6ES7231-0HC22-0XA8使用选型

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系统简介

为改善生产环境，某公司清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。

鉴于以上特点，从技术和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。

系统方案

系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成

抽水泵系统

整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然系统设定的下，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高，自动停掉工频运行电机。

系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在

变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也

在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。

    当用水量减少时，表现为变频器已工作在速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的寿命。

◆半自动运行

当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。
◆手动

    当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。

实施效果

实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的误差范围也有不可忽视的作用。

采用变频恒压供水，了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。

◆采用变频恒压供水，了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。

◆用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。

◆拓宽运用变频恒压控制原理，较好地解决了加压泵房与抽水泵房的远程通讯总是并达到异地连锁控制的目的。

◆在抽水泵房设置连续液位显示，并将信号传与PLC，防止泵缺水烧坏电机，设定的取水位置，确保水的质量。

过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。

   系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。

系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。

不同压力供水需求的解决

为稳定地满足公司内部分区域供水太力（0.4~0.45Mpa）主管网水压力（0.8~0.9Mpa）的要求，配备稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。

加压泵系统

由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台（一用一备）电机功率为75KW，扬程36米。该加压泵的控制系统需考虑以下条件：

（1）若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；

（2）若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀；

 （3）若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，开启出水电动蝶阀由高位水池向主管不。

    像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。

为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”，终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。

系统实现功能

◆自动平稳切换，恒压控制

主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在

◆电机既有电机保护器，又有软起动器，克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。

◆由于采用PLC控制的压力自动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预留有RS485接口，可与公司总调度室计算机网络

1 引言

近年来我国海关业务急剧增长，过境车辆的增多迫切需要改进海关验放方式。在深圳盐田海关条码识别系统的开发中，我们基于西门子S7-226 PLC构造了一个分布式监控系统，在上位机的监督管理下，利用PLC准确快速地对过境车辆，大提高了海关的工作效率。

2 系统功能

如图1，该系统是一个分布式海关条码监测系统，它通过各闸口条码扫描仪自动识别经过车辆的条码标志，从而判断是否应该放行以及应当采取的措施。系统根据读单情况按预先设定流程动作做相应处理，包括开闸放行、落闸、各种非正常情况下的报警并自动闭锁、各项数据送上位机处理、接收上位机指令并相应动作、接收上位机组态命令等等，系统自动检测当前工作状况并能在出错的情况下退出。

3 系统结构

过往车辆上的条码由条码扫描仪读入并通过通讯转换RS232/RS485送入S7 226 PLC 的Port0口，S7 226 PLC的Port1口连接PC机。

1． PLC S7-226

SIMATIC S7是西门子公司生产的具有很高的性能价格比的可编程序控制器，它具有结构小巧，运行速度高，价格低廉及多种集成功能等特点。它主要包括如下部件：

① 处理器（CPU）  ②输入和输出（I/O）  ③编程口

S7-226的编程环境

西门子公司专为SIMATIC S7-200系列PLC设计了编程软件STEP 7 Micro/Dos和Micro/WIN V2.0以及当前的新版本Micro/WIN V3.2，它们主要用于用户开发SIMATIC S7-200系列PLC的控制程序，以及实时监控程序的执行状态。这两种编程环境都方便易用。

S7-226的其它特性

①　高速计数器：高速计数器用来记录电频达7KHz的脉冲，并可连接两个垂直900的脉冲串计数。使用s7-200可以容易地定位，或对快速移动物体进行计数。

②　口令保护：由用户定义的口令，可防止对可编程序控制器及其内存进行非法访问。

③ EPROM存储卡：为插入式内存卡，用于存储程序且不易丢失，以及编程设备进行程序移植复制。

④　模拟量调节：模拟量调节是一种通过旋转位子盖板里面的微调电位器，来改变两个用户变量的硬件方法，这些变量可以手动改变以实现微调控制。

⑤　强制功能：可用于强制控制任何输入和输出点。强制功能，可以在RUN或STOP方式下使用。

⑥　实时时钟：可由程序指令访问，用于控制日期。

⑦　脉冲输出：可选为两个50%负载周期的脉冲串输出控制，或特定的脉宽调制输出控制。

⑧　自由接口方式：用户可用梯形图编程来定义通讯口参数，提供与不同智能设备的连接。

⑨ 特殊标志：在可编程序控制口与你的程序之间提供状态及控制功能的内部数据位。

⑩ 符号地址：允许你在程序中使用名称作为I/O点的地址。

2．条码扫描仪

采用美国Metrologic公司的MS700 i串行激光条码扫描仪，扫描速度达2000线 / 秒，扫描距离在0—7英寸区域内，在扫描区内有20条激光扫描线,分五个方向对条形码进行扫描，可选择12种条形码码制，通过RS 232接口与PLC进行通信。与CCD扫描仪相比，激光扫描仪读，能高速扫描识读任意方向通过的条码且对操作者要求低，实际应用中效果很好。

