剪板机主拖动电机功率为37kW，需采用起动限流措施，以减小起动电流对电网的冲击。考虑到绕线转子异步电动机**械换向器和电刷，存在故障的缺点，因此我们选用YH型高转差率三相异步电动机来代替原来的YZR型绕线转子三相异步电动机，同时选用软起动器来实现主电机的限流起动。电控系统的逻辑控制采用三菱公司的FX2N型PLC完成。
2 软起动器在立式剪板机中应用的必要性
由于立式剪板机主拖动电机功率为37kW，需采用起动限流措施，以减小起动电流对电网的冲击。众所周知，鼠笼异步电动机带载直接起动时将会产生4～8倍额定电流的起动电流，会对电网造成不利影响。容量较大的电机，一般不允许带载直接起动，需采用起动限流措施，以减小对电网的冲击。避免鼠笼异步电动机直接起动时的大电流冲击，通常的方法是采用起动。传统的鼠笼异步电动机起动方法有：星—角起动、定子串电阻起动和自耦变压器起动。附表列出了常用鼠笼异步电动机起动方法的起动转矩和起动电流值（Mn：额定转矩；In：额定电流）。
图1中详细描绘了三种传统鼠笼异步电动机起动方法的速度—电流、速度—转矩特性曲线。由图1可以看出，上述三种传统鼠笼异步电动机起动方法有一个共同的缺点，即在电机起动过程切换时仍会出现高的电流转矩峰值。除了星—角起动方式所需的起动设备较少外，其他方式均需笨重设备，不但体积大，而且起动能耗损失大。所有传统降压起动方式的另一个共同的缺点是它们都不能很好的调整电机的起动特性去满足负载软起动的要求。也就是说，虽然起动电流和起动转矩可以被降下来，但是更高的技术指标要求，如起动电流要求限制在某一规定值，或者电机的加速转矩要按一定的规律变化等，却不能达到。
图1 三种传统鼠笼异步电动机起动方法的荷姓曲线
上述这些问题可以通过采用新型的电动机电子控制器（即软起动器）来加以解决。软起动器是采用微处理器控制技术，通过调节三相晶闸管的相位角来实现电动机的无级降压起动，从而避免电机起动过程中的大电流峰值。现在市场上出售的软起动器均可达到以下技术指标：起动转矩可在0.15～1.5Mn，起动电流可在1.5～5In之间灵活调整。由于软起动器是采用微处理器控制技术的新型电力电子装置，除了上述的优点外，还具有以下有别于传统降压起动方式的特点：
（1） 结构紧凑，占有空间小，容易安装在电控柜内;
（2） 设有多种可供选择的起动和停车过程的整定参数,参数设置灵活;
（3） 具有多种电机保护和监视功能；
（4） 安装和调试简单；
（5） 保护传动机械，避免浪涌转矩的损害。
鉴于上述多种优点，立式剪板机主电机采用软起动器对主机进行软起动控制。
一．概述： 按照新一轮城市建设和经济发展规划，城市建设和经济发展对优化城市能源结构提出了更高的要求。而推行热电联产、城市集中供热，是解决城市能源结构和环境污染问题的有效措施，充分体现节约能源、保护环境，提高能源利用效率、企业经济效益和社会效益的较佳途径。所以既有利于节约能源，又有利于提高热电企业的经济效益和社会环境效益，给热电企业的发展创造了更加广阔的前景。 随着热用户的不断增加，热用量不断的加大，而怎样才能更好，更有效的对整个热网管道，热用户计量进行管理呢？利用远程监测，对整个热网管道，仪表进行跟踪监控，不仅可以全面掌握整个热网管线供热状态，还能快速、准确的反映仪表故障报警信息，方便维护人员及时查修，这样不仅节省大量的人力、物力，而且极大的提高了热网的现代化管理水平。城市热网监控作为数字化城市的一个方面，已显示出越来越重要的作用。
一、 项目需求
将下属的66个分站的数据传递到传送到热网控制中心，由于各站之间与热网控制中心距离很远，因此针对本项目，采用GPRS无线网络进行数据通讯是较具性价比的方式。同时，由于系统以后需要根据需求扩展，要求对系统的开放性、可维护性和扩展性给予充分考虑。 三、 系统设计原则 1．稳定性原则：系统的运行起着十分关键的作用，因此在系统建设过程中，将系统的性稳定性作为设计的可以选择原则。 2．开放性原则：坚持开放行原则，为今后系统的升级扩展维护和二次开放过程提供较大的灵活性。 3．技术先进性原则：保证系统的先进性，只有这样，系统才能经受实际的考验，保证不会被淘汰。 4．经济性原则：经济性原则不仅体现在设计过程中，而且会为系统今后的维护降。
5．操作维护简单原则：系统不仅要功能完善，而且应该操作简单，维护方便，这会为使用人员带来很多操作的方便性。
6．可扩展性原则：为了使系统具有一定的应变能力，可以方便的修改和灵活的扩充，应使系统保证一定的可伸缩性。
四、 系统拓扑图
系统应用于城市集中供热，主要解决供热厂、热交换站及热网运行状态监测，及时有效地获取城市供热、输热、管网末端的实际运行数据，为供热管网的质调和量调提供科学的依据。
城市供热系统主要由控制中心、供热站（传感器和PLC）、加热站（包括泵和PLC）、无线组成的。
1、应用方案：
