西门子6ES7223-1PL22-0XA8大量供应

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  一、引言

中国铝业公司青海分公司采用的160kA大型预焙阳中间下料电解槽，提供直流电流的整流系统采用110kV直降式有载调压整流变压器和二管整流电路，共有四套整流机组，单机组额定输出直流为1150V、56kA;正常为四套机组同时运行，各输出40kA、1150V的直流电，共输出直流为160kA、1150V;当有一套机组退出运行后，其余三套机组各输出53.3kA、1150V的直流电用以满足铝电解的正常生产。整流系统的整流器采用二管三相桥式同相逆并联整流电路，变压器采用分段中性点调压变压器和整流变压器组合，具有±35级调压，稳流控制采用有载调压开关进行粗调，饱和电抗器进行细调的控制方式。由于电解铝厂的整流供电系统通常要求是终端变电站，监控和继电保护设置比较单一、简单，但性强，程度要求很高。因此，项目采用了微机监控保护装置和综合自动化系统，对稳流部分采用了PLC控制的方案。本文主要介绍自动稳流控制部分的组成及控制特点。

二、系统配置

为了立于保护和监控系统而自成一体，避免相互干扰和影响，稳流系统全部采用AB公司SLC-5/04系列PLC组网，该PLC具有的DH+通讯网，通过板卡直接可与服务器相连。

PLC组成的网络结构稳流控制PLC按照N+1的原则配置，对4台整流机组各配置PLC，以实现小闭环控制;配置一套总调PLC，以实现大闭环控制。整流机组小闭环控制PLC用于单台机组的稳流控制，其目的是用PLC的PID控制器实现单台机组的直流输出与给定值相一致，以达到单台机组的稳流，并通过调节饱和电抗器偏移绕组的电流来实现同一台机组两个整流柜之间输出电流的平衡。采用一套总调PLC完成大闭环控制，调节所有的整流机组，大闭环总调的PID输出作为整流机组小闭环PID的给定值，使所组的直流输出相同。当产生阳效应时，可同时调节所组饱和电抗器的控制绕组电流，如无法满足稳流要求时，可自动判断降档升压。另外，大闭环还可实现恒安时控制、大需要控制、整流机组启停等功能。SLC-5/04 PLC具有PID运算功能和指令，可对系统做动态控制;有DH+和RS-232两个通讯口;机内配有高速计数器，以适应对机外高速信号的计数要求，CPU带有两个计数频率达2kHz的高速计数器，每个计数器可用程序复位，并可设置成加法计数、减法计数或相位差90°的两个脉冲序列;为系统备有的数字扩展模块(EM)，可以很方便的对系统的输入输出点做扩展;具有灵活的中断输入，以快的速度响应中断请求信号。

三、自动稳流控制

1、信号取样由于目前国产直流互感器的温漂做的不好，信号失真大，磁放大时间常数太长，不利于即时准确的控制等原因，稳流系统小闭环反馈信号取自于整流一次侧交流信号;稳流系统大闭环反馈控制信号取自于总直流互感器，经变送器把小信号传至总调PLC;整流系统总的输出电流由上位计算机系统通过通讯方式来设定。

2、控制功能在自动稳流系统中，PLC主要完成整个系统的逻辑顺序控制及所有PID回路控制。

其主要包括以下几个部分：

(1) 恒流控制

恒流控制是将机组的直流输出电流经变送器变换后反馈到PLC的输入端，与给定信号作比较后送给PI调节器进行控制。控制转换成控制输出脉冲并经功率放大后，去触发晶闸管整流电路的占空比，改变饱和电抗器的控制电流，从而达到机组电流稳定的目的。

(2) 平衡控制

由于饱和电抗器的特性不一致，经常造成机组之间以及同一台机组两个整流柜之间输出电流有较大的差别，使整流机组达不到额定出力。因此，把一台整流柜(A柜)的输出电流作为PLC的给定，另一台整流柜(B柜)的输出电流作为PLC的反馈，两者比较的结果通过PI调节器调节后，去改变A柜饱和电抗器的控制电流(B柜的控制电流保持不变)，使两个整流柜的直流电流始终保持平衡。此时，PLC输出2个4～20mA的信号，分别控制整流机组的A/B柜稳流。

(3) 总调控制

前已提及，电解槽所需总的直流电流等于几台单机组输出电流之和。由于单机组稳流可实现单机组输出电流稳定，为了使电解槽所获得的总电流加稳定，将总电流经互感器反馈至PLC输入端，与上位计算机的给定值进行比较计算，输出的作为单机组稳流的分调给定，从而提高整个电流稳定精度。总调PLC输出4个4～20mA的信号，同时用于控制4个整流机组的总调给定。一般饱和电抗器的控制深度为60V左右，当其饱和或截止时，PLC能自动调节变压器有载开关的升降，从而使总电流不论在多大的电压波动情况下，均能达到稳流的目的，扩大了调压范围。

