重庆西门子授权一级代理商变频器供应商
随着高科技的发展,在许多行业对温度和湿度都有了高的要求。基于此，黄石市科威自控有限针对用户需要开发了一款带CAN总线的机PLC。该PLC在机中已经有成功的应用。
机的简介，机是控制空气中温湿度的一种设备，控制温度精度要求0.5度，控制湿度要求在1%RH以下。科威PLC在控制温湿度能很好的满足该设备的要求，又由于科威PLC带有CANBUS现场总线能够满足该设备集中分散控制、信息集中管理的要求，所以科威机PLC是一款理想的机PLC。以下是简要介绍科威机PLC在欧洲某锂电池生产厂家的成功应用。
该锂电池生产厂家一共30台，有房间50间。每一台机需要一台机PLC，该系统一共用科威PLC 51台，51台PLC分布在楼上楼下二层，51台PLC组成一个CANBUS网络，CAN主站将数据送到中控室计算机中。现场用触摸屏控制，中控室用计算机控制并记录相关信息。
该机PLC输入输出配比如下：8路开关量输入，8路开关量输出，4路模拟量输入，4路模拟量输出；模拟量输出信号类型很好的满足机的控制。房间温湿度采集选用科威16路模拟量输入PLC，该PLC有16路模拟量输入。以上两款PLC都自带RS232、RS485、CANBUS三个通信口。RS232通信口兼容三菱FX-2N的协议；RS485高速的主从协议，通信距离1KM。CANBUS是高速的现场总线，通信速度达260K，通信距离5KM。
该控制系统分别安装在上下二层，楼上楼下各房间通过CAN总线连接。各房间PLC都为CAN从站，在中控室内有一台PLC为CAN主站，下图为一楼各房间机PLC分布图。
一、概述：
蒸汽锅炉广泛应用在民用及工业场合,比如餐饮、医院、洗衣房、、制药、造纸、、制衣等,其工作原理是通过汽-水换热器加热采暖系统(空调,暖气片,地板供热等)的热水,也可为化锂吸收式制冷机提供动力。因为锅炉控制系统长期在高温、高湿度环境下运行,所以对控制器的抗腐蚀抗干扰能力要求非常严格,另外还要需要非常高的性。
华南某锅炉制造公司是该行业的企业，其生产的蒸汽锅炉原有的控制系统是采用单片机控制系统，系统故障率高维护麻烦。该公司技术人员了解到KDN公司的PLC运行稳定，于是采用KDN公司的产品设计了一套新的控制系统，用以减少故障，方便维护，提升产品等级，满足客户高需求。
二、技术要求：
根据工艺要求，客户对控制系统提出了如下技术要求：
1、 新的控制系统设计方案采用的CPU模块要有双串口通讯功能，其中的一个串口和触摸屏通讯，另外一个串口做为一个预留通讯口，方便和客户的控制系统联接，实时传输锅炉的各种参数。
2、 CPU模块上自带的10开关量输入和10个开关量输出。
3、 要求3路热电阻温度采集模块，并且内部集成有PID控制功能，方便温度控制。
4、 CPU内部集成有系统时钟功能，方便实现自动开关机功能。
5、 要求触摸屏采用5.7寸大小，可以显示炉内水位、压力、烟道温度、补油泵和给水泵工作状态等，可以设置定时开关机时间等参数。
三、硬件配置:
根据技术要求，硬件配置如下：
CPU模块采用KDN-K306EX-24AR：该模块支持双串口通讯，RS232和RS484各一个；本体自带14路开关量输入和10路开关量输出；内部集成有PID功能和系统时钟功能。另外该模拟采用１６位工业芯片，支持浮点数运算，FRAM备份数据，AC８５~２６５V电源，可以满足要求。
温度模块采用KDN-K331-04RD：该模块4通道，Pt100、Cu50输入信号，两线制或者三线制接线，测量精度可以达到0.1%F.S.。
触摸屏：Eview MT506L
另加有补油泵、给水泵、烟道传感器、燃烧机、出水传感器、回水传感器、风机、压力控制器、热电阻等其余若干元件。
四 、应用效果
在KDN公司技术人员的积配合下，该公司工程技术人员很快就开发出了新的控制系统，这套控制系统抗干扰能力好，温度控制精度高，运行稳定，简洁直观，功能完善，得到客户的高度评价。
均匀化着色电源的主要功能要求如下：
（1）输入电压及范围：三相、频率50Hz、380V±20%；
（2）额定输出电压：±30V～±80V；
（3）额定输出电流：1000A～4000A；
（4）小输出电流：额定输出电流的10%；
（5）输出电流精度：±3%以下；
