西门子6ES7231-7PD22-0XA8全年质保

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数控机床控制系统中并非单纯的轨迹及定位控制，往往还有一些机床的逻辑动作需要相应的控制，这就要求在机床的电气控制中既有数字控制系统NC又有逻辑控制系统PLC，两者之间实现信息交换有多种方法。本文介绍了在实际设计、研制半自动提速铁路轴承内、外滚道精机项目中，数控系统在机床伺服电机进给数控程序和机床其他动作的PLC程序控制两者之间的通信联络方法，此方法能有效地将上述两者的控制结合起来。该机床目前已制造完成用于轴承生产加工中，实践证明，该方法简单、实用，效果良好。

1 数控系统简介

数控系统中，执行数控NC功能的NCK软件程序和执行逻辑功能的PLC程序，需由用户根据机床的实际情况加以编制。软件设计中，主控程序是NcK软件程序；机床逻辑动作由NCK软件程序输出给PLc的辅助功能来完成。

1.1 输出给PLC的辅助功能

辅助功能又称M功能或M指令，是控制机床加工操作时作一些辅助动作的开／关功能，其主要用于机床加工时的工艺性指令，靠继电器的通断来实现其控制过程。辅助功能M代码是以地址M为后跟2位数字组成，共100种(M00一M99)。机床上的各种开关操作可以通过零件程序中的M功能指令。M功能在使用时，每个程序段可以有5个M指令。M指令的值从O到99，为整数。其中少数几个M指令已经由系统生产厂商设置了一些固定功能，具体参见表1，其余部分可供机床生产厂商使用。

1.2 PLC向NCK传送的信号

PLC用户程序和NcK(数控)之间通过不同的数据区可进行信号和数据的交换，PLC用户程序与交换无关，对使用者来说这是自动进行的。PLC／NCK的控制信号和状态信号会循环刷新。信号分为普通信号、运行方式信号、通道信号和进给轴／主轴信号。其中，在PLC-NcK的通道控制信号中，3200的PLC变量中的V32000006．1是读入使能禁止信号，其含义及使用方法如表2所示。
   V32000006．1含义及使用方法 

从表2可以看到，当对V32000006．1置“1”，禁止下一个程序段的数据传送到插补器，这时NC程序处于停止等待状态；当对v32000006．1复位清“0”，下一个程序段的给插补器，这时NC程序开始继续执行该下一程序段，因此，通过对v32000006．1的置“1”和复位清“0”就可以实现对NC程序段的运行控制。在机床设计中，某些情况下只有结束辅助功能才可以执行下一个NC程序段，因此，这时可以通过禁止读入信号阻止程序段的自动转换执行。

2 应用实例

半自动提速铁路轴承内、外滚道精机的自动控制中，具有一个往复进给轴，由数控系统的进给轴输出接口控制伺服驱动系统，再由驱动系统控制交流伺服电动机，从而控制机床的进给轴往复进给运动，其余的电动机或动作由PLC输出，通过控制继电器或电磁阀来控制，其动作流程图如图1所示。

精机动作流程(图1)中，所有的机床动作除了往复进给运动和工作轴电动机的粗、精启动及停止由数控程序控制外，其余所有的机床动作皆以M功能的形式由数控程序输出到PLC。从动作流程图可以看出，芯轴插人、油石跳进等动作的命令输出后，不能马上执行下一个NC程序段，需等动作到位后才能继续NC程序，这时可在PLC程序中加入传送给NCK的读入禁止命令，停止NC程序的继续向下执行，直到该动作完成后，再由PLC向NCK发出读入使能命令，NC才能继续控制程序的执行。

