武汉西门子PLC模块变频器供应商

武汉西门子PLC模块变频器供应商

本文针对通济堰取水枢纽工程中的闸制提出解决方案，该系统闸门数量为17孔，加上需改造的旧闸门5孔，总数达到22孔。而控制距离远的一孔闸门为500米。实现这么大数量的闸门的远程控制，工控机显然无法满足系统稳定、工程、施工费用少的要求。
在该工程设计中，利用ProfiBus 现场总线将PLC组网，由上位机来实现对闸门启闭机的远程控制。并将闸门开度、坝前和坝后水位、闸门荷重情况传送至上位机。由上位机根据现场PLC提供的信息对闸门运行状态进行监视，并在故障发生时提供故障信息。
本系统的控制器件采用德国西门子公司的S7-200，通讯总站采用S7-300。未采用中继站的情况下，通讯能力远达到1200米，能够该工程的远程控制需求。

1 结构及功能
该系统采用的是三层通讯组网方式，底层的是由22台S7-200组成的相互立的现场控制单元，中间层是由一台S7-300构成的通讯主站，上层是由上位机及服务器组成用户层。
除通讯功能外，该系统还具有以下功能：
控制功能：系统采用两种控制方式，即自动（即远方集中控制）和手动控制。
监测功能：系统自动采集闸门位置、闸门荷重、上下游水位及电气器件运行状态的信息。
保护功能：判断电机过载、闸门上下越限、电源供电异常、闸门失速/卡滞等，并对故障进行实时处理。

2 系统硬件设计

2.1 系统总线设计

在通济堰的22孔闸门中，每孔闸门用一个S7-200（CPU224）作为智能控制单元，构成一个现地控制柜。每个PLC 通过ProfiBus总线与一台S7-300（CPU315-DP）通讯，通讯由每个PLC所带的通讯模块（EM277）来实现。PLC-300作为系统的主站，负责收集从站（S7-200）上传的信息和下达命令。PLC-300与一台上位机通过CP6511卡相连，上位机作为远程操作平台。

2.11 ProfiBus-DP总线

DP总线电缆是西门子公司提供的总线电缆，其技术参数如表一所示。DP总线连接器选用9针D型RS485适用的连接器。

DP总线安装布线采用的是总线型拓扑结构，由于方案中只存在22个从站，因此可将22孔闸门的PLC从站挂在同一段中，而无须加载中继器。注：DP总线型结构中每个网段大可挂载32个从站，且在无中继器的情况下每个网段长距离为1900米。电缆大长度取决于传输速率。

以DP总线方式连接各个从站，需要在个和后一个站加装终端电阻，而中间的各个从站则只需将A、B数据线连接到总线上即可。
DP总线采用西门子的线缆和接头，通讯总线电缆入柜时屏蔽层与柜体连接接地。在线路铺设时，将通讯总线与17控制线一起布设，至于同一个电缆槽中。通讯总线在室外段通过地线铺设。

2.2 系统数据采集

在上位机对闸门启闭机施行控制的时候，需要实时地将闸门的闸位信息上传至微机。还要将闸前和闸后的水位信息同时上传。同时，还需要不间断地将闸门启闭机的荷重告知上位机，以便监控闸门是否出现卡滞。
在这个系统中，对闸位的监测采用旋转编码器来实现。由于旋转编码器的输出信号是16位的数字信号，所以增加一个PLC的16位数字量模块（EM221-16DI）。
水位信息由投入式压力水位传感器测量闸前闸后水位，S7-200自带有模拟量模块，水位传感器可直接接入，无须另加信号模块。

3 系统软件设计

系统上位机的用户层解决方案采用西门子的WinCC作为组态软件编制用户操作界面，并且实现与S7-300的通讯接口的衔接。操作界面采用人性化的图形界面。用户在利用组态软件下达对闸门的控制命令，同时能够在界面上看到闸门的实时状态，包括：闸门位置、闸门荷重、上下游水位、以及9类故障信息。

