6ES7368-3BC51-0AA0型号含义

6ES7368-3BC51-0AA0型号含义

文章采用 PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上，利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、门区和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的性和平层精度。

一、引言
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；二种控制方式用可编程控制器（ PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC性高，程序设计方便灵活。本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。

二、硬件电路
系统硬件结构图如图 1所示，其各部分功能说明如下。


Q1——三相电源断路器 K1——电源控制接触器 K2——负载电机通断控制接触器
VS——变频器 BU——制动单元 RB——能耗制动电阻 M——主拖动曳引电机
1、主电路 主电路由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈的能量不能馈送回电网，为限制泵升电压，采用受控能耗制动方式。
2、PLC控制电路 选用OMRON公司C系列60P型PLC。PLC接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。
3、电流、速度双闭环电路 采用YASAKWA公司的VS-616G5 CIMRG 4022变频器。变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联接的旋转编码器，产生a、b两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。
4、位移控制电路 电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口0000，通过累计脉冲数，经式（1）计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。
电梯位移 h=SI 式中 I——累计脉冲数 S——脉冲当量
S = p l D / (p r ) （1）
本系统采用的减速机，其减速比 l = 1/32，曳引轮直径D = 580mm，电机额定转速n ed = 1450r/min，旋转编码器每转对应的脉冲数p = 1024，PG卡分频比 r = 1/18，代入式（1）得S = 1.0mm/脉冲

三、程序设计
利用变频器PG卡输出端（TA2.1）将脉冲信号引入PLC的高速计数输入端0000，构成位置反馈。高速计数器（CNT47）累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离、换速点、平层电和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在±1个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达±5mm内，大大±15mm的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求。电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置、快速换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连线，降。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数、快速换速、中速换速、门区和平层信号5个子程序进行介绍。
1、楼层计数
本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应 17层电梯分别存入16个内存单元DM06 ~ DM21。
楼层计数器（ CNT46）为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。楼层计数程序流程图如图2所示。


运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加 1，下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。
2、快速换速
当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号。若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。程序流程图如图 3所示。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。


3、门区信号
当高速计数器 CNT47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。程序流程图如图4所示。平层信号与区信号判断方法类似，不再重复。


4、脉冲信号故障检测
脉冲信号的准确采集和传输在本系统中显得尤为重要，为旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入 PLC高速计数器CNT47的复位端0001。
5、快速换速工作原理
限于篇幅，本文仅对快速换速工作原理进行介绍，梯形图如图 5所示。图中数据存储单元DM01为快速换速距离脉冲数，DM30为楼层间距脉冲数，DM31为快速换速点对应的脉冲数，DM34为高速换速比较区间下限，DM35为高速换速比较区间上限，HR01为快速换速点开始信号，1507为快速运行信号，1700为选层信号，0010为零速信号，0503为快速换速输出信号。


以上行为例， DM31快速换速点对应的脉冲数是楼层间距DM30与快速换速举例DM01之差；DM31和DM30的值分别赋给DM34和DM35。运行时高速计数器不断累加脉冲数，每个扫描周期计数器的值与DM34 ~ DM35区段进行比较。当其值进入DM34与DM35区段时，HR01置位，表示进入快速换速区间；若此时有选层信号且电梯为快速运行，则发快速换速信号（0503置ON）。

四、结论
本文所述系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的性和性，实现电梯的全数字化控制。在实验室调试的基础上，采用上述方法，实地对两台 17层电梯进行改造，经有关部门检测和近一年的实际运行表明，系统运行，乘坐舒适，故障率大为降低，平层精度在±5mm以内，了良好的运行效果。