3．中文显示屏

中文显示屏使用自定义通信协议通过RS 485接口与PLC通信。

4 软件设计

1、PLC软件设计

（1）PLC与PC的通信及条码识别

PLC与PC之间的通信采用RS-485/RS-232方式，信号的转换由RS-232/RS-485转换器完成。以下简要介绍S7-200系列与自由口功能有关的寄存器SMB2，SMB3，SMB30，它们主要用于自由口通讯方式的确定及运行管理。

控制字寄存器SMB30用于存储通讯方式控制字，由用户写入，属于可读写的特殊标志位寄存器。

mm：（通信协议）00   PPI协议（从机）

               01   自由口协议

               10   PPI协议（主机）

               11   保留（缺省为PPI从机）

bbb：（波特率）  000~111依次对应38400 bps ~  300 bps波特率

pp：（校验方式） 00    无校验

                01    偶校验

                10    无校验

                11    奇校验

通讯接收字符缓冲器SMB2用于存放在自由口通讯方式下接收到的当前字符，它是一个暂存寄存器，一般应在下一步取走其中的内容。 

通讯校验结果寄存器SMB3，在作自由口通讯时，PLC的通讯接口按由SMB30规定的奇偶校验方式对所接收到的信号作校验。若检测到错误，PLC自动将SMB3.0置1，根据此标志位，可决定当前信息的取舍，同时还可在出错的情况下，将此错误位发送给对方，以便要求它重发。

在S7 226 PLC中，集成了两个RS485数据通讯端口，可使用的位通讯协议作波特达38.4kbit/s 的高速通讯，并可按步调整。

以下为PLC接收部分程序片段：

LD  SM0.1  //个扫描周期接通  

MOVB  9, SMB30 //初始化port0口

ATCH  INT_0, 8  //port0口接收事件由中断0处理

MOVD   &VB101, VD96   //指针VD96指向VB101开始的V寄存器区

MOVD   &VB0, VD36   //VD36也指向VB101开始的V寄存器区

MOVB   0, VB41   //接收字符个数清0

下面为中断0片段（接收并存储）：

LD  SM0.0   //一直接通

MOVB   SMB2, *VD36  //只要接收到字符就存入指针VD36所指向的区域，

                    //即VB101开始的V寄存器区

INCD  VD36  //指针下移，为接收并存储下一字符作准备

INCB  VB41  //字符计数个数加一

当PLC需要向PC传送数据时，可以通过以下代码实现：

PLC发送部分程序片段：

LD  SM0.1   //个扫描周期接通  

MOVB   9, SMB130  //初始化port1口

MOVB   14, VB100  //将14存入VB100中

XMT  VB100,1  //port1口发送自VB101开始的V寄存器区，

              //发送字符个数由VB100的内容决定

以下为PLC接收条码并判断部分：

LDB= SMB2, 10  //收到换行符，条码结束

LPS

MOVD   &VB0, VD36

AB<>  VB41, 14  //总共收到条码字符数不等于14，出错，

S  M0.1, 1 //置位M0.1

AB=VB41, 14  //总共收到条码字符数等于14，正确，

R M0.1, 1  //复位M0.1

LPP

MOVB  0, VB41 //接收字符个数清0，为下一次接收作准备

（2） 条码扫描仪与PLC的通信

 Metrologic MS700i可以通过开机扫描设置条码而设定通信协议及条码类型，并可以通过连机方式从一台扫描仪“”工作方式从而达到成组设定的目的。条码扫描仪与PLC之间的通信采用RS232/RS485方式，使用条码扫描仪自带通讯电缆。

（3） 显示屏与PLC的通信

 由PLC根据条码扫描情况发送给显示屏相应的信息用以显示当前状况，使用RS485通讯协议。通信格式为：头尾各为十六进制02和03以标志信息起始，中间为ASCII码的状态信息。

2、上位机软件设计

PC机的监控程序用Delphi5.0完成，分为组态环境和运行环境两部分。组态环境下，用户可对每一闸口进行PLC参数、状态设定及条码设定；运行环境下，对各闸口实时监控，必要时发出控制命令，并具备历史数据存储和报表打印功能。

考虑通信方案如下：

（1） 引用VB的MsComm控件或三方通信控件；

（2） 通过Delphi中嵌入汇编直接对端口操作实现通讯（如BIOS串行通信功能调用 INT 14H）；

（3） 调用bbbbbbs API 函数实现；

由于方案1存在发布问题，方案2存在一定危险性，所以在实际开发过程中我们采用方案3，通过CreateFile、CloseHandle、ReadFile、WriteFile、SetCommState、GetCommState等API函数及DCB设备控制块的操作实现PC-PLC快速的通信。

