西门子模块6ES7368-3BF01-0AA0千万库存

西门子模块6ES7368-3BF01-0AA0千万库存

1、引言
自来水厂的制水过程是从水源地取水经输水管网至水厂经处理达标后通过配水管网送至用户。北京市石景山区杨庄水厂是以地下水为水源的水厂，规划供水管线39千米，其中输水管线4千米，配水管网35千米，工期工程设计供水能力为5万吨/日，1998年月12月正式供水。该厂有10口水源井、1口补压井及1 配个水厂，水源井潜水泵电动机容量为6台85KW、4台45KW，补压井为45KW，配水厂内有配水泵房一座、清水池两座、变电站一个、加氯间一座、综合楼一座，配水泵房内有6台160KW配水泵，其中2台为变频调速泵，4台工频泵，由两路10KV/0.4KV容量为800KVA变压器，加氯间有3台加氯机，配水管网设有8个远端压力测量点。
我们针对水厂制水过程的特点和对控制系统的功能要求，并根据该厂的具体情况，终决定采用罗克韦乐自动化的基于PLC的SA系统和基于客户/服务器HMI组态软件RSView32活动显示系统（Active Display System ,ADS）

2、水厂对控制系统的要求
2.1、分散性
水厂大的特点是地域为分散。通常水源地、补压井、测压点距离厂区几公里甚至几十公里，这样就造成控制系统I/O点分散，因此需要分布式的具有SA功能的控制系统。此外，控制功能也具有分散性，如各配水泵、水源井能分别地，互不影响地进行起动或停止控制。
2.2 集中监控
为了节省人力，降低制水成本，水源井、补压井等应常常是无人值守，操作人需要在中控室对整个水厂进行集中监控。
2.3 小型化、集成化
以水源井为例，泵房内通常有一口号或两口井，对一台或两台泵的控制点数很少，对于管网测压点也很少。因此为了降低系统造价，控制系统需要小型化、的具有集成SA通讯功能的控制器。
2.4 适应性
通常水源井泵房内环境温度一年四季变化很大，对于北方地区是如此，此外供水量随着季节和白天夜晚有很大变化，控制系统应能适应环境和供水量的变化，保持稳定供水。
2.5 以逻辑控制为主
水厂的控制大部份是对输水泵和配水泵的逻辑控制，回路控制通常只应用在加氯量及出水压力的控制。而逻辑控制是可编程序控制器（PLC）的传统应用领域，因此这也是目前水厂的控制系统广泛采用PLC的原因。
2.6 性、性
水厂的、稳定运行直接关系到千家万户，所以从控制系统的结构设计、软硬件产品质量到控制程序编制等各个环节都是高性的。
2.7 可维持性
系统在系统软件、应用软件和硬件方面具有强大的报警和故障自诊断功能，方便工程师对系统故障进行分析和维护。
2.8 可扩展性
系统应采用具有一定标准及应用较为广泛的软硬件产品，并考虑一定的余量，为将来水厂的扩建及系统的变打下基础。
2.9 开放性
开放性是用户对控制系统的普遍需求。随着计算机和网络技术的发展和应用的普及，人们越来越需要过程控制系统与管理信息系统交互信息，从而实现管理与控制一体化。尽管各控制系统生产厂家在现场控制器模块级还不可能开放或通用，但要求上位机监控系统具有开放性，例如：监控系统应基于微软公司的bbbbbbsNT、2000或9X平台，支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。