(4) 恒安时控制

每3分钟实测一次电解电流值，并将在1小时内实测的电解电流值累加，累加结果与设定值进行比较，根据所求差值与小时剩余时间自动调整设定电流，以达到安时偏差自动控制。

3、控制方式稳流系统采用了四种控制方式。

(1) 自动/总调方式

在此方式下，有载开关升降档指令均由计算机控制。有载开关升降操作是通过饱和电抗器控制电流来确认有载开关的升与降，这个动作不影响系统的单个有载开关位置。如果机组的一个有载开关发生升或降的要求，这要求将送入计算机并引起所组有载开关同时升或降。

(2) 手动/总调方式

这种方式允许操作员进行总调，同时动作向上或向下，有载开关升降档通过外部按钮来实现。机组总的调整与自动/总调方式相同。

(3) 自动/分调方式

此方式用于单个机组与其他机组有不同基准的情况下。此时，本机组有载开关升降不起作用。

(4) 手动/分调方式

此方式用于单机组与其他机组有不同基准的情况下，希望由本机组有载开关升降来调整本机组的电流。总之，不管是何种控制方式，都是通过调整饱和电抗器控制绕组的控制电流对整个整流系统进行细调。判断是否需要调控有载开关，是通过检测4台机组的有载开关档位来确定应动作哪台机组的有载开关。当需要升压时，动作级;当需要降压时，动作。通常是4台机组有载开关联动。

四、结束语

原有稳流系统采用了模拟电路控制饱和电抗器来调节电流的方法，致使调试工作量大，控制精度低，在实际运行中时常发生进线闸乱动，动力变莫名其妙跳闸，数据报表与实际不符等现象。我们将原有稳流部分采用PLC控制后，使系统显示出以下几个特点：

(1) 性和稳定性得到了很大的提高，故障率明显下降；

(2) 由于PID调节器由PLC软件实现，使得整个系统的接线简单，易于安装，维护量减小；

(3) 不需同步信号，无相序要求，系统变得易于调试；

(4) 饱和电抗器的控制特性是非线性的，PLC能自动识别其工作范围，从而自动改变控制参数，提高了输出电流的稳流精度（单机组稳流精度达到了0.5%）；

(5) 操作简单，可方便地与计算机或其它设备通讯

1 引言

可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。在电力工业中，应用可编程控制器的场合比比皆是。例如电厂输煤系统、锅炉燃烧系统、汽轮机和锅炉的起动及停车系统、废水处理系统、发电机和变压器监控系统、整个电力网的联网通讯、调度及控制、利用可编程控制器进行软动控制等等。作为电力职业技术学院，在教学中让学生掌握现代自动化控制的技术以适应电力系统以及社会各企业对高技能人才的需要是非常必要的。

武汉电力职业技术学院电力工程系供用电技术教研室本着“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”的职业教育办学理念，与湖北华茂机电技术工程公司联合开发、研制的PLC工业控制实训系统(如图1所示)，注重实用性，兼顾前性、通用性，努力营造工业现场环境，创造工业现场气氛，所组成的工控系统与生产现场所使用的设备一样，在国内尚属例。

已经引起相关部门的关注。该装置已被欧姆龙自动化(中国)统辖集团作为CP1H应用范例登载在中国电工技术学会“培训部”的宣传图册上。

2 系统简介

该实训系统大的特点就是对学员的训练可做到由浅入深，由易到难，设计巧妙的控制对象，在学生实验(训)中起到了非常好的效果。实训系统采用日本欧姆龙公司目前新、优势的PLC——CP1H-40CDR-A作为控制主体，同时配有触摸屏、变频器、温度控制器等具备通讯功能的控制设备以及工业现场常用的传感器、旋转编码器、接近开关等等，系统的下层还配有一台三相异步电动机、一台直流电机及一个加热器等控制对象。实训项目从基本的PLC编程、变频器、温控器及触摸屏单的实际训练(包括控制对象)开始，逐步深入通过RS232口和485口进行各设备间的相互通信，形成闭环控制系统。可编程控制器主机可准确地处理来自传感器、计时器、温度调节器、开关等控制部件的信息，有效控制机器与设备的运转。以可编程控制器为，配合触摸式画面的可编程终端便于对生产对象的控制与参数的变，作为操作者与机器设备人机交互的界面，在提高生产效率方面可发挥重要的作用。