而S7-200与S7-300的内部程序编制则采用西门子的Step7来实现。
由于本系统要实现控制闸门启闭高度的技术要求，所以程序设计考虑用户可以自行选择采用开环控制或者是闭环控制的控制方式。

4 结束语

本系统作为PLC在另一种领域的应用，对于PLC的功能作了进一步的尝试。系统所采用的三层分布式网络结构在保通信过程畅通的前提下，确保了各个控制单元的。系统的设计能够满足工程现场长达500米的控制距离的需求，并能实现对控制对象的远程监控。该系统已经在通济堰渠取水改造工程信息自动化系统中投入使用，并且性能稳定，了预先的效果

二、调压器和变压器的选择

高压试验用调压器，一般采用移圈调压器、感应调压器和接触调压器三种类型。在本系统中采用柱式接触调压器。

柱式接触调压器是一种输出电压连续可调的自耦变压器。它具有输出电压波形正弦性好，输出电压下限可以为零，调压特性平滑、连续、线性；短路阻抗可以控制在较小范围内，运行噪声小以及输出电压与输入电压相位基本相同等优点，是一种比较理想的高压试验用调压器。

图3中主回路进线电压为380V，但是高压侧电机的额定电压为10KV，通过调压器和升压变压器才能达到高压，拟定调压范围为1KV～12KV，通过调压器使其电压在40～600V范围内变化，升压变压器的变比为0.4KV～10KV。值得说明的是，调压器和变压器只分别给出了调压范围和变比，没有选择实际的型号。实际运用时按标准选择型号。


4章 电气控制系统设计

以GB1032三相异步电动机试验方法为依据,保证试验过程满足要求,根据此要求设计电气控制系统。由控制系统由工控机(上位机) 、PLC(下位机)和控制装置等组成。上位机采用组态王组态软件,下位机采用三菱FX2N型PLC,通讯采用RS - 232接口（实验用）。其中组态王软件提供可视化菜单,试验人员按组态界面的提示,由工控机发出控制指令,通过可编程序控制器对系统实现控制。

4.1 上位机的设计

4.1.1 组态王软件功能分析

本系统上位机采用了组态王6.0x,该软件操作方便,结构清晰,易于上手。而且采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多，软件运行稳定。

而且，它能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。该软件把每一台下位机看作是一台外部设备，在编程过程中根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接功能。在运行期间，组态王通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通信程序和组态王软件构成一个完整的系统，既保证了运行系统的运行，也可扩大系统的规模。
工业自动化通用组态软件—组态王软件系统与终工程人员使用的具体的PLC或现场部件无关。 对于不同的硬件设施,只需为组态王配置相应的通讯驱动程序即可。组态王支持的硬件设备包括:可编程控制器(PLC) 、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等等。工程人员可以把每一台下位机看作一种设备,而不必关心具体的通讯协议，使用时只需要在组态王的设备库中选择设备的类型完成安装即可,使驱动程序的配置加方便。

4.1.2 组态王6.0x的构成及建立新程序的过程

“KINGVIW6.0”软件包由工程管理器、工程浏览器和画面运行系统TOUCHVEW三部分组成。其中工程浏览器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统，即组态王开发系统。工程浏览器和画面运行系统是各自立的bbbbbbs应用程序，均可单使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序在画面运行系统中才能运行。

工程管理器主要用于KINGVIEW工程的管理。

利用KINGVIW建立新程序的一般过程是：
1)设计图形界面；2)构造数据库；3)建立动画连接；4)运行和调试。

在用KINGVIEW画面开发系统编制应用程序时要依照此过程考虑四个方面：

图形。就是怎样用抽象的图像画面来模拟实际的工业现场和相应的监控设备。“KINGVIEW6.0”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成，同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。

数据。怎样用数据来描述工控对象的各种属性？也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，数据库是“KINGVIEW6.0”的部分。在TOUCVEW运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，同时操作者在计算机前发布的指令也要送达现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在数据库中存放的是变量的当前值，变量包括系统变量和用户定义的变量。变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用 的数据变量的详细信息。

