西门子6ES7214-1BD23-0XB8大量供应

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  鉴于传统的混凝土拖泵控制系统故障率较高，排查困难，我们在设计HBT60混凝土时控制系统的控制部件选用OMRON公司生产的CPM1A-30CDR-A型可编程序控制器作为控制部件。CPM1A系列产品技术成熟，价格低廉(目前市场价格也就100左右) ，在国内应用非常普遍，许多代理商备有，采购方便。电气接线简单明了，程序编制调试也很方便，在PC机上使用OMRON公司的CX-ONE编程软件将程序编制调试好后下载到PLC，装机调试即可，也可以携带手持式编程器现场进行程序调试修改。

采用CPM1A-30CDR-A型可编程序控制器为的控制系统，构成大规模集成电路，选用的PLC输入输出单元总计30个引出端子，足够各种功能的软件实现。表1为CPM1A-30CDR-A 型可编程序控制器I/O地址分配表。

表1 CPM1A-30CDR-A型可编程序控制器I/O地址分配表

主电动机(380VAC、90KW三相异步电动机)启动采用Y-Δ启动，取消故障率较高的晶体管时间继电器，直接由PLC软件控制实现主电动机启动、Y-Δ转换和停止。冷却风机电动机也由PLC实现自动启停。

采用PLC软件实现的稳定Y-Δ启动大限度的改善了主电机启动瞬间对周围电网电压的冲击，节省了昂贵的软启动装置，软件程序运行稳定，并且可以根据不同的工况随时对PLC进行软件的。

主电机及冷却风机的工作原理如下：

主电机启动后，PLC主电机启动输入端子(000CH)得电，将电压控制信号输入给PLC，PLC根据软件程序将信号处理为大电流输出，触发输出端子(1001CH)得电，也就是继电器线圈KA2得电，从而触发交流接触器KM1线圈得电，这时主电机Y启动开始，PLC软件设定的延时器开始计时，延时时间满足后， 交流接触器KM1自动断电，同时触发PLC输出端子(1000CH和1002CH)得电， 也就是继电器线圈KA1和KA3得电，带动交流接触器KM2和KM3线圈以及泵送启动指示灯得电，此时主电机?启动开始，直到启动完成，同时冷却风机开始工作。主电机停止，冷却风机随之停止。

主电机及冷却风机启动控制程序如下所示。

LD NOT 00001

LD 00000

OR 20002

AND LD

OUT TR 0

AND NOT TIM 001

AND NOT 01000

OUT 01001

LD TR 0

OUT 20002

TIM 001

TIM DATA

# T1 (时间可设定)

LD TIM 001

AND NOT 01001

OUT 01000

LD NOT 00003

LD 00002

OR 20003

AND LD

AND 01000

OUT 01002

………

主电机及冷却风机启动控制原理图如图1所示。

图1 主电机及冷却风机启动控制原理图TIM DATA

# T5(时间可设定)

LD TIM 011

RSET 20008

LD 20008

OUT 01101

LD 20005

AND 00102

LD 20009

CNT 010

CNT DATA

# N2(间隔可设定)

LD CNT 010

SET 20009

LD 20009

TIM 022

TIM DATA

# T6(时间可设定)

LD TIM 022

RSET 20009

LD 20009

OUT 01102

LD 00003

RSET 20008

RSET 20009

…… ……

自动润滑启动控制原理图如图2所示。

图2 自动润滑启动控制原理图

由于混凝土泵工作时的工况非常恶劣，施工中混凝土输送不能中断，所以系统的性非常重要。为提高电气系统的性，直流电源一定要，故将原变压器加整流滤波电路的电源改为24VDC开关稳压电源，以提高整个直流电路部分工作的性。

原行程开关为普通触点式，性差、寿命短，取而代之以OMRON光电接近开关。接近开关的工作温度范围宽、频响高、防护等级高、价格低廉(目前市场价格也就30左右) ，并带有发光二管指示功能，由于采用无触点、非接触式工作方式，所以寿命比行程开关长得多。

