西门子中国授权一级代理商|变频器总代理商代理

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循环流化床锅炉是一种环保型锅炉，但随着环境治理要求的进一步加深，其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境，减少SO2对大气的污染，决定对#4（75t/h）、#5（135t/h）循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统，采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。

一 系统工艺流程

对于循环流化床锅炉进行脱硫处理，目种普遍采用的方法是将脱硫剂（石灰石粉：粒径0～2mm，比重约1.4t/m3）通过送粉管道从炉次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧，通过化学反应生成CaSO4，达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下：
（1）石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；
（2）空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路（另一路送气化风）→炉前检修隔断门→炉膛；
（3）气化风→空气加热器（有旁路阀）→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。
该系统设计采用双路联调送粉方式，每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。

二 控制系统设计实施

整个控制系统由一台中控室内的监控计算机（操作员/工程师站）、一台现场控制站 FX2N型PLC-128MR、并配以4个 FX2N-4A/D数据采集模块、一个 FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测，现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作，并与上位机采用RS-485进行实时通信。
现场控制站配置见附图。

1. FX2N-128MR现场控制站

FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的，其运算处理速度：基本指令0.08μs/指令，应用指令1.52～100μs/指令，输入输出总点数256点，大存储容量16k步，内置存储器容量8k步，顺控指令27条，步进梯形图指令2条，应用指令128种，298个。 FX2N-4A/D数据采集模块：接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。 FX2N-4D/A模拟数据输出模块：将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。

2. 喷钙脱硫系统的启动和控制

喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。
（1）方式一：自动启动
将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置，在显示器屏上点击“全自动启动”按钮，系统将按下列顺序启动设备。
（a）启动罗茨风机延时12s，开始下一步，否则报警；
（b）自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时，开始下一步，否则12s后报警；
（c）此时空气母管压力下降至运行I值（调试确定）。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至设定转速（调试确定）运行l 2s；
（d）启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀，并接通缓冲罐料位控制回路；
（e）接通SO2监测控制系统回路，通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速，使SO2测量值达设定标准值（<1200mg／m3），此时空气母管的压力要上升至运行II值；
（f）启动电加热器，并将温度调至设定值。
（2）方式二：远方操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“远方”位置。设备启动顺序与方式与上述相同，只不过是由设备操作人员在主控室CRT前利用鼠标按程序提示框逐一进行启动操作。
（3）方式三：就地操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“就地”位置，此时设备的启动顺序不受限制，由操作人员任意启动，但若不是特殊情况，不采用此工作方式，因为该方式即使启动设备也不会实现PLC联调，达不到系统的使用目的。

3. 喷钙脱硫控制系统的运行

（1）系统运行时显示的状态参数有：粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态（停止、运行交替显示）、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。
（2）系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能，各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。
（a）数据采集：通过画面中的按钮设定数据，通过PLC的A/D模块进行数据采集；
（b）结果显示：将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；
（c）状态显示：通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；
（d）故障报警：当出现故障时，报警画面自动弹出，查看出现故障的地方；
（e）数据存储：通过设定后，设定的数据将自动存储到系统中去；
（f）生成报表：可用工具栏中的按钮查看报表；
（g）图形显示：加上运行狗（watch-dog）之后，启动系统就可显示图形画画，从而从画面中监视整个系统；
（h）打印：选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；
（i）内部通信：通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。
（3）系统运行时的联锁保护逻辑关系
La当运行罗茨风机因故停运时，自动投入备用风机，否则3s后自动执行事故停机程序；
Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时，自动解列联调方式变为单调方式，并停止该套送粉装置；
Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速设定值，但SO2的值不能满足排放标准时，报警；
Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时，直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；
Le当风机电动蝶阀误关时，3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀，并停止本风机运行，否则进入事故停机程序；
Lf空气电加热器的启动、停止，只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可，不必加入联锁；
Lg当空气分支管压力值过高值（调试时定）报警并延时3s停下旋转给料阀，然后进入逻辑Lb程序；
Lh当空气分支管压力值低压值（调试时定）时，执行逻辑La程序；
Li当下旋转给料机转速升至二设定转速（调试时确定）时报警。

