西门子6ES7231-0HF22-0XA0实体经营

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引言
随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到建筑中，使得建筑的智能化已成为一种发展的必然趋势。众所周知，智能建筑主要由建筑设备自动化系统(BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。智能建筑也往往是从建筑设备自动化系统开始。本文主要阐述，智能建筑中的空调(冷冻站)系统的PLC控制设计。

2　系统及工艺简介
现介绍如下：通常大型建筑都有两套(或两套以上)空调系统，由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、两台冷却塔风机、两台冷水机组等主要设备组成两套制冷系统，其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷机进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量，使冷冻水降温，然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。
如此循环不已，把物里的热量带出，达到降低环境温度的目的。因此，空调冷冻站系统的工艺控制要求为：
(1)测量冷冻水供回水温度及流量，从而计算空调实际的冷负荷，根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数，达到节能状态。
(2)各设备的程序联动
启动：冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组。
停止：冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机。
当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时，备用冷却水泵/冷冻水泵会自动投入工作。
(3)测量冷冻水系统供回水管的压差△P=P1－P2控制其旁通阀(TV)的开口度，使其维持压差。

3　PLC应用
空调冷冻站控制系统有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步在智能建筑中得到广泛的应用。

3.1 　PLC的选型及设置
为了满足以上所介绍的空调工艺要求，整个控制系统需要可编程序控制器的输入、输出点分别是112点和32点，其中模拟量输入、输出为6点和4点。根据PLC的I/O原理使用原则，即留出一定的I/O点以做扩展时使用，以及系统设计中实际所需的I/O点数。选用华光电子工业有限公司的SU－5/B型。
主　　机：SU－5/B
输入模块：U－25N、U－01AD
输出模块：U－05T、U－01DA
这种机型的I/O点数为256点，有RS－422通讯端口，其编程指令有143条，并配有相应的编程软件S－62P，不仅可以通过手持编程器对其编程。而且可以通过PC机对其进行编程输入。该软件还能在PLC运行时监控其运行状况。
3.2 　软件设计
1＃、2＃制冷系统的启动/停止是用于制冷系统的手动启动/停止控制。也可以通过温度设定，依据冷负荷的需要自动开启制冷系统。每台设备均设有自动、手动、备用三种运行状态，自动用于联锁集中控制；手动用于调试或检修；备用状态用于热备用。
三台水泵二工一备。其中备用泵循环轮换，提高设备的保养率。
各台设备按工艺要求顺序自动启动/停止时，采用每台设备启动后经15s左右延时，再启动下一台设备。一是考虑水泵稳定运行有个过程，二是避免数台电动机同时启动，冲击变压器，影响供电质量。

通过对应急发电机自启动要求的分析，结合装备现状、配电系统的设计要求，利用PLC（可编程控制器）改造现有设备的优势，提出了详细的设计思路和方案以供参考。

通常传统发电机控制采用落后继电接触器控制方式，中间继电器和时间继电器太多，体积大，功能少，寿命短，线路复杂，接点多，造成故障多性差，维修困难；而采用微电子技术由于集成电路（IC）的系统芯片种类繁多，体积大，设计周期长，，工艺复杂，抗干扰性差，性差；而可编程控制器（PLC）是以微处理器为，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。
应急发电机组用PLC控制有很多优点，它主要通过软件控制，从而省去了硬件开发工作，外围电路很少，大大提高了系统的性与抗干扰能力；由于它简单易行的可编程序功能，无须改变系统的外部硬件接线，便能改变系统的控制要求，使系统的“柔性”大大提高。

主要设计功能
在生产过程中突然停电，应急发电机立即给设备继续供电。应急电源原动机一般采用一台立冷却和供油系统的柴油机，并设有自启动装置，保证在主站失电后0-50秒内启动，应急电网通常为主电网的一部分，在正常情况下，这些用电设备由总配电板供电，只是在应急情况下由应急发电机组供电，因此在应急配电板上的应急发电机主开关与主开关向应急配电板供电的开关之间设有电气联锁，以保证。