动画连接。所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对应的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。这样，工业现场的数据当它们变化时，先通过I/O借口，引起实时数据中变量的变化再通过“动画”在画面上反映出来。

硬件接口。KINGVIEW软件系统与终用户使用的具体的现场部件无关。对于不同的硬件设施，只需为组态王配置相应的通信驱动即可。

4.1.3系统组态界面的设计

根据电机的负载变化，试验又分负载试验、空载试验、堵转试验等，在此系统设计中，由于时间有限，系统组态界面设计过程中主要设计了负载试验、空载试验和对应参数的实时曲线界面。以下以建立主画面为例，讲述界面设计的过程。

打开组态界面，新建工程，工程名为电机智能试验系统（主画面）。
具体步骤如下：
1)在工程管理器中选择菜单“文件/新建工程”，或者点击工具栏的“新建”按钮，出现“新建工程向导之一”对话框。
2)单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导之二”对话框。
3)单击“浏览”按钮，选择所要新建的工程存储的路径。
4)单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导之三”对话框：
在对话框中输入工程名称：“电机智能试验系统”
在工程描述中输入：“测试电机的性能”
单击“完成”。
5)弹出对话框，选择“是”按钮，将新建工程设为组态王当前工程。
6)在菜单项中选择“工具/切换到开发系统”，直接打开组态王工程浏览器，则进入工程浏览器画面，此时组态王自动生成初始的数据文件。
7)在工程浏览器中左侧的树形结构中选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。
工程浏览器将弹出“新画面”对话框，然后在新画面中进行页面设置，如画面位置、画面风格等。

画面中要新建的图素主要以主回路为依据，以新建电压互感器为例：
按F2键打开图库管理器，选择你所要的图素—电压互感器（若无，用户可以自己根据自己的需要创建新的图素），在工程画面上单击鼠标，出现电压互感器，然后调整大小并放到适当的位置即可。2. 工作原理：
中水处理系统是将生活污水还原成中水的处理过程。应用过的生活污水被集中在调水池中，由充氧机进行充氧。充氧后的水由提升泵提至生化池，由充氧机进行两级生化。在处理过程中还要对生化过的水进行加药，，搅拌等工序，使其能够达到二次使用的可能。处理过的中水由加压泵打到回用池中，由供水泵供给用户在利用。（主要用为冲厕或绿化用水）
3. 系统要求：
a. 调节池曝气机
* 2台（一用一备）380V/1.6KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台曝气机的切换及每台曝气机的起停。
* 自动方式：自动控制两台曝气机的切换。
要求：当运行曝气机出现热保护时自动转换为备用机。
曝气为间歇方式，曝气半小时，间歇15分钟，以保证生物菌存活。
b. 生化池曝气机
* 一级生化池 2台 380V/2.9KW（一用一备）
二级生化池 2台 380V/1.6KW ( 一用一备)
* 手动方式：手动控制曝气机起停。
* 自动方式：自动控制两台曝气机的切换。
要求：当运行曝气机出现热保护时自动转换为备用机。
曝气机白天12小时连续运行，夜间进入休眠状态，每隔一小时曝气10分钟。
c. 提升泵
* 2台（一用一备）380V/2.2KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台泵的切换及每台泵的起停。
* 自动方式：自动控制两台泵的切换。
要求：当运行泵出现热保护时自动转换为备用机。
由PLC根据液位自动控制泵的起停（高起低停），泵的起停与调节池，生化池液位联动，防止溢水。
d. 加压泵
* 2台 （一用一备）380V/1.6KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台泵的切换及每台泵的起停。
* 自动方式：自动控制两台泵的切换。
要求：当加压泵出现热保护时自动转换为备用机。
由PLC根据液位自动控制泵的起停（高起低停），泵的起停与提升泵，供水泵，回用池液位联动，防止溢水。
e. 中水供水泵
* 2台（一用一备）380V/3KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台泵的切换及每台泵的起停。
* 变频恒压供水方式：系统管网压力设定时水泵减速运转；设定加速运转，一台泵无法满足流量值时另一台泵自动投入运转保系统压力达到设计要求。由PLC根据液位自动控制泵的起停（高起低停）同时与其它泵联动。系统有高低报警及变频器故障自动切换到工频的功能。
f. 反冲洗泵
* 1台 380V/5.5KW 手动控制
g. 加药，计量装置
* 1台 计量泵 220V/0.5KW 与加压泵联动控制
* 1台 搅拌器 220V/0.35KW 手动控制
h. 自来水电磁阀（一个）
回用水池低液位时由PLC控制自动打开电磁阀进行。
4．设备选型
根据以上的技术要求和对整个系统的分析，系统的输入点36个，输出点20个，因此决定选用36入/24出的可编程控制器。这个系统许多的PLC都可满足技术要求。但为了节约成本，在性价比上达到，我们选用了LG的K80S系列PLC K7M-DR60S。原因是LG的PLC价格，编程软件（可省掉编程器），现场调试方便（由笔记本电脑完成）。编程语言绝不亚于其它PLC。

