西门子6ES7307-1BA01-0AA0参数方式

西门子6ES7307-1BA01-0AA0参数方式

1  引言 

随着3C技术（计算机、通信、控制）和变频技术的不断发展，在居民小区生活用水、工业用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中，原来均是采用水塔、高位水箱等设备，这些设备不但占地广、投资大，而且越来越不能满足现代化的供水要求。另一方面，采用传统的方法很难保证供水的实时性，并且由于水泵是采用大供水量设计的，由于用水高峰时间短，很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。本文以永城煤电集团水厂的控制系统为例，介绍一种基于PLC和触摸屏控制的恒压供水系统。 

2  系统简介 

永城煤电集团水厂变频恒压供水系统由PLC控制器、两台变频调速器、软启动器、触摸屏显示器、交流接触器、热继电器、压力变送器、水位变送器、流量变送器等其他电控设备以及4台75kW水泵和一台45kW的小水泵组成，如图1所示。 

图 1 恒压供水系统图 

在供水系统的蓄水池中安装水位变送器，在总出水管安装压力变送器和流量变送器，出水位、压力和流量，转换成4～20mA的信号，输入到PLC 的模拟量输入模块，将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过PID运算，通过控制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速,以达到保持水压的恒定;同时通过水位检测，根据水位的高低来开启水源井的多少和调节反渗透系统的产水能力。同时，在触摸屏显示器上可以显示各个电机的电流、频率、水位、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。系统信息还可以通过企业的Intranet网发布到网络上，通过网络进行系统的远程诊断和控制。 

3  控制对象 

根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况，控制水厂现场设备（泵、阀门等）的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止，以实现水厂恒压供水的自动控制。 

4  系统工作原理 

该系统具有手动和自动两种运行方式: 

4.1 手动运行方式

选择手动运行方式时，根据需要，通过按启动和停止按钮，来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。 

4.2自动运行方式 

（1） 启动程序

在自动运行时，检测5台泵是否有泵出现故障，如果1＃泵出现故障，则通过触摸屏在线修改该水泵的状态，把1＃泵设为故障状态，则系统启动时，自动不启动1＃泵。其次检测蓄水池水位，如果符合要求，1＃泵也无故障，开始启动真空泵抽真空，如果满足要求，则1＃泵变频交流接触器吸合，电机和变频器连通，同时打开1＃泵的电磁阀，通过检测压力的大小，PLC经过PID运算，此时变频器的输出频率从0Hz开始上升，如果压力不够，则上升到50Hz，延时后，通过软启动器，将1＃泵切换到工频，再启动2＃泵，依次类推，直到出水压力达到设定压力。 

（2） 水泵切换程序

根据流量传感器检测到的流量的大小，如果出水量减少，出水压力过大，则PLC控制变频器的输出频率，减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20Hz，此时PLC开始计时，如果出水压力降低，则放弃计时;如果出水压力一直设定压力，到一定时间后，则根据先投先停的原则，PLC将先关闭正在运行的投入时间长的泵的电磁阀，再关闭该泵，直到出水压力达到设定值。 

（3） 启动小功率泵

对于永城煤电公司居民生活用水来说，其属于用水时段性很强的系统，因此在5台水泵中，1＃—4＃泵为75kW，5＃泵为45kW。因此，当在用水低谷时，一台45kW的小功率泵就足可以保持供水压力，此时，就可以通过变频运行5＃小功率泵，使其工作在低频状态，就可以维持供水系统的水压稳定。 

（4） 远程控制和故障诊断

该控制系统通过PLC的通讯模块CP340向设在局后勤处的上位机发送信息，两者之间通讯采用RS-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时，可以通知多开启水源井和反渗透装置，以提高蓄水池水位，防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布，当出现故障，而现场人员无法解决时，通过远程诊断功能，由厂家帮助处理。 

5  控制系统硬件配置及软件编程 

5.1 硬件配置

（1） PLC的配置

可编程控制器采用SIEMENS的S7—300系列CPU-314主机，1个电源模块，2个32位I/O模块，2个16位输出模块，2个12位AD模块，1个12位DA模块和一个CP340模块。CP340和上位机之间通过RS-485进行通信。 

（2） 触摸屏

可以方面的通过串行通讯与编程器通信，也可以和PLC通过MPI网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还可以通过触摸屏对PLC进行在线控制。 

