西门子6ES7368-3BC51-0AA0千万库存

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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[1][2]。

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。由于故障率高、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[3]。

本文介绍和利时公司HOLLiAS-LEC G3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-LEC G3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。



表1 室内技术参数的设计要求



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。



表2 系统的I/O点分配表


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-LEC G3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。PLC的人机界面选用EView触摸屏。PLC控制系统及相关设备的组成如图1所示，这些配置能够满足系统的要求[4][5]。


PLC控制系统的组成>
图1 PLC控制系统的组成




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，其调用关系如图2所示。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。



图2 程序调用关系图


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。


图3 人机界面页


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

1.概述

变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无级调速驱动技术，它以其特优良的控制性被广泛应用在速度控制领域。特别是在供水行业中，由于生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格要求，变频调速技术也得到了加深入的应用。

成都市自来水公司六厂日产水量60万吨，担负着成都市区及周边地区70%以上的供水任务。自1996年年底六厂的三期工程投产后开始向郫县供水，使得我厂的供水方式从单一的重力流供水变为重力流和压力流结合供水的方式。自向郫县供水以来，由于考虑到现阶段郫县的用水量较少，从节约能耗的角度出发，我厂使用一台泵同时向郫县供水和提供我厂的自用高压水。为了满足六厂自用水压力，保证厂内各个工艺环节设备（如环节中的水射器）能正常工作，我厂自用水压力须较恒定的控制在0.3Mpa以上，采用变频调速控制是保压力恒定较为有效的方法。根据我们对郫县城区供水量的了解，发现郫县全天各时段用水量变化较大（见后图5），如果不对供水量进行调节，管网压力的波动也会很大，容易出现管网失压或爆管事故。采用变频恒压供水控制后，当郫县用水量较小时，这时相应管道和泵出口压力均较大，变频恒压控制方式将会降低泵的频率，减小泵出水量，从而降低管网压力；反之亦然。这样，小时用水量变化较大也不会造成管网压力有较大的波动。经过长期运行实践，明了变频调速手段实现恒压供水不仅保证厂内自用高压水压力足够且稳定，而且保证了郫县供水的性。

2.控制系统构成

整个恒压供水系统有两组变频泵，每组均由一台变频器和一台水泵组成；系统以PLC为控制，由PLC采集压力信号和输出控制变频泵的运行。控制系统构成如图1所示。

PLC处理器选用的是Allen-Bradley公司的PLC-5型处理器，变频泵选用的是ABB公司的SAMISTAR系列的315F660/690型的变频器和水泵。系统由两只量程为0~1.0Mpa的压力变送器分别检测两台水泵后的输水管道的压力，压力变送器将到的压力信号转换为4~20mA的电流信号，送到PLC子站的模拟量输入模板（1771-IFE），通过PLC的PID运算，由模拟量输出模板（1771-OFE）输出4~20mA的电流控制变频泵的运行。

3.控制原理及功能实现

3.1PLC控制系统简介

我厂采用Allen-Bradley公司的PLC-5型处理器通过DH+通讯方式构建了全厂PLC工业控制网络，通过DH+网络上的RSView工作站实现人机对话。RSView工作站是指运行人机图形界面软件（RSView32）的计算机工作平台，该工作站建在控制室，是实现生产现场无人值守和运行集中管理的调度。利用RSView32可以有效地对控制过程进行监视和控制，可以实现图形化的人机对话界面，模拟生产运行的流程，在模拟流程上加直观地实现生产流程的全自动运行监视、远程人工直接干预操作（如PID指令运行参数远程设定）、控制环节报警监视等功能。控制界面如图2。

