西门子6ES7214-1AD23-0XB8技据

西门子6ES7214-1AD23-0XB8技据

  为避免变频器在达到额定压力时出现转速波动的情况,控制死区宽度设置为1.6×±0.625%=±0.01MPa,即当测量压力与设定压力出现±0.01MPa误差时,变频器转速恒定不变。

    变频器小转速为额定转速的20%(10Hz)。

    待系统运行稳定后将1#/2#泵调节回路设为自动控制。

    控制回路名称:BPQ1

    过程变量:PI-204(二次回水压力/滤污器出口)

    字串6

    控制输出:1BPQ-F(1#/2#疏水泵变频器转速调节信号)

    （7）该换热站监控系统共需处理72个数字量输入点、64个数字量输出点、48个模拟量输入点和10个模拟量输出点。

    （8）可使运行操作人员通过上位机中的视频窗口实时监控现场设备运行状况。

    按照上述设计要求，整个换热站自控系统可具有良好的自适应能力，可以实现无人值守、节能的设计目标。

    3系统选型及特点

    为了满足上面提到的换热站自控系统的设计要求，我们选用西门子公司SIMATICS7-300可编程控制器（PLC）和研华公司IPC-610工控机（IPC）构成的自控系统，再配以的WinCC软件，来实现换热站自控系统的各项功能。

    当前可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应用为广泛的位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，可方便各级连接。字串2

    S7-300采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处理器CP等模块，并且可以通过接口模块实现多个机架的扩展工作方式。根据要求本系统所选用的硬件产品，如下所示：

    （1）工业控制计算机（IPC）

    ADVANTECHIPC-610，PentiumⅣ2.8GHz处理器，512M内存，80G硬盘；

    （2）处理单元(CPU)

    CPU314，24V供电，48KB工作内存，DI/DO大1024点，AI/AO大256点；

    字串3

    （3）信号模块(SM)

    SM321，数字量输入模块3块；

    SM322，数字量输出模块2块；

    ①1#换热器二次供水温度调节控制回路

    主要功能:通过控制1#换热器一次蒸汽管网入口蒸汽调节阀CV-101A实现1#换热器二次侧热水出口温度的自动控制。

    控制回路名称:TIC-101A

    过程变量:TI-202A(1#换热器二次供水温度)

    控制输出:CV-101A(1#换热器一次蒸汽调节阀调节信号)

    ②1#换热器冷凝水水位调节控制回路字串5

    主要功能:通过控制1#换热器冷凝水排水调节阀CV-301A实现1#换热器冷凝水水位的自动控制。

    控制回路名称:LIC-301A

    过程变量:LI-301A(,1#换热器冷凝水水位)

    控制输出:CV-301A(1#换热器冷凝水排水调节阀调节信号)

    ③流量调节控制回路

    主要功能:通过控制流量调节阀CV-302实现二次回水压力的定压自动控制。

    控制回路名称:FIC-302

    过程变量:PI-204(次回水压力/泵入口)

    控制输出:CV-302(二次回水流量调节阀调节信号)

    字串5

    ④二次供水压力调节控制回路

    主要功能:通过控制循环水泵变频器转速实现二次供水压力的定压自动控制。

    控制特性:

    变频器小转速为额定转速的20%(10Hz)。

    控制偏差为±0.625%(±0.01MPa)

    待系统运行稳定后将1#/2#泵调节回路设为自动控制。

    控制回路名称:BPQ2

    过程变量:PI-203(二次供水压力/换热器出口总管)

    控制输出:2BPQ-F(1#/2#循环水泵变频器转速调节信号)

    ⑤二次回水压力自动控制回路

    主要功能:通过控制疏水水泵变频器转速实现二次回水压力自动定压控制。

    控制特性:

