西门子模块6ES7340-1AH02-0AE0千万库存

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一、引言

随着交通道路的不断发展，作为其一个重要环节的隧道，其数量也在不断增加。由于我国复杂的地理条件以及隧道本身的特点，隧道监控系统在隧道的运营和管理以及事故处理中发挥着其重要的作用。因此，建设、稳定、、经济以及可扩展的合理的隧道监控系统成为工程界和公路营运管理部门共同关心的问题。微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度，与3C技术相结合的PLC以其的性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为隧道监控系统的控制器，其与开放的网络通信系统一起，共同推动着隧道监控系统的智能化程度的发展。

二、系统构成

隧道对按照其长度分类，分别为短隧道（L<250m）、中隧道（250m3000m）。隧道的长度越长，需要考虑的监控设施就越多。从目前上对隧道的设计标准来看，长隧道和特长隧道需要监控系统以保证隧道内行车的和通畅。

隧道监控系统按照各个子系统分可分为：照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。按照设备的类型分可分为：检测设备、控制设备、显示设备和通讯设备。检测设备如：火灾报警探头、车辆检测器、COVI、能见度仪、风速风向仪等；控制设备如交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等；显示设备如：计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等；通讯设备如：交换机、集线器、串口信号、光端机等。

隧道监控的难易程度不仅与隧道的长度有关而且与隧道的交通车流量有关，从对隧道监控和管理的要求，又将隧道分为A,B,C,D四个等级，其中A级对监控要求，B级次之，其余类推。当前在工程界一致认同的隧道监控模式主要分为两种，一种是适用于短隧道的集散式控制模式，一种是适用于长隧道的分布式现场总线控制模式。前者布线复杂，造价较高，由中控室对现场设施进行控制与管理，后者施工方便，不但造价较低，而且性较高，其又可分为全分布式现场总线控制和集中式现场总线控制。全分布式现场总线控制模式，中控室对现场设施不直接进行控制，由现场各种设施的控制器进行控制。分布式现场总线控制模式从网络构成来看，一般分3个层次：上层为计算机系统，即本地控制，中间是由各区域控制器组成的控制层，下层为各种检测设备和控制及诱导设备组成的设备层。

隧道控制的思想就是将所有纵向及横向的系统地结合起来，通过算法分析，终实现智能化控制。区域控制器就是其实现的。各区域控制器负责采集现场检测设备的信息，处理后传给本地控制，而本地控制的控制命令则发给区域控制器，再由区域控制器直接控制相应设备。在本地控制与区域控制器通讯中断的情况下，区域控制器仍然具备立控制现场设备的能力。因此区域控制器应且高度。作为区域控制器的控制部分，PLC应用多，它的稳定性、实时性以及对环境很强的适应能力，非常适用于隧道的现场环境。

本地控制一般由现场监控工作站(控制计算机)、监控系统软件、主区域控制器及相应的附属设施构成，用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软件运行于现场监控工作站上，并不断与PLC控制器交换数据，实时地把所有设备的当前状态以图表、颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上；而操作人员在操作界面的每个动作，也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC，实现设备的手动控制。

除现场控制设备，整个系统的通信网络则是保系统能否运行的关键。长隧道、特长隧道以及隧道群的出现已经越来越多，单洞内的区域控制器就越来越多，这就意味着网络的结点在不断增加。通讯网络不仅要具有较高的通讯速率以保大量数据的有效传输，还具有容错的能力以提高通讯的性，即网络上出现故障时能够实现自恢复，同时，构成通讯网络的设备满足工业级要求，以适应隧道内苛刻的工作环境。系统还需要具有很好的可扩展性，使得设备新与增加、功能改善与变化，都能大限度地应用原有系统。