应急发电机组作为一个应急电源，应具备以下基本要求：

1、自动启动
当正常供电出现故障(断电)时，机组能自动启动、自动升速、自动合闸，向应急负载供电。
2、自动停机
当正常供电恢复，经判断正常后，控制切换开关，完成应急电到正常电的自动切换、然后控制机组降速到怠速、停机。
3、自动保护
机组在运行过程中，如果出现油压过低（小于0.3MP）、冷却水温过高（大于95度）、电压异常故障，则紧急停机，同时发出声光报警信号，如果出现水温高（大于90度）、油温高等故障。则发出声光报警信号，提醒维护人员进行干预。
4、三次启动功能
机组有三次启动功能，若次启动不成功，经10秒延时后再次启动，若二次启动不成功，则延时后进行三次启动。三次启动中只要有一次成功，就按预先设置的程序往下运行；若连续三次启动均不成功，则视为启动失败，发出声光报警信号（也可以同时控制另一台机组起动）。
5、自动维持准启动状态
机组能自动维持准启动状态。此时，机组的自动周期性预供油系统、油和水的自动加温系统、蓄电池的自动充电装置投入工作。
6、具备手动、自动两种操作模式。

控制系统的硬件设计
应急电源多采用135系列的柴油机组，下面就以此为例用PLC实现对柴油机自启动的控制。
电路分析
设计说明：控制面板上有“手动/自动”选择旋钮， “启动”、“加速” 、 “减速、”“合闸”、“分闸”按钮，柴油机上加装接近开关(旋转编码器),用于测速度，加装油门电机用于控制柴油机转速，加装电磁铁用于停机熄火，电压检测、水温、油压都是外部开关信号。
一次启动过程：正常电失电后，经5秒确认，“启动电机”启动4秒钟，如柴油机发火运行，则接近开关(旋转编码器)测到柴油机达到启动转速，PLC立即停止“启动电机”。柴油机怠速30S后开始根据接近开关的信号加速，直到稳定转速，发电机开始发电，电压正常后合上主开关向负载供电。运行中PLC自动稳定转速。
三次启动过程：若一次启动未成功，则接近开关(旋转编码器)测到柴油机达不到启动转速速度，并在5秒后测不到柴油机转速，由PLC内部的定时器来进行控制进行再次启动，以10秒作为一个周期，三次启动时间约30秒，32秒后输出报警，如启动中接近开关(旋转编码器)测不到柴油机达转速，则直接启动失败。

启动失败及柴油机组停机：启动失败后，电磁电把油门拉回到“停机”位置，当正常电恢复时，PLC发出分闸信号并由油门电机减速到怠速60S后，电磁电将油门拉回“停机”位置，柴油机缺油熄火。

并可根据用户需要增加小型人机界面，以文字﹑指示灯﹑图案等形式显示柴油机的各种数值及状态。并可通过其面板的按钮改变柴油机的数值及状态。可修改有与时间有关的参数，对输入的数据进行范围设定，出范围的数据拒绝输入。可以对柴油机的各种故障以文字形式显示以便于查找故障，如三次起动失败，转速高，缸温高，市电供电等等。带密码保护功能，可以防止非授权用户改重要数据和开关量。

机组--自控的特点

（1）机组由柴油机发电机组和控制柜组成，可以单机单柜、双机单柜或联网自动化控制（无人值守）。
（2）控制柜的是可编程序控制器（PLC），通常选用选用北京凯迪恩公司CPU306小型可编程序控制器，运行，质量稳定。
（3）充分利用PLC的指令和功能编制程序，尽量减少外围控制元器件和接口，电路简单，操作方便，便于维护。
（4）利用PLC的高速计数器功能，准确测出机组转速，不采用原来的测速发电机、转速表，避免了安装困难并提高了性。
（5）控制器采用直流24V供电，并配备的高频开关式直流充电设备，可对蓄电池进行浮充电，保证控制柜直流供电。
（6）PLC中的EPROM（只读存储器）可固化程序，使原程序长期不丢失。
（7）利用PLC的通信功能可实现近程、远程集中监控。