    当二次回水压力0.46MPa时自动启动变频器对系统进行,当压力达到额定值时变频器稳定在某转速恒定运行,系统稳定后可手动停止变频器运行。

    1 引言

    集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积作用，而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分。着眼于青岛市向现代化大都市的发展，华电青岛发电有限公司在市委、市及集团公司的支持下，积开展热电联产项目，满足了青岛市集中供热布局的大调整、大发展，及2008年会青岛赛区的要求。同时，也使整个青岛市区大气环境质量和市民生活品质得到了大幅度的提高。

    作为集中供热系统的主要组成部分——换热站，是热源输出的重要关口。2004年10月在华电青岛发电有限公司建成了青岛市市内大的无人值守换热站，供热面积达70万平方米，成为了青岛市自动化程度及投入率的换热站之一。

    2 换热站自控系统的设计要求字串7

    该换热站主要由三台汽水换热器组成的换热系统、四台循环水泵组成的循环水系统及两台泵组成的系统来构成。根据生产工艺设计要求，换热站的自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面（HMI），为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器（PLC）构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。

    （1）在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数。需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。

    （2）换热站的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制，进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。

    （3）根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，已达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。另外在控制器中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。字串8

    （4）自控系统通过加入时间日程表的控制，实现当中不同时刻对应不同的温度。

    （5）通过采用西门子的压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于控制器可编程的灵活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电机及变频器。当一台泵无法通过变频达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行。终实现加智能化的恒压控制。

    （6）对调节系统可采用手操器控制，确保进汽和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。

    楞编程控制器：

    可编程控制器中编写主机带频率正转、主机带频率反转子程序供洗涤环节调用，编写阶段一至价段五运行频率设定、阶段一至阶段五运行时间设定子程序供厂家修改变频器简易PLC程序中的参数。

    变频器:

    1)频率给定通道与命令给定通道均选择串口给定;主机各运行频率与运行指令由PLC通过通讯的方式发给变频器。

    2)将上限频率与运行频率设为130HZ。

    3)加速时间1、减速时间1（洗涤环节的加/减速速率2HZ/秒）设为65秒，加速时间2、减速时间2（脱水环节的加速速率0.5HZ/秒，减速速率1.5HZ/秒）分别设为260秒和80秒。

    4)V/F曲线电压值V1设为35%，频率值设定为20HZ否则电机会因起动转矩过低而无法启动;