1、引言
随着的蓬勃发展，我国单位GDP能耗与欧美发达国家的差距越来越大，引起了的大的关注，十一五规划是将“建立全社会的可持续发展能效目标”和“向低能耗方向有效调整产业结构”作为重中之重。
目前相当多的整厂节能、路灯节能、楼宇节能采用调压节能的方式，德维森公司生产的V80节能PLC——V80-C18DRMA-LD正是为节能行业专门开发的PLC。

2、节能方案：
2.1、灯光节能器的原理如下：
电压会随用电的峰谷而波动，路灯在输入电压UMIN和大于UMAX时发光率会降低，线路损耗和灯具热耗等无功功耗会加大。引入路灯控制器，对路灯输入电压/电流进行检测，并对路灯的供给电源进行一个合理控制，从而使得能够的节省电能。
同时节能器还起到一个智能控制的功能，当天黑后能自动的把灯打开，并根据不同的策略进行路灯的分组开关。因为各个地方的经纬度不同，冬天和夏天的天黑时间也各不相同。因此要根据不同的地区设置不同的开关灯策略。
比方说黑龙江，在夏天在晚上7点左右开灯，而冬天在下午4点开灯，为了满足不同地区不同时段的不同策略，一般需要将全年分成24个以上的段，不同的时间段使用不同的开关灯策略。
一般路灯节能都希望能在远方对现场的数据进行监控，同时本地也需要各种参数的显示，便于用户的调试。目前采用的方式多是RTU或者GPRS DTU为主，其中后者相对而言在成本上低，在可用性方面也好。

2.2、整厂节能的实现方式与灯光节能原理上比较类似，只不过增加了对功率因数的补偿和监控；同时整厂节能对于节能前与节能后的能耗比也需要有计录和比较，比方说在节能前，全厂耗电为13万度/月，节能后全厂的耗电为10万度/月，同时功率因数也比之前升高了，这些都需要有相关的记录和分析，同时数据要能得到用户的认同。

2.3、变频节能，原理上是根据对电机转速的调整来达到节能的效果，如注塑机节能、空压机节能等。
针对灯光节能、整厂节能、变频节能的需求，德维森公司开发的C18DRMA-LDPLC把所有调压调速节能需要的功能都集成进来了。包括市电的电压、电流采集、调压节能器的控制、可选的多种远程通讯方式、实时时钟、本地的7段数码管显示和LCD显示可选、本地的轻触按键和PVC按键可选。同时C18DRMA-LD还保留了PLC原有的所有特性，包括强的抗干扰能力、梯形图可编程能力、各种标准的通信和IO接口、带掉电保持的RAM区等。


如上图所示PLC根据采集到的市电电压和不同的节能策略调节节能调压器的输出，同时可以通过GPRS的DTU上网，将现场的数据传给远方的上网的电脑，远方的监控电脑就可以对现场的策略进行控制和调整。