1.3、化学除盐系统（包括除盐加系统）：
三台除盐给泵→两套活性碳过滤器→两套阳床→两套脱碳器（中间水箱）→两套中间水
泵→两套阴床→两套混床→两只除盐水箱→除盐水泵→送至机组供发电用水。
除盐再生中用酸液对阳床或混床中的失效阳离子交换树脂进行再生。对阴床或混床中的失效阴离子交换树脂进行再生。
1.4、饮用水系统：
两台饮用给泵→两套活性炭过滤器→饮用水贮水箱→稳压罐→饮用水用户。
2、 原控制系统和存在缺点
利港电厂一期水处理原控制系统采用模拟屏显示系统状态及门和泵的运行状态，模拟量的显示和控制通过单的回路构成，利用调节器和显示器实现。显示表显示实时参数，记录仪记录过程参数。反洗部分实行按钮触发程序控制，在程序控制面板的操作方式下，采用PLC实现部分自动运行方式。该套控制系统已经使用十年时间，老化严重，已经影响生产。主要存在以下缺点：
2.1、原系统的Square D PLC已经使用十年时间，电子元件老化严重，经常出现死机现象，
该的PLC属美标产品在国内使用较少，备品备件难以购置。
2.2、原系统的较多的采用了输入输出继电器设备和硬接线，故障发生率高。
2.3、原系统的控制按钮、模拟显示灯故障发生率高，经常换维护费用较高。
2.4、原系统采用较多数显表和记录仪表，故障发生率高、维护工作量和费用高。
2.5、原系统采用较多单回路调节器、报警窗，故障发生率高、维护工作量和费用高。
2.6、原系统采用的是单路供电方式，影响系统的运行。
3、 改造设计思想：
3.1、拆除原有Square D PLC系统，拆除输入输出等继电器设备，拆除原有的程序控制板部分设备，拆除原有的多个调节器设备。按要求重新配置、组态一套除盐控制系统。
3.2、可编程控制器（PLC）的选用PLC采用PLC。采用与公司其它系统的控制系统相同的可编程控制器（PLC），便于以后的备品备件和技术共享。
3.3、用上位机平台控制方式，在CRT上直接进行对系统运行的监视和操作系统设备。上位机的配置，采用价比较高的通用型PC机。通过两台操作员站对化学水处理系统和进行监视控制，即通过LCD画面和键盘对整个工艺系统进行监视和控制，控制室不再设常规控制仪表盘。
3.4、二台操作员站既能同时使用又能互为备用，两台操作员站相对立，均与现场各个控制站进行通讯，因此能同时使用。两台操作员站中一台兼工程师站，可以对PLC进行在线编程，修改，可以对人机界面软件进行设置和修改。
3.5、化学补给水程控系统主干网采用以太网络，PLC和两台操作员站均接到以太网上构成一个以太网，易于组态、易于使用、易于扩展。留有将化学水处理信息送入电厂SIS（厂级实时监控）系统的接口。利用操作系统bbbbbbS NT的权限管理、事件跟踪、事件记录等功能提高系统的性。
4、 设计方案
本控制系统PLC设计采用施耐德公司的QUANTUM 系列产品。系统结合两台上位计算机操作员站的控制方式，在操作控制室通过上位计算机系统对整个水处理流程进行集中运行监示、报警与控制。PLC系统结构见图4-1。


4.1、新的控制系统要求实现系统的的自动化功能。
4.1.1、系统的程序控制：本自动化系统中，程序的任务主要是针对于预处理系统、重力砂滤池系统、除盐系统、饮用水系统及其他辅助系统程序控制，水泵与液位的联锁及加系统加药量调节控制。根据工艺运行要求，以完成对预处理系统、重力砂滤池系统、除盐系统、饮用水系统及其他辅助系统的启动、停运及保护等控制功能。泵与液位的联锁及参与各系统的调整控，尽可能的实现系统的全自动运行。

5、改造后系统功能比较：
5.1、过程监视和控制
通过各种可选择的画面（如运行画面、摘要画面、事件管理画面、报表画面等）对系统进行监视控制，以实现生产过程的自动化。传统方法是设备平台的操作通过控制室的面板进行，而自动化重要目标之一是有效地利用设备资源，iFIX可以增强或取代这些传统控制室功能，主要包括：监视、监控和控制。监视具有采集和显示实时工厂数据给所有相关人员的能力。丰富的数字、文字和图形格式使实时数据容易的被读取和理解。监控具有监视实时数据的能力，同时由计算机直接改变设和关键值的能力。通过使用iFIX，可以很方便地控制访问这个数据和可被改变数据点的权限。控制是自动提供算法调整过程数值并使这些数值保持在设定的限度之内的能力。
在本系统中为实现对生产过程的监控共设计了六幅运行画面，分别是：预处理系统、预处理加、除盐水系统、再生酸碱系统、饮用水系统、系统总图，由于各幅运行画面的操作过程类似，因篇幅所限只对系统总图做详细阐述：如下图5-1