技术要求：

采用旋转编码器比接近开关性能效果好。

接近开关技术要求：

螺纹式接近开关检测距离10mm±10%工作电压DC型：10-30VDC 三线型响应频率400Hz

接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。
根据所需的输入/输出点数选择PLC机型
根据自动化机组的控制要求，所需PLC的输入点数为14个，输出点数为10个。系统的控制量基本上是开关量，只有电压是模拟量，为了降，可以通过电路把模拟量转换成开关量、如电压监测可以用电压保护器代替。这样可以选用不带模拟量输入的PLC。对于小型发电机可不加装油门电机用于控制柴油机转速。本系统选用北京凯迪恩公司CPU306小型可编程序控制器，性高，体积小，输入点数为14个，输出点数为10个。电源、输入、输出电压均为24VDC。

1. 系统配置在原始的 PLC 系统通信模块中进行设置。
2. PLC 从 ADAM 模块读取数据并把它通过 RS-485 网路发送到控制室。RS-485 网络，以其简单的双绞线结构，对于要求容易安装的应用来说是理想的选择。
3. ADAM-4013 读取温度，ADAM-4017 收集发报机信号。
4. ADAM-4050 读取和控制继电器、风扇和泵。
5. 火灾报警功能监视连续运行生产线上的异常现象。这使得系统可以快速执行实时紧急动作。
结论
由于选择了开放的 PC-based 体系结构，扩充计划得以按时完成。ADAM 的 PC-based 设计证明能够与 PLC 系统兼容。系统工程师、维护人员和现场工人对结果都十分满意。重要的是，公司的现在生产能力能够满足顾客的需求。

在全自动操作方式下，可根据现场料的多少通过上位机设定N（2—8）个矿槽的下料过程及起始点（通常为751）。当全自动启动后则按照上述设定执行，其步骤如下：环冷小车按照设定的起始点（例752位置）向前走行至该位置，感应位置限小车停止，同时将2赋值至MW208实际位置， MW200初值为1则MW208减MW200得MW204为0，当MW204为0时表示该位置限无故障，然后将MW208赋值至MW202设定值，接着判断该位置上下阀限是否有故障，如果没有故障则等待3秒后置位开上阀信号，上阀开4秒后复位开上阀信号，等待3秒后置位开下阀信号，下阀开5秒后复位开下阀信号，完成一个矿槽的下料过程，等待3秒后将MW202加1使小车向下一位置（753）走行。如果该位置开启上下阀过程中有故障则立刻关闭上下阀同时将MW202加1使小车向下一位置（753）走行。
当MW204为1时表示上一位置限故障，当MW204大于1时表示上上一位置限故障，如果该位置的限有故障则小车会自动走行至下一位置。
重复执行上述步骤并比较MW202与设定的N的结束值，当MW202与设定的N值相等时小车向后运行至750下料口下料。等待10秒后将MW202值加N+1、将N加N重复二轮循环，将MW202值加N+1、将2N加N重复三轮循环，将MW202值加N+1、将3N加N重复四轮循环……。当小车行至终端位772执行完下料过程后，无论MW202与设定的N值是否相等小车均向后运行至750下料口下料，并将复位自动启动信号及相关数据等待下一次启动，完成22个矿槽（751至772）的下料过程。