隧道监控的环境相对比较特殊，隧道所处的山野防雷非常重要，隧道中的控制箱经常会遇到潮湿甚至漏水的侵扰，而一些高原隧道面临严寒和低空气密度，特别是长大隧道中的汽车烟尘很容易附着在密封不好的控制箱中设备上，这些烟尘具有一定的导电性，从而造成本地控制器等设备的早期故障或损坏。从国内隧道监控系统的实际应用情况来看，对隧道监控环境的认识，在一些项目中，重视成度还不够，一些隧道控制箱远没有达到IP65以上的防护等级，这样的监控系统是不的。

三、解决方案

监控系统通讯网络和PLC是隧道监控系统的组成部分，他们的性能对隧道监控系统会起到决定性的作用。根据隧道本身的特点和监控需求选择合适的PLC及通讯网络是保隧道监控系统性能的重要因素。

通信网络：

在隧道监控系统的结构上，国内在管理体制上主要采用三级管理，即监控总、区域监控分和监控站。由于监控站不直接对隧道的外场设备进行直接控制，因此工程界按照系统结构的划分把监控系统划分为信息层、控制层和设备层。

层为信息层，主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网，并且他们在原有TCP/IP的基础上，相继开发出实时性高的工业以太网，如欧姆龙和罗克维尔支持的Ethernet/IP，支持的Modbus-TCP/IP以及西门子支持的ProfiNet等。由于Ethernet的信息量大，因此在隧道监控上以太网主要用于各个隧道管理所与监控的，包括各种交通流量信息，各传感器数据等大量历史数据信息。

二层为控制层，主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便的挂接各种外场设备，有利于监控系统的扩展。目前，现场总线有40多种，在公路监控系统中应用的现场总线主要有Controller bbbb、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、CAN和Modbus+。他们的共同特点是高速、高，适合PLC与计算机、PLC与PLC及其它设备之间的大量数据的高速通讯。为使系统的稳定，控制层的网络结构多采用环网的方式组成，包括线缆型和光纤作为传输介质，具体组网将在后面作出实例说明。

三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已经成为工业界的标准总线而得到了广泛的应用，而Profibus/DP虽然没有成为标准，但是它的应该也相当广泛。

值得指出的是，近年来以太网的广泛应用使得人们把目光投向了现场总线上来，工业以太网是否终将取代现场总线仍然是一个争论的话题。然而，不论是Ethernet/IP还是Modbus-TCP/IP，以太网在一些重要的性能指标上仍然无法具有现场总线的特点和优势。从

本质上来讲，以太网的载波帧听冲突监测CSMA/CD的访问方式，实时性并没有现场总线采用的令牌总线和令牌环的访问方式高，不论人们采用何种方式，如协议封装、分时访问控制等，都只能改善以太网的实时性，起不到本质的改变，隧道控制的一个思想是保证隧道的尤其是突发事件时候隧道的，如果突发事件的发生造成数据访问发生碰撞，使得信息不能及时得到处理而导致重大事故，后果将不堪设想。在当前技术还未成熟之前，现场总线应用于控制层，是一个积和稳妥的选择。随着以太网技术的不断发展，今后其取代现场总线而用于控制层也是很有可能的。

监控分及上位软件：

监控分一般将设置多台SA工作站（工控机）。分别用于交通监控、消防报警、图形控制、通风照明控制、视频等，完成隧道内各种设备的状态显示、自动控制、半自动控制、打印报警、分析报表等工作。同时，监控分还将设置了多台服务器，为其它计算机提供支援和与监控总进行通信。

PLC的选择：

隧道监控对PLC的性能提出了高的要求，作为隧道监控的控制器，其具备以下几大功能特点：本身稳定，并具有预先处理数据和集中传输数据的能力，具有较高的故障保护能力；其次，区域控制器可以立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换交通量信息；再次，当某区域的交通量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的流量做出相应的调整。因此，它至少有如下功能模块，数据采集存储处理功能（实现集中和立工作方式，尤其是在立控制时能与相邻控制器实现数据交换）；通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。

综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择，尤其在端气候和恶劣环境状况条件下以及长、特长隧道的时候，需要选择性能好的双机热备冗余的PLC。如Schneider的Quantum系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1D系列、Siemens的S7-417系列。