这里，以油石跳进动作为例来加以说明。辅助功能M16是油石跳进命令，数控程序命令为在N20语句的程序命令中，油石跳迸命令以辅助功能M16形式给出，N30和N35语句的程序命令是进行精加工的伺服电动机往复进给控制命令，从滚道精机动作流程图可知，数控系统在发出油石跳进命令后，不能马上执行精加工的伺服电动机往复进给数控动作，等到油石跳进到位开关动作后才能执行下面的N30和N35动作。正常情况下，NCK是一条接一条连续地读人数控程序命令并往下执行的，执行速度很快，在发出M功能指令后，NC紧接着就执行下一句程序段，这时PLC接受到的M功能指令可能还未来得及执行，数控程序已继续向下执行了。而机床要求NcK在执行完N20语句后，不能马上执行N30语句，因此，在PLC接收到NcK发来的M16命令后，可以通过PIJC梯形图(图2)，将PLC-NcK的通道控制信号中的v32000006．1设置为读人使能禁止，禁止下一个程序段的数据传送到插补器，这样，NcK不再执行下面的N30语句，当油石跳进动作完成，油石跳进到位开关动作后，取消读人使能禁止，允许NcK读入程序即v32000006．1设置为读入使能，NcK再继续执行N30语句。

3 结束语

在设计制造的半自动提速铁路轴承滚道精机中，使用上述方法，利用PLC_NCK的通道控制信号中的PLC变量V32000006．1，即读人使能禁止信号，实现了数控系统的数控程序NC和逻辑控制程序PLc的联络，方法简单、、实用

在机械工业中，传统普通车床仍占有相当比例，其中部分车床采用液压系统来控制的自动切换，机床电气控制部分多应用继电器——接触器控制来实现，这类系统元器件多，体积大，连线复杂，性和可维护性低，故障率高，工作效率低，而随着计算机技术、电子技术等的发展，计算机控制技术在液压传动控制中也得到了广泛的应用。以计算机技术为的PLC(可编程序控制器)具有抗干扰性强，运行等诸多优点在工业自动化领域已被广泛应用。本文即是利用PLC控制技术，对传统液压回路进行系统控制设计，变传统电气控制为PLC控制。

1 工作原理

1.1车床液压控制回路的液压元件构成

此车床液压控制回路主要由以下原件组成：左夹紧液压缸用于夹紧工件和卸下工件，中横向进给液压缸带动横向进给，右纵向进给液压缸带动纵向进给，6个电磁换向阀控制进给液压缸的前进与后退，2个调速阀控制进给液压缸进给速度，双联泵提供液压油输出，另外采用3个单向阀控制液压油流动方向，减压阀和压力继电器监控夹紧缸的油压。

1.2 车床液压控制回路的工作原理

液压控制回路如图1所示，其作用主要是能够控制车床完成完整的切削加工过程，并且工作一个循环，分为8个步聚：1、装件夹紧；2、横快进；3、横工进；4、纵工进；5、横快退；6、纵快退；7、卸下工件；8、原位停止；各步骤的切换分别由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7控制，具体工作循环如图2所示。行程开关用于控制液压回路中6个电磁换向阀电磁铁的通电与否，进而改变液压油流向，影响液压缸实现动作顺序，完成切削过程。

(1)装件夹紧。接通液压回路电源，按下启动按钮SB1，电磁铁6YA、7YA通电，5YA失电，两阀右位接人液压回路，双联泵左侧高压小流量泵提供高压液压油，**夹紧力；此时夹紧液压缸右腔进油，活塞左移，完成工件的夹紧。

(2)横快进。活塞左移到一定位置，工件夹紧后，压下行程开关SQ1，此时7YA断电使双联泵右侧低压大流量泵提供大流量液压油，1YA通电使该阀左位接通，横向进给液压缸下腔进油，带动快进，实现横向快进动作。

(3)横工进。当横向进给液压缸到达切削加工区域时，压下行程开关SQ2，此时电磁铁1YA、3YA、6YA、7YA通电，此处快速油路切断，液压油从其右侧调速阀经过，从而控制横向液压缸进给速度，完成横向工进，对工件进行横向切削加工。

(4)纵工进。横向进给液压缸到达一定位置时，压下行程开关SQ3，此时电磁铁1YA、2YA、3YA、4YA、6YA、7YA通电，纵向进给液压缸右腔进油，回油从调速阀经过，液压缸带动进行纵向切削加工，完成纵工进给动作。