摘要：原有硅电容差压传感器性能测试中压力控制方式采用人为操作，不仅耗时耗力，而且对性能测试的精度也存在无法估计的测试误差，为了避免这些弊端，提出了新的测试方案，该方案采用PLC控制正、负腔管路中高压电磁阀和压力传感器的方式来实现对硅电容差压传感器性能测试过程中正、负腔管路的加卸压。这样便大大地节省了人力和时间，加有效地提高了硅电容差压传感器性能测试效率。

0引言

目前，由沈阳仪表科学研究院研制的硅电容差压传感器，其性能测试方式已经由原来的每次测试一只传感器，演变成了一次可以同时测试10只传感器，在测试效率和度以及一致性方面都有了很大的提高。但是，在硅电容差压传感器的性能测试过程中，需要频繁地加、卸压，这个过程都需要人为操作，每组测试中加、卸压的速度以及时间控制都在一定程度上增加了测试误差，而且增加了测试人员的体力劳动程度。目前，硅电容差压传感器具有广阔的市场发展前景，这就要求生产的硅电容差压传感器不仅在数量上而且在精度上都要有相当的提高，也就是说在提高生产效率的同时要大大提高硅电容差压传感器性能测试的效率。针对这一问题，将原有的对硅电容差压传感器性能测试采用手动的方式改为通过PLC控制高压电磁阀的方式来实现对压力的控制。

1 硅电容差压传感器的测试项目及其测试过程中对管路压力的要求

硅电容差压传感器的性能测试包括静压误差测试、正向过载误差测试、负向过载误差测试、双向过载误差测试、正向过载保护点测试和负向过载保护点测试。如图1所示，将被测硅电容差压传感器的正腔通过不锈钢软管和接头连接成一个正腔通道，同理通过不锈钢软管和接头将被测传感器的负腔连接成一个负腔通道，通过对正腔通道和负腔通道的加、卸压来实现对硅电容差压传感器性能的测试。

各测试项目在测试过程中对两腔管路的压力状态都有具体的要求，详见表1。

2 PLC主要控制对象的功能

PIE主要控制对象的功能包括正腔加压、负腔加压、正腔放气、负腔放气和压力指示，实现这些功能的具体实体以及相互关系如下：

(1)正腔加压由正腔加压阀实现。正腔加压阀为常闭型，控制正腔通道与气源的通断。在正腔加压阀启动时，要求正腔放气阀启动，以保证正腔通道在密闭的情况下进行加压测试。

(2)负腔加压由负腔加压阀实现。负腔加压阀为常闭型，控制负腔通道与气源的通断。在负腔加压阀启动时，要求负腔放气阀启动，以保证负腔通道在密闭的情况下进行加压测试。

(3)正腔放气由正腔放气阀实现。正腔放气阀为常开型，控制正腔通道与大气的通断。通常状态下，正腔通道与大气连通，正腔通道需要加压之前将正腔放气阀启动，正腔通道需要卸压时先将正腔进气阀关闭，然后将正腔放气阀关闭，以使正腔通道与大气连通。

(4)负腔放气由负腔放气阀实现。负腔放气阀为常开型，控制负腔通道与大气的通断。通常状态下，负腔通道与大气连通，负腔通道需要加压之前将负腔放气阀启动，负腔通道需要卸压时先将负腔进气阀关闭，然后将负腔放气阀关闭，以使负腔通道与大气连通。

(5)压力指示由压力传感器1和压力传感器2实现。在正腔通道和负腔通道分别接有压力传感器1和压力传感器2，在进行性能测试过程中测量管路的压力，以保证硅电容差压传感器性能测试的准确度。

