6ES7232-0HB22-0XA8产品

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引言

地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖于电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

地铁采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误，因此在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统运行的关键。

变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护等功能均由现场单元部件立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

地铁变电站自动化系统组成

在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式。下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV 交流微机保护测控装置、直流1500kV 牵引系统微机保护测控装置、380/220V 监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，己被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC 来实现地铁变电站自动化的RTU 功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了ModiQuantum 系列PLC ，来实现变电站自动化的RTU 功能.QuantumPLC 具有模块化，可扩展的体系(con) 结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容盈的PLC 产品。

随着保护装置功能的日益强大，PLC 可以通过与保护装置的通讯来实现三遥功能。一些特殊要求的情况下，采用DI, DO, AI 模块来实现遥控、遥测和遥信。使用PLC 的DI 模块来实现遥信、用PLC 的DO 模块来实现遥控、用PLC 的AI 模块来实现遥测、用PLC 的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC 的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

地铁变电站自动化系统设计

系统结构

变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC 。CPU 模块采用80586 处理器，主频66MHz ，内存2M ，并配有存放数据、可调参数和软件的RAM 和FLASH MEMORY 。能对CPU 及I/O 进行自诊断。

通讯模块采用Modbus+ 通讯模块。系统结构如图1所示:

图一系统结构图

间隔层的微机保护装置经过RS 一485 总线分成几个组，连接到网桥的Modbus 通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+ 网络送到主监控单元PLC 。

系统的主监控单元通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS 网桥NW-BM85C002 MB+ 网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS 协议的数据进行协议转化，通过MB 十网络与PLC 建立网络通讯，同时在信号屏中还配有可编程网桥NW 一BM85C485 ，通过MB+ 网络与PLC 连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS 一485 口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC 一60870-7-101 与控制通讯。

系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS 一422 接口采用IEC60870-5-101 标准规约实现与控制通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422 接口MODBUS 标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC 的CPU 模块负荷率，提高系统的性。

配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时，液晶显示报置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息，并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择，必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

“就地一远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在信号屏内设有“就地一远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

系统的电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动运行，提高系统的性。
开放式、宜扩展性设计可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus 等)的其它公司相关的(IED) 互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。

网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN 、422 、modbus+ 等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和性。

软件设计

PLC 软件方面，由于PLC 以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU 功能，PLC 采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过Modbus 总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了Quantum 系列PLC 配套的con-cept 编程软件中的FBD 方式，进行了PLC 的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。

如图2所示的遥控功能的组态。通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块既有concept 软件的FFB libarary 提供的标准功能块，也可以自己定义，编写特制的功能块。

图二　遥控功能的组态

遥信的实现有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC 与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC 中，并将其上送给控制。另一种为DI 模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC 的DI 模块能够感知设备的变位信息。

遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC 通过与智能保护装置的通讯，实时保护装置的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为AI 模块方式，由PLC 自己来完成现场的遥测量，并将采集到的数据存放。网桥将RAM 中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制进行通讯。

网桥中的报文接析程序分析控制传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将的遥控对象信息写入PLC， 由PLC 程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

系统功能及特点

变电站自动化对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联
跳功能。

变电站自动化系统的特点:

(1) 完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行性。
(2) 开关、闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。
(3) 监控系统采用PLC 代替传统的RTU ，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。
(4) 取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
(5) 简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。
(6) 对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

结束语

在实际运行中，网桥与控制的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。

PLC 硬件由于应用工业级性设计，因此实际运行中非常，绝少出现死机的情况，性远采用bbbbbbs 操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC 还没有出现过硬件故障，凸显了PLC 对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和换为便捷。

需要改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

1. 筛板冲孔装置及其控制系统

矿用振动筛筛板(冲孔板)在冲孔加工时，大都是操作工先在钢板上标出孔的位置，然后再由人工进料用冲床冲出。这种加工方式劳动强度大、工作效率低、加工精度难以保证。为此我们研制了自动冲孔系统。 筛板冲孔装置由冲床、 横向工作台、纵向工作台、接近开关，交流接触器，中间继电器，S7-200，TD200等。产品制造流程是：手工上料，按自动运行按钮，横向步进电机和纵向步进电机分别启动完成工件的横、纵向进给，从而冲床完成工件的加工，后横向工作台和纵向工作台回到原始位置。除了具有自动完成横、纵向进给，此装置还具有点动进给功能。 此装置以德国西门子（SIEMENS）公司S7-200系列PLC对冲压机进料系统中的两个步进电机进行控制，实现横向和纵向的自动进给。并使用TD200对工艺参数进行设定和显示。为降，本系统使用了一个步进电机驱动器来驱动两个步进电机。TD200是专门为S7-200系列PLC配备的操作员界面，它是一种连接简单，操作方便，功能强大的实用性人机界面解决方案，它通过一根TD/CPU电缆和PLC实现互连，它具有如下功能：