（3） 变频器及控制方式选择

在本系统中，根据冗余设计原则，采用2个三菱供水变频器，以在发生故障时相互备用。由PLC开关量输出控制变频器的启动/停止。 

5.2 软件编程

（1） PLC编程

PLC从软件配置上有系统程序和用户程序。系统程序装配在CPU模块上随硬件的产品而来。用户程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块，程序是采用块式结构形式，共有5种形式:组织块（0B）、程序块（PB）、功能块（FB）、数据块（DB）、顺序块（SB）（本系统未用）。因此，在PLC软件中使各种功能的程序模块通过主程序的结合起来。故PLC程序主要解决现场各泵的启动程序、切换程序、启动小功率泵;模拟量的处理;与上位机和触摸屏通信数据的处理功能等。 

（2） 上位机程序

上位机使用VB编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要符合SIEMENS公司PLC的RS-485通信协议;对PLC发回的响应帧，上位机进行拆装、识别，才能正确的分离出交换数据和有用的状态信息。 

（3） 触摸屏程序

触摸屏程序主要有主画面、参数设置、供电回路、反渗透、实时曲线、报表统计、故障维护等画面组成，其结构如图2所示。  

图2 触摸屏程序结构 

5  结束语 

在供水系统中采用基于PLC与触摸屏控制的变频恒压供水系统，可以根据实际需要水压的变化自动调节水泵的转速或加减速，实现恒压供水，降低能耗; 还可以延长主泵电机的使用寿命。由于采用了双变频器，在一台变频器出现故障时，系统可以自动的切换到另一台变频器，基本可以保持不间断的恒压供水,具有一定的性。 

目前，该系统在永城煤电集团水厂经过一年多的运行后，运行状况良好，达到了预期的设计要求，节能效果显著，受到了用户的，具有很好的应用前景。 

1 存在的问题 

在水泥生产线上的各个控制环节，PLC作为局部工艺线控制单元的应用已不胜枚举，比如窑、磨的辅助控制，各类高低压电动机的控制、各类除尘设备的控制、各类仪表检测单元的控制等等。但在应用的过程中，不少企业尤其是中小企业经常遇到以下问题：一是控制装置大多是配套供应商开发的成套装置，配套的说明书都比较简陋，操作方面的内容较为详细，但对PLC的配套原始资料和梯形图（时序）则往往不予介绍提供，一旦出现问题，企业自身技术人员则往往束手无策；二是所选用的PLC基本上是进口产品，器件出现硬故障后订购周期较长，容易影响生产，而就近所能购置到的又往往不是原来，受自身设备水平限制难以实现自我替换；三是各企业电气维护人员水平参差不齐，中小企业的技术人员大多不具备一定的时序编制基础，没有相当的调试能力，对软故障的处理常无可奈何；四是所用PLC较多，难以配齐手操编程器；五是个别供货商借机敲诈，以站不住脚的“保护知识产权”为由索要数倍的，企业难以承受。其实，从PLC 本身而言，只不过是一种在当今电气控制领域运用相当普遍的器件而已，已不再是不可掌握的高技术产品。以下笔者结合自身经历介绍PLC替换的一些经验和具体事例。  

2 PLC概述及替换基本原则 

工业用PLC的部件是CPU及内存RAM、电源板（DC12/24V）、电池、接口模块、继电器（无触点开关）等，一般还包括发光管/显示屏、I/O 输入输出端子、程序模块和PC电缆的接口、键盘等。现在水泥生产线上通常应用的PLC分为两个大类：一是功能较单一、结构简单的小型（基本型）PLC，无 I/O扩展能力；二是功能强大、点数较多、带有扩展槽的的中、大型PLC，有I/O扩展能力。在中小型水泥生产线和自动化水平不是很高的自控场合，基本上采用小型PLC，特别是单机除尘器、大风机调速控制、预热器吹堵清灰等控制功能单一的环节，小型PLC的应用十分普遍。从PLC的来看，西门子、三菱、欧姆龙、AB、ABB等用的比较多；从结构性能来讲，大同小异，但互换性存在一定的问题。当确定在用的PLC本体出现故障时，我们要判断出所出故障是硬件受损还是软故障，软故障可采用手操编程器和PC机依照程序（梯形图）进行诊断恢复，硬件受损换受损部件甚至是整台PLC。在整台换过程中要注意几个问题：要考虑选用同一同型号的，PLC不同于一般开关控制电器，需将所需时序通过PLC通讯口输入后方能投入使用，这要配备OP（手操编程器）和PC机方能实现，这是普通维护人员办不到的；其次要考虑在没有同型号的情况下选用功能相近的同一的替代，若没有同一的则选用功能相近的不同的，但要特别注意电源电压等级一致性，I/O口数量不得少于原配PLC，原来应用所编时序可在新换PLC上运行，还有必要的外围电路的相应改造等等。 