3 PLC的软硬件设计

3.1技术实施方案

由硅电容差压传感器性能测试的方式和要求来看，该系统中测控的对象有正腔加压阀、负腔加压阀、正腔放气阀、负腔放气阀、压力传感器1和压力传感器2等，其中压力信号为模拟量输入信号(4—20 mA)，正腔加压阀、负腔加压阀、正腔放气阀、负腔放气阀由开关量输入信号控制。在满足功能要求的前提下，选用SIEMENS公司生产的CPU226小型PLC和EM235模拟量扩展模块，与制作的按钮板构成测试、控制系统，其构成示意图如图2。

cPU226可编程控制器和EM235扩展模块共有24路开关量输入，16路开关量输出，4路模拟量输入，l路模拟量输出。PLC控制硅电容差压传感器性能测试系统有两路模拟量输入(压力传感器1、压力传感器2，输入信号：4—20 mA)，6路开关量输出，7路开关量输入。

压力传感器l和压力传感器2将正腔和负腔通道压力转变为4～20 mA电信号，送到PLC的模拟信号输入端，PLC根据对输入信号的检测，按相应的程序动作，输出控制指令，控制相应的电磁阀动作。按钮板直接与PLC连接，操作人员按下按钮输入想要进行的测试项目，来完成对硅电容差压传感器的性能测试。

3.2 PLC的软件设计

系统设计时，将硅电容差压传感器性能测试的测试项目进行分解，然后根据每个测试项目具体要求相应的测试流程，确定PLC的控制功能。由PIE控制的各测试项目工作流程如图3、图4所示。

3.3 PLC输入信号控制的设计

根据硅电容差压传感器的测试项目要求，设置相应的测试功能作为PLC的输入信号，另外两个压力传感器模拟信号的输入作为测试过程中压力的检测，其与PLC寄存器的对应关系详见表2。

3.4 PLC输出信号控制的设计

为了实现该测试系统具体的测试功能，用PLC进行输出信号控制，尽而实现测试过程中对阀体以及状态指示的控制，其与PLC寄存器的对应关系详见表3。

4结束语

将原有的对硅电容差压传感器的性能测试的加压方式由手动改为用PLC控制高压电磁阀来实现对正、负腔管路的加、卸压，大大的节省了人力和时间，有效的提高了硅电容差压传感器性能测试效率，也大大地提高了硅电容差压传感器的市场占有率，并且带来了可观的经济效益。

摘要：北京正负电子对撞机BEPCⅡ的二期改造工程为重大项目改造工程，BESII束流冷却系统对BESⅢ束流管进行冷却，其中BESII束流管冷却系统的自动监控系统负责BESm束流管冷却系统的运行。从工程设计的角度出发，介绍了自动监控系统的主要结构、工作原理、监控系统硬件选型及软件设计，并对系统的性进行分析。运行结果表明，该监控系统满足BESll柬流管冷却系统的工艺要求，。

新一代的北京正负电子对撞机(Beijing E—lectron Positron Collider II，简称BEPCⅡ[1])及其探测器——北京谱仪(Bejing SpectrometerII，简称BESll[2])正在建造中。束流管位于BESI]I子探测器——漂移室(DC)的内筒里，正负电子经加速聚焦后在束流管中进行对撞，同时产生大量的热作用于束流管内壁，引起束流管外壁温度的升高，过高的温度或温度波动均会影响IX;的正常工作，物理实验要求束流管外壁温度控制精度为20土2℃，因此有的束流管冷却系统对束流管进行冷却。为了保证BESⅢ的运行，同时为了提高BESII束流管冷却系统的控制精度，开发BESⅢ束流管冷却系统的自动监控系统，负责BESII束流管冷却系统的运行。