    5)X1、X2端子设定为选择加/减速时间2功能，系统运行在脱水环节时（X2为高电平）加减/速时间2有效，变频器按加减时间2进行加/减速。

    6)X3端子设定为外部停机命令功能，当PLC给出停止命令或振动过大时（X3为高电平）变变频器停止输出。

    7)X4设定为简易PLC程序失效功能；系统运行在进水与洗涤环节时（X4为高电平）简易PLC程序不能运行。

    8)X5设定为简易PLC程序暂停功能；系统运行在脱水环节时如按下急停键（X5为高电平）简易PLC程序将暂停运行。急停复位后再从暂停处继续运行。

    系统控制：

    参数设置A.进入厂家参数画面设置洗涤频率、洗涤时间、延时停止进水时间。

    B．进入脱水参数画面设置阶段一至阶段五的运行频率与运行时间。

    手动控制按进水、洗涤、放水、低脱、中脱、高脱的顺序对设备进行立启、停操作，操作过程中程序运行不受设置的运行的时间与转鼓振动频率影响。

    自动控制A.设置好各运行参数后按下系统启动键，进水电磁阀打开转鼓开始进水简易PLC程序运行为无效。

    B．转鼓进水至中水位时洗涤启动，设备按所选择的洗涤模式（轻洗、标准洗、强洗）运行，设定的洗涤时间到达时停止洗涤。

    C．洗涤完成后开启放水电磁阀放水，简易PLC程序运行设为有效，放水至低水位时简易PLC程序开始按设定运行速度曲线运行。

    D．如在脱水时出现机械振动大时，接近开关接通（X3为高电平）变频器停止输出，直至转鼓停止后再从阶段一开始脱水。

    E．脱水环节完成后系统自动进入二次循环（二、三次循环时进水水位到高水位时再开始洗涤）

    6总结

    利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行的组合与设计。

2 工艺流程

    整个洗涤过程分为进水、洗涤、放水、脱水四个部分，系统从进水环节开始到脱水环节结束共循环三次。

    设备运行示意图：（见附图）

    A．系统运行循环三次：次循环转鼓进水至中水位时开始洗涤；二、三次转鼓进水水位时开始洗涤。

    B．洗涤方式分轻洗、标准洗、强洗（按正转、停止、反转、停止四步动作循环至洗涤时间到达）

    C．在20-80HZ频率脱水环节时如转鼓出现运行振动较大，则变频器停止输出至转鼓停止后再从20HZ重新脱水。

    3控制要求及功能

    A．洗涤设备应具备延时停止进水功能（即洗涤水进至中水位或高水位时开始洗涤但不关闭进水阀，直至延时时间到再停止进水）

    B．系统具备停止与急停功能（即系统在运行时按下停止键则终止所有运行，再启动时又从环节开始。按下急停键时则系统暂停运行，急停复位时系统再从急处继续运行）

    C．洗涤设备的启动、停止、急停操作、参数设定均由人机界面完成。

    D．系统使用变频器简易PLC功能来完成洗衣机脱水环节的多段速度曲线（段20HZ/20秒；二段50HZ/15秒；三段80HZ/15秒；四段100HZ/10秒；五段130HZ/10秒）

    E．洗涤频率加/减速速率2HZ/秒，脱水频率加速速率0.5HZ/秒，减速速率1.5HZ/秒。

    F．脱水过程中如机械振动大于设计要求的振动时，系统应立即停止变频器输出直至转鼓停止后再重新从阶段开始脱水（由振动开关提供信号）。

    G．变频器中的简易PLC一至五阶段运行频率与运行时间由可编程控制器通过通讯方式设定。

    4 系统控制原理

    该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。PLC与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。

    5 方案的实现

    触摸屏：

    通过对厂家参数画面进行相关参数设置，将设备的洗涤时间、洗涤频率、手动脱水频率、自动脱水简易PLC的运行频率及运行时间固化到可编程控制器中，再将运行频率与运行时间等参数通过自由口通讯协议方式传送到变频器中。

    1 设备及工艺要求

    整个装配线共有12个工位，其工艺流程如图1所示。    

图1汽车转向泵自动装配线工艺流程图

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    WS1.1工位用于把轴承压入端盖孔内。其工作过程如下：先把端盖放在压台上，再把轴承放入压头槽内，然后同时揿下双手按钮，如果轴承方向正确，则夹具锁紧，压机下压，否则，红灯闪烁报警，压机不工作，同时OP3操作面板上显示有关错误信息。当压机下压时，系统启动CoMoⅡ-S智能测量仪表，对压力和位移进行检测，如果结果合格，则绿灯亮，压机退回，夹具松开，可以将零件转入下道工序；如果结果不合格，则红灯亮，按下复位按钮后，夹具松开，取出零件，并让它通过废品确认检测点，再放入废品盒内，延迟数秒钟以后，方能重复下次循环，每次装配的结果都能以文本方式即时在OP3操作面板上显示出来。

    根据工艺要求，不仅终压力应控制在一定的范围，压入深度即位移量达到一定值，而且要求过程中的压力和位移也应满足一定的对应关系，不同的位移，对应的压力应控制在一定的范围，否则，加工出的零件不合格。为了能实时检测压力和位移，得出两者间的在线关系曲线，并据此对过程作出评估，采用了Kistler的CoMoⅡ-S智能测量仪表。这种新型监测仪表，内置电荷和电压放大器，可以同时采集压力及位移传感器两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及刻度，得出测量曲线，具有阀值、容差带、方框和终位等多种分析功能，可以根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，并能方便地与PLC接口。压机及其它机构的动作全部由气压驱动，为使压力平稳，选用了TOX气液增力缸作为压力元件，由电磁阀控制其升降。