在工业控制领域，各种生产设备、控制器以及智能仪器仪表等往往分散在工厂、车间的不同地方，如何将这些控制设备连接起来，完成对现场信息的实时、通信以及对设备的实时控制、监视和远程维护;如何把厂房处于不同地理位置上的PLC与PLC、PLC与计算机或PLC与智能装置间通过传输介质连接起来，实现通讯，以构成功能强、性能好的控制系统等等，这些都是工厂自动化网络解决的问题。

根据工业现场的实际情况，该实训系统还具备强大的网络通讯配置供学生实训用：上层采用以太网(Ethernet)来实现高层数据传送，以太网模块使得PLC可以作为工厂局域网的一个节点，在网络上的任何一台计算机都可以实现对它的控制。通过以太网通讯模块与上位机通讯，实现上位机的监控等操作，同时通过现场总线模块DRM21实现PLC与PLC间的数据共享。SCU串行通信模块实现与三方设备如DCS、锅炉等通讯，创造一个远程监控环境;中间控制层网络(Controllerbbbb)，是OMRON推出的FA(工厂自动化)领域用于在PLC间、计算机和PLC间进行大容量数据交换的网络，而计算机也可作为一个节点对PLC进行监控，编程运行组态软件;后通过设备层网络(DeviceNet)实现对底层控制设备的远程控制。

学生们通过PLC工业控制实训系统的训练，加强了综合实践能力的培养，对于提高学生动手能力，提供了有利的条件。对增强学生岗位适应性，缩短上岗前的培训时间(“”技能型人才)，使学生真正成为对企业有用的高技能型人才具有特的作用。

3 控制实例

电力生产设备大多是由电动机作为原动机进行拖动的，通过对电动机的状态进行控制从而达到对生产设备进行启动、停止的控制，改变生产设备的工作速度、运动方向等等。“PLC工业控制实训系统”具备了这些方面的功能。该系统通过变频调速器可对电动机进行速度调节，达到对生产设备的运动速度的调节;也可通过变频调速器配合接近开关，将电动机的运行信息输入到可编程控制器，可编程控制器根据这些信息对电动机的状态进行控制(启动、停止、调速、正反转等)，形成一个真实的工业闭环控制系统。通过触摸屏可以对电动机的状态进行控制和监视，同时还可以对变频调速器、PLC中的计数器和定时器的参数进行在线修改。下面对这个闭环控制系统作一简单介绍。

(1)控制要求

①当按下启动按钮SB1时，电动机以5Hz频率对应的速度正向启动;

②当转过200圈时，电动机以30Hz频率对应的速度加速运转;

③运转200圈，电动机还是以30Hz频率对应的速度由正转变为反转;

④反转100圈，电动机停转(也可以通过手动停止按钮SB2控制电动机停转)。

(2)控制系统的组成

该控制系统由PLC、变频调速器、三相异步电动机、接近开关、触摸屏等组成。其框图如图2所示。

该控制系统的接线如图3所示。

图3电动机控制系统接线图

系统中，PLC与变频器之间通过RS485通信口采用Modbus—RTU简易主站功能进行串行通信;PLC与触摸屏之间通过RS232通信口进行通信。

4 程序的实现

要对变频器本体的参数进行设定：选择RS485通信口进行通信;波特率选9600bps等等。然后对PLC进行设定：设定通信波特率9600bps、8位二进制/偶数校验/停止位1(8.1.E.9600)、串行网关等等，如图4所示。

图4PLC设定

实现该控制的部分梯形图程序如图5所示。

图5梯形图程序

程序说明：通过安装在CP1H上的串行端口1向地址为1的变频器发送指令，以改变变频调速器的参数，达到对电动机状态的控制。

当按下和输入端0.00相连接的启动按钮SB1时，变频器开始驱动所带的电动机以5Hz频率对应的速度开始低速正向启动;电动机每转一圈，元件接近开关会产生一个脉冲，这时在PLC的0.03输入端(与接近开关相连)就会有一个信号输入，计数器CNT0000的当前值会自动减1，当电动机转过200圈时，通过程序的执行，变频调速器的频率参数由5Hz改写为30Hz，电动机将以30Hz频率对应的速度加速运转;当电动机提速运行转过200圈时，执行程序将变频调速器的参数由正转改写为反转(频率参数仍然保持为30Hz)，这时电动机就会由正行变为反行;当反行100圈时，电动机会自动停转。