在一般的环境状态以及中长隧道的时候，多采用标准的机型作为现场控制器，如Schneider的Quantum140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列、Siemens的S7-400系列等；他们都支持工业以太网和多种现场总线，控制方式采用远程带CPU的智能分布式结构，系统开放性和兼容性强，丰富的I/O及高功能模块，满足隧道监控系统对信号处理的要求。

四、应用案例

下面以山西晋城至阳城高速公路隧道为例，具体说明隧道监控系统的实际应用。

案例：牛王山隧道监控

晋城至阳城段高速公路，设计范围36.029公里。其中高速公路长27.47公里，封闭二级公路长8.5598公里。道路起点接长晋高速公路，终点与阳城市区道路相接。本路全线有隧道4座，包括五佛山隧道（514m），牛王山隧道（1880m、1860m），天坛山隧道（1008m），管道岭隧道（1300m）。本监控方案主要就牛王山隧道机电监控系统的进行说明。

整个隧道机电监控网络由设在远端的监控通信和隧道内(包括牛王山隧道变电所)的本地控制器以及相关的通信线路组成.监控内设有交通状况模拟显示大屏幕,工作站,监控计算机群,打印机,服务器,CCTV视频墙等设备, 供操作人员监视和指挥隧道内和道路的运营情况。

牛王山隧道监控系统中，包括8套本地控制器，其中一套主控本地控制器置于牛王山隧道变电所内，其余的本地控制器分散布置在牛王山隧道上下行的各个位置，所有本地控制器通过100Mbps速率的以太网形成光纤冗余环网。光纤环网使得环路上任意两个区域控制器间通信有两条物理链路，这样即使某处光纤出现断裂故障,系统仍可以自动寻找到反方向的通信链路继续维持通信，既增加了通信性，又提供了在线不停机检修通信的功能。牛王山隧道变电所内的主控本地控制器也通过100Mbps速率的光纤以太网与监控通信相连，保证了监控数据和指令的实时。

各PLC对照明、通风、本地控制系统信息进行，同时按所设定的程序以及上位机的指令进行相应的动作。的信息经光纤以太环网传至控制室计算机上，实现联网。另外，在主控制器上还配有液晶触摸屏，用来对给设备操作和显示其反馈信息及检查所辖各设备的状态，同时它可以取代手持式编程器对PLC进行编程；而且，在隧道监控的服务器上汇集了隧道各个设备实时信息，所以本地控制器不仅要能快速交换实时数据，进行数据采集，并能接受和执行上位机的指令，通过服务器可对现场任一设备（照明、通风、本地控制器）发布操作命令。在牛王山隧道变电所选用了OMRON的 CS1D系列（见图1）PLC作为本地控制器，CS1D系列PLC具有双CPU模块，双电源模块，支持热插拔，大的提高了主控制器的性，使得整个系统可以实现不停机检修功能。在隧道内的7台本地控制器我们选用OMRON的CS1系列（见图2）PLC，它具有高速信息交换能力和良好控制功能，CS1系列PLC作为隧道内的区域控制器。在每台PLC上安装有RS-485/RS422或RS-232通讯端口，以便与多参数智能变送器、限速控制器、可变情报板显示控制器等仪表控制设备相连，串行通信的数据协议是随着制造商和设备而变的。协议的差别，使得不同厂商生产的设备间的通信非常困难，即使它们的电气标准相同，OMRON通过易于建立的用于匹配所连接的设备的协议的协议宏功能解决了这个问题，协议宏使得开发方不需要编写专门的通信程序与三方设备进行通信，原则上OMRON PLC能和任何带RS-232C，RS-422或RS-485接口的设备进行通信。在本控制系统中用于控制照明、通风、电力、交通等设备的各个区域控制器均采用立的控制程序。控制室两台计算机则通过Ethernet与上级控制联系。