3、 控制系统构成
3.1 控制系统硬件
杨庄水厂根据系统不同功能层次采用四种通信方式，共有19个PLC控制站构成控制系统。以太网用于系统的管理层，DH+网和无线通讯用于各PLC控制器及计算机操作站之间的控制层通讯，远程I/O网用于配水厂PLC控制器与变频器\软起动器的设备层通讯,管理层与控制层通过服务器实现信息交互。DH+网和远程I/O网采用屏蔽双绞线进行通讯，具有连接方便、通讯距离远的特点,是PLC通讯应用很广的工业网络,在通讯速度为57.6Kbps下，不加中继可达10000英尺（3040米）加中继可达12公里，DH+网可挂接64个控制器，远程I/O网可挂接32个设备。无线通讯采用具有SA功能DF1主从通讯协议，PLC通过其标准RS232口与数传电台相连来实现无线通讯，通讯速率为9600bps/19200 bps。PLC1作为SA系统的主站用于控制和监测配水系统和供电系统，PLC2用于监控加氯系统，PLC00～PLC03、PLC07分别控制0#～3#、07#水源井，PLC05、PLC08分别控制5#、6#、和8#、9#两口水源井，PLC10控制10#补压井，PLC11～PLC18用于配水管网压力监测，位于中控室的OS1、OS2计算机PLC00～PLC02控制器只采用DH+网进行通讯；3#水源井～9#水源井距厂区较远，为了防止通讯电缆被意外切断影响水厂的运行，PLC03～08控制器采用互为热备的DH+网和无线通讯，通常性况下采用速度较高的DH+有线通讯，一旦DH+网通讯失败，系统将自动转换到DF1无线通讯；10#补压井和测压点距离厂区远，采用有线通讯方式代价太高，因此PLC10及PLC11～PLC18控制器只采用DF1无线通讯方式。
在控制系统中，用于配水管网压力监测的PLC11～PLC18采用为经济的微型可编程控制器MicroLogix1000，其它控制器均选取用可编程控制器SLC5/04，用于1#、6#配水泵的变频器采用A-B公司1336Plus变频器，其它配水泵和水源井都采用A-B公司具有泵控功能的SMC Dialog plus智能马达控制器，HMI操作站选用研华586工控机，ADS服务器采用惠普HP E60服务器，工控机、服务器的DH+通讯接口卡采用A-B公司的1784-KTX，无线通讯电台采用深圳华夏盛公司数字电台2710。
3.2 控制系统监控组态软件
水厂的人机监控系统由位于中控室的两套RSView32计算机操作站和位于综合楼的基于客户/服务器RSView32活动显示系统（ADS）组成。操作站安装bbbbbbs95操作系统作为RSView32运行平台，ADS服务器安装bbbbbbs NT Server运行平台，ADS客户端安装bbbbbbs98中文版操作系统作为RSView32 ADS Client运行平台。RSView32是罗克韦乐自动化软件公司采用开放技术，以MFC（微软基础级）、DCOM（分布元件对象）组件技术为基础的人机软件，是个在图形显示中利用ActiveX、VBA、OPC的MMI产品，提供了监视、控制及数据采集等全部功能，是一个使用方便、可扩展性强、监控性能高的监控组态软件。RSView32 ADS将RSView32功赎罪MMI软件扩展为客户/服务器结构。ADS服务器不仅可在现场，而且可以通过互联网（Internet）在世界任何地方连接进入。客户端可以采用ADS软件或Internet Explorer作为软件平台。ADS多可以同时支持20个特许的客户连接。系统的策略利用bbbbbbs NT和RSView32提供的双重功能，bbbbbbs NT在企业网络系统层面负责管理操作人员或系统管理员和登录，而RSView32通过设置不同的级别在应用层面对用户的操作权限进行控制，从而保证系统和正常操作，防止越权操作。
3.3 控制系统SA协议
A-B公司的可编程控制器SLC5/04和MicroLogix1000具有内置的多功能的标准RS232接口通道0，通过该接口可以和编程器连接进行编程，也可以建立DH485网络，还可以实现SA系统功能。该RS232接口有两种工作方式，一种是系统方式，另一种是用户方式，系统方式支持DH485和DFI通讯协议，用户方式支持标准ASCII码方式，通讯速率从110bps到19.2bps可组态。DFI协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯协议，包括各系列PLC及装有RS Linx通讯软件的计算机均支持DFI协议，通过该协议可以构成基于PLC的SA系统。DFI协议支持点对点全双工通讯模式以及点对多点半双工主从通讯模式，DFI主从通讯方式支持包括主站在内的多达255个站，站地址为0-255。SLC5/04通道0可组态选择DFI全双工，DFI半双工主或DFI半双工从，MicroLogix1000通道0可选择DFI全双工或DFI半双工从。杨庄水厂无线通讯SA系统采用点对多点半双工通讯模式，PLC1作为主站采用DFI半双工主通讯方式，其它PLC控制器作为从站采用DFI半双工从通讯方式，主站PLC采用对各从站轮询方式并通过信息（MSG）指令来实现数据交换的。DFI主从通讯方式不仅能实现主站与从站的通讯，而且能实现从站与从站的通讯。主站对从站的通讯可组态面基于信息的轮询方式或标准的轮询方式。