3 Φ3.5/3m×60m窑窑尾玻纤袋除尘器PLC的替换实例 

2001年5月，我厂Φ3.5/3m×60m余热发电窑窑尾玻纤大布袋除尘器控制柜内元件——美国AB公司生产的固定式 PLC（SLC5001747－L30C）出现故障，经有关技术人员诊断CPU板损坏，除尘器只能手动操作，经与供货商联系，因国内无、供货周期太长、要价太高而只能作罢。 

玻纤袋收尘控制PLC原工作顺序如下： 

1）PLC上电自检完毕后，按照卸灰1室→卸灰2→卸灰3室→卸灰4室，依次类推到8室，卸灰基准值为3min，每室工作间隔5s，卸灰完毕后，反吹风机启动，持续30s。 

2）进入清灰状态 

室排气反吹阀开启，然后零阀开启，反吹基准值为30s，零阀关闭延续1min沉降粉尘，然后室排气反吹阀关闭。 

二室排气反吹阀开启……依此类推持续到八室。 

3）各室清完灰后进入大间隔30min，而后进行再次循环重复以上工作。   

我们在此情况下决定选用就近可以购买得到的三菱PLC替代，重新编程并对

外围电路加以局部改造，具体改造方案概述如下： 

1）根据AB公司SLC500的结构特点、供电电压（AC120/240V双组）和除尘器控制所用实际I/O口的数量，决定选用三菱公司的MELSECF1－60MR（AC110/220V）取代，其各项指标能够满足要求。 

2）重新编制时序（略），并根据车间要求将PLC工作时序加以改动，具体改动如下：卸灰状态在重复4遍后再进入反吹清灰状态，清灰完毕后取消大间隔30min而直接再进入卸灰状态，如此进行工作循环。 

3）经程序调试和外部线路改造后一次试机成功。 

自2001年6月初改造完毕投入运行以来，控制功能达到设计要求，同时外围电路接线较改造前简洁实用，收到了良好的效果。投资情况：替换AB公司产品厂家要价4万元，而此次整个改造的花费（含编程调试）只有480。 

治理大气污染，有准确的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的项目和企业中应用 CEMS，结合环境监测仪器、ABB PLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。

CEMS中有很多种监测方法：比如烟气SO2自动分析仪的原理有电导法、非分散红外吸收法（动态范围较窄）、紫外吸收法、紫外荧光法、火焰光度法和定电位电解法。采用方式主要有：（1）直接抽气采样法（2）稀释抽气采样法（包括烟道内稀释和烟道外稀释，占85.5%，主要为欧美产品）；（3）在线直接测量法；（4）定电位电解法。

CEMS环保行业有两个典型的特点： 

·一是典型的SA应用；

·二是数据及报表处理比较复杂。

·ABB AC500 PLC 和FameView在这两方面做的为出色；

·ABB PLC集成有MODBUS 主、从协议，通讯灵活；

·可配置的开关量、模拟量模块，集成简单；

·AC500的模块和端子分离，预接线方便；

·FameView强大而简单的数据库连接功能，存储各种数据到各种数据库中；

·根据需求能提供各种打印报表；

·能通过宽带/ADSL/GPRS/CDMA/电话拨号向站提供实时数据和历史数据；

·提供站软件，能接收和管理100个分站的数据；

·FameView近三年已成功应用到900多套CEMS子站和多个站。

AC500 PLC的部分开关量通道可以通过软件设为输入或输出，这大大的方便了用户的使用和适应现场的变化。而模拟量模块上的每个通道都可以根据用户的需求接入：电流，电压和热电阻信号，可以在同一个模块上接入各种不同的分析信号，简化了系统。 

近年来，由于CEMS系统的要求越来越高，使得“组态软件+PLC”的组合模式在CEMS系统中的应用越来越广泛，并已逐步取代以前惯用的“上位软件+单片机+板卡”，成为CEMS系统中实现数据采集及控制的。