五、改进与发展

当时我国隧道监控系统的设计和实施正处于一个成长的时期，系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方，同时技术的发展也给监控系统的改进创造了条件和基础，也使建设合理的隧道监控系统成为可能。

从系统的需求来看，一方面要兼顾系统的稳定、与可控，也要反映系统的、经济与可扩展，同时也要使操作便捷与维护方便；另一方面，针对不同的交通条件和功能要求确定系统的规模和冗余度的大小，确定系统的合理集成方式、系统网络的构成与拓扑结构形式以力求系统的性、稳定性、性与经济性的结合；从系统的设计来看，除考虑系统的规模和设计方法外，也要考虑新技术的应用，使整个系统既又实用；从系统的控制来看，当前我国公路监控普遍存在着只监不控，或监强控弱的现象，交通信息、环境信息得不到很好利用，对于隧道控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。

今后我国的隧道监控系统的发展是，在原有基础上，按照监测与控制适当分离、大限度的集中监测、灵活机动的现场控制的总体思想，逐步改进，使得隧道监控系统的建设趋合理。

1 引言

程控变频钢球加工机床是我公司主导产品，产居国内，并批量出口美、德、日、韩、意大利等国。产品设计吸收了国内外多项技术，本文就电气传动控制部分进行阐述。

九十年代以来，变频传动技术日臻完善，其调速稳定，节能降耗，方便等优点，已取代原来的滑差调速和直流调速。而可编程序控制器易于编程，易实现传统的继电器控制不能实现的许多功能。PLC与变频器的系统集成自动化已成为产品设计时的解决方案。RS485通讯只需用两根线，且传输距离远被广泛应用在变频器和PLC上，这就使变频器与可编程序控制器通讯为便利，低廉的成本也提高了产品的竞争力。

2 工艺过程简述

研磨机的主要动作为转动研磨盘由主减速电机经一对三角皮带轮，通过卸荷带轮内的花键幅带动主轴旋转获得，输球料盘由减速电机经过一对链轮传递蜗杆减速箱，减速后由料盘内的直齿轮啮合带动料盘旋转。两者均需要选用不同的转速来加工不同系列的钢球，为此均选用变频调速。为了期间，在系统中也加上了机床运转保护功能。如主轴运行监控接近开关，装在机床的主轴大皮带轮上，随时监视研磨盘的运动状态，防止皮带打滑造成研磨盘卡死，当转速正常值时，就停车报警；料盘除设有转速外，还加有堆球时快速停机，在设定时间内若恢复正常则重新自动运行的保护。

3 系统硬件设计

3.1 单自动化平台

艾默生CT的EC10系列小型PLC因其运行速度快、通讯组网能力强、编程灵活、模拟运行方便、程序保密性强、抗干扰能力强、性能稳定，钢球研球机成为钢球研球机PLC的自动化平台。根据工程经验，爱默生EV1000系列变频器故障率能低，能实现高转矩、宽调速范围驱动，有优越的防跳闸性能，对恶劣电网、高温、潮湿和粉尘有较大的适应能力，能较好满足钢球加工设备的多样化的使用环境，可以实现单同平台技术集成，也成为项目设计的。由此项目通过选用爱默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G变频器，达到了单一自动化平台技术集成，例如EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行控制。

3.2 电气原理设计

系统主电机电气原理（料盘电机控制与主电机同）如图1所示。为了用户调速及监控运行速度，电动机转速由电位器调节，其数值由线性数显表显示，不通过通讯控制。主令按钮线直接接于PLC的开关量输入点上。PLC——变频器对电机的启动、停止、点动功能采用通讯控制方式，使用双绞线通过RS485口来实现PLC对变频器的启停控制，这样少占用PLC的输出点，也用接触器控制，降低了机床的成本。EV1000的RS485口直接端子连接，为方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”性不能接反，否则将无动作。因变频器本身具备过电流，过电压，欠电压，接地，过热和过载等多项保护功能，一旦异常故障发生，常开点RA，RC闭合，变频器立即停止输出，将断开所有的动作并停车报警，我们将其接入PLC的输入点来控制。变频器故障时可查看变频器屏幕上显示内容，对照变频器使用说明书异常原因及处置方法，采用相对应的措施进行处理即可。变频器多项对输出的保护功能使我们无须对电动机另加保护环节，直接接于变频器的输出端子上即可。针对变频器的输入端保护相对较为薄弱，在输入端加上无熔丝断路器QF实现反时限热保护。