（6）输出电流纹波：7%以下（在额定电流的30%～**内）；
（7）入槽静泡时间：可在10～3000s内设定；
（8）P处理时间：可在0～3000s内设定；
（9）P处理与C处理间隔时间：可在10～3000s内设定；
（10）C处理时间：可在0～3000s内设定；
（11）C处理时脉冲周期：200ms（可根据要求在20ms～300ms范围内修改）；
（12）C处理时正脉冲宽度：20ms（可根据要求在10ms～100ms范围内修改）；
（13）能满足二次C处理的要求；
（14）能满足补色（即再进行C处理）的要求；
（15）有必要的保护措施。
3．着色电源系统组成及工作原理简介
为实现上述的输出波形及满足工艺要求，设计的均匀化着色电源原理如图2所示。均匀化着色电源主要由主回路和控制部分组成。
图2 均匀化着色电源原理图
3．1主回路
主回路包括进线断路器，整流变压器TM，三相全控整流桥A组、B组，电抗器，逆变部分等。整流变压器TM付边采用双绕组的形式，一组Y接法，连到一整流桥A组，另一组Δ接法，连到另一整流桥B组。整流桥自整流后经电抗器滤波，再逆变，然后并联输出。
图3 逆变电路
图3是其中一组逆变部分的主电路图，如图所示，当主臂晶闸管V1、V4导通时，电流经电抗器L、主臂晶闸管V1，流向负载，然后从主臂晶闸管V4流回，此时负载承受的是正向电压、电流，当要使负载承受反向电压、电流时，应关掉主臂晶闸管V1、V4的控制脉冲，然后控制辅助晶闸管V11、V14导通，使电容C1、C2放电再反向充电，强迫关断主臂晶闸管V1、V4，接着关掉辅助晶闸管V11、V14的控制脉冲，再控制主臂晶闸管V2、V3导通，这时电流经电抗器L、主臂晶闸管V2，流向负载，然后从主臂晶闸管V3流回，此时负载承受的就是反向电压、电流。要使负载从承受反向电压、电流转换到承受正向电压、电流，其原理一样，先关掉主臂晶闸管V2、V3的控制脉冲，然后控制辅助晶闸管V12、V13导通，使电容C1、C2放电再反向充电，强迫关断主臂晶闸管V2、V3，接着关掉辅助晶闸管V12、V13控制脉冲，再控制主臂晶闸管V1、V4导通，就完成了负载从承受反向电压、电流到承受正向电压、电流的转换。主臂晶闸管和辅助晶闸管的导通是通过PLC发出的逆变脉冲来控制的，由于负载承受正向电压、电流向反向电压、电流转换，或由反向转换到正向，都是在短的时间内完成（一般只有几百个微秒），因此PLC的选型和编程设计将直接关系到整个逆变部分的正常工作和输出波形的准确性。
3．2控制部分
控制部分包括A组、B组整流调节单元，逆变脉冲触发单元，信号接口电路，可编程逻辑控制器PLC和触摸屏等。
A组、B组整流调节单元主要功能是按照PLC发出的给定信号来调节三相全控整流桥输出的电流，其内部包括PI调节电路、移相触发电路、功放电路等。
逆变脉冲触发单元主要是接收PLC的逆变脉冲，对逆变脉冲再进行调制、功放后控制逆变部分的主臂晶闸管和辅助晶闸管准确的导通，从而实现P处理和C处理的波形输出。
信号接口电路主要功能是对各种信号进行整理变换，以满足各个单元对信号的需求。
可编程逻辑控制器PLC选用西门子的S7-200 CPU226 DC/DC/DC 和一模拟量扩展模块EM235组成。PLC作为本电源系统的控制器件，主要完成下列功能：
（1）开、停机控制；
（2）运行流程控制；
（3）逆变部分晶闸管的导通控制；
（4）整流给定控制；
（5）电源装置状态量的采集；
（6）模拟量采集；
（7）设置、显示参数的计算；
（8）与触摸屏通讯。
PLC输入输出定义如表1所示。
表1 PLC输入输出定义
输入地址 | 定义 | 输出 | 定义 |
I0.0 | 启动（外部按钮） | Q0.0 | 0脉冲 |
I0.1 | 停止（外部按钮） | Q0.1 | 1脉冲 |
I0.2 | 总开关合 | Q0.2 | 2脉冲 |
I0.3 | 着色材料入槽 | Q0.3 | 3脉冲 |
I0.4 | 紧急停止 | Q0.4 | 4脉冲 |
I0.5 | 备用 | Q0.5 | 5脉冲 |
I0.6 | 备用 | Q0.6 | 整流 |
I0.7 | 备用 | Q0.7 | 装置故障 |
I1.0 | A组快熔熔断 | Q1.0 | 合总开关 |