4、 控制系统功能
4.1 的控制策略
互为备用。在控制系统的功能设计上，各配水泵、输水泵都具有立的控制功能互为备用，相互之间既可以在自动控制方式下实现任意组合联锁控制，也可以地手动控制方式下立控制。中控室的两台操作站具有同等的功能且互为热备，当一台出现故障时也不会影响水厂的操作。水源井PLC通讯采用了互为备用的DH+有线和DFI无线通讯。
就地和远程控制方式。各配水泵、输水泵通过配水泵控制柜上的选择开关,可以选择就地控制方式和远程控制方式。远程控制是通过计算机操作站由PLC控制泵启停，就地控制是用控制柜或现场操作箱上的按钮控制泵的启停。当PLC处于编程状态或出现故障时可以采用就在控制方式。就地和远程控制方式相互切换不会影响泵的运行。
4.2 配水泵的控制
手动控制。各配水泵在远程控制方式下分手动控制和自动控制。手动控制是由操作员根据管网的压力情况对配水泵进行启动和停止操作。远程控制方式下配水泵与电动阀的联锁控制都由PLC自动完成。
自动控制。PLC根据出水压力和变频器的输出频率，处于自动方式的配水泵进行循环启停控制，循环启停控制的规则是先开先停。
4.3 水源井输水泵的控制
手动控制。操作员根据清水池液位对输水泵进行启动和停止操作。
自动控制。PLC根据清水池液位及各输水泵起动水位和停止水位，对处于自动方式的输水泵进行启动和停止操作。
4.4 出水压力变参数PID调节
出水压力的调节是通过变频器控制配水泵的转速来实现。在现场调试中，我们发现固定参数的PID调节不能解决供水高峰的出水压力控制动态响应和稳定性问题。我们通过采用变参数PID调节方法很好地解决了这一问题。变参数PID调节是根据出水流量的大小采用不同的PID参数进行出水压力调节。
4.5 出水压力自动设定
配水管网的压力损失大小随着供水量的变化而不同，供水量越大压力损失也越大。力了达到既满足用户对水压稳定的要求又能实现节能降耗的目标，我们根据出水量、出水压力及各测压点压力测量值，采用模糊控制的方法对出水压力进行自动设定。
4.6 丰富的画面显示功能
在计算机操作站显示的画面有工艺流程主画面、工艺流程分画面、高低压供电监控画面、设备操作画面、趋势图、调用菜单画面、报警画面、报表画面、防盗报警画面。操作人员通过调用这些画面可以地了解水厂的运行情况，并且很方便地对设备操作。
4.7 故障诊断与报警处理功能
在各设备的操作画面中都列出其起动条件状态，如：上电情况、通讯状态、故障状态、就地/远程状态、热继状态等。记录报警发生时的有关信息，如：故障标签名称、报警信息、故障报警时间、确认报警时间等，并对报警信息进行管理。
4.8 多重主设备保护功能
1336 Plus变频器和SMC Dialog Plus智能马达控制器提供了多重设备保护功能,如：过载、失速及堵转、欠载、欠压、过压、电压不平衡等保护。
4.9 报表功能
本系统输出的报表有以下五种，即输水工艺参数日报表、配水工艺参数日报表、输水工艺参数月报表、配水工艺参数月报表、水厂工艺参数年报表。
4.10 远程监控功能
采用基于客户/服务器HMI组态软件RSView32 ADS，实现了对水厂的远程监控。操作人员可在控制室对生产过程进行监控、公司经理、厂长、工程师坐在办公室甚至在家里也可以监控水厂的运行情况。