FameView组态软件和ABB公司的AC500系列PLC共同开发的CEMS系统，以其稳定的通讯能力和强大的数据处理能力，逐渐为业界所认可。

AC500系列PLC是ABB公司的产品，其中烟气上用了一款CPU是PM571，它的特点是： 

1、24VDC供电，64K程序内存，1K字节指令执行时间0.3mS；

2、用户程序密码保护，支持多任务、浮点运算；

3、集成RS232/RS485、以太网RJ45；

4、CPU面板上能显示状态、诊断信息；

5、串口直接支持MODBUS 主、从协议

6、支持多种语言编程FBD、IL、LD、ST、SFC、CFC

7、可以用SD卡扩展128M的数据空间

在没有上位监控子站的系统中，AC500 PLC的串口除了可以作为Modbus通讯外，还可以通过Modem 直接和GPRS 等系统相连，并可以在就地用SD卡储存高达128M 的历史数据。

系统概述： 

烟气污染物排放总量数据监测系统（CEMS），根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数（如：SO2、NOX、CO、CO2、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度等）。这些参数数值一般由各类分析仪采集烟道中气体进行测量分析后传送到上位机，由上位机对其进行处理、运算、存储、报表等。同时，上位机还要作为服务器与环保行政主管部门进行远程通讯，向其提供数据。

一、概述 

某纺织机械厂使用Kinco PLC已在多种型号的梳棉机上定型应用。针对纺织机械智能化、集成化操作要求，客户希望通过PLC连接两台变频器，并通过文本屏设定和显示变频器参数。步进科技利用新推出的双串口CPU306EX对原系统改造，顺利实现了客户新增功能，变频器选用的是伦茨（LENZE）SMD系列。这里我们不再重复机械的工艺过程，介绍Kinco K3系列PLC与伦茨变频器通讯的过程。 

二、CPU306EX双串口PLC的通讯说明 

CPU306EX带有两个串行通讯口，Port0物理层是RS232/485可选，集成了三种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议；②自由通讯协议； ③与EasyProg软件通讯的协议。Port1物理层是RS485，集成了二种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议;②自由通讯协议。在本应用中Port0与文本屏通讯，采用MODBUS RTU从站协议。Port1与两台变频器通讯，采用自由通讯协议。 

三、伦茨SMD系列变频器的通讯说明 

伦茨SMD系列变频器通讯协议是MODBUS RTU从站协议。用MODBUS通讯时，需注意以下几点： 

1. 通讯线按如下方式连接： 

A（PLC）→71（台变频器）→71（二台变频器） 

B（PLC）→72（台变频器）→72（二台变频器） 

2. 参数设定（区分大小写）： 

C01：8（MODBUS通讯协议） 

C25：1（通讯参数9600，8，N，1） 

台变频器地址： 

C09：2（站号为2） 

二台变频器地址： 

C09：3（站号为3） 

3. 端子28要与20短接。 

4. 需要设定低速、高速、加速时间、减速时间对应的寄存器如下： 

设定低速段C37（4AH） 

设定高速段C38（4BH） 

设定加速时间C12（3DH） 

设定减速时间C13（3EH） 

5. 需要读变频器当前频率寄存器如下： 

读频率C50（50H） 

6. 采用通讯方式给变频器参数设定新值时，要对变频器执行操作。给寄存器49（31H）传参数0即可。（W49=0） 

四、CPU306EX与伦茨SMD系列变频器的通讯说明 

CPU306EX与伦茨变频器采用自由口通讯协议，CPU端需模拟MODBUS主站。 

MODBUS数据格式如下： 

通讯数据（信息帧）格式 

通讯信息传输过程： 

当通讯命令由发送设备（CPU）发送至接收设备（变频器）时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息。 

地址码：就是每台变频器的站号，是的。 

功能码：MODBUS通讯规约可定义的功能码为1到127。这里只用到了03和06。 

数据区：数据区包括需要由从机返送何种信息或执行什么动作。 

CPU内部用了一个500mS定时器来控制通讯，每500mS读一次变频器的频率。次读个变频器，二次读二个变频器，然后再返回读个，周而复始。当文本屏要设定数据时，暂停定时器停止通讯，设定成功后返回正确信息。如果设定不成功，返回错误信息并提示重新设定。若不成功次数过5次即报警，认为PLC不能与该变频器通讯。