1、引言

我公司在开发研制生产割草机变速器的过程中，为试验割草机变速器的工况状态，专为割草机变速器设计生产了试验台。试验台能够模拟变速箱实际工作状态，并测量和显示出其转速、扭矩、振动、径向压力和箱体温度等性能参数，经系统后台数据处理和综合分析后生成测试报表。用户可以方便地完成各种类型试验，并得到相应报表。系统功能齐全，人机界面良好，操作简单，抗干扰能力强，目前已投入实际应用。该试验台的离合装置试验是针对带有离合机构的变速器而增加的功能，主要用于离合装置寿命试验。开始设计的线路为用JS7时间继电器控制线路，控制线路多，接线复杂，且继电器长期带电工作，继电器触点易老化，继电器机械寿命也不能达到要求。随着设备的运行时间越来越长，故障点相应增加，维护工作量越来越大，严重影响割草机试验台的运行。为试验的稳定运行，需对原继电控制系统进行改造。

2、项目的实施简介

该项目为适应工况要求增加的试验带离合装置的割草机变速器离合寿命试验。试验要求：连续运转150小时，离合齿轮啮合10秒/次，离合齿轮分离5秒/次，即离合周期为15秒。150小时的离合周期数为36000次。该试验目的为：(1)试验离合弹簧拉力和寿命能否保证36000次离合试验;(2)试验割草机变速箱在加载的条件下变速器的离合齿轮离合及磨损状况。这两项达标，才能保证离合装置。经方案设计，项目与2004年实施后，通过轻载试验、加载试验证明试验效果良好。功能齐全、稳定，投入试验至今，已了较好的社会效益和经济效益。

3、系统组成

割草机变速器试验台离合装置PLC控制系统是以可编程序控制器PLC为的控制、执行、声光报警和一次、二次外围元件组成。CPM系列PLC在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，就是作为小型控制器或在传感控制器应用，也能适应生产现场不同的需求。因此我们选用可编程序控制器的型号为CPM2A—20CDR-D。该机型体积小、可与计算机通讯，便于监控、调试和排除故障，丰富和完善了对试验台的检修、维护手段，提高了自动化水平。本系统共需5个输入点和5个输出点，PLC电源电压选用AC220V, 输入额定电压为PLC内部电源DC24V, 输出额定电压为PLC外部电源DC24V,输出电流为2A/点，采用继电器输出方式，程序表达使用梯形图形式，本系统仅设置自动工作方式。下图为PLC外部I/O接口(见图1)和梯形图(见图2)。

图1 PLC外部I/O接口

4、编程技巧

许多延时电路和计数电路都要按照一定的步骤进行，各动作间的连锁和互动关系必然复杂，如果用一般的逻辑进行程序设计，会使程序变得冗长和复杂。用可编程序控制器(PLC)里提供的计数器指令，也可完成长延时电路。不仅编制的程序简洁、直观，而且编程方法简单，容易掌握。下面就本程序的编制方法作简要说明：

图2 离合试验程序梯形图

该梯形图中，长延时电路采用1.0秒时钟脉冲和计数器CNT000、CNT001、CNT002组成，分别为秒计时、分计时、和小时计时，小时数设定为150小时。齿轮离合时间控制有TIM003、TIM004组成，采用联锁方式，离合周期为15S/T，实现齿轮啮合时间10秒和分离时间5秒的互换。动作原理：运行条件钮子开关闭合，按起动按钮，运行指示灯亮，长延时电路开始计时，实现秒、分、小时计数;同时TIM003、TIM004轮流10S、5S定时交替工作，实现齿轮离合，离合计数器开始计数，以便试验人员监视离合次数。齿轮离合电磁铁开始通电、断电工作，由电磁铁拉动弹簧使离合齿轮离合。试验过程中如主电机停转或冷却水压低，报警指示灯亮，提醒试验人员排除故障，故障排除后，按报警接除按钮，报警指示灯灭。试验时间到即开机150小时(或计数器显示36000次)，1002试验时间到指示灯亮，运行停止。运行条件钮子开关置关。可进行下一次试验。PLC控制接线图见图3。

图3 PLC控制接线图

5、安装和使用注意事项

安装和调试、使用时，一定要注意水压继电器的工作情况。因为我们的加载试验使用了磁粉制动器。磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的，它具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系，在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，响应速度快、结构简单等优点。由于电磁作用，长时间运行会使磁粉制动器表面温度升高，所以通入冷却水冷却，磁粉离合器运转后即通水(水压不大于1.5/cm2)冷却，使其表面温度不得过80℃。使用过程中，有时会出现管道堵塞、冷却水压低，造成报警指示灯LD2亮，应着重检查冷却水水压，或定期用除垢剂磁粉制动器内结垢的冷却管路。

6、结束语

割草机变速器试验台离合装置改造两年来，运行非常稳定、软件设计合理、操作简便易行，并由醒目的输入、输出指示，计时、计数准确，自动化程度高。经该试验台试验出厂的变速器产品质量、产量都有很大提高。