图1 电气原理

4 系统软件设计

EV1000变频器具有丰富的控制功能。因为研球机的两控制电机均为减速电机，选择做静止自整定，然后对操作频率，操作频率， JOG点动频率，加/减速时间，频率指令来源，运转信号来源，停车方式、过载报警检出及时间等参数进行设定。针对个别机床的共振现象对载波频率，跳跃频率，电机稳定因子等参数进行设定。为实现轻压启动机床及节电等性能，对转矩提升、自动节能、AVR功能等参数设定来优化系统性能；对通讯位址，通讯送传速度，通讯资料格式等参数进行设定，以使PLC对变频器实施控制。EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行。

通讯协议采用MODBUS模式，EVFWD为正转，１为COM1通道(EC10只支持通道1)，１为通讯地址，其值预先设定，与变频器通讯地址一致，“”且不可覆盖。EVREV为反转指令，EVDFWD为正向点动指令，EVSTOP为停止指令。

5 结束语

该系统应用变频器调速实现无级调速，满足用户工艺多样化的需求。使用RS485通讯口，不占用PLC的输出点，接线少，提高了产品的性。所选艾默生CT变频器具有较强的自诊断功能，便于维护。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作，尚未出现故障，具有很高的性价比。

0．引言

我们上海一纺机械有限公司（原上海纺织机械厂、上海纺织机械总厂），建立已有80余年的历史，生产纺织机械也有近半个世纪。公司常年致力于开发、生产、销售的纺织机械品种涉及棉、毛、麻、绢、化纤等多种领域的前纺设备。

在科学技术飞速发展的历史进程中，公司的纺织机械电气控制系统的自动化程度也发生了较大的变化，控制系统从早的十几个继电器控制，发展到用单板机、可编程序控制器（PLC）、可编程序计算机控制器（PCC）、工业控制器等多种控制形式，这些控制方式各有特点，例如，纯继电器线路可以用在控制为简单的纺织设备中，其价格低廉、维护方便，但不易于改变功能；单片机具有一定的编程灵活性、价格又一般的PLC，但控制点位和编程能力受到一定限制；PLC以其方便易掌握的编程指令及可扩展的输入/输出模块、成熟的抗干扰技术而深受工程技术人员欢迎；PCC具有高性、丰富的编程语言、强大的功能、良好的耐恶劣环境的能力，但由于价格问题较难在普通纺机设备中普遍应用；工业控制器的性能完善同时也与格相伴，因此只有在少数的大型纺织设备中采用。所以现在一般的纺机设备，PLC是常见的控制器。因此，本文仅对PLC逐代应用于公司的“四代”精梳机等产品加以回顾和介绍。

1．棉精梳机简介

本公司的主导产品是棉纺厂使用的精梳机（其主要功能是通过对从梳棉机产出的生条棉网的梳理来去除其中的短纤维、杂质、棉结和疵点等，同时也提高棉纤维的伸直度，使得精梳后的棉条通过后道工艺终能纺制出60支以上的高支纱，由此来满足人们舒适着装或一些特殊的需求），公司也正是伴随着精梳机不断的升级换代而发展壮大的。十几年前，我们公司的精梳机在全国棉纺厂的市场占有率曾经是以上，多么值得骄傲和令人羡慕的数字！由于人们生活水平的不断提高，即使是在全国棉纺业压锭的年代，人们对棉精梳设备的需求也丝毫没有削弱过。当然在市场经济的模式下，谁也无法任何产品，并且随着欧洲发达国家制造的棉精梳机大举进入、国内**的多方夹击，使得棉精梳设备制造业的市场竞争日益激烈，也对我们公司的精梳机市场份额形成了强烈的冲击。形势所迫，我们只有不断的开发出新的纺机产品，才有继续生存的空间。可见，做好和不断开发新型精梳设备于国、于民、于企业的生存和发展是何等重要。