（1） 显示从S7-200CPU中读取的信息；

（2） 可以调整选定的程序变量；

（3） 提供为具有实时时钟的CPU设置时间和日期的能力；

（4） 提供强制、非强制I/O点的能力；

（5） 提供八个可供用户定义的设定和显示功能。

TD200在系统中的使用使PLC功能丰富，PLC与用户的接口界面友好，PLC的可操作性大大提高。

<strong>2. 系统控制工作原理

本系统控制原理如图1所示。各部分的功能分别介绍如下：

图1.系统控制原理图

1）步进电机驱动器控制原理

驱动器的控制功能主要通过四个输入点完成。

（1）公共端接地。

（2）脉冲信号输出：每来一个脉冲，驱动步进电机运行一个步距角。

（3）方向信号输入：控制步进电机的两个转向，高电平正转，低电平反转。

（4）脱机信号输入：该端接受PLC控制信号，低电平时，步进电机相电流被切断，转子处于自由状态（脱机状态）。高电平或悬空时，转子处于锁定状态。

2）步进电机DJ1、DJ2的功能：DJ1用于纵向进料控制，DJ2用于横向进料控制。

3）其他部件的功能

（1）接近开关JJK1用于措施，它确保在冲床的冲头提起回到原位后进料台才送料，以免原料将冲头卡住。接近开关JJK2，JJK3分别是纵向工作台和横向工作台的限位开关。

（2）B1是自动运行按钮；SB2是手动工作台前行按钮；SB3是手动工作台后行按钮；SB4是手动工作台左行按钮；SB5是手动工作台右行按钮；SB6是系统停止按钮。

3. PLC控制程序

PLC控制程序用梯形图进行编程，完成自动和手动两种运行方式的控制。此PLC控制程序由一个主程序和两个子程序组成，一个子程序完成自动运行，一个子程序完成手动运行。其控制程序(部分)如图2所示：

图2. 控制程序图

在自动方式下，横向步进电机运行完成行孔的加工，然后，纵向步进电机使原料纵向进给；横向步进电机再次完成二行孔的加工。按此顺序完成整个筛板的冲孔加工。后工作台回原点，以准备下一个筛板的加工。在手动方式下，可以分别完成工作台前进、后退、左行、右行的操作。

4. 结束语

基于PLC控制的冲床进料系统可以实现所要求的技术性能，利用TD200可以改变选定的程序变量并且可以显示过程值。此系统已经投入运行，而且运行状态良好，为操作人员对筛板冲孔的操作和实时监控带来了大的便利，达到了预期的控制要求。

六面压机的对控制装置的要求
六面压机为人造金刚石合成的关键性设备，它具有多规范、自动化程度较高的特点，过去采用继电器-接触器方式进行控制，其逻辑关系繁琐，所用继电器数量较多（四十多个），因而鼓胀率较高，常由于继电器动作失灵导致压块撞碎，甚至损坏锤，增加了原辅材料消耗，影响到设备正常运行。另外，六面压机对六只压缸的定位精度及同步性能也有一定的要求，过去的继电器-接触器控制方式存在着响应速度慢、动作迟缓、衔铁粘滞、接触不良等现象、使得六缸定位及同步性能变差，增加了硬质和金锤损坏的机会。所以，六面压机对控制装置提出了这样的要求：
1、性要高
2、六缸定位及同步控制性要好
针对以上二个基本要求，结合六面压机的工艺特点，我们利用PLC控制压机使之按以下的程序工作（如右图所示）：

PLC机型选择
PLC机型选择的着眼点不外乎有这样几个方面：1、确定控制规模，即I/O点数；2、价格；3、售后服务是否，我们经过充分调研，以及考虑日后维修上的便利后，终确定选用中外合资无锡华光电子有限公司生产的SR-21PLC,这是一种性能价格比较高的小型PLC，大I/O点数达168点，大容量达1.7K~3.7K指令字，模块化结构，配置灵活，有多种I/O模块和特殊功能模块。该PLC指令丰富，有数据处理功能，能和上位机连接，组成工业局部网。与之相配套的外围设备也基本上能满足用户要求，有打印机接口、EPROM写入器，可接磁带录音机。