4. 喷钙脱硫控制系统的停止

（1）正常停止
当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话，后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完，然后再停止运行，可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法，其顺序是一致的。其步骤如下：
（a）停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行，不再向缓冲罐送料；
（b）缓冲罐内料位降至低料位报警值后，让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；
（c）关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；
（d）切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路，将运行的罗茨风机停止运行；
（e）就地关闭该炉系统装置的手动插板，手动检修隔断门。
（2）事故停止
当系统设备在运行当中出现 La、Le所提及的故障情况时，系统要转入事故停机程序，各台设备顺序停机之间需要延时，停机步骤如下：
（a）停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。
（b）停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。
（c）解列运行及备用风机间的联锁，停止运行的罗茨风机。

三 应用体会

东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来，性能，运行平稳，经过2年多运行，出现过故障，基本不需要维护。 FX2N型PLC小型化、，适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断提高，该系统将拥有良好的开发前景。

二、改造控制要求：
分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
Ø　机组冷水出口流量不得200 m3/h;
Ø　当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
Ø　选择1#或2#泵为变频运行泵。
Ø　当需求流量为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，保证300 m3/h的总流量输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保输出用户所需的流量;
Ø　当需求流量为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;
Ø　当需求流量为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的流量;2#泵工频运行，输出600 m3/h的流量;旁通调节阀打开并做PID调节，保6kg的输出压力;
Ø　当需求流量为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出流量送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限流量值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作。

三、设备的配置
（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口流量、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、流量值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、流量值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
（2）PLC：
PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
（3）PLC的配置
主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
（4）输入输出设备配置
输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
（5）模拟输入输出设备配置
利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀

一 系统介绍：
确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有重要的意义。
联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。
联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。
空压机联控系统图：

工控机选用研华工控机，软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。
1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；
由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺
PLC控制部分是系统的部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。
一个正常的供气流程如下：

把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序
空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。
程序的编写主体两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

（一）读取单片机的信息
根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所的标志位。
（二）向单片机中写入相关信息
整个写信息部分分下面三块：
a.逻辑判断运算部分
供气压力是系统各种运行状态改变与保持的指标。压力小于供气压力要求下限就要多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。
为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。
由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）
对故障分类的控制策略是很有的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。
b.数据帧结构部分
在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。
c.Modbus通讯指令发送部分
指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
客户还要求机组顺序可以乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把放到依照固定顺序排列的寄存器里面去，打乱这些寄存器里面存放着的的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组寄存器的后面寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退。

四 总结
空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了多的能源，提高了监控系统的有效性，真正实现了无人自动化操作

