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产品描述
6ES7223-1PL22-0XA8一级代理
1引言
水电站的空间存在强的电磁场，发电机的电压高达数千伏，电流高达数百安甚至数千安，开关站的输出电压高达数十千伏或数百千伏，发电厂的空间具有强的电磁干扰。这种强的电磁干扰将对PLC系统的通信、CPU的正常运行、PLC电源等造成影响。
PLC是水电站计算机监控系统部件，并且自成系统，PLC系统的性直接关系着整个计算机监控系统的性，采取措施提高水电站PLC系统的性是十分必要的。
2环境对PLC系统运行的影响
2.1开入的“信号”可能造成PLC系统的误动
若强电电缆和PLC的信号电缆不能有效地分隔开，甚至敷设在同一电缆沟内时，高电压、大电流电路接通和断开瞬间产生的强电干扰可能会在PLC输入信号线上产生很强的感应电压和感应电流，足以出光电耦合器的抗干扰作用有效范围，使PLC输入端的光电耦合器中的发光二管发光，使PLC输入点有效。这样的输入叫“信号”或“误输入”，将导致PLC产生误动作。
当PLC的开入模块上接到“误输入”时，其控制程序并不能识别，将依据既定的逻辑关系作出推断，并发出动作命令,同时将此“误输入”不加识别地传向后台计算机。这样的动作命令属于“误动”，可能造成意外停机甚至重大事故。
2.2电源干扰将引起PLC系统不能正常运行甚至死机
水电站各种大功率用电、发电设备通过供电线路的阻抗耦合干扰PLC的电源，从而影响PLC系统的正常运行。当PLC系统供电电压过低时，系统将不能正常工作甚至死机；当供电电压过高或出现峰值电压时，将会对PLC系统造成冲击甚至损坏PLC系统。
2.3通信数据出错
水电站强电磁场的工作环境，将会对PLC的通信系统产生大影响。较强的电磁干扰将会影响通讯数据的正确性，甚至会造成通信中断、瘫痪。
2.4开出端对PLC造成冲击，甚至对PLC系统造成损坏
水电站的控制电路电压等级一般为DC220V，这样的电压一般不能直接接入PLC数字量输出模块。另外开出电路的感应电流、感应电压也会窜入PLC开出模块对PLC系统造成冲击。
3所采用的性措施
针对工作环境对PLC系统的各种影响，可以采取以下相应措施以保证系统的性。
3.1屏体选用屏蔽性能良好的结构，以保证外部电磁干扰不在屏内部产生感应电压和感应电流。
3.2开入端选用光电隔离端子。外部开入信号的电压等级为DC220V，增强抗干扰性能；内部因为没有什么强电磁干扰，开入信号电压仍选DC24V工作。光电隔离端子输入侧和输出侧的绝缘电阻很高，一般为1012～1013Ω，而分布电容值很小，一般仅为0.5～1pF，从而输入侧的干扰很难通过；光电隔离端子中信息的传送介质为光，而信息的转换与传送过程是在不透明的密闭环境中进行的，从而不受通常的电磁信号和外界光的干扰。光电隔离端子不仅增加抗干扰性能，还能避免由开入端来的强干扰损坏屏内元器件。
3.3开出选用开关量输出端子。为避免开出端的干扰对PLC造成冲击，甚至对PLC系统造成损坏，应使用出口继电器，并选用开出量端子。PLC输出模块内的小型继电器的触点很小，断弧能力很差，不能直接用于发电站的DC 220V电路中，用PLC驱动外部继电器，用外部继电器的触点驱动DC 220V的负载。PLC系统只通过出口继电器的空接点对电站控制回路进行操作。对于屏内的信号灯、光字牌等工作电压为DC24V的负载可以用PLC输出模块内的小型继电器直接驱动。
3.4对于通讯部分，为提高其抗干扰性能，选用适合强干扰的工业环境的现场总线方式，通信介质选用屏蔽电缆。在实际应用中我们选用CAN总线方式。CAN采用短帧结构传输，每帧有效字节为8个，传输时间短，受干扰的概率低。而且每帧信息都有CRC校验和其他检错措施，保数据出错率低。当节点严重错误时，具有自动关闭功能，使总线上其他节点不受影响。CAN总线是适合水电站等强干扰工业环境。实际运行证明CAN是水电站PLC通信的上佳选择。
3.5电源部分
如果PLC使用交流电源，在干扰较强或对性要求很高的场合，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力，屏蔽层应地接地。
低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”，如用L1和L2来表示用来抑制高频差模电压，L3和L4来表示用等长的导线反向绕在同一磁环上的，50Hz的工频电流在磁环中产生的磁通互相抵消，磁环不会饱和。两根线中的共模干扰电流在磁环中产生的磁通是迭加的，共模干扰被L3和L4阻挡。C1和C2来表示用来滤除共模干扰电压，C3来表示用来滤除差模干扰电压。R表示压敏电阻，其击穿电压略电源正常工作时的电压，平常相当于开路。遇尖峰干扰脉冲时被击穿，干扰电压被压敏电阻钳位，后者的端电压等于其击穿电压。