LOCAL操作方式下，通过LOCALSTART/STOP开关启停变频器，通过fREFLOCALbbbbb0输入端口的电位开关人工调节变频器工作频率；通过LOCAL/REMOTE输入点可以将变频器切换到REMOTE操作方式下，在REMOTE方式下，通过REMOTESTART/STOP输入点进行PLC远程启停变频器，通过fREFREMOTEbbbbb0端口输入频率控制信号（百分比）控制变频器工作频率。根据供水量情况，我们把变频器的工作频率上限设定为水泵基频，即频率变化范围控制在0~50Hz，在此范围内水泵运行频率和定子相压成正比（及与变频器输入频率成正比），这使得变频器输入、水泵运行频率和泵的输出压力成较好的线形关系，可得到较好的控制效果。SAMISTAR变频器对用户开放的I/0接口位于TERMINALBLOCKCARD上，主要使用的有：X11-1（REMOTESTART/STOP）；X11-4（LOCAL/REMOTE）；X11-13/14（fREFREMOTEbbbbb0、4~20mA信号输入）；X11-15/16（输出4~20mA变频器运行频率信号）；X11-17/18（输出4~20mA变频泵运行电流信号）。变频器由PLC远程控制时，启动是由PLC向X11-4输出信号，使变频器切换到外部设备控制方式（REMOTE方式），再向X11-1输出信号，启动变频器。在恒压调节时，PLC处理器把检测到的压力信号作为反馈值，与PID运算的压力设定值（由调度人员根据情况在REView上设定）进行比较，再经过PID运算得到调节后的修正值，通过模拟量输出模板（1771-OFE）输出到X11-13/14，作为REMOTE方式下变频器的频率控制信号，由于该信号是相对变频器工作频率上限的百分比，所以变频器将输入信号进行内部运算后转为真实工作频率。为了使三期变频恒压供水自动控制系统与全厂自动控制网络地结合起来，实现对恒压供水系统的运行情况和设备运行进行监视和远程控制，加地实现恒压供水，我们使用PLC进行PID运算和监控。PID闭环反馈控制原理如图3：

PLC的PID运算调节通过该型处理器PID指令完成，通过设置各参数即可由PLC完成PID运算调节。PID程序段流程如图4。PID指令以相同的时间间隔周期性地执行，可采用计时器，定时中断或实时采样的等方法，此处选用了定时方法；PV是PID指令采样的压力控制反馈值，SP是PID指令的压力控制设定值，KP为PID的比例增益，KI为PID的积分增益，KD为PID的微分增益，这五个控制参数作为主要的PID参数参与控制，确定PID参数时要兼顾系统灵敏性和稳定性，由于我们恒压控制要求和设备的性能条件，参数设定强调稳定性（及KI），由于微分环节有放大噪声的特点，我们将KD尽量设置得较小；SWM为PID指令转为手动直接调频的开关，SO设定为PID指令的在手动控制输出方式时的输出值，当变频器从PID自控调节转为手动直接调频时，SO替代PID运算作为转换时的输出值，将SO设定为控制值就可实现无缝转换，减小变频器运行频率的震荡。DB为PID指令的死区设定值，输出出死区时PID指令通过自动运算限制输出出限定范围。

3.3相关控制功能实现

为了防止运行时由于压力变送器不可预见的故障造成PLC的PID运算调节失实，从而造成管网压力失恒引发失压或爆管的严重事故。我们分别在1#和2#变频泵后输水管上安装压力变送器，可以同时测到出厂输水管线上的压力；

1、引言

水处理是长期以来倍受关注的领域之一，它是改善居民生活环境、提高人民健康水平的重要手段。旋转流管式膜微滤水处理装置是一种新的水处理工艺，它采用OMRONPLC对整个工艺流程进行控制，采用Inbbtion公司的FIX6.1组态软件对整个工艺流程进行动态实时显示，实现了对流量和压力瞬时值的数据采集、显示及曲线记录，以及各种事故的报警控制等功能。

2、系统工艺流程及控制要求

(1)工艺流程

旋转流管式膜微滤水处理工艺流程如图1所示，被控系统有两套净化装置，这两套净化装置不允许同时工作，当一套处于净化状态时，另一套应处于反冲状态或备用状态。净化时，进水加压泵M1工作；反冲时，反冲加压泵M2工作。不论是在净化状态还是在反冲状态，均有相应的仪表对流量和压力信号进行检测和记录。

(2)系统的控制要求

根据工艺流程，对所设计的控制系统提出以下要求：

①将开关SA打到微机控制状态，在微机控制界面上起动Ⅰ套净化装置，由接触器KM1控制进水加压泵M1（由变频器控制）工作，同时电磁阀YVX11及YV112、YV113、YV114（后三个阀由KM1通过中间继电器KA1控制）打开，控制Ⅰ套的净化工作。