1 引言
随着城市经济的腾飞，停车难已到了刻不容缓的地步。在的市，特别是宾馆、商场、购物等车辆集中的地区，只有向空中、向地下发展，建造相当数量的立体停车库已是。上海市机械设备成套集团科贸公司是一家专门从事机械式立体停车库生产设计的公司，受文定苑徐房（集团）物业管理公司的委托，建造机械式两层升降横移立体停车设备。
2 总体方案设计
根据业主的要求，通过实地考察，总体方案设计如图1所示:远程小区监控具有系统管理员功能，可查看车库泊位状态（即车位板上是否停有车辆），修改存取车辆的密码，并实时监控下位控制器的运行状态;设计两个存取车辆出入口（即东出入口和西出入口），可加快车主存取车辆的速度，在两个出入口处各放置一台触摸屏，车主输入操作密码即可存取自己的车辆;下位机为PLC，通过信号的输入输出，存取的车辆和车位板是否到位、故障等，并控制电机运转，完成车辆的存取工作。
行程开关判别横移车位板或升降车位板是否到位，泊位开关判别车位板上是否停有车辆，光电开关判别存入的车辆是否高、长，并有保护作用，接触器用来直接控制电机的运动，指示灯可方便车主根据信息灯状态—前进、后退、运行、故障等，方便存取车辆。
3 系统工作原理
以7个车位为例说明从上层3号车位板存（取）车工作原理:车主输入正确的存（取）车密码;下层4、6号车位板同时向右横移，6号横移至空位，4号横移至6号位，然后3号车位板下降至下层4号位;车主即可把自己车辆驶上（驶出）3号车位板，存（取）车完成后，延时60s，3号车位板自动上升至原来的位置，然后4、6号车位板复位。
每个横移车位板对应一个行程开关，开关状态为“1”时表示此时车位板到位，为“0”时表示车位板未到位，根据行程开关的状态可判别出横移车位板是否到位。每个升降车位板对应一个上定位行程开关和一个下定位行程开关，根据行程开关的状态可判别升降车位板的位置。自动运行过程中，根据行程开关的状态控制接触器触点的通断，进而控制电机的运行和停止。
泊位开关用来检测车位板上是否停有车辆，其实质是一个镜面反射的光电开关，工作原理是:该车位板上停有车辆时，泊位开关处于“1”状态;车位板上无车辆时，泊位开关处于“0”状态，根据泊位开关的状态可知PLC对应输入点的状态，远程小区监控上位计算机根据松下电工的通讯协议可读出PLC寄存器状态，从而监控立体停车库的泊位状态、停车状况等。
4 控制系统硬件设计
控制系统的是下位控制器PLC，松下FP1的控制器因其较高的性价比受到用户的青睐。
（1） FP1具有计算机bbbb功能，可由上位计算机根据MEWTOCOL-COM通讯协议，直接通过编程口RS422读取FP1中的接点信息和其数据寄存器中的内容，实现数据采集，监视运行状态的功能;同时RS232可直接与操作界面触摸屏进行通讯。
（2） 扩展方便、灵活，可根据输入输出的点数的多少选择主机CPU单元和扩展单元。
（3） 控制单元和扩展单元输出功能强大:各个“COM”端均为立的，可使用不同的电压;输出点额定控制能力强，为2A/250VAC或2A/30VDC，可直接控制接触器动作。
车库设置两个车辆出入口，主要目的是加快存取车辆的速度。系统配置时选用一个PLC，在东西出入口处各放置一台触摸屏，东出入口触摸屏和PLC距离约为 8m，所以直接通过RS232接口通讯;两个触摸屏之间的距离约为20m，选用RS485通讯接口。图3为其通讯接口协议接线图。
由于立体停车库领域的特殊性，对电机的要求很高，一般都采用三合一电机（即减速、制动、刹车为一体），本车库使用德国汉森电机，横移电机为0.25kW，升降电机为 2.2kW，规格为三相380V，通过接触器的通断直接控制电机的运行和停止，可以达到车位板的定位要求。
综合以上因素，根据I/O点数、输入输出信号特点、输出驱动能力、通讯等要求，选择FP1系列C72C继电器输出型PLC，扩展模块为继电器输出型E40（I 24/O 16），即可满足设计要求。
5 控制系统软件设计
本系统软件部分的是根据输入的存（取）车密码，对应的车位板运行到的位置。主要有四部分组成:（1）自动操作程序—根据车主输入的密码，对应的车位板运行，完成车辆的存取。（2）单步操作程序—按下按钮，执行一个车位板的完整动作。（3）手动操作程序—按钮按下时，车位板运动，直至车位板到位，否则停止，可方便维修、故障查找。（4）操作显示程序—在存（取）车过程中，应显示必要的提示信息，方便车主存（取）车;为方便维护人员，在系统故障时，应显示对应的故障代码。
所有实现上述功能的PLC软件程序采用步进结构，图4所示为软件流程图。
触摸屏的设计软件为 ADP3，要正确设置触摸屏的DIP开关和通讯参数，才能确保通讯的正常进行。东出入口的触摸屏为主站，通讯参数设置:人机界面站号为0，传输速率为 19200b/s，8位数据长、奇校验、1位停止位;与PLC连线所用的通讯端口为COM1，连线方式为“Multi-drop Master”，共用寄存器区为DT200，长度为32，共用接点区为R200，长度为0;画面控制区地址为DT10，画面状态区地址为DT20;延迟画面启动时间为3s。西出入口的触摸屏为辅站，通讯参数设置:人机界面站号为1，传输速率为19200b/s，8位数据长、奇校验、1位停止位;连线方式为 “Multi-drop Slave”，共用寄存器区为DT200，长度为32，共用接点区为R200，长度为0;画面控制区地址为DT12，画面状态区地址为DT18;延迟画面启动时间为0s。按照以上的参数设置及通讯接口接线，才能保证系统通讯的正常。
6 FP1系统寄存器参数设置
在软件设计时，为了保证PLC与上位监控计算机和触摸屏通讯正常，一定要注意PLC系统寄存器的参数设置。
与上位计算机有关的系统寄存器配置:（1）编程口站号参数NO.410设置为K1;（2）编程口通讯格式参数NO.411设置为H0。
与操作界面触摸屏有关的系统寄存器配置:（1）RS232C串口通讯方式参数NO.412设置为K1，表示RS232C串口用于计算机链接通讯;（2） RS232C串口通讯格式参数NO.413设置为K1，表示RS232C串口通讯传输格式为8位数据长、奇校验、1位停止位、CR为结束符;（3） RS232C串口波特率参数NO.414设置为K1，表示串口通讯波特率为19200b/s，同时应把PLC波特率选择开关设置为19200bps; （4）RS232C串口站号参数NO.415设置为K1。
7 结束语