(5)横快退。纵向切削加工完成后，进给液压缸压下行程开关SQ4，IYA、3YA、7YA断电，使双联泵低压大流量提供液压油，横向液压缸带动快速后退。

(6)纵退。横快退完成后，液压缸压下行程开关SQ5，此时电磁铁2YA、4YA断电，使两阀右位接通，纵向进给液压缸左腔进油，带动完成纵向快速后退动作。

(7)卸下工件。纵快退动作完成后，液压缸压下行程开关SQ6，此时电磁铁5YA、7YA得电，6YA断电。使双联泵左侧高压小流量泵提供高压液压油，**卸下工件动作平稳进行；完成卸下工件动作。

(8)原位停止。卸下T件后，活塞杆退回原位，压下行程开关SQ7，此时所有电磁铁都断电，液压系统恢复原始停止状态。

2 PLC控制系统设计

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业，在各个领域的应用都得到了广泛的发展。

PLC具有自己的特点：
1、性高，抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了的抗干扰技术，具有很高的性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时问高达30万小时。
2、配套齐全，功能完善，适用性强；现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。目前已经渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
3、易学易用，深受工程技术人员欢迎；PLC作为通用工业控制计算机，接口容易，编程语言简单，容易掌握。
4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5、体积小，重量轻，能耗低 。

本设计采用三菱FX2N-32MR型PLC进行控制设计。

2.1 液压回路控制系统硬件设计

系统中输入信号由行程开关及按钮产生，其中按钮SB1控制系统启动，按钮SB2控制系统停止；输出信号主要控制液压回路中的7个电磁阀。PLC硬件具体输入输出分配如表2所示。
2.2 液压回路控制系统软件设计

根据前文所述的控制要求，可绘制出PLC梯形图如图3所示
3 结束语

对传统的液压回路控制由继电器——接触器控制系统变为PLC控制，可充分利用PLC控制的优点，增加控制的灵活性。让电磁阀与计算机相联接，可实现数据处理的自动化，使得自动化程度越来越高。PLC控制系统具有很好的柔性，特别是改变工艺路线时，只需改变控制程序，系统元件不需重新安装，不需改变电气控制柜中继电器硬接线逻辑，投资较少，灵活性大大提高，故障率低，使用起来加方便。

顺序控制就是使系统能按一定的顺序工作，常用于离散的生产过程控制。顺序控制又可以分为确定顺序控制和随机顺序控制，在生产机械运行中常为确定顺序控制，控制对象工作过程或顺序是确定的。用 PLC 进行顺序控制是 PLC 的基本应用，也是PLC 的优势所在，在生产机械的自动化控制领域中，PLC 顺序控制系统的应用很广泛。

常用的生产机械顺序控制系统运行时，设备按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作，且这些动作严格按照一定的先后次序执行。PLC 顺序控制系统的输入信号大多数是行程开关、接近开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关，有时也采用压力继电器、定时器等。

FX 系列 PLC 顺序控制程序的编程方法有很多，如状态转移图和步进梯形图编程、起动 - 保持 - 停止电路编程、置位和复位指令编程、移位指令编程等。本文以三菱的 FX 系列 PLC 为例，说明实现顺序控制的常用四种程序设计方法。

1 状态转移图和步进梯形图编程

状态编程就是将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，明确各状态的任务、状态转移的条件以及转移的方向，然后再依据总的控制顺序要求，把这些状态组合形成状态转移图，后依一定的规则将状态转移图转绘为步进梯形图程序。因此步进梯形图和状态转移图是一一对应的，在进行编程时，我们是要根据设备的工艺过程控制要求，绘出状态转移图。