高频干扰信号不是通过变压器的绕组耦合，而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。
如果使用220V的直流电源（蓄电池）给PLC供电，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证PLC的正常工作。
若PLC电源模块选用DC24V供电模块，可以选用外加开关电源方式，如图1。
这样，就把电源方向的干扰挡在开关电源之外了，现场运行证明这种方案是切实可行并的。
3.6模拟量输入部分
模拟量尽量采用4～20mA这种不易受电磁干扰的电流信号方式，模拟量输入无论屏内还是屏外均要求用屏蔽电缆接线，并且屏蔽层一端要接地，否则，电磁干扰将影响模拟量采样值的正确性。同时，在采样算法中也应加入滤波算法剔除较短的峰值较大的脉冲干扰。
3.7关于站内安装与布线
PLC应远离强干扰源，如高压开关柜、大功率可控硅装置、高频焊机和大型动力设备、动力线等。与PLC装在同一个屏内的电感性元件，如继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路，以避免屏内强磁场的产生。
PLC的I/O线与大功率线应分开走线，如因条件限制实在要在同槽中布线，信号线应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆，开关量、模拟量I/O线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离。
引言
随着科学技术的不断发展，工业生产的技术装备越来越复杂，自动化程度越来越高。可编程控制器(PLC)及其网络架构是构成CIMS系统的基础，被称为现代工业自动化的三大支柱(PLC、数控技术、工业机器人)之一，由于其使用简单、功能强大、性高，目前已广泛应用于现代工业的各个领域。越来越多的重要设备、工艺、关键部位都采用可编程控制器来组成控制系统。以往的控制系统由于较多的使用继电逻辑器件，具有故障率高、维修不便、动作滞后、控制精度低弊端，使用可编程控制器可以使控制的精度和稳定性得到有效保证。
某渔具厂醛浸布生产线的操作流程为：玻璃纤维布在醛树脂中浸泡后，通过多辊连接的生产线进行挤压、拉伸，通过干燥塔分段干燥后就形成了醛预浸布，后由收卷装置将干燥后的预浸布卷成布筒。
该生产线是一个典型的多辊速度控制对象，其中有大小钢辊十几个(由电机带动运转)，为保持产品质量和生产的连续性，需要保持生产线中布的张力恒定，因此控制布前进的速度一致，带动生产线前进的主要四个钢辊(放卷辊、定速辊、辅助辊一、辅助辊二)的控制尤其关键。干燥塔为立式三段结构，分别采用不同温度的蒸汽(100～200℃)对预浸布直吹固化，要求控制温度波动范围为设定温度±2℃。预浸布传动过程中会出现传动跑偏，收卷装置前通过光电开关检测布的位置，控制收卷装置移动电磁阀，纠正预浸布的偏移。
1系统方案设计及实现
1.1硬件组成及系统方案
系统使用PLC作为控制系统的直接控制级，我们选择了日本三菱公司的FX2N128MR，由于输出点数较多，增加了输出扩展模块FX2N16EYT。
现场由多个旋转编码器(日本OMRON)测量速度辊的速度信号，通过特殊模块FX2N4AD(实现模数转换)传送到PLC。PLC根据设定值和测量值运行算后，通过特殊模块FX2N4DA(实现数模转换)作为控制信号提供给变频器。
由变频器电机转速，电机带动速度进行速度控制，变频器选用日本三菱公司FR-E540-0.4K-CH，这具有正反转特性、启动转矩大、升速降速时间短、直流过载保护等功能。使用变频器进行电机调速精度高、切换快，而且可以大大降低能源消耗。温度采集采用铠装防爆Pt-100热电阻，自行研制了温度采集板，通过特殊模块FX2N4ADPT将现场热温度信号采集上来，模数转换后送往PLC。PLC根据设定值和测量值运算后，通过特殊模块FX2N4DA提供现场调节阀的开度信号，控制蒸汽的流量，进而使干燥塔内温度达到控制的要求。
收卷装置前通过光电开关(日本OMRON)检测布的位置，控制电磁阀，通过液压泵的动作带动收卷装置的移动，纠正预浸布的偏移。
