西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0实体经营

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水源热泵空调系统是一种利用自然水源作为冷热源的空调系统，其技术是水源热泵技术。所谓水源热泵技术，是利用地球表面浅层水源所吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。将HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC应用于水源热泵空调控制系统，给出了PLC的I/O点分配表，介绍了控制系统组成和软件设计思路，提出了一种随机启停的压缩机控制方法。




1　引　言


水源热泵空调系统是一种利用自然水源作为冷热源的空调系统，其技术是水源热泵技术。所谓水源热泵技术，是利用地球表面浅层水源所吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。河水、湖水、地下水等地球表面浅层水源吸收了太阳辐射的能量，水源的温度十分稳定。在夏季，水源热泵空调系统将物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以地带走热量。在冬季，水源热泵空调系统从水源中提取能量，根据热泵原理，通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常，水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。由于水源热泵空调系统具有、节能和环保等优点，近年来得到了越来越多的应用。


空调系统的控制主要分为继电器控制系统、直接数字式控制器（DDC）系统和可编程序控制器（PLC）系统等级几种。由于故障、系统复杂、功耗高等明显的缺点，继电器控制系统已逐渐被淘汰。DDC控制系统虽然在智能化方面有了很大的发展，但由于其本身抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，从而限制了其应用。相反，PLC控制系统以其运行、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著的优点，在智能建筑中得到了广泛的应用。为了提高空调系统的经济性、性和可维护性，目前空调系统都倾向于采用、实用、的PLC来进行控制。


本文介绍和利时公司HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC在水源热泵空调控制系统中的成功应用，说明了HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC可以很好地实现空调智能化控制，达到减少无效能耗、提高能源利用效率和保护空调设备的目的。




2　空调系统介绍


北京市某单位的办公楼采用水源热泵空调系统，总建筑面积8550m2，建筑高度20.5m，其中空调面积约6840m2。地下1层为各种设备房和操作间，地上1层为职工食堂、大厅和会议室，地上2～6层为商业办公用房。


室内温度和相对湿度等技术参数的设计要求如表1所示。水源热泵空调系统的设计制冷量为860kW，制热量为950kW。空调的主机系统由四台压缩机组成，水源水系统由取水井、渗水井和水处理设备组成。




3　控制系统硬件设计


该水源热泵空调系统主要是根据蒸发器和冷凝器进出水温度的变化来控制4台压缩机的启停，使水温稳定在设定的范围内。4台压缩机分成A和B两组，每组各有2台压缩机。系统的I/O点分配如表2所示，其中开关量输入点6个，模拟量输入点4个，开关量输出点5个，模拟量输出点1个。


根据输入和输出的要求，该水源热泵空调系统的控制器选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点。模拟量输入模块选用四通道热电阻输入模块LM3312，模拟量输出模块选用两通道模拟量输出模块LM3320。PLCC的人机界面选用EView触摸屏。




4　控制系统软件设计


控制系统的主要功能是对热泵进行自动启停，显示温度、压力、流量等运行参数，显示压缩机的工作状态，记录设备的运行时间和故障原因，实现对水源热泵空调系统的智能控制。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序可读性和减少程序代码，PLC程序采用了主程序调用功能块、功能块调用函数的程序结构。PLC程序由1个主程序、11个功能块子程序和1个函数组成。程序编译码占用空间为30K。


程序设计的思路是，当PLC上电后，一直进行温度、压力、流量等运行参数的检测，这些检测主要在检测程序、故障程序和A/B组故障停机程序中完成。如果相关参数均无异常，则开机功能块子程序运行，启动压缩机。在开机过程中，同时进行温度判断。如果温度达到了设定值，则进入调节功能块子程序，停止开机功能块子程序，完成开机。根据温度的变化，调节功能块子程序控制压缩机的启停。变频器的控制则是通过调用加载程序和降载程序来实现。


在这些程序中，为了满足压缩机的使用要求，调节功能块子程序是繁琐的，例如压缩机的启动时间要小于30秒、压缩机每小时的启动次数不要过5次等。为了平衡压缩机的运行时间，增加空调的使用寿命，传统的程序设计采用先启先停、先停先启、开机过程中启动次序轮换等控制方法，来协调压缩机的运行时间。但是，如果本系统采用这种方法，则仍然存在某一台压缩机运行时间过长的问题。因此决定对传统方法进行改进，采用随机启停的控制方法代替先启先停、先停先启的控制方法，解决了压缩机的运行时间不平衡的问题。