通过调试运行，整个停车设备的结构紧凑、设计合理、运行良好，充分发挥了FP1的高性、强抗干扰性、调试方便等特点，特别是FP1的功能特点在停车设备中的应用具有推广，对**业的机械式升降横移停车设备的设计具有借鉴意义。

1 引言
目前高层在各类城市中比比皆是。为了防止意外火灾，高层建筑一般均设有消防泵组。但是许多设备都因无专人管理，不能定期试机运行，天长日久就会导致泵体卡死、锈死，所以经常会出现在发生火灾时设备不能充分发挥作用的情况，造成不应有的损失。通常老设备的启动/运行转换控制用的是皮碗真空式定时继电器，其定时时间误差大，橡胶容易老化破损，维护不便。电子式定时继电器也存在类似问题。我们采用OMRON公司的可编程序控制器（PLC）对消防泵组进行控制，实现泵组在备用时定期试运行，消防用水时自动启动。硬件无调整元件，，性高，维护方便。而且可以很容易地根据不同需要进行扩展。这样能够有效地杜绝泵体锈死或消防用水时不能及时加压的事故。

2 工作原理
对于一座需要四台15kW消泵的高层建筑而言，在没有消防用水需求商，台水泵启动（星形）10秒钟，运行（三角形）30秒后，停机待命120小时（五天）。待命期间如果没有消防用水，则二台水泵启动10秒，运行30秒，停机待命120小时，如此周而复始地循环。在有消防用水需求时，泵组立即自动启动，加压供水，充分发挥其应用的作用。

3 硬件结构与工作过程
根据控制对象的具体情况，我们选用OMRON公司的小型可编程序控制器C20P进行控制设计。C20P属于C系列的小型机，共有20个输入/输出点。其中输入点12个，输出点8个，有晶体管、可控硅和继电器三种输出形式。我们选用继电器输出型的。P型机的内部指令十分丰富，能提供近50个定时/计数器供用户使用，对于本设计能够满足要求。设计中输入点用了5个，8个输出点则全部用完。

输入信号分别为水流指示器、水压检测和手动输入。其中水压检测和手动输入各占两点。水流指示器的结构原理为：在水管内安装一个带杠杆的橡皮挡板，杠杆一端连接一个微动开关。如果管道内有水流流动，水流就冲开橡皮挡板，其杠杆推动微动开关，使触点的状态发生变化。水压采用电接点压力表进行检测。一般情况下如前述四台泵循环试机运行。一旦发生火警，打开消防喷淋头或者消，水流指示器的常开触点闭合，或者按动消防启动按钮，水泵即逐台按照水压要求启动运转。实际工作中，若台水泵投入后水压达不到所需压力，压力表低压检测触点断开，二台水泵自动投入运行。若二台水泵投入后仍达不到所需压力，即压力表低压检测触点仍不闭合，则三台水泵自动投入运行。依此类推。若水压所需压力，压力表高压检测触点闭合，则依次停后启动的水泵，直到水压稳定下来，保持水压恒定在所需的压力范围内。这样可以减小消防人员的操作难度，同时也减小了对管道薄弱环节的威胁。每一台水泵都用两只接触器分别接成星形和三角形结构，用以启动和运行。用水完毕后，水流检测触点断开或者手动按下停水按钮，则重新进入试机循环。