控制装置的配置

根据压机工艺特点和对控制装置的基本要求以及整个装置的成本所确立的配置原则，我们决定采用I/O点数80点这一规模的PLC,为了便于今后操作使用，还配置了编程器及打印机接口单元。

电路设计

我们将122~127六个定义号接上接近开关输入信号，分别作为右、前、上三缸活塞空程前进时是否越位以及充液时六缸（此时包括左、右、下三缸活塞）是否同时运行（即同步动作）的监测，其余的I/O接按钮，行程开关，外设时间继电器、接触器、220V交流电磁阀、指示灯等电气元件。在实际安装过程中，为了防止电磁干扰，所有输入线与强电导线严格分开；接近开关输入信号线用双绞线；PLC电源侧加装隔离变压器；所有电磁阀及接触器线圈两端并接R-C吸收器。由于考虑到成本及PLC对来自电源干扰抑制器。

软件设计及数据处理功能的应用

1、 软件设计：
为了叙述方便和节省篇幅起见，我们这里仅列出自动工程流程图。
分段工作程序与自动工作程序基本相同，只是在保压结束后不会立即自动卸压，需操作者掀压增压器卸压（即分段卸压）按钮后才卸压，然后直至程序结束。调整程序主要用于手动调整六缸活塞的位置。
2、 数据处理功能的应用
由于篇幅，我们这里仅举例说明SR-21数据处理指令在六缸同步监测及调整时防止多个按钮同时操作的用法，下面逐一说明。
（1） 监测程序模块
左图为监测程序模块的框图，框图中的延时是根据具体设备中六缸活塞运动响应快慢来设定的，时间短要求六缸活塞在充液时基本上要求同时开始运动，时间长则允许六缸活塞在充液瞬间是不会同时开始运动的，由于液压系统的调整、高压油路的长短，活塞的摩擦阻力，流量的大小等因素均可能影响到每只缸活塞响应速度的快慢，总会有少数缸的活塞运动出现滞缓运动的现象，当这种现象比较严重时，就可能会产生六缸压时六只锤不在线上的现象，从而导致故障发生。同步监测的目的就在于：当滞缓现象较严重时，能发出不同步报警信号，同时停止六缸活塞运动，让操作者及时做出相应的处理。
（2） 同步监测梯形图
梯形图如图所示，它是上面程序框图的具体应用。值得提出的事，梯形图中用772、773、774标志继电器作为compare（比较）的结果，当六缸活塞同步时，与常数63（BCD数）比较结果相等，标志继电器773建立，否则772获774间里，不同步报警。
（3） 调整防误操程序框图
这部分框图见下图。需要说明的事，这仅为上、前、右、下四缸活塞手动调整时的程序，其它一些调整动作属不同组，原理相似。这种防误操程序能有效的防止操作者在按某个按钮，也有防止其它组的按钮误按而造成设备故障。
（4）防误操作梯形图

结束语
实践证明，PLC在六面压机改造中的应用是的，所采用的数据处理功能使设计的监测及防误操作程序达到了预期的要求，PLC能在工况较恶劣的环境中使用，而不多考虑电压波动、电磁干扰，环境温度和湿度对它的影响，整个控制装置能稳定的运行

1 引言
气箱式脉冲袋收尘器是具有二十世纪九十年代水平的收尘器。它综合了分室反吹清灰和喷吹脉冲清灰等各类袋式收尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不够、喷吹脉冲清灰与过滤同时进行等缺点。本文介绍基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC控制的气箱式脉冲袋收尘器的应用实例。
2 气箱式脉冲袋收尘器的工作原理
国内某水泥厂有一套气箱式脉冲袋收尘器。该收尘器共有9个分室，其中每个分室有1个提升阀和1个脉冲阀，共计18个控制阀。这些控制阀的分类如表1所示，接线图如图1所示。下面介绍控制阀的工作原理。
进行分组。18个控制阀被分为A和B两个阀组，控制阀YV1～YV10组成阀组A，控制阀YV11～YV18组成阀组B，通过阀组选通继电器KA6来进行阀组A或阀组B的选通控制。
然后进行分类。18个控制阀是由提升阀和脉冲阀等两类控制阀所组成，每类控制阀各有9个。通过脉冲阀选通继电器KA7来进行脉冲阀的选通控制。
例如，如果阀组选通继电器KA6吸合，分室1选通继电器KA1也吸合，那么提升阀YV1动作，而脉冲阀YV2不动作。如果此时脉冲阀选通继电器KA7也吸合，则脉冲阀YV2也动作，实现分室1的清灰动作。其它分室的动作与分室1类似。
表1 气箱式脉冲袋收尘器控制阀的分类