2．可编程序控制器（PLC）的发展与流派

可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。到了90年代，由于个人计算机发展起来后也简称为PC，加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，乃简称可编程序控制器为“PLC”。

1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，二年美国数字公司研制出了代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。

随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有五代PLC产品了。在制造工业的发展过程中，除了以连续量为主的反馈控制外，存在着大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。

为了使用户等完成类似继电器线路的控制系统梯形图，而编制了一套控制算法功能块(或子程序)，称为指令系统，固化在存贮器ROM中，用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可以分为两类，即基本指令和扩展指令。细分一般PLC的指令系统有:基本指令、定时器/计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、BCD运算指令、二进制运算指令、增量/减量指令、逻辑运算指令、特殊运算指令等。另外PLC还提供了充足的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源，为编程带来大方便。

世界上PLC产品可按地域分成三大类：一是美国产品，一是欧洲产品，一是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。日本的小型PLC特色，在小型机领域中颇具，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。

3． 回顾本公司产品伴随PLC技术的同步发展

3．1.  C60P用于“代”（以使用PLC算起，下同）FA252型棉精梳机

我们公司在1990年以十多年的精梳机研发历史中，电气控制部分都是通过继电器来完成的，其价格虽然低廉，但不易于改变功能。随着控制要求的不断提高，纯继电器的控制线路已显得越来越不能满足，而且太多的继电器使得电控柜的体积变得越来越大，线路错纵复杂，给设计、制作和维护都带来麻烦。

九十年代初，我们在开发新的棉精梳机FA252、FA253时，正好是PLC进入国内自动化领域不久，我们认真对比了当时世界的几个，确定小型机就能满足控制需求，又由于日产PLC在编程语言方面适应东方人的逻辑思维方式，所以日产PLC。

在日本多家PLC制造商中，比较下来欧姆龙自动化集团的PLC是工业自动化产品和应用技术的产品，它进入中国市场的时间早、产品性能稳定、编程简易、调试方便（软件虽然还只是基于当时DOS平台的“LSS”，但已经有较丰富的功能，与其他日产PLC软件相比，它的现场监控能力尤为出色），成为当时自动化领域的。在中国，欧姆龙有遍布全国的物流、销售和技术支持，可及时提供客户直接的服务。

基于以上理由，我们在“代”用PLC作为主控制器的棉精梳机时了日本欧姆龙公司的产品——九十年代初期的“C60P型PLC”。

“C60P型”可编程序控制器，以现在的目光来看，体积可谓庞大，但该款PLC当时比起我们原先计划要在电气箱安装几十个继电器来说体积可大大缩小了，而且控制逻辑可随时修改，不需动一根电线和任何电气元件就可改变控制功能，这些技术和元气件的进步对于我们从事自动化设计的简直是性的！我们台棉精梳样机成功后就于1993年参加了在日本大阪的纺机展，当时国内外的棉精梳机还继电器控制着精梳设备的运转。由于较早地使用了PLC，使得我们当时的精梳设备在控制技术上处于水平。

紧接着，公司的精梳配套设备—FA355系列条并卷机也同样采用了C60P型PLC。

3．2．CQM1用于“二代”PX2型棉精梳机

我们在九十年代后期，将欧姆龙公司的CQM1型PLC用于公司的“二代”PX2棉精梳机以及为之配套的SR80条并卷机，开发成功后几年中就达几千台。但由于CQM1型PLC差不多可以归入中型PLC的范畴，从现在来看价格也比较昂贵，而且目前已被下文提及的CP1H小型PLC取代，因此本文不再作介绍。