3、C18DRMA-LD的特点：
3.1市电采集
大多数PLC的CPU模块本身带模拟量的相当少，而路灯节能需要的模拟量数量相当多，如果是中的节能控制通常需要7路模拟量，这造成了成本的上升。
C18DRMA-LD多可以采集7路模拟量信号，这样就可以满足大多数用户的需要，通常的节能控制器只需要2路模拟量信号，一路市电电压和一路电流信号，而在整厂节能和大型的路灯节能器需要采集3路电压和1路或者4路电流信号，这样C18DRMA-LD都可以轻松应付。
7模拟量输入信号的类型包括：±10V、±20mA、热电阻等

3.2功率因数计算
对于整厂节能，功率因数的测量是的，目前还没有那一家的PLC支持功率因数的换算，如果用单片机开发则会面临周期太长和精度太低的问题。
C18DRMA-LD的模拟量输入可以支持交流信号输入，同时AD转换速率高达300K，可以轻松的满足市电50HZ的功率因数计算，能同时计算三相市电的功率因数，并将数据上传供用户分析。

3.3实时时钟
大多数的节能厂商都采用立的实时时钟控制器，这造成了成本的上升和性的下降。
C18DRMA-LD内带实时时钟，包括年、月、日、时、分、秒、周，用户可以很方便的利用实时时钟开发出各种不同的策略。

3.4支持双通信口，支持各种标准的通讯协议
目前的节能控制对于通信和监控的要求越来越高，大多数的路灯节能要求可以在远方进行控制和调整控制参数，同时相当多的用户还需要能在现场接屏进行监控，因为各家RTU与屏的通信协议不同，造成节能厂商的开发难度大大增加。
C18DRMA-LD带有RS232和RS485两个通信口，两个口都支持MODBUS从协议，RS485是支持MODBUS主协议和FREE协议，用户可以很方便的利用这两个通信口与各种不同通信装置进行通信，比方说GSM、GPRS DTU、MODEM，另外还可以与各种显示屏、软件、组态软件进行通信。后这两个通信口还能对各种三方的表计或者变频器进行监控，从而达到整合的目的。

3.5支持多机联网
路灯节能控制器因为单控制器的控制量有限，需要多台控制器联网进行监控。
多台C18DRMA-LD可通过RS485联网，交换数据，并可共用同一台GPRS与远端服务器通讯。

3.6本身带人机接口
C18DRMA-LD带多种7段数码管显示或者LCD液晶屏显示，用户可以在PLC内编程设置显示的内容。同时带键盘接口，多支持4*4的键盘矩阵，可以选用PVC薄膜按键或都轻触按键等。

3.7兼容标准V80 PLC的所有软件和功能
大多数节能控制器都不支持可编程，造成无法做到升级和现场维护。
C18DRMA-LD支持梯形图编程，支持掉电保持功能，支持在线编程功能，支持远程监控功能等，总之所有PLC有的功能C18DRMA-LD都有，C18DRMA-LD是在标准的PLC平台上开发的。

3.8性和电磁兼容能力强
节能控制器控制的是强干扰的大感性负载，如何提升系统的抗干扰能力成为了系统设计者伤脑筋的问题。
而PLC与其它用单片机开发的控制板之间的区别在于PLC是一个通用的工控平台，不光是在是软件、通信、接口方面是标准的，其电磁兼容、环境测试也都是按标准做的，V80的全系列产品均通过了CE认证，可以从各方面满足客户的需要。

3.9宽温工作范围
针对北方用户室外使用的需要，C18DRMA-LD可以在-40~60℃的宽温范围内进行工作，并保证性能与性。

4、总结：
德维森作为国内有实力的中、小型PLC供应商，顺应市场的需求开发的C18DRMA-LD是一款节能PLC，德维森可以为用户提供包括周边设备在内的一整套电气解决方案，已有多家大型的节能设备厂商选用德维森的C18DRMA-LD，大家对C18DRMA-LD的性、性和灵活性都赞不绝口。