5、 结束语
本系统在该水厂已稳定运行三年多，运行结果表明罗克韦尔自动化的PLC基于SA系统能充分满足对水厂控制系统的要求，对水厂的运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。

在工业自动化控制系统中，为常见的是PLC和变频器、伺服驱动器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器、伺服驱动器的方法。其中，采用PROFIBUS DP总线通讯方式实施控制的方案，是西门子广大用户所熟悉和普遍使用的传统控制方案。因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。但是，复杂的总线通讯协议，需要用户编程解决复杂的数据编码、求取校验、成帧、发送数据、接受数据、时处理、出错重发等等一系列技术问题。一条简单的驱动器（变频器、伺服驱动器）操作指令，需要编写复杂的PLC程序，设定相对应的驱动器参数才可以实现，编程工作量大而且繁琐。

S7-300 T-CPU和变频器、伺服驱动器的组合应用，采用成熟的PROFIDRIVE通讯协议实施控制，是传统的PLC控制变频器、伺服驱动器方案的升级。用户只需要通过STEP 7软件，在硬件组态中将所有的驱动器（变频器、伺服驱动器）链接到DP (DRIVE) 上，再设定电机连接的机械组件（如，机械传动比大小、硬限位开关、找寻参考点，等）。所有的驱动器控制程序编制，都是采用STEP 7现成的PLC功能块指令FB 4xx实现，如：速度控制、速度限幅的力矩控制、定位控制，位置同步控制，等等。避免了用户复杂的编程、调试工作量。

S7-300 T-CPU，西门子 SINAMIC驱动参数的调试，运动控制程序和逻辑控制程序的编制，都是在 STEP7 同一个开发系统平台上完成。使得复杂的工艺技术问题，变得为便捷、灵活、。

S7-300 T-CPU可以在不停机的情况下，随时修调、下载PLC程序，动态修改生产工艺参数，大大提高了机器设备的工作效率。

S7-300 T-CPU配置以太网模块，便于与上位机通讯以传送配方及监控，可轻松实现远程诊断、远程维护的功能，增强了整个系统的通讯能力。

S7-300 T-CPU通过PROFIBUS-DP (Drive) 总线接口，采用的等时同步PROFIBUS DP模式，连接控制多种伺服驱动器、变频器，组成分布式的运动控制系统，DP总线的通讯实时性好。

S7-300 T-CPU可以采用机架方式，或者采用分布式I/O方式，减少现场安装的工作量。

Beckhoff 的 XFC 速控制技术可为范围内的设备制造商提供一个速度快、精度高的控制系统。采用 XFC技术后，I/O 响应速度变得非常快，信号延迟时间被大大缩短，从而能够显著提升设备和系统的吞吐量。随着 TwinCAT 自动化软件中又一款新软件库的成功研发，XFC 技术的应用范围进一步延伸到运动控制领域。XFC 功能库与 Bckhoff EtherCAT I/O 端子模块结合使用，能够轴位置并输出数字量信号。