1 BESⅢ束流管冷却系统工作流程

束流管由一个管和两个外延铜管三部分焊接而成，每一部分均为具有冷却腔的夹层结构，冷却介质从夹层冷却腔中流过实现对柬流管的冷却，其中管的冷却介质为1号电火花油，称之为一次循环冷却油，外延铜管的冷却介质为去离子水，称之为一次循环冷却水，对一次循环冷却水(或油)进行冷却的水称之为二次循环冷却水。相应的，BES Ill束流管冷却系统由一次循环冷却系统和二次循环冷却系统组成。如图l所示的一次循环冷却系统可以分为一次循环冷却油系统和一次循环冷却水系统，分别对管和左右铜管进行冷却。冷却过程中，从束流管流出的温度较高的一次循环冷却油(或水)进入到油箱(或水箱)，经换热器与二次循环冷却水进行热交换，成为温度较低的一次循环冷却油(或水)，进人束流管的管(或外延铜管)，带走束流管中的热量，流回油箱(或水箱)。

 　　正负电子对撞过程中，作用于束流管内壁的热功率会随着束流管聚焦磁铁的安装精度、束流控制精度和束流性质的不同而改变，模拟计算表明，作用于束流管内壁的热功率小于750Wc。BESⅢ束流管冷却系统设计中，采用冷却介质定流量的方案，但热载荷的不稳定必然会引起束流管外壁温度的波动，从而影响BESⅢ的正常物理实验。为了解决这个问题，在一次循环冷却系统的油箱和水箱中分别放置电加热器，对束流管内壁热功率的波动进行补偿，在大热载荷下，确定冷却介质的流量值并固定不变，当热载荷变小时，采用PIE)控制电加热器的输出功率使油箱和水箱的温度恒定，在换热条件不变的条件下，保证束流管冷却液入口温度的稳定，减小束流管外壁温度的波动幅度。

图2为二次循环冷却水系统工作流程图，二次循环冷却水经换热器对一次循环冷却系统中的1号电火花油和去离子水进行冷却。为了保证BEPCII的连续正常工作，BESⅢ束流管冷却系统中的所有动力部件均采用冗余设计，互为备份。

2监控系统设计

2.1系统结构

可编程控制器(PLC)因为具有抗干扰能力强、指令丰富、数学运算和逻辑功能强、执行、通信和扩展能力强、体积小、低能耗等优点，已经在工业控制领域得到了广泛应用。在BEPCⅡ工程中，使用PLC结合上位机监测软件实现对BESⅢ束流管冷却系统的计算机自动化控制。自动监控系统的硬件结构如图3所示：冷却系统中的压力、流量和温度信号经探测器采集由显示仪表显示，同时转换为4～20mA的电流模拟输入信号进入PLC;PLC对关键点的压力、流量、温度和液位监测，在进行逻辑运算和判断后发出压力、流量、温度和液位等报警信号，并通过开关量对相应的外部设备(如油泵、水泵、冷水机)进行控制，同时通过模拟量来控制电加热器功率，保证油箱水箱温度恒定。

作为BESⅢ慢控制系统的一个子系统，BESllI柬流管冷却系统自动监控系统在实现对BESⅢ柬流管冷却系统立监测控制的同时，还要实现与慢控制服务器的数据交换和通迅，将关键点参数、设备运行状态、报警信号等数据输送给慢控制服务器，对于一些关键的信号，本地PLC直接通过开关量输送给慢控制PLC。

2.2系统的硬件组态

BESI]I束流管冷却系统自动监控系统的设计主要是根据冷却系统中的温度、流量、压力和液位来输出各项报警、控制油泵(水泵或冷水机)的切换、调节电加热器的输出功率。控制系统中有模拟量和开关量，分别为：

(1)模拟量输入：37个，采集温度、流量、压力、液位等37个现场参数。

(2)模拟量输出：2个，调节油箱和水箱中电加热器的输入电压，以控制电加热器的输出功率保油箱和水箱的温度恒定。

(3)开关量输入：14个，输入各个泵、冷水机、冷却水等是否准备就绪。

(4)开关量输出：17个，控制各个泵、冷水机的开启及各类报警信号输出。

根据计算存储器容量的经验公式：

Q=(1.1～1.25)×(DI×10+DO×5+AI/Ox 100)/1024

其中，Q为所需存储器容量，KB;DI为开关量输入信号个数;DO为开关量输出信号个数：A∥0为模拟量输入输出信号个数。计算得到所需存储器容量约为5 kB。

在保证系统性能的前提下，选用两套西门子$7-200系列PLC及其扩展模块作为硬件构成的基础Is]。两套CPU之间通过PROFIBUS线缆实现数据交换。硬件配置如下：