人机界面选用EView触摸屏，页如图3所示。输入密码后，点击功能菜单，在弹出的快捷窗口中，可以选择参数查询、运行时间、故障查询、运行状态、参数设定、调节显示、操作界面等子菜单，进行相关的操作和显示。




5　结论


采用传统的继电器控制系统来实现热泵的控制，由于机械接触点很多，接线复杂，参数调整不方便，而且机械接触点的工作频率低，容易损坏，性差。采用直接数字式控制器（DDC）虽然可以减少接线，性有所提高，但由于DDC其本身的抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，因此，越来越不能满足复杂多变的智能控制要求。


采用PLC来控制热泵系统，不仅可以通过编程实现复杂的逻辑控制，而且可以在很大程度上简化硬件接线，提高控制系统性，用户操作界面友好，信息集程度高，便于实现智能控制。因此，在热泵空调领域，PLC控制系统取代DDC控制系统是必然趋势。

怎样从根本上解决ＰＬＣ高速计数器的计数误差

在应用PLC高速计数器时往往会碰到，计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配、旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器却要求接受的是0 - 24v传输脉冲信号、有的编码器为了提高编码器的性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反相计数脉冲或者提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反向的正弦矢量信号，但PLC高速计数器接收的计数脉冲是单相脉冲。使用者没有选用合适的接口而放弃了其中一相（是为提高系统抗干扰能力而提供的双相计数脉冲）进行计数。

又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合非单方向匀速运动，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，如果接口没有匹配处理好是非常容易发生计数误差的、还有脉冲距离稍长些，脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变。

有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的沿口是有速率要求（脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭），尤其是在应用线数比较高的编码器在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动产生磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。

在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。

问题终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲又没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不、产生累计误差、经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。

所以许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。

为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统普遍存在而又常见的有共性的技术问题，专门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉可以工作。常常是在设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。

我们对那些可“精简多余”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知,它在构成系统整体时存在的必要性，和选好对应匹配的接口,是对系统长期稳定运行的。尤其是度要求比较高的机械电气合一的数控项目中尤为重要。为此我们引进了而又成熟的技术，吸收消化了许多细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器和MHM-06双高速差模信号转换器接口。而且分别还有多种输出方式，可以满足国内外现有形式的PLC控制器的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些问题系统上、在老系统进行数控改造项目上实际应用得到了验证。使控制精度有非常显著提高，使理论设计精度与实际得到的效果吻合。的确是“多”而不“余”，着实能解决掉问题，起到事半功倍的效果。从而再回现上许多的产品为什么和我们的同类产品相比会有相当的差距呢？细细比较我们的确是把知其所以，而不知其所以然的精华给忽略掉了。

特点：FEATURES MHM-02型双高速光电栅耦合器是旋转编码器、光栅尺与PLC控制器高速计数器模块进行数据高速传输的良好接口

A. MHM-02型高速光栅隔离器（采用蓝光技术），可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口（如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于TTL与西门子FM350-2高速计数模块接口匹配、西门子313C-2DP高速计数通道）、电动机数字光电编码器与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与PLC控制器之间的信号传输、数据输入/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、还特别适用于电机控制应用等领域。尤其是能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离，排除强电场、强磁场等电气干扰（并且具备脉冲转换整形功能）。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，并且具有脉冲整形功能，有效地提高了系统之间的抗干扰性能。为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个物理隔离的接口。内置二路立modular optical copuplers隔离器

B. MHM-02型高速光栅隔离器常规产品输入，有PLC电平接口02A、有TTL电平接口02B，特殊要求可定制。输出，有推挽型和集电开路输出型02AO、02BO，还有固定TTL电平输出02AT、02BT，三种任选一种。

C. 结构上采用了片状模块卡口式结构，可直接卡入标准道轨安装，安装拆卸维护方便。可以多片紧凑叠合安装在标准道轨上DIN，可节省和替代控制柜输入、输出接线端子。

该系统管理计算机接收信息局域网发送来的各条送货线路当天的访销信息数据，在此基础上管理计算机建立起以送货线路为单位的配方数据库，将配方数据分批次连续地下传给PLC。PLC 根据下传的配方数据对系统控制使其连续分拣和收集，同时系统工作状态及工作数据通过PROFIBUS 现场总线在两个触摸屏TP27-10得到动态显示，后在收集工位自动得到一箱对应一个销售网点的用户配料。为了提高调系统试效率,我们在DELPHI和Microsoft Access数据库平台上编写了用于PLC控制程序的调试软件。