5 结语

本文阐述了使用SIMENS S7-226 PLC开发PC-PLC-Scanner模式分布式海关条码监控系统的基本过程。与常见的PC-Scanner模式条码识别系统相比，本系统的优越性体现在简明的分布式结构、、，实践证明其运行效果很好。

1.     引言

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

在旧加压设备中，恒压供水一般采用起动或停止加压站的水泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用继电接触器控制线路，这种系统线路复杂，维护困难，操作麻烦，工人要24小时值班看守，劳动强度大。所以有必要对之进行改造，提高自动化水平。

本文介绍的用于某自来水加压站快速起动恒压供水监控系统，采用松下电工生产的FP3型可编程序控制器（PLC）进行控制，用研华工控机进行监控，自动化程度高，整个工作程序自动完成，能清楚地显示各个设备的实时状态，并自动调节水压。

本系统还设有多种保护，如水压限报警、阀门故障报警、水位限报警并处理、水泵电机电流过流报警并处理等。

2.     系统结构及控制要求

      恒压供水系统由主供水回路、备用回路、2个清水池及泵房组成，如图1所示。

其中泵房装有1# ~ 6#共6台150kW泵机。另外还有多个（V1 ~ V23）电动闸阀控制各供水回路和水流量。

要求该恒压供水系统具有如下基本操作功能。

（1） 当**自来水压力设定压力21.56×104Pa时，直接由市自来水供水

（2） 当市自来水设定压力，但不下压力7.84×104Pa时，采用直抽水加压供水方案。即逐步起动2台泵机向管网充压。当检测到市自来水设定压力时，再转换成市自来水直接供水。

（3） 当自来水压力持续2.94× 104Pa或出现确切负压信号时，应立即转换成抽池水加压，但此时应保证水池水位限水位的条件。

（4） 当采用直抽水或抽池水加压供水时，应能自动调节其总出口水压为给定值，调节误差小于等于± 10%。

3.     PLC控制系统设计

恒压供水系统的检测点以及控制量较多，是一个规模较大的测控系统。根据其特点，我们选用了松下电工的FP3可编程序控制器作为控制装置。该控制器与其它可编程序控制器相比，具有一些明显的优点，如FP3采用了模块化设计，可根据实际需要灵活组装，使用方便，I/O分配采用自由编程方式；容量大，程序量只受扫描周期限制，而扫描周期可在一定范围内自行改；具有A/D、D/A、脉冲输出、位置控制等单元，可实现“共享存储器”；另外还有一些特殊的功能。

恒压供水PLC系统的结构如图1虚框内所示。系统包括一个电源单元、一个CPU单元、一个上位机联结单元，还有I/O 单元和A/D单元。上位机采用研华工控机ABB公司组态软件，上位机联结单元通过C?/FONT>NET适配器与之通讯。工控机对整个系统进行监控，显示器显示了整个加压系统结构、各个阀门与水泵的实时状态、读出各个水压及流量、阀门的开度、水池水位等参数，并有各种报警实时显示和故障记录。

系统既有模拟量输入，也有开关量输入。模拟量通过A/D模块输入，共27个通道。I/O各有96个点。

4. PLC的软件设计

      根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控市自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，或是采用直抽水充压方案还是采用抽水池水充压的方案。控制系统的程序较复杂。

在控制过程中，供水口的水压自动调节是一个重要和较有特色的设计部分之一，在此着重介绍实现自动恒压功能的软件设计。

由于供水系统管道长、管径大，阀门的开、关、管网充压都较慢，故系统是一个大滞后系统。同时因为是在旧设备的基础上进行改造，要利用现有的设备，故并未采用调速调压，而是采用下述多种方法对水压进行调节。采用分段调节法，把水压偏差分为四段，即10%、20%、30%、40%，当检测到偏差较小时，输出的控制量（蝶阀的增量）较小，且操作周期亦较大；当偏差较大时，则输出的控制量较大而操作周期较小，使其快速减小偏差而又避免过大调。另外，在偏差小于等于± 10%时，再加上模糊控制，根据D ek=ek-ek-1的值来确定是否调节蝶阀开度，使误差进一步减少，保证其小于等于± 10%的误差要求。当调节阀门开度仍不能使偏差进入允许范围时，用起动或停止1台或1台以上水泵的方法来调节水压。通过这样多种调节水压方法相结合，可使出水口水压得到满意的调节效果。

4.     结论

      本文所设计的PLC恒压供水监控系统已成功地应用于某工业区，运行结果表明，该系统满足其设计要求，具有操作方便、性强、数据完整、监控及时等优点，并大大地减轻了操作工人的劳动强度、缩短了操作时间，受到了操作人员、维护人员、管理人员的。该监控系统的成功设计，也为类似系统的旧设备改造提供了可取的经验。