状态法编程思想其实就是将复杂的顺序控制过程分解为若干个工作“状态”，然后分别进行编程，后再组合成整体程序。这种编程方法可以使编程工作程序化和规范化，是 PLC 程序设计的重要方法。状态转移图是状态编程的工具，图中包含了顺序控制程序所需用的全部状态及各状态间的相互联系。对某一具体状态来说，状态转移图给出了该状态的驱动任务、状态转移的条件和状态转移的方向。因此，状态转移图可以非常清晰地表达出顺序控制的整个工艺流程，形象直观，可读性很强，特别在复杂的顺序控制程序中应用起来非常方便。

例如，某 PLC 控制的送料小车，小车原位停止时压下限位开关 SQ1（X0），按下启动按钮 SB（X2），Y2接通小车前进，当运行到料斗下方时压下限位开关SQ2（X1），Y2 断开小车停止，同时 Y0 接通料斗门打开给小车加料，延时 10 秒后关闭料斗，Y3 接通小车后退返回，当回到原位时压下限位开关 SQ1（X0），Y3断开小车停止，Y1 接通小车底门打开卸料，延时 8 秒后卸料结束，完成一次动作，并可以循环。

该运料小车控制系统为典型的顺序控制，采用状态编程，其状态转移图如图 1 所示。 在负载驱动部分，Y1 加 X1 的常闭的作用是压下限位开关后，能让电动机的电源及时切断，确保准确定位，从而**运料小车工作的性。小车运动控制状态转移图可以转换成对应的步进梯形图，步进开始用STL 指令，其具有主控和跳转功能，确保各状态驱动严格按顺序进行，步进结束用 RET 指令返回。
2 使用启动- 保持 - 停止电路编程

启动 - 保持 - 停止电路是基本的 PLC 控制电路，有关断和接通两种形式，一般采用关断控制，同时也可以衍生出许多常用控制电路程序。利用启动 - 保持 - 停止电路思想，按照实际的控制逻辑，也可以很方便的设计出顺序控制程序。

例如某设备工作循环为：X1 接通后 Y1 接通—X2 接通后 Y2 接通，同时 Y1 断开—X3 接通后 Y3 接通，同时 Y2 断开—X4 接通后 Y1 接通，同时 Y3 断开，自动循环。利用启动 - 保持 - 停止电路设计的控制梯形图如图 2 所示，系统启动后能一直按顺序自动循环运行，若 X5 接通，则 Y0-Y3 都断开，系统停止工作。控制梯形图利用常开常闭触点、线圈等来实现输出的顺序接通控制，控制逻辑也很直观，停止信号接通时，执行数据传送指令 MOV，使 Y0-Y3 都清零断开，实现设备停止。

3 使用置位和复位指令编程

利用置位指令 SET 和复位指令 RST 也可以实现顺序逻辑控制，图 3 所示的顺序控制可以改为利用SET 和 RST 来实现。由于作用于输出继电器这类位元件时，SET 指令是实现接通并且保持，RST 指令是断开并且保持。因此控制程序中就不再需要用输出继电器的常开触点来自锁，直接由触点逻辑条件来控制输出继电器的复位和接通就可以，这种编程方法的顺序转换关系明确，程序也很容易理解，常用于控制系统中手动控制程序的设计。
4 使用移位指令编程

FX 系列 PLC 的移位指令常用的有循环移位指令和位移位指令。循环移位指令可以使数值或状态实现自动循环移位变换，使用简单，但是只能操作 16位或 32 位数据，使用受到限制。位移位指令使用灵活，可以对范围内的任意位数据移位。用移位指令设计的梯形图看起来简洁，指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，在工业控制中较少使用，大多数应用于彩灯顺序控制电路中。如图 3 所示的控制程序，利用位移位指令实现了 Y0—Y11 共 10 个输出继电器的顺序轮流接通。当 X0 接通时，Y0—Y11 正序轮流接通 1 秒；当 X0 断开时，Y0—Y11 反序轮流接通 1 秒，且能循环。如果输出接彩灯即可以实现彩灯的顺序自动控制。