控制柜面板上安装了触摸屏(日本三菱公司F940GOT-SWD-C)作为人机交互界面，可以方便的进行工艺参数设置、控制参数设置以及现场运行参数数据查看、曲线查询等操作。
考虑到栅的成本较高，系统防爆方式采用防爆的现场仪表及操作按钮等，因此在控制系统中不再采用栅方式防爆，这样可大大减少控制系统的造价。
系统总体方案如图1所示。
1.2控制软件结构
使用三菱公司GPP for bbbbbbs编程软件进行控制程序编写，该软件可以使用梯形图、指令表和SFC三种编程方式，指令多达156种，功能强大，编程非常方便。设备控制的实现由PLC自带的PID运算模块实现，通过合理的设置P、I、D参数，可以得到满意的控制效果。
为提高运行速度、减少运行指令，在控制软件设计中我们采用了模块化编程，设计了各种通用子程序，如数据采样子程序、PID运算子程序、逻辑动作子程序、报警子程序等。
控制软件主程序简图如图2所示：
1.3触摸屏
近年来，为了方便用户在工业现场进行参数设置和查看等操作，三菱、OMRON、西门子等企业相继推出了便于现场操作的人机接口设备(也称图示操作终端或触摸民间)。日本三菱公司的GOT系列产品是用户评价比较高的触摸屏产品，我们选用型号为F940GOT-SWD-C的触摸屏，该产品可与FX系列或A系列PLC的编程接口直接相连，可以安装在控制盘或操作盘面板上。
使用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C编程软件可以设计触摸屏画面，该软件类似于组态软件，不用写一句程序，只须将相关元件拖到画面上，设置地址即可。
在个人计算机上设计完成后可以通过串口传送到触摸屏。触摸屏上电后(使用24V电源，可由PLC直接供给)直接进入所设计的画面，用手指在画面轻轻一点就可以直接按设定的地址查看PLC数据区的数据了，同时也可以按权限对PLC数据区的数据进行修改。系统还支持历史曲线、棒图、饼图等功能，也可以将打印机连接到触摸屏实现按需打印或定时打印，使用起来非常方便。
2结束语
可编程控制器和触摸屏结合可以用在很多工控领域，在预浸布生产线中的应用则是一个实例。该系统2002年6月在威海某渔具厂投入运行后，控制达到了预定的工艺要求，产量质量稳定，运行至今情况良好，表明该设计方案是成功的。
双方正准备对多套预浸布生产线进行控制，并通过RS485总线联网至上位机组成分布式网络结构，由上位机对系统进行综合监控。上位机纳入企业局域网后可以和全厂的信息管理系统相连，组成管控一体化的网络系统。
1 前言
电压的稳定对于保证国民经济的生产、延产设备的使用寿命有着重要的意义，而尽量减少无功在线路上的流动，降低网损、经济供电又是每一供电部门的目标。老式变电站通常是人为调节电压无功，这一方面增加了值班员的负担，另一方面人为去判断、操作，很难保证调节的合理性。迄今为止，国内用于变电站的电压无功综合控制装置有很多，从控制原理来讲大体可以分为以下几种：时间顺序控制法，测量电压控制法，测量无功控制法，测量功率因数及电压控制法，测量电压和无功控制法。目前在国内运行的电压无功综合控制装置大多是按五种控制原理设计的。随着近几年我国电力系统自动化水平的提高，尤其是变电站自动化的发展已突破传统使用大量电缆组成复杂的二次控制回路，取而代之的是通讯网，将变电间隔层与变电站层连接起来，使各间隔层的控制终端能够资源共享。而作为变电站自动化重要组成部分的电压无功综合控制也随之出现多种实现方式。本研究采用PLC作为控制元件，实现了对变压器分接头开关及电容器组开关的控制、减轻运行人员的负担、达到经济供电的目标。
2 系统简介
根据变电站电压无功综合控制要求，综合控制点数，本装置选择了三菱公司的FX2N－128MR型PLC，它包括输入、输出、程序存储器和处理器4部分，具有指令速度快、性高、中断灵活、内置计数器、抗干扰能力强等特点。
触摸屏采用三菱公司F940－SWD型，它是基于PLC的软硬一体人机界面，能以图
形界面方式实现各种工作状态的显示，并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好的通讯。通过触摸屏可以实现控制装置的定值浏览和修改、运行时的主要参数和重要的开关信号显示等。
模拟量采样单元是本公司自己研制的，主要对变压器三侧电压和电流采样计算，并由采样的数据计算出相关的测量值，如有功功率、无功功率、功率因数等。它还具有两个通讯接口，把计算出的数据或变电站监控系统的遥控指令通过RS－485通讯接口传给PLC，同时接受PLC传过来的数据。另外的一个RS－485／RS－232通讯接口和变电站监控系统通讯。