4 系统软件设计
PLC的软件设计一般采用梯形图的形式进行编程，直观且简单易学。C系列PLC的指令丰富，提供了48个定时/计数器供用户使用，从而给系统设计带来了很大的方便。在设计中，长时间的定时控制若采用多个定时器级连的方式实现，虽然直观，但略显繁冗。我们在程序中用定时器设计了一个1分钟的时钟作为其他计数器的输入，使得长时间的定时设计便于实现，控制程序也就加简洁。在消防用水时为了避免由于水压波动而导致水泵频繁起停，我们在程序中采用了“延时滤波”处理，达到了较好的效果。在为提升水压而增加后续水泵时，为了避免同时投入水泵而对电网造成过大的冲击，也采用了延时的方法，达到了预期的目的。

5 结束语
本系统采用可编程序控制器进行控制系统设计，硬件结构简单，廉，响应速度快，性能/价格比很高，和单片机系统相比具有高的性。经一年多的现场使用考验，性能稳定，运行。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。对于现代智能楼宇，控制系统还可以通过通讯模块纳入到整个楼宇的监控系统之中，体现出大的灵活性和适应性，具有高的实际推广。

1 引 言

励磁系统是同步电动机中、主要的且成部分之一。长期以来同步电动机励磁装置技长性能不完善，导致同步机损坏，成为影响生产的、连续及稳定运行的制约环节。

随着可编程控制器（PLC）技术的发展，以微型PLC为、功能加完善的励磁控制系统的出现成为可能。该系统接线简单、控制功能丰富、可配置汉显的人机界面、价格适中、适合于恶劣的工业环境。采用PLC技术，克服同步机所配老式晶闸管励磁装置（俗称可控硅励磁装置）技术性能不完善；充分发挥PLC的作用，使控制系统为人性化。

2 同步机励磁装置的功能

同步电动机的励磁装置主要有三个方面的作用，一是完成同步机的异步启动并牵人同步运行；二是在牵入同步以后励磁电流的调节控制；三是监控系统故障，确保同步机运行。

2．1 励磁装置在启动过程中的作用

在异步启动的过程中，励磁装置保证启动回路具有良好的异步驱动特性，避免异步启动过程中所存在的脉振现象，满足带载起动及再整步要求。达到亚同步速时，准角度投励，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。

2．2 励磁装置在运行过程中的作用

同步运行过程中的励磁电流控制模式分为：

（1）恒励磁电流模式：适合于负载恒定工况，如通风机、水泵。实际选取功率因数为前0.95-1之间任意值。

（2）恒无功功率模式：适用于电网负载不断变化，同步机向电网提供恒定的无功功率以补偿电网的功率因数，但同步机的功率因数是随着负载的变化而变化。

2．3 励磁装置的监控作用

同步电机在正常运行过程中，不可避免地会受到各种各样的扰动，就会引起电机失步，造成生产中断和设备损坏的严重事故。励磁装置能检测，同步机的失步，识别后判断是报警还是再整步运行，既设备的性，又保持运行连续性。

同样，励磁装置在正常运行过程中，自身也会受到各种干扰，造成可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流限等故障。当出现上述故障，励磁装置识别后报警或跳闸，以保证励磁装置的运行。

3 系统硬件设计

为了满足同步机起动、运行和故障监控的要求，同时便于将机械设备的控制柜与励磁装置融为一体，减小体积、增强控制功能、提升原来系统的自动化水平。本励磁装置主控制器采用西门子微型可编程序控制器S7-200，并使用成熟的晶闸管的触发电路TC787。

显示电路采用西门子的TD200来完成，一是参数设置，如投励时刻、后备投励、强励时间；运行模式选择。二是工作状态显示，如实验投励、正常投励、后备投励；运行模式。三是故障显示，如失步、整步失败、晶闸管故障、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁限。全部采用汉字显示。