图1 气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图

3 PLC控制系统硬件设计
该系统以前采用单片机进行集中控制，分室的清吹时间和喷吹脉冲依靠时间继电器来进行设定和修改。单片机程序的可读性差，系统不易维护，程序改复杂。而且由于单片机控制系统的性和抗干扰能力较差，在现场恶劣的环境下，该控制系统经常出现故障。我们对运行环境进行了现场考察和反复研究，在性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，采用、实用、的PLC对多个分室进行集中控制，提出了基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统改造方案。
根据图1所示气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图，通过对阀组和阀类的选通来控制某一个阀，因此，PLC控制系统只需使用7个开关量输出点就可以控制18个阀。此外，PLC控制系统至少需要自动起动和过载保护等2个开关量输入信号。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量I/O的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点，满足系统要求。系统的I/O点分配如表2所示，PLC外部接线如图2所示。
表2 PLC控制系统的I/O点分配

图2 气箱式脉冲袋收尘器PLC外部接线图

4 PLC控制系统软件功能
改造后的PLC控制系统有手动和自动两种运行方式。
4.1 手动运行方式
当PLC检修或系统其它环节出现故障时，可以将控制系统随时切换为手动运行方式，通过手动转换开关、按钮和继电器等对收尘器进行控制。手动运行时，阀组的选择如图2所示，将手动/自动转换开关SA0扳到手动位置，通过阀组选通转换开关SA6选择要清灰的阀组。然后通过分室手动选通转换开关SA1～SA5选择分室1至分室9的提升阀，如图1所示。通过脉冲阀手动选通点动按钮SB1选择分室1至分室9的脉冲阀，如图2所示。
4.1 自动运行方式
如图2所示，将手动/自动转换开关SA0扳到自动位置，则PLC控制系统根据预先编好的控制程序，自动控制相关设备的运行。当控制系统给出自动运行的信号后，过载保护开关FR1用来自动检测系统的负载情况。如果系统发生过载，则禁止系统运行，并发出报警信号。如果没有发出报警信号，则系统延时5秒钟后进入自动运行状态。
分室1的提升阀1关闭（Q0.0和Q0.5输出）。2秒钟后，分室1的脉冲阀1动作（Q0.6输出）。0.15秒钟后，分室1的脉冲阀1停止动作（Q0.6停止输出）。8秒钟后，分室1的提升阀1打开（Q0.0和Q0.5停止输出）。
分室1动作结束后，延时5秒钟，分室2动作。
分室2的提升阀2关闭（Q0.1和Q0.5输出）。2秒钟后，分室2的脉冲阀2动作（Q0.6输出）。0.15秒钟后，分室2的脉冲阀2停止动作（Q0.6停止输出）。8秒钟后，分室2的提升阀2打开（Q0.1和Q0.5停止输出），
以此类推，直至分室9清灰结束，完成一个循环。下一个循环又从分室1开始清灰。如此循环执行清灰过程。

5 PLC控制系统的优点
气箱式脉冲袋收尘器控制系统的改造选用和利时公司的小型一体化PLC取代了原系统中的单片机，较大程度地提高了系统的配置，增加了系统的灵活性，能够好地满足用户的需求。本系统有以下优点。
（1）连锁与保护
在系统中，相关设备的运行要求具有一定的连锁关系和时间顺序，这些功能由PLC的连锁程序完成，从而保证了系统的运行，避免发生堵塞。
（2）灵活性
通过PLC面板的电位器，无须专门工具，也无须知识，一般操作人员可以方便地设定清灰的时间间隔。利用PLC的内部时间继电器取代传统的时间继电器，不但节省和简化了系统的硬件，而且计时加、准确和稳定。
（3）性高
本系统的控制是和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC，能够在恶劣的环境中长期、、无故障地运行，接线简单，维护方便，隔离性好，抗腐蚀能力强，能够适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。
（4）功能强大
和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的编程语言遵从IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。除了具有传统的指令表、梯形图和功能块图等编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图等编程功能。和利时公司的PLC系统提供了多种应用功能模块，包括各种通讯功能模块、可以具体到年月日和时刻的多种定时器和长时间继电器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。
6 结论
改造后的气箱式脉冲袋收尘器PLC控制系统的实际运行结果表明，基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统达到了预期的效果，实现了对气箱式脉冲袋收尘器的控制，可以方便地改收尘器的设定时间，减少了外部电路与元器件，具有、、经济、灵活等显著特色。

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