6ES7211-0BA23-0XB0产品规格

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    1、引言

    在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置PLC。自从20世纪70年代台PLC诞生以来，PLC的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。

    本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例，介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中的运用。

    2、广州智光电机高压变频器简介

    广州智光电机有限公司推出的新一代ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的产品。该产品采用主流双DSP控制系统和大规模集成电路设计，通过的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。

    3、PLC在国产高压变频器中的设计使用

    3.1PLC主要逻辑控制

    （1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，K1～K4为手动操作闸，J1～J3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

    图1自动旁路柜

    自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：

    变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。

    变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作.

    （2）PLC控制系统原理图

    PLC主机选用输入输出点数48点，型号为FX2N-48MR，PLC作为系统逻辑量控制的控制，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。PLC控制系统原理图如图2所示。

    图2PLC控制系统原理图

    旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用PLC控制，接线简单，提高了性;旁路柜的逻辑改也变得很简单，只需修改PLC梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。

    （3）PLC功能指令实现高压变频器PID闭环控制

    用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。

    针对用户的要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20mA。这样通过读取指令（FROM）和写入指令（TO），以及PLC带有的PID闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行PID闭环控制。

    图3带有的PID闭环控制功能指令的PLC程序

    其具体编程过程是这样:PLC读取指令（FROM）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D12数据地址里;把用户的水压设定值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D10数据地址里;D200～D222保存PID的运行参数;D14为PID指令的运算值输出，通过PLC的写入指令（TO）把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V～10V或者4～20mA的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。

    在进行PID运行参数设置时，P、I、D的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。P表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;I表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱;D表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。

    攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢，因此PID的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间（T0）以及PID运算死区（M0），这样就可以把PID的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。

    （4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信

    为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录，PLC还配置了通信模块FX2N-232BD，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

    图4通信编程指令

    PLCRS232串口通信可使用无协议（RS指令）或协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:D8120用于设定PLC通信格式，D50表示发送起始地址，K60表示发送字节数量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字节数量。

    4、结束语

    高压变频器自动旁路柜采用PLC进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的性。现场PID闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在过0.1kg时，变频器能调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。同时通过PLC与高压变频器控制器的串口RS-232通信，在高压变频器液晶屏上能监视系统管网水压及PLC各种状态量。

   （四）PLC接入方式

    电力线通信技术，英文简称PLC，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频加载于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机或电话上，以实现信息传递。该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载，也就是实现四网合一。终端用户只要插上电源插头，就可以实现因特网接入。

    PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M～45M之间。PLC设备分为局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

    结论：

    尽管每一个宽带服务商都强调自己的宽带接入方式、便捷，但我们应该看到，由于受宽带接入服务商的网络规模大小、技术水平高低、从业时间长短等因素的影响，各种接入方式理论上所能达到的数值和用户的实际使用效果存在差距。例如LAN方式，尽管理论上用户的上网速率可以达到10M，而实际上，当前每个家庭用户的上网速率也就达到几百kbps。ADSL、LAN、HFC、PLC四种宽带接入方式只能说各具特色，优劣势也十分明显。

    由于用户家中大多数都已接入了电力线及有线电视线，因此，采用HFC、PLC两种宽带上网方式，用户无须在家中穿孔架线，不会改动家中原有设施。但是，HFC和PLC方式提供宽带接入推广的时间较短，技术上还不完善，受干扰的因素较多，用户在使用过程中往往会出现种种缺陷，所以还未被用户普遍接受。

    目前家庭用户实现宽带上网的主要方式是ADSL和LAN。LAN技术成熟、、结构简单、连接稳定、可扩充性好、便于网络升级，对于用户来说，上网速度较快。但是，LAN在地域上受到大限制，只有已经铺设了LAN的小区才能够使用这种接入方式，而且在接入用户家中时，还要架设网线，破坏用户家中的装潢。此外，LAN方式也面临着设备相对缺乏、IP地址资源要求数量大、运营管理水平要求较高等问题。