(1)处理器为CPU224，直流输入、继电器输出型。本机具有14个开关量输入，10个继电器输出，8k字节的程序存储器，扩展能力多为7个模块。

(2)扩展模块为6台EM231，4台EM235。每台EM231模块提供4路模拟量输入，每台EM235模块提供4路模拟量输入和1路模拟量输出，可以根据需要设置输入输出类型为电流型或电压型，本系统中模拟量输入输出类型为4-20 mA的电流信号。

(3)考虑到系统可扩展性，电源选为西门子SITOP 电源，其输入120/230VAC，输出24V/DC。本监控系统中，所需的直流电源分为两部分，一部分是扩展模块的直流电源，每个扩展模块需要的工作电流为60 mA，1号CPU上扩展4台模块，共需要4×60=240mA，2号CPU上扩展6台模块，共需要6x 60=360 mA，扩展模块所需电源直接由西门子SITOP 电源提供;另一部分是外部传感器及开关量输入输出的直流电源，每个外部传感器所需的工作电流为20mA，共需要39×20=780 mA，每个开关量输入点所需的工作电流为4 mA，共需要4×14=56 mA，每个开关量输出点所需的工作电流为9mA，共需要9×17=153 mA，这一部分电源由另一台直流电源提供。将两部分电源分开供电，是为了避免继电器对扩展模块的干扰，以保证系统的性。在直流电源的输入端接有10 A的小型空气断路器，起到过流、过热和短路保护的功能。

2.3控制软件的设计

BESm束流管冷却系统PLC终端软件是监控系统的，在Step 7-Micro/Win编程环境下以梯形图语言在PC机上编写，经调试编程后下载至PLC。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。主要由下列几个模块化程序组成：

(1)主程序：手动操作和自动操作模式的转换;通讯自检;监测各物理量是否限并报警;PID控制模拟量的输出，调节电加热器的输出功率;两个CPU之间的数据传送。

(2)冷水机自动切换子程序：在冷水机发生故障时，两台冷水机进行自动切换。

(3)油泵自动切换子程序：在油泵发生故障时，两台油泵进行自动切换。

(4)水泵自动切换子程序：在水泵发生故障时，两台水泵进行自动切换。

(5)温度、流量、压力和液位量程转换子程序：将输入的4～20 mA信号转换为相应的温度、流量、压力和液位值，方便PC机上监测界面的显示。

BESm束流管冷却系统的自动监测系统流程图如图4所示。

2.4监测软件的设计

BESS束流管冷却系统自动监控系统的监测软件采用Controx 2000编写而成，能为值班人员系统的运行状态信息，并可以对某些参数进行设置和控制。当有异常状态发生时能立即给出声光报警，同时将所有的信息存人数据库供本地和远程用户实时或历史查询。具体功能包括数据的采集、远程控制、图形显示、存储、报警、实时和历史曲线显示、日志查询和报表生成等。其中当前报警是作为后台进程在系统启动时启动，设置参数、数据采集、数据库存储、日志记录、报警历史、实时曲线、历史曲线、日志查询等都是通过动态调用Ⅵ的方式调用。图5为自动监控系统的监测主画面。

本监控系统的监测软件功能有：

(1)参数配置

BESⅢ束流管冷却系统的自动监控系统参数配置主要有温度、流量、压力、液位的报警标准设定以及油泵、水泵、冷水机的状态设定。

(2)实时曲线和历史曲线

用Controx提供的chart功能可以方便的实现实时曲线，通过读取实时新的DATAPOOL中全局变量的值来获得实时数据。DSC模块提供了本地数据库存储的功能，历史曲线的显示直接调用DSC数据库中的数据。