②Ⅰ套进行净化工作时，通过压力表PIT1、PIT2，流量计FIT1、FIT2、FIT5对其管道中的压力与流量进行监测。当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明Ⅰ套的净化装置由于杂质堵塞而效率过低，此时应使Ⅰ套停止净化，加压泵M1停止工作，电磁阀YVX11、YV112、YV113、YV114关闭；进行Ⅰ套反冲洗，由KM2控制的反冲泵M2工作，电磁阀YVX21、YV122和YV123打开（反冲工作一段时间后自动停止）；Ⅰ套反冲洗的同时，起动Ⅱ套净化装置进行净化。

③Ⅱ套装置净化时，由接触器KM1控制的进水加压泵M1（由变频器控制）工作，同时电磁阀YVX11及YV212、YV213、YV214（后三个阀由KM1通过中间继电器KA3控制）打开，同时通过压力表PIT3、PIT4，流量计FIT3、FIT4、FIT5对其管道中的压力和流量进行监测，当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明Ⅱ套的净化装置由于杂质堵塞而效率过低，此时应使Ⅱ套停止净化，加压泵M1停止工作，电磁阀YVX11及YV212、YV213、YV214关闭；进行Ⅱ套反冲，由KM2控制的反冲泵M2工作，电磁阀YVX21、YV222和YV223打开（反冲工作一段时间后自动停止）；Ⅱ套反冲洗的同时，起动Ⅰ套净化装置进行净化，如此反复循环。

④Ⅰ套和Ⅱ套装置在工作的过程中可通过微机界面上的停止按钮随时可以停止工作，Ⅰ套和Ⅱ套装置也可以单地进行反冲。

⑥当M1、M2过载或变频器故障时，进行声、光报警，以提示操作人员进行处理。

⑦变频器故障时可给PLC提供相应的控制信号。

⑧必要时，可将电磁阀YVX15打开，使净化装置断水。

⑨考虑到电动机的惯性，系统停止工作时，先停止水泵，短暂延时后再关闭阀门。

3、控制系统的设计

(1)控制系统的结构

根据工艺要求，考虑到系统中处理的主要是开关量信号，所以采用PLC来实现对整个系统的控制；采用组态软件对系统进行显示和监控。

(2)PLC系统设计

本系统采用OMRONC200HE系列的PLC，从系统的输入/输出点数考虑，PLC系统构成如图2所示。

PLC控制系统中包括：8槽CPU底板（C200HW-BCO81-V1）一块，通过内置的总线将各模块连接在系统中；电源模块（PA204）一块；CPU（CPU42-E）一块；16点开关量输入模块（ID212）一块；16点开关量输出模块（OC225）一块；8路模拟量输入模块（AD003）两块，分别对Ⅰ套和Ⅱ套净化装置的压力和流量进行采集；8路模拟量输出模块（DA004）一块，对变频器进行控制，从而对进水加压泵进行控制。

编程软件采用OMRON公司SYSMAC-CPT通用软件包，它可对C200HE系列及其它系列进行编程。SYSMAC-CPT是基于bbbbbbs环境下的编程软件，将它装入上位计算机中，用RS-232通信线和PLC连接，采用梯形图直接对PLC编程和监控，编制的程序可在PLC和计算机之间相互传送或存储在磁盘上。

(3)上位机监控组态软件

本系统采用美国Inbbtion公司的FIX6.1工业控制组态软件，通过RS-232串行通讯口使PC机与C200HE系列的PLC进行通讯。

通过FIX组态软件可以对工艺过程进行实时监控。FIX组态软件是以块为基础的，不同类型的块可以定义多种不同的节点，每个节点承担了一定的控制功能，在整个水处理的工作过程中，要用到模拟数值输入/输出块、数字数值输入/输出块、计算块等。上位机对电磁阀的控制就通过数字数值输出块来进行，每个阀门的控制对应了相应的数字输出节点。因此，上位机不仅能接受来自PLC的控制信号并以动画的形式进行显示，而且还能够通过通讯端口向PLC发出控制命令，对现场进行控制。通过模拟块，上位机通过通讯端口可以从PLC上读取来自控制现场的仪表所采集到的压力和流量的实时数据，再经过计算块的转换，在上位机上将数值实时地显示出来，并对系统出现的故障能及时报警。旋转流管式膜微滤监控界面如图3所示，数据的实时曲线和历史曲线如图4所示。