3．1 启动回路

（1）起动时灭磁继电器接点CJll、CJ22闭合，见同步电机起动回路图2，使同步电机在异步驱动状态时，灭磁晶闸管7KGZ、8KGZ在较低的电压下便可开通，保证感应电流在正负半周是对称的。有效地了传统励磁屏在同步电机异步启动过程中转子回路感应电流正负半周不对称现象，避免了异步启动过程中所存在的脉振现象，具有良好的异步驱动特性。

（2）在启动结束后，灭磁继电器接点CJll、CJ22断开，灭磁 晶闸管7KGZ、8KGZ在较高的电压下便可开通。当电机在同步状态时，灭磁晶闸管在过电压情况下才开通，既起到保护器件的作用，又当电机正常同步运行时，保证附加电阻RFl、RF2被切除，并防止灭磁晶闸管误导通，可使电机在遇到故障，被迫跳闸停机时，减少电机受损伤程度。

（3）起动前，人为按下ANl、AN2可以实验灭磁回路。

3．2 投励控制

同步电动机的投励过程控制是一个非常重要的问题，主要表现为对投励时间和投励角度的选择上。理想的投励时间是指当电机异步启动到亚同步速时，即转速达到同步速的95％-98％之间；准角度投励是指在转子感应电流的过零点，即从负半周到正半周的零点准确投励。满足两者条件时，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。

转子两端的电压经电阻R12、R11、二管D7后，在稳压管Z7两端得到了近似的矩形波，经过光耦TPl送人PLC。经过计算和判断后，PLC输出点PLCDO控制光耦TP3，控制TC787的5脚，当其为低电位时，输出6路触发信号，完成投励，

有两种投励方式：

（1）按照"准角强励整步"的原则设计，并具有强励磁整步的功能。所谓准角度投励，系指电机转速进入临界滑差，按准角度投励方式，这样电机进入同步时轻松、快速平滑无冲击。投励时刻的滑差大小，通过面板按键菜单操作任意设定。

（2）后备投励

若滑差投励不成，即达不到设定的滑差值，可按预定的后备投励时间和准角度方式投励。后备投励时间的大小，通过面板按键菜单操作任意设定。

3. 3 励磁电流控制

三相晶闸管移相触发电路选用TC787，经三管后，驱动6路脉冲变压器，输出为调制脉冲列，触发1KGZ～6KGZ晶闸管。TC787有移相控制端和投励控制端。

18、1、2脚是三相同步信号，来自同步变压器的三相电源电压Va、Vb、Vc；16、15、14、13脚外接电容用于调节脉冲列的频率；12、11、10、9、8、7输出六相脉冲，分别与T1、T2、T3、T4、T5、T6六个三管的基连接。三管驱动脉冲变压器，其二次经整流二管输出到晶闸管的门和阴，以满足电气隔离和触发功率的要求。4脚是有移相控制端；5脚是投励控制端；17、3脚是工作电源输入端；6脚为全桥控制端。

为了满足同步机各种工况的要求，运行过程中的励磁电流控制模式分为：恒励磁电流模式和恒无功功率模式。因此选用了模拟量模块与S7-200配合使用，构成单闭环控制系统。励磁给定值由外接电位器提供，无功电流由无功电流转换器提供，励磁电流由霍尔元件LEM块检测励磁电流得到。三个模拟信号送入PLC的模拟输入端。

3.4 系统故障监控

系统故障主要包括：同步机失步、可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流限等。

3.4.1 失步监测

失步保护采样信号，来自串接在转子励磁回路的分流器两端的不失真毫伏信号。此信号经放大、变换，光耦隔离后输入PLC，对其波形特征进行分析，判断电机是否失步。当发生带励失步时，应切断励磁，识别后判断是报警还是再整步运行。

3.4.2 晶闸管故障监控

晶闸管励磁整流波形整型后经光耦送入PLC，如果波头相互比较，宽度误差较大，说明全控整流桥出现故障，如：脉冲丢失、三相丢波缺相、失控、管压降波形崎变等各种现象，造成励磁电流不稳定。

