北京西门子PLC模块触摸屏供应商

北京西门子PLC模块触摸屏供应商

1 引言 

冷媒水是工厂公用工程的基本系统。基于plc和变频器的冷媒水压力控制系统具有自动化程度高、节能、卫生、维护方便等优点；采用frofibus总线技术，扩展性高；上位计算机控制系统具有过程画面动态显示、流程管理及打印等功能。 

2 系统原理设计 

2.1 系统总体 

(1) 目标设计 

系统设计的目标是在生产岗位冷媒用水需求变化的情况下，使用plc自动控制技术保持管网供水压力稳定，以达到节能减排，减的目标。 

(2) 方案设计 

每台冷冻机配有2台泵，正常运行时其中任一台运行于调速状态，而另一台泵备用，也可随时投入状态运行。两台泵的运行状态的切换采用手动方式，并要求两台泵互锁，不能同时投入运行。为使各泵平均工作时间相同，需要设置定时换泵功能。设定定时换泵功能后，当一台泵连续工作时间过设定值后，且备有泵处于“休息”状态，则系统提示换泵，以保证各台水泵运行时间均等，延长水泵使用寿命。当变频器发生故障时，能够自动转换至工频继续运行，以确保供水不间断。 

(3) 功能设计 

系统具备报警功能、实时监控和数据存储等功能。报警显示包括越限报警和故障报警。当预置监视的模拟量过所规定的界限值或开关量状态跳至报警位，即产生越限报警。当预置监视的设备或工艺过程发生故障，控制系统发生故障即产生故障报警。一旦发生报警事件，报警信号上传上位机，同时接入蜂鸣器进行报警，报警记录显示不同的颜色。上位工控机对各水泵的开启、关闭或故障等实时状态，以及温度、出口压力、调节阀开度和水泵转速等实时数据进行存储，并可进行快速报表查询及打印。 

2.2 系统组成 

本系统设计包括上位机、就地触摸屏和下位机三部分。上位机显示工艺流程显示图、参数成组显示图、设备运行状态显示、动态显示冷媒水的温度、压力和水泵转速等数据。同时具有高速历史数据的存储和查询、报警等功能。就地触摸屏上也可以动态的显示冷媒水的温度、压力和水泵转速等数据。下位机plc实现冷媒水自动控制过程。 

下位机系统采用西门子s-7 200 plc、abb变频器、压力传感器、温度传感器、模拟调节阀门及其他控制设备组成。plc控制部分，因系统有6个模拟量输入，4个模拟量输出，需使用扩展单元，所以选用主机为cpu224plc一台，加上两台模拟量输出模块em232，再扩展一个模拟量i/o模块em235。采用em277 frofibus-dp 模块与上位机进行通讯[1]。该模块用于接受上位机指令并上传报警信号。 

2.3 控制原理 

系统采用两路pid闭环控制，根据压力表测得的数据分别调整比例阀和水泵转速，保岗位上冷媒水压力稳定，并使整个系统达到节能。系统原理框图如图1所示。

 
图1 系统原理图

 
图2 模糊pid控制框图

1 引言 

工业生产和城市生活中会产生大量的烟气粉尘，如火力发电，供热等，污染环境危害健康。 

随着袋除尘技术的发展和环保要求的日益提高，袋式除尘器的应用范围越来越广泛，目前已能利用袋式除尘器来处理高温、高湿、粘结、爆炸、磨蚀性烟气，甚至过滤含有细粉尘的空气。在袋式除尘器控制领域，plc占据主要技术地位。随着现在控制技术的不断发展，plc与触摸屏在工业控制领域的应用越来越广泛。触摸屏替代传统的控制面板和键盘的智能化操作，可用于参数的设置、数据的显示和存储、并以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程。plc与触摸屏的配套组合使用，一方面扩展了plc的功能，使其具有图形化，交互式工作界面的立系统，另一方面大大减少了操作柜上的开关、按钮、仪表等的使用数量，使操作加简便。目些控制要求较高、参数变化多、硬件接线有变化的场合，触摸屏与plc组合起来应用的形式已经占据主导地位。 

但是根据传统的除尘器plc点对点制形式，不仅设计及其现场布线复杂，外部信号干扰还使得系统运行不稳定，而且成本昂贵。本文组合应用西门子s7-300plc与台达a系列触摸屏，采用矩阵控制的方法来实现除尘器脉冲阀动作，通过profibus dp工业总线实现主站与分布式i/o设备交换数据，了优化的控制效果。 