系统主要由中心软件(力控)、CM3150P、西门子 PLC、VIPA PLC构成，这种方式的主要特点是结构分散、开放性好、稳定性强、性价比高并且扩展容易。 主要工作方式： 力控软件主要负责数据采集、通讯处理、人机界面和WEB发布等工作； VIPA PLC主要是安装在供热站中，用来控制现场温度、压力、流量、液位信号的采集；现场各调节阀的控制。 厦门才茂通信技术有限公司CM3150P无线通信模块主要将vIPA PLC采集到的各个供热站数据转为无线通讯，并将数据通过无线GPRS网络传递给力控软件； 两台SIEMENS PLC互作冗余，同时负责加热站的现场仪表和设备的通讯及数据采集和控制。一旦有一台PLC瘫痪，系统可以在较短的时间内自动实现冗余PLC的智能切换，以此来保证加热站系统监控的**可靠性。
CM3150EP的技术参数
CM3150EP GPRS DTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟**网络。针对网络控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。 无线参数 支持EGSM900/GSM1800无线网络 GPRS multi-slot class 10 编码方案：CS1~CS4 符合SMG31bis技术规范 Compliant to GSM phase 2/2+ 支持数据、语音、短信和传真 硬件系统 CPU:工业级ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(业内较高级CPU) FLASH：8MB（可扩展至32MB）(业内较大内存容量) SDRAM：64MB（可扩展至256MB） 接口： 1个RS485接口（根据需要，可支持TTL/RS422/RS232），串口速率110~230400bits/s 指示灯：具有电源、通信及在线指示灯。 天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。 SIM卡接口：3V/5V标准的推杆式用户卡接口。 电源接口：标准的3芯火车头电源插座。 语音接口：标准的耳机麦克风接口。 供电： 外接电源：DC 9V 500mA 宽电压供电：DC 5-35V 通信电流：350mA 待机电流：35mA 工业级无线模块 GRPS模块：Simens MC39i 尺寸 外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天线及固定件） 其他参数: 工作环境温度 -25~+65ºC 储存温度 -40~+85ºC 相对湿度 95%(无凝结) 软件功能 智能防掉线，支持在线，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。 支持RSA，RC4加密算法 支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠 支持虚拟数据**网（APN） 透明与协议转换，支持多种工作模式 支持数据中心域名和IP地址访问 支持双数据中心备份 支持多数据中心 支持主从模式 支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。 支持短消息备份及告警。 多重软硬件看门狗 数据包传输状态。 标准的AT命令界面 可以用做普通拨号MODEM 支持bbbnet功能。 支持远程配置，远程控制 通过串口软件升级 同时支持LINUX和bbbbbbS操作系统
加热站：力控软件设在*数据中心。由两台嵌入CP5611通讯卡的采集服务器互作冗余备份，同时采集下位SIEMENS PLC的现场数据。一旦一台采集站的计算机瘫痪，另一台计算机的力控软件可以自动的接过监控的任务，实现上位机的冗余，画面同步，数据同步显示、历史保存。 力控软件采用典型的C/S和B/S结构，B/S方式是作为WEB服务器，将实时数据和画面通过WEB进行发布，远端用户经过授权，无须安装任何插件，使用标准的浏览器通过固定IP或域名绑定进行访问即可在远程进行监视。C/S方式是力控软件作为标准服务器端与各分站多个客户端（通过力控NETSERVER通讯组件）进行通讯。客户端通过局域网的IP地址访问采集站的数据库数据，在非本地中控室的其他控制室就可实现对现场数据的采集，各仪表和执行器的下置控制。 供热站： 力控同样设置在中控室内，现场66个供热站点分散在一定的区域内。 在每个供热站需要有一组相应的采集设备。这里使用VIPA的214CPU作为RTU（数据采集模块）。由该CPU上的IO模块，采集供热站的现场数据，并由自带的串口和DTU连接。上位的力控在进入运行后，通过因特网的TCP/IP协议与各个分供热站的DTU进行通讯，采集每个供热站现场的开关量、模拟量。同时还可以通过对力控HMI（人机界面）上一些参数的设定来控制现场电动执行器或者一些阀门的启停或开度，来达到根据现场的实际情况调整供暖的温度。真正做到了在线的远程监控。 为了保证系统的稳定性和便利的管理方式，人性化的操作。该供热站系统的DTU全部采用自动呼叫，断线智能重新连接的方式。这样在现场一旦停电或出现电话线信号不稳定甚至断线的情况下，不需要现场再去重新对DTU进行重新的配置。节省了维护成本，大大提高了系统的自动化程度，并保证了该系统的稳定性。