    2 系统设计

    2.1硬件组成

    根据该工位输入输出信号的点数及控制要求，选用了性价比很高的SIEMENSS7-214PLC作为控制，同时还扩展了一块EM223数字量模块，此外，系统还包括直流电源模块，双手操作按钮控制模块以及PLC编程用的与PC连接的PC/PPI电缆等，系统硬件结构如图2所示。  

图2系统硬件结构图

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    为了实现人机对话功能，如系统状态及变量显示、参数修改等，还扩展了1台OP3操作面板，它通过一根电缆与PLC的本机通讯口连接。

    2.2控制软件设计

    控制程序采肧TEP7——Micro/WIN软件以语句表方式编写，不需的编程器，而OP3操作面板则采用ProTool组态软件编程。系统控制程序分自动和手动两部分。在手动部分，通过OP3可分别所有运动机构的动作，包括压机、夹具的作用、CoMoⅡ-S智能仪表的参数集选择及启动，便于系统调试。在自动部分，所有动作按要求顺序完成。为了使PLC与OP3之间相互交换信息，程序中定义了一些内部标志寄存器位，同时还使用了顺序继电器指令，使各程序步之间互锁，提高了系统性。自动部分程序流程如图3所示。    

图3控制软件流程图

    3 结束语

    汽车转向泵自动装配线采用PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备性，也大大提高了成品率，通过操作面板修改系统参数可以装配4种不同的产品，现场的各种信息，如工作状态、故障信息等可以声光报警及文字形式表示出来，方便了设备的操作和维护。该装配线自1999年10月在南京金志集团投入运行以来，工作稳定，加工出的产品经国外设备的严格测试，性能符合要求，了良好的效果。

    锅炉是各个行业日常生活、生产应用多的一种设备，而由于燃料的构成及热负荷随季节和需求量的变化较大。因此，锅炉燃烧所需的空气量和各燃烧部位也相应有较大变化，而配置给锅炉的都按所需的大量设计，如果控制不理想，会造成很大的能源损失，而变频调速器恰好能满足各方面的控制要求，从而达到理想的节能效果。

    鼓风机和引风机一般都采用控制风门挡板这一耗能的控制方式，相当部分电能损失在挡板上，如果采用变频调速器进行开环或闭环控制，来调整鼓、引风机风量，就能达到的控制状态和节能目的，而且方便了操作。

    炉排电机大部分采用多电机或滑差电机调速，这种调速方式不能与燃烧的需求量很好的配合，控制不够理想，会造成一定的燃料浪费，如果采用交流电机变频调速控制，就能达到理想的控制与节能效果，不仅方便了操作，也大大减少了维修量。

    蒸汽锅炉与热油锅炉的水泵和导热油泵都是固定转速，如果根据所需压力大小，采用压力传感器和变频器配合控制水泵与油泵，使其运行在转速，也能起到非常好的节能效果。

    用磊峰变频器调速取代风门档板及阀门控制流量，并控制给煤机，给煤量改善效果如下：

    1、节省用电约30-60%，约6～9个月即回收投资。

    2、提高燃烧效率，节省用煤10%左右。

    3、降低排烟浓度，避免冒黑烟的环境污染罚款。

    4、不必依赖有经验的操作人员，可以数据化控制。

    5、可以开环或闭环控制，也可选用RS-485通讯接口作电脑集口控制。

    6、多台锅炉并联运转时控制方便。

    7、驱动电机软起动，没有起动的冲击流。

    本公司产品在东北、西北地区锅炉改造已上几十台，效果十分显著。75吨锅炉（400KW，75KW，45KW，37KW均有成功应用）及汽车共生、造纸厂，食品厂、锻造厂、石化、染整、化工、制药、油脂、海产品加工等等……

    二、变频节能原理：

    风机是传送气体的机械设备，水泵是传送液体的机械设备，二者都是将电动机的轴功率转变为流体的机械能的一种机械，二者的工作原理基本相同。

    从流体力学原理得知，风机风量及水泵水流量与电机转速功率相关：风机水泵的风量（流量）与风机水泵（电机）的转速成正比，风机的风压、水泵的扬程与风机水泵（电机）的转速的平方成正比，风机水泵的轴功率等于风量与风压、流量与扬程的乘积，故风机水泵的轴功率与风机水泵（电机）的转速的二次方成正比（即风机水泵的轴功率与供电频率的二次方成正比）：