从上看出该系统能否研制成功要解决的问题是：西门子S7-300系列PLC通讯协议不公开，管理计算机和调试计算机上三方软件编制的程序如何实现PC机与西门子S7-300系列PLC信息交换？通过技术调研和实际调试，我们成功实现了在VB、DELPHI程序开发平台上开发的管理程序及调试程序与S7-300系列PLC通信，顺利完成了系统研制任务。限于篇幅，本文以调试软件的通信实现方法来讨论三方应用软件与西门子S7-300 PLC的通信问题。

2调试软件设计

根据PLC控制程序的调试要求，该调试软件使用DELPHI的数据库技术把事先设计的60个配方数据写入数据库，根据调试需要也可通过人机界面对数据库中的数据进行任意修改，当执行“下传数据”命令时把数据库中的数据字段进行一定数据处理后通过调用PRODAVE S7软件包写入PLC中对应的DB（DATA BLOCKS）块，其中一条记录对应一个DB块，每条记录的一个字段对应该DB块中的一个字。该调试软件也可按一定顺序读PLC中各DB块中的字，并把读取的数据经过处理后写入数据库，以供调试人员检查写入数据的正确性。PC机与PLC CPU318-2DP MPI口之间的数据通信是通过PC/MPI适配器硬件连接实现的。

函数load_tool的作用在于初始化适配器，初始化参数的地址以及选定的界面。程序在读写PLC数据前应该用该函数初始化PC机与PLC的连接。

此函数传送以下3个参数：

no：此参数设置可连接的数量，连接个数可以达到16个。此例中，no=1；

device：用户驱动设备名称，如MPI驱动器的设备名为“S7ONLINE”；

plc_adr_table：连接部分的地址列表指针。

如果没有错误，此函数返回0，否则返回错误信息的相应十六进制代码。下面给出数据下载程序：

begin

error:=false;

table1.first; //定位到配方表的记录

for i:=2 to 61 do //把60个配方数据写到DB2-DB61

begin

for j:=1 to 42 do //把42个库位的自动配烟数的值高低字节调换位置存入buffer数组

begin

c0:=table1.fields.fields[j>.asinteger;

clow:=c0 shl 8;

chigh:=c0 shr 8;

cdate:=clow xor chigh;

buffer[j-1>:=cdate;

end;

anzahl:=42;

dbno:=i; //DB块

dwno:=1; //1个数据字，即DW2

res := db_write(dbno,dwno,@anzahl,@buffer);

函数db_write()的作用是从PC机的数组变量“buffer”中给PLC的“dbno”个数据块中从“dwno”个数据字开始写“anzahl” 个数据字。如果数据块不存在，将返回错误信息的代码。如果要写的数据字数目的长度过了数据块的长度，要写的数据字的长度将得到正，同时此函数还返回303H的错误信息。

需要特别注意的是：数据在缓冲区存放的顺序是从高字节到低字节。而bbbbbb Pascal语言中,变量类型为word的变量，它的数据存放顺序是从低字节到高字节。因而，在对所读取的数据进行操作时或给PLC数据块中写数据字时要进行相应的处理。

结束程序之前，调用适配器函数unload_tool断开PC机与PLC的连接。否则，将引起PC机死机，或者系统紊乱。

由于数据上传与数据下载的实现方法相近，限于篇幅，数据上传实现的方法本文不予介绍，请读者参考数据下载实现方法部分。

4结束语

运用DELPHI开发环境编写的PLC控制程序调试软件，具有界面友好、人机交互功能方便、数据库功能强大灵活的优点，具有一定的通用性和实用性。而且通过调用PRODAVE S7软件包的动态链接库实现PC机对PLC CPU318-2DP数据的读写操作，不但数率快，而且正确。在对PLC控制系统的调试过程中，可以大大缩短调试周期，提高工作效率。此通信技术的实现对西门子工控产品的应用及PROFIBUS现场总线的推广应用有着广泛普遍的重要意义。