可编程控制器（PLC）完成整个浆纱机的逻辑控制功能，如启停控制，温度、压力、伸长率、回潮率的控制，通讯控制，各过程量数据采集，设定参数下载等。同时，它也是现场总线的主站。PLC 选用西门子S7-300 系列PLC，选用硬件PID 功能模块进行温度控制。

产品特点：用PLC完成逻辑控制，用操作控制单元处理系统信息，使整个系统的控制充分优化。

在纺织行业，浆纱是一道重要的前期工序，它对于织机的效率和成品的质量都有很大影响。而浆纱机的运转状态直接决定了上浆的质量。浆纱过程中要保持上浆均匀一致，使经纱维持恒定且为限的张力，并使回潮率保持不变，就对浆液的温度、粘度，经纱张力，烘干温度及回潮率进行自动控制。

由于各部分受控对象处于分散控制状态，浆纱过程中各种技术参数协调性不理想。浆纱机中各部分张力不均匀，会使经纱的断头增加，影响浆纱机及织机的正常操作。为了解决上述问题，我们与纺织机械厂合作，利用了当今世界的西门子驱动技术，把浆纱机的主传动从总轴驱动方式改为分阶段控制方式，即机器的各部分分别由单的电动机驱动。并开发了以西门子自动化与驱动技术和产品为基础的双浆槽七单元浆纱机变频伺服驱动控制系统。系统采用变频伺服驱动器驱动主传动各部分的电动机，用可编程控制器（PLC）完成逻辑控制，协调各种技术参数，用操作控制单元处理系统信息，使整个系统的控制充分优化。

本控制系统主要用于控制双浆槽多单元浆纱机从纱线的退卷、经过浆槽浸浆、烘房烘干、控制伸长比并按要求的卷绕张力卷绕成轴。在这一工艺过程中，需要进行温度PID 控制、压浆辊压力控制、伸长率控制、张力／转矩控制、计长控制及逻辑联锁控制和实现工艺参数的可读性和可调整性。

电气控制系统主要由可编程控器（PLC）、操作控制单元（HMI）、变频伺服驱动器、伺服电机以及回潮检测控制仪等构成。

选用西门子多功能操作控制面板SIMATIC Multi Panel MP370 作为人机界面，可以显示浆纱机的工艺过程和工艺参数，具有设定和储存浆纱品种的工艺参数、检测全机各控制点的工艺参数、进行分析计算和控制、历史数据管理、在线显示工况、故障诊断、效率分析等功能。

可编程控制器（PLC）完成整个浆纱机的逻辑控制功能，如启停控制，温度、压力、伸长率、回潮率的控制，通讯控制，各过程量数据采集，设定参数下载等。同时，它也是现场总线的主站。PLC 选用西门子S7-300 系列PLC，选用硬件PID 功能模块进行温度控制。

利用的德国mahlo 回潮仪在线测量纱线的回潮率，由回潮控制仪输出控制信号和参考信号，PLC自动控制全机车速在设定范围内升降，以达到控制回潮率的目的。

电气驱动采用西门子新的运动控制系统 MASTERDRIVER MC 伺服驱动器和数字伺服电机，实现浆纱工艺过程的高速度和。

变频伺服驱动器直接连接旋转编码器反馈信号，同时通过Profibus DP 总线联网，作为现场总线的从站，向PLC 传输数据和接收控制信号，调节各单元伺服电机的速度。

MP370 控制操作面板、可编程控制器（PLC）、伺服驱动器之间通过高速现场总线Profibus DP连成现场控制网络，通讯速度高达12Mbps。

多单元浆纱机电器控制系统采用了多项西门子公司技术，在西门子公司的全套技术支持下研制开发成功，具有技术、性能、价格合理等特点。

1 引言

卿头加压泵站位于永济市卿头正西南处,引黄济运输水管线37+400处,占地1.33亩。加压泵站于2007年12月建成,并试运行成功,使得引黄济运工程日输水能力从4万方提高到6万方。该泵站使用在大口径管道中直接对口加压,此模式已投入运行近5年,大缓解了原水供给不足的矛盾,**了运城市区人们的正常生产生活用水需求。