档位显示单元是本公司自己研制的，主要用来对有载调压变压器分接头开关位置显示，并把分接头开关位置信号转换为BCD码给PLC。
系统的总体结构如图1所示：
3．3 PLC程序设计
应用编程软件SWOPC－FXGP／WIN－C完成系统控制程序的编制工作。该编程软件具有梯形图、指令表两种输入方式，相互之间可以转化。本装置的程序采用时梯形图方式。由屏蔽通讯电缆的RS－232串行端口和触摸屏的串口RS－232通讯，触摸屏和PLC之间以RS－422通讯来上传或下载程序。
整个程序包括主程序、初始化子程序、限值子程序、数据统计子程序、遥控操作子程序、打印子程序、数据子程序等。下面示意一段数据子程序：
1 引言
变频调速技术在我国水泥行业的应用日趋广泛。在生产工艺需要调速的许多环节，如回转窑、单冷机、喂料机、配料系统、风机、水泵等，以交流变频调速取代调压调速、滑差调速以及直流调速已成为一种必然趋势。
在水泥粉磨工艺中，球磨机入磨物料粒度的大小，对其台时产量影响较大，预破碎工艺作为提高磨机台时产量、降低粉磨电耗的重要途径，引起了许多水泥企业的重视。根据工艺要求，水泥立窑放料每次持续2～3 min，间隔2～3 min，但目前几乎所有水泥企业中破碎机处于工频恒速运行状态，24 h连续运转，造成电能的浪费，并影响电机和破碎机的使用寿命。另一方面，由于破碎机具有十分大的惯性，不易频繁启停，所以即使使用变频器也难以解决系统制动时产生的泵升电压引起保护电路动作，使系统无法正常工作。
针对系统的以上特点，本文设计了破碎机变频拖动PLC控制系统。利用变频器实现破碎机的变频调速和软启动；利用再生能量回馈单元克服破碎机制动过程中产生的过高的泵升电压；利用PLC实现系统的逻辑闭环控制，使破碎机的工作与立窑放料同步，实现间歇运行。从而在改善工艺控制质量的同时，大限度地节约了电能，降低了生产成本。现场调试和运行结果表明，系统运行，节电率可达60%以上。
2 粉磨工艺流程
水泥粉磨工艺流程如图1所示。
图1 水泥粉磨工艺流程图 熟料出窑后由输送机送入熟料库，熟料、混合材、石膏按重量配比后先入磨前提升机，再输送到回转筛。回转筛筛余粗粒入立式反击式破碎机，破碎后的物料再入提升机。回转筛筛下的细粒则入水泥磨。成品从旋风式选粉机细粉出口入成品库。立窑每放料一次，由窑口处的远红外测料仪检测到放料信号后，启动链式输送机输送物料，每次持续2～3 min，然后间隔2～3 min，开始下一次放料和送料。改造前破碎机由工频电源直接供电，在立窑不放料时则处于空转状态(空转率达50%)，浪费大量能源。再者，破碎机工频运行时，其运行速度过高，即使放料时也存在严重能源浪费。因而对其进行变频改造能够产生的经济效益。 3 系统硬件设计及工作原理 本系统主要由变频器、能量回馈装置、可编程控制器PLC和远红外测料仪组成。现分别介绍如下。 |
图2 变频器接线图 3.2 再生能量回馈装置 |
图3 变频器和电源再生装置连接图 3.3 可编程控制器PLC |
图4 PLC接线图 另外，系统设有工频/变频运行切换开关K4以及手动/自动运行切换开关K5。在一般情况下系统要求变频运行，K4置于“变频”位置，X2=on，PLC输出Y12=on，系统进入变频准备状态；如果变频器故障，可将K4置于“工频”位置，X2=off，PLC输入出Y12=off，破碎机工频运行，可继续使用。K5用于决定破碎机的工作状态是连续恒频运行还是根据水泥窑送料信号断续调频工作。 |
图5 PLC程序流程图 4 PLC的程序设计 PLC软件采用梯形图语言，实现各种逻辑控制、变频器启制动控制及手动/自动、工频/变频转换和故障自切换等功能。程序框图如图5所示。 5 运行结果 上述系统已于1998年8月在山东某水泥厂投入实际运行。系统根据送料信号自动实现启制动运行，破碎机运行速度连续可调。电机可以实现频繁软启动，基本无启动电流冲击，启动力矩足够。系统在变频运行条件下，若变频器突然故障，则自动切换至“工频”状态继续运行，同时发出声光报警信号(内部可选)。根据现场工况需要，将有放料信号时变频运行给定频率设为43 Hz，系统运行电流为27 A，运行电压280 V，改造后的系统平均每年耗电5.7万度。根据现场记录，系统在改造前工作频率为工频50 Hz，运行电流为32 A，运行电压400 V，平均每年耗电19.42万度。改造后的节电率为70.6%。该系统的优点如下。 |
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