4、结语

旋转流管式膜微滤是一种新的污水处理工艺，采用本文所设计的控制方案对其进行自动控制，各项指标均达到工艺要求，了较好的控制效果。目前，控制系统已调试完毕并投运，运行情况良好

随着对玻璃酒瓶质量（包括外观清洁度）要求的不断捉高，传统的麻袋包装方式已不能适应生产和市场的需要。我厂现用的托盘包装正好能克服麻袋包装的弊端，可减少包装和运输中玻璃瓶（尤其是螺口瓶和异形瓶）的破碎，同时也避免了因麻袋放久后在瓶子上的积灰甚至被粘附上麻袋腐朽物的难题。

由于成套的在线玻璃瓶托盘包装机的机械结构复杂，安装要求严格，设备投资较大，所以我厂选用了结构简单、使用方便、廉的PLC托盘式缠绕机，它以LLDPE拉伸薄膜为包装材料，对托盘上的玻璃瓶进行拉伸裹包。包装后的托盘十分适宜玻璃瓶罐的储运，大地减少了瓶子破损率，还提高了瓶子的清洁度。

1、玻璃瓶托盘包装工艺要求与系统工作过程

先将玻璃瓶从递送带上用人工装满托盘（可根据瓶子尺寸分若干层，规格1300mm×1300mm；高度800～2200mm），并用手动液压搬运车拉到Φ1650的钢板转盘上。再将宽度为500mm、厚度为17～35μm的LLDPE拉伸薄膜穿进托盘下端。通过“人机界面”选择“手动”或“自动”工作模式。

系统工作过程：先启动转盘，接近开关接通，送膜电机转动，让薄膜在托盘下端绕2圈（圈数可设置）。由于光线被匀速转动托盘上的玻璃瓶阻挡，使得固定在薄膜架上、且对准被裹包玻璃瓶的光电开关“暗通”，所以薄膜架带着薄膜和光电开关上升。当薄膜从托盘下端裹包到托盘上端玻璃瓶时，升高了的光电开关可以接收到托盘外的光线，致使光电开关“亮断”。但为了让端盖边裹包严密，可以设置在光电开关“亮断”后，让薄膜架继续边包瓶边上升数秒钟（注意：薄膜架只作上下运动，而托盘始终在匀速转动）才停止，并再在托盘的上方缠绕2圈（圈数可设置）。然后薄膜架下降，再让薄膜从上往下裹包玻璃瓶。后在托盘下端又缠绕2圈薄膜，托盘停止转动。玻璃瓶托盘包装结束。

2、系统硬件配制

可编程控制器TSX08CD8R6AS为整个系统的榨制，该PLC功能齐全，可减少许多中间接触件，便于实现简化布线，优化设计，提高设备运行的性。又采用TSX08H04M型人机界面，可方便选择“手动操作”、“自动运行”、“参数设置”等5页画面，以分别进行系统调试、参数设置、调整和选择系统运行的方式等。同时外接变频器U1、U2、U3，用以分别控制转盘电机、薄膜架升降电机和送膜电机转速。另外，PLC的输入还分别接人S1“托盘原位”、S2“膜架下限位”、S3“高度限位”、S4“膜架上限位”、S5“进膜启动”和S6“紧急停止”等开关信号，以使系统正常、运行。

3、系统软件设计

按照“包装工艺要求与工作过程”要求，该托盘包装系统有手动模式和自动模式两种使用方式。使用手动模式时分别手动按“人机界面”操作面板上的“A1”～“A8”按键1次或数次。遇到特殊紧急情况可按动S6急停按钮，使系统紧急停止。使用自动模式前先预置好“底圈缠绕次数”、“圈缠绕次数”、“上下运行循环次数”和光电开关在托盘端受光后薄膜架停升的“延时时间”。然后按动A8将画面翻至自动运行页面。

设计时还要注意：允许分别调整转盘电机、薄膜架升降电机和送膜电机3台变频器的控制频率设定值，使3台电机转速配合合适，让玻璃瓶的包装效果；为了运行，还应分别考虑薄膜架的升降限位置；因某些异形玻璃瓶层间进光较强，需适当修正光电开关方向或调节光电开关感测距离。另外，不允许在自动停止过程中按动S6按键使其急停.