2、工艺流程
PLC不仅要控制循环水泵的起、停，还要间接控制定压泵的起、停和报警输出。下面以一个供热站的结构为例进行说明，设P1、P2、P3为三台循环水泵，P4、P5为两台定压泵，P6为PLC的报警输出。两台定压水泵公用一台变频器，由变频器直接控制，两泵电器互锁。变频器的起、停控制分为手动和PLC控制。变频器输入有一路压力传感器信号（反馈量），一路电位器信号（参考量），三路开关量（起、停和复位）。有两路输出信号（故障报警和低于5 Hz运行）。手动控制设有两个停止按钮，一个为接触器的分断按钮，一个为变频器的软停车按钮。需要注意的是因为变频器的停车均设为软停车，所以手动停车时应该先按软停车按钮，软停车结束后再分断接触器（时间由实际情况定）。变频器的故障复位信号也设有手动和自动两路输入。每面柜有一套气候补偿器，其输入由外接传感器输入，输出控制电动调节阀，气候补偿器具有声光报警功能。 水流开关用于检测水泵启动后管路内是否有水流通过，若泵运行为两用一备则每台泵安装一个水流传感器、共计3个。或一用一备则两台泵共计安装一个水流传感器。具体工作过程为：PLC启动某台泵后，经过设定的延时，PLC将检测该泵的水流传感器输出信号，若该信号指示无水流动则PLC判定该水泵故障，产生故障报警信号、并通过dtu向中心控制软件发出信号，再由中心将该水泵断电并将该泵的备用泵投入运行。 当管路压力趋于设定值，变频器工作频率很低，此时水泵的转速非常低，水流开关亦有可能发出无水流信号，这种情况并非故障，PLC将通过检测变频器的低频输出信号来区别（低于5 Hz时变频器输出一路信号）。正常情况下水泵24小时进行自动切换，运行备用泵。
3、通信方式
(1) 现场发起通讯（下位为主，上位为从），如下图所示：
GPRS 通讯控制器 是控制中心与数据采集器（PLC）之间通讯的枢纽，所谓通讯方式以供热现场为“主”指的即是如此。定制的 GPRS 通讯控制器掌握着数据采集器（PLC）通讯协议的控制命令。定时上传数据前， GPRS 通讯控制器先从 PLC 中读取数据并存储，然后再向控制中心传输已取到的数据。 从控制中心发起通讯（上位为主，下位为从），如下图所示： 厦 门 才 茂 通 信 科 技 有 限 公 司 Xiamen CaiMore Technology Co,.Ltd 地址:厦门市前埔工业区 55 号思明光楼 4F 9 电话/bbb: +86-592-5975886 网址://www. 传真/FAX:+86-592-5975885
先由控制中心向数据采集器（ RTU ）发出“要数据的”请求，数据采集器（ RTU ）接到通讯请求后，再向控制中心传输数据。这种通讯方式：是将 GPRS 通讯模块看作是透明的。也既是“透传”方式。这种通讯方式，是控制中心上位软件掌握着数据采集器（ RTU ）通讯协议的控制命令。所谓通讯方式以控制中心为“主”指的即是如此
五、系统功能与特点
1、功能 该供暖监控系统（GPRS 远程监控）主要完成对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。 工艺流程显示显示各换热站工艺流程，包括温度、压力、流量、液位等工艺参数、所有设备运行状态以及各控制回路的详细参数等； 调节回路显示包括所有调节回路，可修改设定值、控制方式、调节参数等，并有实时趋势图便于进行PID 回路整定； 设定值显示包括所有必需参数的设定值、控制方式、调节参数以及其它联锁值、报警值等； 报表显示和打印 采用了DDE 技术，从而使用户能够直接使用Excel 编制报表，借助Excel 的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表；历史数据的存储与检索对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间较长为10 年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据； 控制在监控计算机上可以进行远程手动控制，使用鼠标、键盘控制PLC 来启动和停止现场的设备； 安全管理 对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动，包括登录的操作员、对设备进行的操作 2、特点 (1) 先进性 本方案设计中不仅采用了先进的软、硬件，而且着眼于企业“管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化环保的先进思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统**地成为企业 整个IT 架构的一部分。 本系统采用先进的计算机控制系统，主要用于城市热网的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备和功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、编程软件、控制软件。 (2) 高可靠性 ① 与传统的无线电台传输相比，GPRS 网的抗干扰能力更强，且通讯覆盖范围远远强于前者； ② 现场控制站PLC 对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响； ③ 现场控制站的PLC 能够在恶劣的环境中长期可靠运行，并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固、抗腐蚀、适应较宽的温度变化范围，平均无故障间隔时间（MTBF）15 年。 (3) 强大的功能 ① PLC 的编程语言符合IEC61131-3 标准，易学、易懂、易用； ② CPU 内置软PID，并提供了丰富的指令集及函数库，用户直接调用； ③ 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。 (4) 优良的开放性 ① TCP/IP 协议是目前开放性较好的协议，可以轻松进行系统扩展； ② 组态软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API 编程接口，方便接入全厂MIS 系统； ③ 同时也为世界各大厂商，如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron 等的设备提供了完善的驱动程序库，从而可以将其它系统轻松接入本系统。
（5）工程截图
六、结束语
该方案实现了对换热站运行参数的集中监视、控制，与老系统相比，可以大量的减少维护人员，部分供热站还实现了无人值守，提高企业的经济效益。与使用传统无线电台相比，该方案具备更好的抗干扰性（尤其是在城市中）、安全性。相信这种远程监控方案将在城市管网、热网、石油、地震检测、电力等一些无线远程数据监控中得到更大范围应用。
生物滤池自动控制系统是BAF工艺自动化系统的核心控制环节，也是整个污水处理厂的主体工艺部分。
滤池状态分为正常工作、反冲洗、备用、故障等几种状态，滤池上的在线仪表主要是溶解氧检测仪表、流量计和滤池压差检测仪表。
1、正常工作控制
滤池在正常工作状态时，曝气阀及进水调节阀开启，其他阀门关闭，曝气运行，整个滤池自动运行。核心控制参数为滤速、出水溶解氧水平及运行周期控制。
为使滤池的进水水量适当，并平均分配给每个滤池，较完善的控制方法是控制自动调节阀门和流量计，根据每个滤池流量数据来控制进水支管上阀门的开启程度，使进水流量与预先设定的流量相同。
为保证生物活性，曝气生物滤池需要进行定时反冲洗，正常情况下一级滤池反冲洗周期在16-36h（本工艺暂定24h），二级滤池反冲洗周期在24-48h（本工艺暂定36h），运行人员可以根据实际情况及时调整PLC中设定的数据。当滤料间由于截留悬浮物的作用，导致滤床水头损失增大，此时采用压差计来测量滤池压差的大小，作为滤池反冲的重要判断指标，本工艺中当池底压差计的读数超 过 0.9Mpa 时，就要进行反冲洗。另外还可以采用电流值来控制，当风机电流值超过额定电流的10%时，进行反冲洗。
**顺序如下：电流值——压力值——周期值
还有一种请考虑，人为干预，产生一个反冲洗信号。
2、反冲洗控制
当滤池具备反冲洗条件时需停止正常工作，要排队才能进入反冲洗工况（根据提出反冲洗申请的先后顺序，注意一次只能反冲洗一个池子）。反冲洗程序为三段式冲洗：气冲洗、气水混合冲洗、水冲洗。
其工艺过程为：关闭进水调节阀——关闭曝气风机——关闭曝气风机出口阀门——开反冲洗排水闸门——开反冲洗进气阀——启动反冲洗鼓风机——开反冲洗进水阀——开反冲洗水泵——停反冲洗风机——关反冲洗进气阀——关反冲洗水泵——关反冲洗进水阀——关反冲洗排水闸门——开进水阀——开曝气进气阀——开曝气风机，此时滤池又开始正常工作。具体如下：
（1） 气洗阶段：关闭进水、曝气阀门，开启反冲洗进气阀门，启动反冲洗风机，进洗，目的是松动滤料层，使滤料层膨胀，气洗强度为12—18L/（m2·s），时间为3--5min。
（2） 气水联合反冲洗：启动反冲洗水泵，进水联合反冲洗，目的是将滤料上截留的悬浮物和老化的微生物冲洗出去，反冲洗水洗强度为（5—6L/m2·s），时间为5--8min。
（3） 水漂洗：关闭反冲洗风机和反冲洗进气阀门，进行水漂洗，目的是将滤料表面的悬浮物和老化的微生物膜冲洗出去，时间为3--5min。
3、备用状态
曝气生物滤池系统在设计时都会按照比较保守的数据，再加上污水厂进水水量的季节性变化也很大，因此经常会发生有滤池闲置备用的情况。这时，控制系统要根据每个滤池和设备闲置的时间的多少而安排滤池工作，让每个滤池和设备都能获得大致相同的检修时间。
提醒：对曝气器进行冲洗的周期大约为半年到一年的时间冲洗一次，一般是在滤池不工作，反冲洗进行前较合适。
4、故障状态
曝气生物滤池在运行中若出现故障或者每年一次的检修，要停电检修。要求单个滤池的检修不会影响其他滤池的正常运行。
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