操作员在屏幕上可以看到如图5-1所示的内容，分别是：
5.1.1 工具条
工具条是位于画面上端一组按钮，在工具条中包括了画面选择栏、系统日期和时间、参数显示区、菜单。在系统运行过程中，操作人员可以通过工具条实现画面的切换、对重要参数的浏览等功能。（如图5-1中头1所示）
5.1.2 画面选择栏
画面选择栏由一组画面切换按钮组成，在正常情况下每个按钮对应着一幅画面，通过单击该按钮可以转到相应的运行画面。（如图5-1中头2所示）
5.1.3 菜单
由于画面长度限制，无法将所有的画面切换功能放在画面选择栏，因此将具有相同类型的画面切换操作整合在画面选择栏的一个按钮当中，但点击该按钮时就会出现若干个待选对象，单击菜单可以转到相应的运行画面，其效果同画面选择栏中的按钮是一样，这样可以节约大量的屏幕空间。（如图5-1中头2所示）
5.1.4 系统日期及时间
工具栏中日期和时间显示块在运行时可以调用系统的当前日期和时间，便于操作人员掌握时间。（如图5-1中头4所示）
5.1.5 重要参数显示区
工具栏中参数显示区可以用来显示生产过程中的重要数据指标，便于操作人员依据这些实时参数对相关生产过程进行适当调整。（如图5-1中头5所示）
5.1.6 报警栏
报警条位于画面的下方，用于显示新的几条报警。（如图5-1中头6所示）
5.1.7 主显示区
重要参数显示区和工具条之下的部分为主显示区。生产过程中所涉及到的各种设备、管线、泵、阀等都在该区域显示，通过该区域可以实现数值修改、设备的操作等功能。（如图5-1中头7所示）
5.2 配置：为使系统不因非法操作而发生意外，启用iFIX，通过系统文件可以制访问iFix的应用程序和文件，并保护数据文件不被非法修改。
5.3 数据归档：系统中的任何数据点都可根据操作员的速率采样存储。这些已归档的数据是进行系统优化和调整的强有力工具。
5.4报表：详尽的报表是回顾过程性能的重要工具。它允许快速掌握生产过程数据之间的关系，并快速作出决定。
5.5 趋势曲线：历史趋势提供了生产过程数据的采集、存储和显示的功能。
5.6 报警实现：报警是整个系统运行中非常重要的环节，它可以分为系统实时报警和报警历史查询两部分。
5.7直观的 PID调节：面板中将一个模拟量输入与一个用户定义的设相比较，并发送递增的调节以使过程变量接近设。
5.8 顺控操作
顺控是整个化水程控中非常重要的一项功能，可以使系统以预先设定的模式运行，从而减少操作人员对系统的干预，有效提高生产的效率。在顺控部分里共有三种模式：自动模式、半自动模式、手动模式，缺省的为手动模式。
5.9 PLC编程软件采用Concept V2.5版本的编程软件，该软件提供了简单友好的用户界面，可重复使用的程序、强劲的搜索功能、自由格式的图形编辑器、完善的在线帮助。很方便的进行程序编写、软件调试、系统维护。如图5-4所示。


6、总结
通过系统的改造，提高了运行操作手段的灵活性、方便性及故障分析手段已经解决原系统的PLC设备老化导致经常死机而影响制水生产的问题；取消原系统中模拟屏显示和系统中控制盘上的操作按钮，改在上位机上显示和在画面上进行操作，大大的方便了运行人员的操作。并且减少因反馈显示和操作按钮引起的故障缺陷。对输入回路的电压由原系统中的110V AC 降为24V DC，并取消原系统中的全部输入继电器，信号直接接至输入模件。既节省大量中间继电器设备，又给现场检修人员对输入设备检修时提供了。设计了双回路自动切换装置，保证供电的性。特别在运行人员切换马控一、二端供电时，对控制系统进行采取措施，实现了无扰动切换。从改造后的使用效果来看，本次改造是成功的。
改造后的化学水处理PLC控制系统保证各控制系统的硬件统一，解决了原控制系统存在的问题，控制方案设计加合理，提高了控制系统的性，值得其它系统和兄弟厂家旧设备改造时学习和借鉴。