    根据上述原理可知改变风机水泵的转速就可改变风机水泵的功率。

    例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50

    将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50

    三、锅炉的变频节能改造：

    锅炉的变频节能改造通常是指对锅炉风机、水泵等附机的变频节能改造。

    锅炉风机、水泵在设计时是按大工况来考虑的，在实际使用中有很多时间风机都需要根据实际工况进行调节，传统的做法是用开关风门、阀门的方式进行调节，这种调节方式增大了供风、供水系统的节流损失，在启动时还会有启动冲击电流，且对系统本身的调节也是阶段性的，调节速度缓慢，减少损失的能力很有限，也使整个系统工作在波动状态；而通过在锅炉风机、水泵上加装变频调速器（装置）则可一劳永逸的解决好这些问题，可使系统工作状态平缓稳定，并可通过变频节能收回投资。锅炉的变频改造方案一例如下：

    目前锅炉风机的装机概况：2×75KW，1×55KW。    

    所有风机水泵均采用一对一（即一台变频器配一台电机）的配置方式，保留原工频系统且与变频系统互为备用，一般情况下的调节方式均为开环调节。

    四、使用“磊峰LF2000系列变频调速器”节能装置的优点：

    稳定系统设备运行，抗干扰能力强，软启动（无启动冲击电流），节能，投资回收快，保护功能完善，可远程控制，操作简单，安装方便，可实现工频变频双回路控制，可自动切换，运行，低噪音，环保效果显著。

    五、投资与节能：

    变频系统的初次投资容易给投资者一种投资高风险大的感觉，这主要是因为对变频调速节能效果不很了解或将变频系统的初次投资与传统的一些调速方式如：液力藕合、滑叉电机、变级调速等等调速装置的初次投资在未充分考虑节能效果及变频器功能的情况下进行比较以及对变频器的质量、稳定性、售后服务等还不太了解产一的错觉；变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用时其节能效果对于单台设备可做到20-75%，在风机水泵这类设备的一般应用的节能效果平均也可做到20-50%，在未受到其它因素的影响的情况下一般可取上限，这些节能效果平均值是由实际应用中得到，性数据可由市场上公开出售的资料（书）查到；通过这些数据再进行一些简单的投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收期一般为6-15个月（这是经验值也是数据）。

    变频节能系统及生产过程自动化系统在各行业电设备和生产线上的应用是社会生产发展的必然趋势，它有着早改造、早受益、早使用、快发展的特点，它将不断的被推广应用，并将为您事业的发展锦上添花，为全社会的进步添砖加瓦。

    六、成功的应用案例

    磊峰变频器的成功应用案例如下:

    七、磊峰变频器的特点：

    采用日本日立32位电机CPU，频率输出，分辨达0.01HZ。

    具有自动转矩补偿、死巨补偿的功能。

    具有自动电压调整、停电再起动的功能。

    具有过流、过压、欠压、过载、过热、缺相保护。

    内置RS845接口，可计算机联网控制。

    内置简易PLC，多路模拟和数字量输入输出，自动控制的。

    内置PID功能,使闭环控制简便。

    载波频率在线可调,载波频达16HZ，运行。

    低速额定转矩输出,0.5HZ起动可输出150%的额定转矩,运行稳定。

    可控的风扇运行状况，变频器的调试和运行节能、方便、

    新颖的功率累计功能，观察节电效果直观。

    特的时间累计功能，可以显示单次和累计运行时间

    多样的运行参数显示，对控制信号和变频器及电机的运行状况一目了然。

    控制方式的多样化，对场合的通用性强。

    内置刹车单元,可快速停车。

    方便的在线调整方式，不必停机设置，使键盘操作特。