3．3．CPM1A用于“三代”CJ25型棉精梳机

随着时代的发展，我们的精梳设备同各行各业一样也需要不断的新，要增强功能又不能扩大电气箱空间，这就要依靠PLC的进步相辅佐。

九十年代后期，随着欧姆龙公司PLC的新产品—CPM1A的推出，其比起原来的C60P体积差不多缩小了一倍，而且在指令种类(90多种)、指令执行时间（LD指令1.72μm）、数据存储、定时器/计数器数量（128位）、中断输入和脉冲输入、高速计数器、模拟量设定、通信距离（50M）等关键指标上比C60P都前进了一大步，能够满足我们的控制要求，于是，再次采用欧姆龙的CPM1A及显示器MPT002组合作为我们“三代”棉精梳机（此属于公司一款中档精梳机，与“二代”精梳机同步生产、销售）的控制及显示单元。开发成功的“三代”CJ25型棉精梳机在众多用户厂经多年使用，运行、反映良好。

3．4． CPM2A用于公司其他产品

CPM2A系列PLC是OMRON公司在CPM1A基础上推出的升级产品。它与CPM1A相比，在程序容量、指令种类、指令执行时间、数据存储、定时器/计数器数量诸方面都有明显进步，并新加了RS232通讯端口，支持各种无协议通讯方式，特别是脉冲输出和同步功能的增加给设备的自动化控制提供了大的方便。

我们在承担下属公司的外协产品“高能聚焦声仪”的调试台时，充分运用了CPM2A的脉冲输出功能和同步功能，使得对于定位精度要求很高的该仪，在制作调试过程中就能很好把握设备的质量关，满足了用户的订货要求。

4． 新款CP1H用于“四代”CJ60型棉精梳机

近年来，PLC技术的不断进步，为我们开发新的产品提供了自动控制上的保证。

欧姆龙公司2006年推出的新款CP1H小型PLC，在I/O的扩展能力、程序容量（20K）、指令种类、指令执行时间（LD指令0.1μm）、DM数据区（32K）、定时器/计数器数量（相当多）、功能块、复杂的函数运算、浮点运算（ST）、内置模拟量输入/输出功能、串行PLC的连接功能、Modbus-Rtu的简易主站功能、三个通讯口等诸方面比CPM2A又有长足进步。这些指标差不多与业内的中型PLC所相当，而CP1H的体积和价格又类同于其他小型PLC。所以CP1H的性价比确实是很令人吸引的。另外，CP1H还引进了USB的标准配置接口与个人电脑连接，增加了设备的通用性（但是该功能在现场调试过程中一旦受到变频器工作的干扰就时有掉线情况发生，这时我们可以通过CP1H自带的RS232串口来实现监控）。

软件方面，与CP1H同步推出的CX-One也比原来欧姆龙公司的各种软件版本为人性化。在指令编写、地址搜索、条文注释、软件保护、功能块编制、多种编程语言、调试监控等方面为用户提供了高水平的应用平台。尤其是功能块的调用及多种编程语言的灵活性给方案设计提供了大的便利。值得一提的是欧姆龙公司居然允许在今天的CX-One软件上把我们近20年前在计算机的DOS操作环境下使用“LSS”软件编制的、Win 98环境下使用的“SSS”软件编制的、以及所有bbbbbbs 环境下编制的历史程序，都能通过CX-One的转换而方便的读出或进行老程序的升级。这与有些欧洲大的跨国公司相比确实体现出其优势，后者不同等级的PLC甚至是地处不同国家的不同团队开发的，因此分别使用了两套不同的软件开发体系，很难做到像欧姆龙公司那样，一直保持软件开发的延续性，使得每个新软件的推出都考虑到对历史产品具有很好的兼容性，这也是我们长期愿意使用欧姆龙PLC产品的理由之一。

2006年，我们在开发新的“四代”CJ60型高速棉精梳机时，由于设备的自动控制功能比代产品都大大增加，系统中包含了模拟量控制、函数运算、Modbus通讯、数据高速采集等，如果没有CP1H，我们只能选用中型PLC才能满足控制方案的要求。经综合考虑，我们还是选择了欧姆龙的CP1H小型机。