3.4.3 灭磁晶闸管误导通

在实际运行当中，偶尔会出现灭磁晶闸管误导通，引起附加电阻加热，经过一段时间后，造成控制柜内的控制线烤焦、进而发生电气短路事故。

检测附加电阻RFl、RF2两端的电压信号，经过比较判断，将结果送入PLC，进行联锁和报警。

3.4.4 励磁电流限

在整流变压器的一次侧，A相和C相装有电流互感器，二次引线经变换识别电路后，将信号送入PLC，过流信号达到设定时间后，报警或跳闸。以防止励磁电流过大引起励磁绕组过热，损坏电机。

3.5 辅助控制环节

3.5.1 停车后逆变控制

当同步机停车或故障跳闸时，PLC发出指令使三相全控整流桥晶闸管1KGZ-6KGZ的控制角变为140°，可控整流桥工作在逆变状态，不致因同步机停车时转子电感放电造成续流或颠覆而烧坏元件。

当电网电压下降到整定值，一般为80％时，PLC发出强励信号，可达到正常励磁电流的1.4倍，进行强励，以防止同步机失步，10s钟后，若电网电压不回升，PLC撤消强励信号，以防转子绕组过热。

强励时间为10-14s，具体时间人机界面设定。

4 系统软件设计

同步机励磁，PLC它的软件主要由三大部分组成：主控程序、显示及设置程序、实时处理程序。如程序框图6所示。

4.1 主程序

主要完成PLC的各种参数的初始化，子程序的调用、及系统的主要监控环节。

4.2 显示及设置程序

依据系统程序调用汉显内容的使能位，显示有关内容；将设置的内容存放在的存储器，以便调用。

4.3 实时处理程序

4.3.1 投励模块

一是正常投励：智能监测转子滑差，在主机起动后，通过计算转子滑差的变化来开放相应的功能（如投全压、投励），即转子频率为5Hz时，发出投全压指令；当转子频率为2.5Hz时，选择在"感应电压顺性尾端过零点"的时刻投励，此时，转子感应电压及电流接近于零，转子感应电流方向与励磁装置输出电流方向一致，投励为容易，有利于将电机牵人同步，完成正常投励。

二是后备投励：若正常投励不成功，在主机起车后，开始记时，若记时到后备投励设定时间，同样选择在"感应电压顺性尾端过零点"的时刻投励，完成后备投励。

4.3.2励磁调节模块

一是恒定励磁调节模式，将励磁给定信号和励磁电流反馈信号经模拟量输人模块送人PLC进行数字PID运算，通过模拟量输出端控制晶闸管移相触发电路；

二是恒定无功功率调节模式，将励磁给定信号和无功电流反馈信号经模拟量输入模块送人PLC进行数字PID运算，通过模拟量输出端控制晶闸管移相触发电路。

4.3.3 晶闸管故障检测模块

如果励磁整流波头相互比较，宽度误差大于10％，报警；如果波头相互比较误差大于20％，或周期内缺一个波头，而且时间过1 min，停机并报警。总之，正常情况下，三相全控桥的整流波形在一个周期，有六个波头，而且，每个波头几乎相同。不符合此标准者，被认为故障，会引起带励失步，若不及时处理必将事故扩大。

4.3.4 失步检测模块

将失步信号整形后送人PLC，测量矩形的宽度和频率，与设定值比较，达到者被认为失步。当电机失步后，PLC立即封锁投励控制信号，同时灭磁继电器复位，使电机进入异步驱动阶段，然后电机转速自动上升，待进入临界滑差后，励磁装置自动投励，按准确强励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态。如整步失败，PLC发出跳闸信号动作于跳闸回路。液晶显示屏显示"失步"或"整步失败"，按复位键复位。

4.3.5 故障连锁模块

同步机的负载以压风机为例来说，把压风机的保护检测信号，如轴温、一排温度、二排温度、一排压力、二排压力、冷却水压等等报警信号送人PLC，依据压风机的具体要求实现连锁。

5 结束语

上述系统已通过实验验证，各项指标达到预期目标，样机进入工业实验阶段。

（1）同步机励磁装置PLC控制器，与单片机控制器相比较，研制，整个系统成本小、功能强大，配置汉显的人机界面、适合于恶劣的工业环境。

（2）便于将机械设备的控制柜与励磁装置融为一体，减小体积、增强控制功能、提升原来系统的自动化水平。