2 系统组成及主要功能 

2.1 系统组成 

袋式除尘器的控制系统如图1所示。 

 
图1 系统要求

 
图2 hmi主画面

通过原理图3以及上表1，各个室的脉冲阀需要动作时只需要通过q0.0~q1.4与q1.5~q2.2中任意一个组合即可以。其中，q0.0~q1.4与m端使得中间继电器得电而吸合开关，用来控制电磁脉冲阀与24v+的连接。q1.5~q2.2与m端使得中间继电器得电而吸合开关，用来控制电磁脉冲阀与m端的连接。例如：当需要e室9#电磁脉冲阀动作室时，只需要q1.0与q2.2置为1即可。此时q1.0输出24v电压，中间继电器的常开点闭合，使得e室9#电磁脉冲阀与24v+连接。同理，q2.2输出24v电压，中间继电器常开点闭合，使得e室9#电磁脉冲阀与m连接。这时使得e室9#电磁脉冲阀两端与24v+与m端同时导通即动作。在此过程中，虽然q1.0控制的编号为9#的六个电磁脉冲阀都与l1端导通，但室此时只有q2.2控制的e室中的脉冲阀此时与m端导通。即在q1.0与q2.2控制的交叉点上的电磁脉冲阀动作，其他点上的电磁脉冲阀要么只与24v+相连，要么只与m端相连。该原理中，电磁阀可以采用plc输出的24v电压来实现其动作，但是为了电磁脉冲阀能稳定动作以及减少plc的负载，其采用外部稳定的直流电源供电，由此采用19个中间继电器。 

(一)I／O点数的选择
在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点少，但留有一定的裕量。
通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10％~15％的裕量来确定。
(二) 存储容量的选择
PLC的I／O点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕量。
存储容量（字节）＝开关量I／O点数×10 ＋ 模拟量I／O通道数×100
另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
PLCI/O模块的选择步骤与原则
一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。
（一）开关量I／O模块的选择
1. 开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 
开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。话?Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块远不得过１０米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
2）输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式，
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。
3）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要过输入点数的60％。
4）输入门槛电平
为了提高系统的性，考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。
2. 开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得过1HZ）、寿命较短、性较差，只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
2）输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式，
分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。
3）驱动能力
开关量输出模块的输出电流(驱动能力)大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
  4）注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要出同一公共端输出点数的60％。
5)输出的大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的大电流。另外，晶闸管的大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
二）模拟量I／O模块的选择
 模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了也有电气隔离功能。模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(D／A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。 
(三)特殊功能模块的选择
 目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。

1 概述 
1.1 引言 
    随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要根据个人工作经验就一台水冷螺杆机组来阐述PLC控制设计与智能化空调系统的关系。

1.2 PLC原理及应用 
    空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC（可编程序控制器）控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。

    可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 即简称为PLC。

PLC具有功能强大、使用、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。

2 PLC的体系结构

PLC结构图

PLC实质上是一种被于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图1所示：

图1 PLC硬件的基本结构

PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。PLC相当于继电器的作用，其好处是性高，自动化程度高、可进行网络化等。

3 PLC控制系统主要功能与特点

3.1 PLC控制系统功能说明

    在空调系统上PLC系统有如下功能：

◆ 数据显示功能 
    显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。 历史数据的存储及检索功能 对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。

◆ 控制功能

    根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据 （如室内温度等）进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高空调系统的性和经济性。

◆ 连锁与保护功能

    各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。

3.2 系统特点

◆ 灵活性

    本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。

◆ 高性

PLC控制能够在恶劣的环境中长期、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。

◆ 强大的功能

    现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。

4 控制方法

    对于冷冻水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，而回水温度取决于蒸发器接收的热量，空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计大温差为：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水温差（如：△T=5℃）控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。

    对于冷冻水系统，由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况，我们只需控制高温冷冻水（ 冷凝器出水）的温度，即可控制温差。现采用温差变送器、 PID 调节器和变频器组成闭环控制系统，冷凝器出水的温度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。

5 系统的设计和应用总结 
    由于整个实验室正在逐步筹划和建设的过程中，许多设计还处于探讨之中，众多功能还未付诸实施。

    现在本文就系统改造实现情况作简单介绍：本文的系统调试应分为两步，设备电气控制系统调试和网络系统调试。我们就已完成的设备电气控制系统设计、调试及使用情况作一下说明：针对实验室的要求：要求电气系统运行稳定，感温度高，维护方便寿命长，并能联网进行管理。除此之外在实际使用中由于压缩机的启动方式采用星三角方式启动，属于硬启动，这种启动方式对接触器的质量要求比较严格，特别是对接触器的灭弧处理等要求很严格。通过我的使用经验，在这些方面ABB做的很好，而且ABB的接触器在换时比较方便，它的盖可以拆卸，换时不需要拆下接触器底座，直接卸下盖换线圈即可。

    当然此系统设计达到了使用要求，它不仅具备基本逻辑控制功能，还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统，它工作稳定、故障率低，并能进行系统自动报警，操作及维护十分简便，维修综合成本（待机时间等）大大降低。

6 结束语 
    在智能化空调冷冻系统中，采用PLC控制系统是切实可行的，空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、，便于维护，且性能价格比高。 同时以PLC为的高的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制，具有、、经济、灵活等显著特点