4.  1.  整体方案

通过欧姆龙的小型机CP1H可编程控器、日本Pro-face的触摸屏、德国KEB变频器等强强联合，组成了公司“四代”CJ60型棉精梳机的控制方案，其技术是分别采用RS232接口和Modbus通讯方式连接PLC与触摸屏及变频器、运用PLC的内置模拟量输入功能直接连接8个模拟量传感器，实现对设备关键部位自停的智能化、数字化的控制、设备历史故障发生与解除时间及次数的记忆、多级密码分层管理等，并可通过触摸屏的以太网接口实现向上通讯的功能，为纺织厂的现代化管理提供必要的保。

对于PLC的软件编程，根据需要将不同功能的程序段分列，每个任务分别用合适的编程语言如梯形图、语言等来完成。

4.  2.  I/O配置、标志位、变量声明

通过I/O配置、标志位、变量声明表，可方便灵活地查到各个I/O点位、标志、变量等的类型、地址、功能注释等

5． 结语

迄今为止，除了本公司前两年采用PCC系统开发的多轴驱动CJ40S型棉精梳机之外，应用了欧姆龙公司为的小型机CP1H作为控制器的CJ60型棉精梳机电气自动化的控制水平是国内外同类产品中为的。CJ60型棉精梳机已销售了近200台，深受用户的欢迎，日前，CJ60还成功地通过了国家机构的新产品科技成果鉴定和国家专项拨款项目验收工作，整机的鉴定结论是：“CJ60型棉精梳机处于国内、的水平”。

欧姆龙的CP1H小型机还用于本公司与CJ60配套的CL15条并卷机以及新换代的CJ40、SR80等前纺设备。欧姆龙PLC具有稳定、价格、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久占有市场的根本原因。

在自动化、计算机、数字化、互联网为普及的今天，纺机设备的自动化水平只有与时俱进地不断提高，才能在激烈的市场竞争中占有一席之地，才能不断为改善人们的生活水平做出应有的贡献。

对于PLC的发展商来说，它的市场潜力也是很大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC配套的机电一体化产品的比例占40%左右，采用继电器、接触器控制尚有20%多。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就是如此了。所以，我们也希望PLC的制造商们能不断推出性能越来越的工业控制产品，来满足各个领域的自动化控制需求。
PLC与纺织机械的前途同样都将一片美好。

一、前言

在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。太原市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖太原市总采暖面积的60%，所有热力站均采用间连型热力换热站。

在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的调整均受到大限制。

太原热力公司自99年起，开始逐步对太原集中供的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统一增加自控仪表、PLC及变频设备；对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。

二、热力站自控系统构成

间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计，电动调节阀，循环泵及泵；按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。

在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及泵变频器转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。

热力站自控系统结构如下图。

图1 典型热力站系统结构图

三、系统控制思想

在集中供热工程中由于各用户的建筑面积、暖气片能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。

在太原各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的同时，对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度都加设了全网平衡系统，调度通过与个热力站进行通讯，热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。

各热力站从控制对应的二次网供回水平均温度，站内系统将立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。

站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及泵进行调速，

系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100％时还不满足要求，则启动二台泵。同时系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。

控制系统的二网供、回水压力是热网运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂；供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的方案是对泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不出某一范围即可，所以也可以采用开关控制方案。

四、热力站控制系统的实现

1、一网回路控制：

热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度；一网控制的对象为一次网调节阀；控制目的为提供热力站的供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。

在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。

热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果；当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能可观的效果。

3、二网定压控制：

二次网的控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的系统压力加大，频繁。而传统的工频泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。

在热负荷较大的系统中，我们采用泵变频控制，对系统进行的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制泵以一定的转速进行，泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。

4、现场人机界面

在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：一、二次网供回水温度及温差，变频器大小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。

五、热力站自控系统的优点

在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了。

通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。