TwinCAT PLC Motion Control XFC 功能库中包含多种功能块，通过这些功能块能够非常地捕捉 EtherCAT 端子模块时间戳信号，并将这些信号转换到相应的轴位置。数字量输入端子模块 EL1252 能够以高达 1 纳秒（ns）的分辨率记录高速二进制控制信号。采用这项技术后，能够根据时间跟踪信号，并与整个系统中的 EtherCAT 分布式时钟同步。例如，这样可以将当前位置（锁存器）存储在 EtherCAT 系统中的任意位置。功能库中还具有一个的接触式探针功能块，符合 PLCopen 标准。迄今为止，锁存只能在驱动上实现，且通常只能锁存很少量的输入信号。而采用 XFC 功能库和相应的基于时间戳的 EtherCAT 端子模块后，可以在本地任何一个接点上进行锁存。这样可大大降低布线成本，而且在实际应用中，可锁存任意数量的信号。

另一方面，这样能够非常简单地将轴位置转换到的时间内，从而实现凸轮控制。同样，基于时间戳的 EtherCAT 数字量输出端子模块 EL2252 或 EL2262 可布置在 EtherCAT 现场总线系统中的任一位置。TwinCAT PLC 功能块符合 PLCopen 标准，因此也可用于凸轮控制器。

BC9191 既可用作紧凑型控制器，也可用作房间控制的分布式智能系统。预安装的软件功能使得调试加简单。此外，BC9191 还可采用 Beckhoff 的 TwinCAT 自动化软件任意编程。对于联网，房间控制器配备了两个集成有 2 通道交换机的以太网口。因此，I/O 站可组态为总线型拓扑结构，而不是传统的星型拓扑结构。

若要实现其它功能，还可通过 K-bus 接口使用各种总线端子模块对 BC9191 房间控制器进行模块化扩展。与楼宇自动化相关的标准总线端子模块和子总线系统，如 EnOcean、LON、EIB、DALI 和 M-bus，可选择性地进行扩展。

    3.2编码器的选取

    编码器的选取要符合两个方面，一是plc接收的脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500p/r（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机转速是1500转/分（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验如下：

    本系统脉冲频率＝25转/秒×500个/转×2（a/b两相）＝25khz

    理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm

    同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在plc程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的a/b相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此plc可处理的脉冲频率为30千赫，因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度满足此要求。

    3.3变频器和hmi的选取

    这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是fr-e540-0.75k-ch和f920got-bbd-k-c。f920got是带按键型的hmi，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：（1）可以方便的实现和plc的数据交换；（2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制plc内部的软继电器，从而可以减少plc输入点的使用；（3）具有两个通讯口，一个rs232c（用于和个人电脑通讯）和一个rs422（用于和plc通讯），利用电脑和f920got相连后不仅可以对hmi进行程序的读取和上传，还可以直接对plc的程序进行上传下载、调整和监控。

    4 plc和hmi程序的设计

    此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和具体位置定位功能，并且hmi上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器c235和c236。c236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；c235用于进行定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到c235，不论进给机构前进还是后退c235进行减计数，同时对c235中的数值进行比较，根据比较驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器停止输出的时间并不是c235中的计数值减小到0时，而是让c235和一个数据寄存器d130比较，当c235中的值减小到d130中的设定值时plc控制变频器停止输出。d130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。

     PLC控制一方面代替继电线路，另一方面，对于系统所要求的提升和下降、以及由限位开关吊笼运行的位置信息，通过PLC内部程序的处理后，在Y0~Y2端输出相应的“0”、“1”信号来控制变频器输入端子2DF、FR、RR的状态，使变频器及时按图2所示输出相应的频率，从而控制升降机的运行特性。速度档由2DF选择，每档速度的大小则通过对变频器进行功能预置设定，再通过PLC的程序来控制频率切换。当PLC输出端Y0Y1Y2的状态为“010”时，变频器输出一速频率，升降机以10HZ对应的转速上升，当为“110”状态时，变频器输出二速频率，升降机以30HZ对应的转速上升；相应的，当Y0Y1Y2的状态为“001”、“101”时，升降机分别以10HZ、30HZ对应的转速下降。

    图中QF为断路器，具有隔离、过电流、欠电压等保护作用。急停按钮SB1、上升按钮SB2、下降按钮SB3根据操作方便可安装在底部和部，或者两地都安装，操作时，只需按下SB2或SB3，系统就可自动实现程序控制。