卿头加压泵站内设高压配电室、值班室及泵房。高压配电室设备有高压开关柜和高压变频器柜。其中,高压开关柜依次为进线柜、计量柜、变用站柜、电容柜、1#电机启动柜及2#电机启动柜,每个开关柜内配有高压综合保护装置,具有标准的RS485通信功能。高压变频控制柜主要包括移相变压器、功率模块和控制模块三部分。值班室内设阀门操作屏及压力报警屏。其中阀门操作屏完成2个进水阀门,2个出水阀门及1个旁通阀门的现场开关阀,并且每个阀门具有开到位、关到位、过力矩及电源指示功能。压力报警屏内配有4块光柱数显表及报警器,每块数显表采集机组前后压力变送器传来的压力数据。泵房内设机组2台,一用一备,其中电机电压为10KV,功率为400KW。改造前设备的控制及数据的采集均由值班人员现场操作来完成。通过设置变频器的人机界面来实现机组运行频率给定及机组的启停操作,通过现场操作阀门控制屏来开关5个阀门。因此对现有泵站监控系统进行改造和完善,以达到减员增效,进而提高自动化水平及经济效益刻不容缓[1]。

2 监控系统的需求分析

在值班室设监控,并配一主控柜,可实现与阀门控制屏及压力报警屏的监控功能。实现接收电动阀门的开阀、关阀及停阀命令;采集各个阀门的位置状态及机组进出水口处的压力。

远程状态下,监控可实现与高压变频器及高压开关柜的通信。实现远程给定高压变频器运行频率,接收变频器开机、停机命令;采集的数据主要有高压变频器的运行频率、设定频率、输入输出电压、输入输出电流;高压开关柜内综合保护装置中的各种参数,例如线电压、相电压等。

监控可实现2台机组的温度采集功能。每台电机采集的参数包括电机定子温度、转子温度、轴伸端轴承温度及非轴伸端轴承温度。

监控系统不仅具有远程机组控制、监测、自动采集的各项运行数据功能,而且具有实现数据实时显示、报警、存储、曲线、查询、汇总、打印输出及报警功能[2]。这样在简化开机启动流程的基础上,降低了劳动强度,大大提高了工作效率。

3 泵站监控系统结构

监控系统按照分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便的设计思想,分别实现对现场数据的采集和水泵机组的启停控制。系统由3层结构组成,分别是管理层、控制层和现场层。管理层为工业计算机,其主要作用是与控制层的PLC通信,获得生产过程所需的数据,显示工艺流程,提示报警,生成报表并支持报表打印。控制层为PLC控制柜,变频控制柜及高压综合保护装置,其作用一是用于采集2台机组前后的压力、电机温度参数及高压开关柜的电气参数;二是接收工业计算机的命令,实现阀门及电机的启停。现场层为现场设备,是控制系统信号的提供者,如水泵电机内温度传感器、压力传感器、阀门到位信号等。系统的整体结构如图1所示。

4 泵站监控系统设计

本项目主要是通过设计PLC主控柜、电机温度子站,构建工业计算机通信网络,开发卿头泵站集中监控系统,实现系统的远程控制及各系统参数的集中监控。

PLC主控柜为监控系统的,内部由一系列PLC组件组成。PLC为可编程逻辑控制器,它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。本主控柜既要实现对阀门稳定的控制功能,又要完成实时采集机组前后压力以及电机温度功能,同时还具备与工业计算机进行网络通信的功能。因此,系统选用的西门子可编程控制器。为了完成上述功能,根据系统规模统计要求,系统所使用的控制点数见表1。