    ADSL方式不用对网络进行大规模改造，只要在现有铜绞线的两端分别加上一个调制解调器，即可使传输速率增加几十倍。利用ADSL技术开展宽带接入业务的优势非常明显，可以充分利用电信网现有的铜缆资源，减少资金投入并充分发挥铜线的潜力。其次，用户随时可以上网，无须每次重新建立连接，而且不会影响电话的使用，每个用户都可以享高速通道，没有阻塞问题。此外，ADSL接入保密性好，。因此，ADSL成为电信运营企业的推宽带接入服务。但是，ADSL线路上能够提供的速率对距离和铜线质量十分敏感，距离增加时，串音尤其是远端串音增加，将使线路品质劣化。

    总之，目前的宽带接入方式并没有哪一种是的，用户真正要选择的只是适合自己的方式。

  目前，家庭用户的宽带接入主要有ADSL、LAN、HFC、PLC四种方式可以实现，而由于拥有网络的限制，任何一家宽带接入服务商为用户提供的接入方式只能是其中的一种或两种。从实践来看，这几种方案在网络接入方式、用户负担成本、可以提供的服务内容等方面不尽相同，所适用的范围也大不一样。用户在选择宽带接入服务商时，考虑的是哪一种接入方式适合自己的需求，然后再确定服务商。因此，接入市场之争，就是接入方式之争。下面就比较一下这几种方案的特点、应用场合和利弊。

    （一）ADSL接入方式

    ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非对称数字用户环路）是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，成为继Modem、ISDN之后的又一种全新的、快捷、的接入方式。ADSL这种方案的大特点是不用改造信号传输线路，可以利用普通铜质电话线作为传输介质，只要配上的Modem即可实现数据高速传输，其有效的传输距离在3～5公里范围以内，而且距离愈远，速度愈慢。

    ADSL支持上行速率640kbps到1Mbps、下行速率1Mbps到8Mbps。这种带宽能否满足用户的需求呢？目前家庭宽带用户占用带宽大的需求是在线观看视频，网上一般流媒体都是以128kbps、256kbps或500kbps的速率播放，而目前北京通信提供的ADSL下行传输速率为512kbps，理论上可以满足各种在线播放需求，基本适合家庭用户的需求。

    （二）LAN接入方式

    LAN接入方式采用光纤接入，整个城市网络由层、汇聚层、边缘汇聚层、接入层组成。社区端到末端用户接入部分就是通常所说的后一公里。LAN方式是采用光缆＋双绞线的方式对社区进行综合布线，双绞线总长度一般不过100米，线路距离短，因而线路质量得到了好的。采用LAN方式的宽带服务一般是吉比特光纤进小区，百兆光纤到楼，10/100M到户的模式，这比拨号上网速度快180多倍，在传输速率上也基本可以满足用户的各种需求。

    由于采用光纤接入，在抗干扰方面，LAN方式较普通电话线上传输数据的ADSL方式优异。同时LAN接入的上下行速率是相同的，所以不会产生由于上行速率的限制导致干扰的情况。LAN采用以太网技术的接入方式，因而在地域上受到一定限制，只有已经铺设了LAN的小区才能够使用这种接入方式。

    （三）HFC接入方式

    HFC接入方式是基于有线电视网络提供的，由于其的行业性，目前这种宽带接入方式仅能由广电相关企业提供。HFC有线电视网的网络结构在光纤部分多数采用星形网，在电缆部分则采用树形分配网。这种网络结构对于有线电视网来说是相当优越的，但对于宽带高速综合业务网，就不是很合理，主要原因是有线电视网和综息网对性要求不同，综息网要求网络具有很高的性。有线电视网出了故障，造成的后果只是部分用户在某段时间看不好电视节目；而综息网一旦出了故障不能及时修复，可能会给用户造成不可的损失。

    HFC是在单向的基础上进行双向的改造来进行传输。由于它共享一条信道，它的带宽在用户量增加的时候，会不断减少，相互的干扰过大。没有一个网络在CABLE上的用户过5000个。目前有线电视网在带宽共享方式、网络、网络管理等方面依然存在缺陷。HFC方式和ADSL方式的共同特点是利用已经有的网络基础设施，它们共同的缺点是带宽进一步扩展能力有限