    3.3SAMCO—i变频器主要功能指令设定

    Cd000=1；选择变频器监视器显示频率（HZ）

    Cd001=1；选择外部端子信号作为变频器运转指令

    Cd002=1；选择由操作面板设定变频器1速频率

    Cd007=30；变频器上限频率为30HZ

    Cd029=10；变频器一速频率为10HZ

    Cd030=30；变频器二速频率为30HZ

    Cd049=5；使用制动电阻

    Cd050=1；电机可以正反转

    3.4PLC梯形图

    当吊笼在底部位置，且SQ1常开触点闭合时，按下SB2，电动机以一速缓慢上升，到达SQ2、SQ3位置时，依此以快速、慢速上升。下降时与此类似，当遇到紧急情况时，按下SB1，升降机会停在任意位置。

    4结束语

    以PLC和变频器控制的调速方式取代原来的转子串电阻调速方式，具有加、减速平稳，运行，大大提高了系统的自动化程度。该系统可广泛应用于建筑施工、仓库、酒楼餐饮业等货物的上下传输系统中。

1 引言

    传统的升降机普遍采用交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方式，电阻的投切用继电器—接触器控制，这种控制方式的缺陷明显，不但制动和调速换档时机械冲击大，调速性能差，外接电阻能耗大，而且接线复杂，经常出现故障，性差。

    图1升降机结构图

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    采用结构简单、价格低廉的鼠笼式电动机，并利用PLC及变频器对升降机的控制系统进行改造，可实现升降机电动机的软起动和软制动，即起动时缓慢升速，制动时缓慢停车，还可实现多档速度的程序控制，让中间的升降过程加快，货物上下传输快速、平稳、。

    2 小型货物升降机的基本结构

    升降机的升降过程是利用电动机正反转卷绕钢丝绳带动吊笼上下运动来实现。小型货物升降机一般由电动机、滑轮、钢丝绳、吊笼以及各种主令电器等组成，其基本结构如图1所示。SQ1~SQ4可以是行程开关，也可以是接近开关，用于位置检测，起限位作用。

   1.吊笼2.滑轮3.卷筒4.电动机

    5.SQ1~SQ4限位开关

    3PLC和变频器控制的调速系统

    3.1多档速度控制

    根据吊笼在升降过程中，要求有一个由慢到然后再由快到慢的过程，即起动时缓慢升速，达到一定速度后快速运行，当接近终点时，先减速再缓慢停车，为此将图1中的升降过程划分为三个行程区间，各区间段的升降速度如图2所示。按下提升起动按钮SB2（或下降按钮SB3），吊笼以较低的一速速度平稳起动，运行到预定位置时，以二速速度快速运行，等再到达预定位置时，以一速实现平稳停车。

    目前，台达子公司——中达电通就成功地将20PM应用于玻璃的喷漆设备中，了良好效果，获得用户——客户在北京的玻璃机械展中借助PM系列PLC展示出了机器的优异性能和控制效果，并当场获签一批订单。该客户原来用某PLC加文本显示器控制，对比台达PM系列加台达触摸屏，成本并没有增加多少，功能却提高很多，让整个设备的功能和控制精度上升到一个新的水平，总结优点如下：

    1、使原来两行的单一英文操作界面变成支持多国语言的彩色触摸屏，满足国内外用户

    的需求。

    2、可存储多达100种以上不同产品加工参数，大地方便用户和提高整个设备使用效率。

    3、简单直观的参数输入界面，人性化的人机交流窗口，丰富的设备运行状态监视。

    4、可载入G-Code，使用户能借助CAM加工复杂图形的产品。

    5、控制精度高，可达1um。

    6、可显示当前位置、步骤、状态和加工时间。

    7、可在任何时候随时暂停，随时继续。

    8、可设定的加减速时间。

    相信这款经过精心打造的经典产品的高功能，未来能在多的行业当中展示出它的光彩。