环冷小车系统的主画面显示了该系统的工艺流程情况。整个画面是由的操作台以及环绕其四周的小车行走路线分布图所构成。小车的行走路线分布图侧重显示小车的运行状态、现场开关阀状态以及阀门故障报警；而的操作台则主要起到控制的作用。以下将作具体说明：
1、小车行走路线分布图
小车运行的路线由750位置到772位置形成了一个圆环。750是卸灰点。小车无论是在前行还是返回过程中，旁边均有头指示其运行的方向。每个位置的上、下阀开启时有指示灯显示为；关闭时指示灯显示为红色；有故障时指示灯显示为黄/紫红色闪烁。
2、操作台
“操作台”是一个模拟的操作台平面俯视图。上面分别设有：启动电源按钮和关闭电源按钮、自动/半自动/手动操作选择方式按钮、自动启动按钮、急停按钮、系统复位按钮；另外，还有两处只在选择自动方式时需要设置的内容，一个是“全自动自动放灰次数设定”，另一个是“全自动起始位置设定”。具体操作如下：
1）．“启动电源”——按下该按钮，小车走行变频器的电源将会开启。按钮呈现被按下状态（），同时按钮左边的电源开关图标显示开启状态。
2）．“关闭电源”——按下该按钮，小车走行变频器的电源将会关闭。按钮呈现被按下状态（），同时按钮左边的电源开关图标显示关闭状态。
3）．“自动”——选择小车的运行方式为自动时，按钮呈现被按下状态（），同时选择开关图标显示指向自动。在自动方式下，小车将按照程序的设定行走。在自动方式运行之前，请务必对“全自动自动放灰次数”和“全自动起始位置”两个参数进行设定。“全自动自动放灰次数”是设定小车自动运行一个来回所放灰的次数（范围：2～5）；“全自动起始位置”是用户可以自由设定小车自动运行时的开始位置（范围：751～771）。例如：“全自动自动放灰次数”设为3，“全自动起始位置”设为755，则小车从750一直开到755，从755开始依次经过755、756、757三个位置自动放灰（若其中一个位置限有故障，如757，则系统会跳过该处，前往758），放灰完毕后自动返回750卸灰。接着下次就依次经过758、759、760……以此类推。当小车到达某个放灰点时，等待2秒后，系统自动开关上下阀，其中开上阀4秒，关上阀，等待5秒，开下阀4秒，关下阀，等待3秒，小车走行。当小车返回卸灰点750时，卸灰等待10秒后小车走行。
4）．“半自动”——选择小车的运行方式为半自动时，按钮呈现被按下状态（），同时选择开关图标显示指向半自动。半自动方式可以自由选择小车停放的位置（用鼠标单击某处的“位置”按钮选择），自由决定小车放灰的次数（只要现场情况允许）。当小车到达某个放灰点时，等待2秒后，系统自动开关上下阀，其中开上阀4秒，关上阀，等待5秒，开下阀4秒，关下阀，等待3秒，小车停在原位等待命令。
5）．“手动”——选择小车的运行方式为手动时，按钮呈现被按下状态（），同时选择开关图标显示指向手动。手动方式也可以自由选择小车停放的位置，自由决定小车放灰的次数（只要现场情况允许）。当小车到达某个放灰点时，需要操作人员在画面上操作上下阀的开启或关闭，有相应对话框提示。
6）．“自动启动”——当选择了自动方式操作后，需要按下该按钮，才正式启动自动运行。请注意在按下该按钮之前，需要对“全自动自动放灰次数”和“全自动起始位置”两个参数进行设定。
7）．“急停”——为起见，当突然发生意外情况或严重故障时，方可按下该按钮，所有设备立即停止运行。
8）．“系统复位”——若系统出现不正常情况或急停时，按下该按钮，小车无论当前处于哪个位置，都会返回750初始点；无论在那种操作方式，都会处于无选择方式状态；急停后，将故障解除，系统复位才有效。

五、存在的问题
由于每个下料矿槽的上下阀为两位一通阀，受气压压力及气质的影响会造成开关阀不到位的现象，从而产生限故障影响正常使用，解决的办法是提供高质量及稳定的气源。另外由于磁感应限对铁粉有一定的吸附作用，需经常对限进行清理，以保证正常使用。

六、结束语
经过半年多的使用，武钢烧结厂四烧车间环冷小车系统运行稳定、，小车定位准确运行速度平稳，各上下阀开启正常，达到了自动定位、自动开阀、智能故障判断及报警、人性化智能设置的自控效果，满足了生产工艺要求，并且大大降低了故障率、降低了劳动强度，提高了作业率，现场的工作环境得到了根本的改善，解决了一直困扰着武钢烧结厂四烧车间生产的问题，得到了用户的。