(3)报警和出错处理

当出现报警时，系统将给出声音报警，并将报警信息显示到报警窗。当出现网络通讯中断等，系统也给出声音报警，同时将错误信息显示到错误窗，以便维护人员在短的时间内对错误进行处理，恢复系统的正常运行。

(4)日志记录和策略

当系统中出现报警时，相应的报警信息将被存储到日志文件，供系统维护人员查看系统运行状态。通过DSC模块提供的用户管理功能实现系统的策略，给不同的用户授予不同的权限，只有在用户输入密码登陆后才能获得其操作权限。

2.5 PLC控制系统的网络通讯

BESllI束流管冷却系统自动监控系统中采用的西门子S7—200系列PLC不仅支持简单的网络，而且支持比较复杂的网络，支持主一从通讯方式并且可以被配置为主站或者从站，通讯协议有点对点接口(PPI)、多点接口(御I)、PROFIBUS等。本监控系统中，两个CPU之间需要进行数据的传递，因此两个CPU配置为主从站，而PC机与PLC进行通讯时，需要将PC机配置为主站，PLC配置为从站，这就组成了复杂多主站通讯，使得Controx 2000跟PLC之间的通讯变得复杂和困难。OPC是一种用于过程控制的对象链接与嵌入技术，是在工业控制和生产自动化领域中常用的硬件和软件之间的接口标准，Controx 2000可以作为OPC的客户端支持OPC规范，西门子也提供了专门针对S7—200系列PLC使用的OPCserver—PC Access，这样通过OPC以三方通信协议的方式实现了controx2000和西门子S7—200之间的间接通信，提高了二者之间通讯性能，降低了维护难度。

在BEPCII工程中，BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统中的两个PLC从站所处位置与主站PC机的距离约为50m，出了西门子S7-200PLC系列Pc/PPI通讯编程电缆的3m距离，因此采用CP5611远程通讯卡实现PC机与PLC的CPU通讯口直接相连，以保证PLC与PC机的正常通讯。选用PPI通讯协议，波特率为9600。

3监控系统的性研究

对于BEPCII工程来讲，监控系统的性设计是为重要的。在BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统的设计中，从硬件和软件的角度采取了如下的措施，以保证系统具备运行性和性。

(1)硬件方面：

①强电和弱电分开走线，间距为大于15cm。

②电气元件采用全DIN导轨化设计。

③对总线通讯电缆的铺设采用冗余设计。

④PLC本身采用的光电隔离等抗干扰技术也是其他硬件线路所无法比拟的。

⑤信号采集线均为屏蔽电缆，电缆屏蔽层接地。

(2)软件方面：

①各传感器的信号读取后，采取持续数秒予以确认的方式，以瞬时干扰造成的数据误读，因此在软件中设置了温度、流量、压力和液位延时报警参数项，防止误报警。

②软件设计中采用了通讯自检措施。PLC中的一个变量不断计数，Controx 2000读回此数与原始数比较，从而判读通讯网络的工作状态，保证控制操作的正确性和性。

③涉及冷却系统性的重要信号均通过PLC开关量输出点以硬件信号传输给BES III慢控制系统。

@PLC的程度要比一般的PC机高，所有的自动控制功能和报警信息的输出都由PLC程序完成，Controx程序只是进行监测、数据库记录等功能，即使PC死机，PLC程序同样能实现自动控制。

4结束语

本文根据北京正负电子对撞机升级改造要求，采用通用PLC技术，对BESm束流管冷却系统自动监控系统进行设计，实现对BESⅢ束流管冷却系统的自动控制，监测软件实现了人性化操作。同时，从软硬件两方面着手，采取一系列措施提高系统的性和性。目前，BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统已经制作完成并投入到BEPC 11的工程调试中，运行结果表明，该监控系统满足BESm束流管冷却系统的工艺要求，自动化程度高，运行。本工作得到高能物理研究所赵京伟老师的精心指导和有益讨论，在此表示感谢。