监控系统中电机温度采用分布式IO设备ET200M来实现组网,该网络在物理层是基于屏蔽双线的电气网络,传输协议采用PROFIBUS DP,使CPU和分布式IO设备之间实现快速、循环的数据交换。[3]DP主站即主控柜,是控制CPU和分布式IO设备之间的连接,它通过PROFIBUS DP与分布式IO设备交换数据并监视DP网络通信状况。分布式IO设备,即DP从站,负责在现场准备数据,使得数据可以通过PROFIBUS DP发送至CPU。本系统1#、2#电机温度保护柜作为分布式IO设备,采用现场通信总线,完成与主控柜的通信。它是由一个IM153-1和一个4通道组中的RTD电阻温度计的8点输入。

系统中高压变频器为HARVSERT-A系列高压变频调速系统,它采用单元串联多电平技术,属于高-高电压源变频器,10KV输入,直接10KV高压输出。其中高压变频器的控制器采用西门子CPU224 XP处理器。该处理器具有两个立的RS485通信口,其中Port0用于人机界面通信,Port1用于与上位机监控系统通信。本通信口采用平衡信号传输方式,可有效地抑制传输过程中干扰,具有通信速率高、通信距离长及并联接到多个端口的特点。[4]网络通信方式为半双工。Port1通信协议采用西门子专为S7-200开发的PPI通信协议,通信规约为:数据位8位,停止位1位,无校验,波特率9600,地址位为2。泵站监控系统基于该网络通信协议实现上位机远程启停高压变频器。

监控系统中高压开关柜的运行参数是通过内部的高压综合保护装置进行联网,采用mark校验码、波特率9600、1位停止位及8位数据位数据规约,来完成高压开关柜内遥测量、遥信量及遥控量的数据采集功能。

监控系统中的网络通信功能主要由以太网通信模块和串口服务器来完成。前者主要实现将主控柜内CPU处理的数据通过TCP/IP协议传入工业计算机,它采用全双工通信方式,通信速率高达100Mbit/s。后者由于工业计算机RS232通信口数量的局限性,监控系统采用串口服务器,它提供串口转网络功能,能够将RS485串口转换成TCP/IP网络接口,实现RS485串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能,连接网络进行数据通信,这样大地扩展串口设备的通信距离。高压变频控制柜及综合保护装置就是通过该设备实现局域网内的数据共享功能。

5 泵站监控系统实现

根据系统的监控需求,本系统采用了西门子公司的S7-300可编程控制器和8路串口服务器组成。主要包括一个DP主控柜主站,2个DP电机温度从站,1个高压变频子站及5个高压综合保护装置子站。DP主站模块主要有1个电源模块、1个CPU模块,2个模拟模块,1个开关量模块,1个通信模块。其中,CPU模块选择为313C-2DP紧凑型CPU,通信模块为以太网CP343-1通信处理器。DP从站模块主要有1个电源模块、1个IM153接口模块,1个SM331 8XRTD模拟模块。 [5]高压变频子站与高压综合保护装置通过串口服务器连接,通过交换机完成软件与子站的通信。

主控柜主站实现对阀门控制、压力采集,完成与2个电机温度保护子站的连接需要对PLC进行组态。本系统编程软件选用STEP V5.4组态软件。进入软件后先对主站进行硬件组态,选定S7-313 2DP为主站系统,然后添加2个ET200M的接口模块为DP从站。本次设计中两台电机温度子站的地址分别为3号、4号站。为了实现的稳定性,设定波特率为9600bps。后建立一个数据块,用于观测实时通讯效果。组态效果如图2所示。

图2 监控系统硬件组态

系统硬件组态成功后,根据2台机组的运行工艺要求,编写控制程序。主要包括阀门操作及高压变频器操作两部分。机组开机条件为:电机启动柜合闸,高压开关柜不存在故障报警。同时高压变频器工作状态为远程并且处于高压就绪状态、不存在故障报警。其中1#机组的启停机流程如图3所示。

6 结束语

在泵站监控系统开发中,上位机系统利用工控软件Kingview6.52进行二次开发,下位机使用抗干扰性强、使用广泛的S7-300 PLC的监控方案。目前该方案的系统已经应用于卿头加压泵站,其运行效果良好,性能稳定。对于今后水厂泵站改造及建设具有借鉴意义