I1.1 | B组快熔熔断 | Q1.1 | 分总开关 |
I1.2 | 同步故障 | Q1.2 | 装置运行信号 |
I1.3 | 电源失压 | Q1.3 | 电容预充电 |
I1.4 | A组整流过压 | Q1.4 | 着色完成 |
I1.5 | B组整流过压 | Q1.5 | 备用 |
I1.6 | A组过流 | Q1.6 | 备用 |
I1.7 | B组过流 | Q1.7 | 备用 |
I2.0 | 逆变过流 | | |
I2.1 | 冷却水水压偏低 | | |
I2.2 | 冷却水水温过高 | | |
I2.3 | 电容预充电接点返回 | | |
I2.4 | 备用 | | |
I2.5 | 备用 | | |
I2.6 | 备用 | | |
I2.7 | 备用 | | |
AIW0 | A组电压（模拟量） | AQW0 | 给定输出（模拟量） |
AIW2 | B组电压（模拟量） | | |
AIW4 | 逆变输出电压（模拟量） | | |
AIW6 | 逆变输出电流（模拟量） | | |
触摸屏采用Hakko的MONITOUCH V708C型彩色触摸屏，与PLC之间进行点对点（PPI）通讯。触摸屏主要实现如下功能：
（1）表计功能指示；
（2）装置的启动、停止操作；
（3）增、减操作；
（4）进线断路器的分、合操作；
（5）电流调节设置；
（6）着色档选择；
（7）生产工艺过程选择；
（8）P处理时间、间隔时间、C处理时间设置；
（9）装置状态显示；
（10）装置故障闪烁报警。
4．软件编程
软件主要由触摸屏程序和PLC程序组成。
触摸屏共编辑了25个画面，包括1个主显示操作画面、16个着色档参数设置画面、1个补色参数设置画面、2个着色数据查询画面、1个PLC内部数据查询画面、1个时钟调整画面和2个欢迎画面、1个帮助画面。当电源装置出现故障时，触摸屏还会自动弹出故障小画面，并以红色闪烁报警，引起运行人员的注意。触摸屏的画面不仅完成了上述的功能，而且良好的中文界面非常方便用户操作使用。
着色电源的操作执行、控制、设置参数的计算等都是通过PLC的程序来实现完成的，PLC的程序设计是着色电源控制性能的关键。
为了便于查找、修改和调试程序，以及缩短CPU的扫描周期，均匀化着色电源设计的PLC程序除主程序外，还有10个子程序和4个中断程序，PLC的程序方框图见图4、图5、图6所示。如图中所示，主程序主要完成采样、操作、故障处理、判断开停机等内容；子程序0主要完成运行时的工作流程控制；子程序1主要完成在静泡时间内的控制操作；子程序2主要完成P处理时间内的控制操作；子程序3主要完成在间隔时间内的控制操作；子程序4主要完成C处理时间内的控制操作；子程序5主要完成着色完成后的处理工作；子程序6是在P处理和C处理起动前对逆变脉冲的控制；子程序7是停机时对逆变脉冲的控制；子程序8主要完成停机时着色参数的输入和计算等内容；子程序9主要完成补色参数的输入和计算等内容。中断程序主要是完成C处理时对逆变脉冲的控制，其中逆变脉冲的立即开通和立即关断时间间隔是采用语句延时来实现的。
二、系统要求
现以工位WS1.1为例，介绍设备的工作过程。该工位将轴承压入端盖，当按下启动按钮后，设备先检测轴承放置的方向，如果正确，夹具自动锁紧，启动压装过程，否则系统报警，压机不工作，同时OP3操作面板显示错误信息。压装开始后，系统同时启动CoMo II-S智能测量仪表，对压力和位移进行监测，若整个过程的压力/位移曲线满足工艺要求(位于一定的范围内)，则装配合格，指示灯亮，压机退回，夹具松开，零件可转入下道工序，否则红色指示灯亮，结果不合格，系统复位后，零件经确认后转入废品站。
为了能实时检测压力和位移，得出两者间的实时关系曲线，并据此对过程做出评判，系统采用了Kistler的CoMo II-S智能测量仪表，它内置电荷和电压放大器，可以实时采集压力和位移两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及刻度，得出测量曲线，具有阀值、公差带、方框和终位等多种分析功能，并可根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，与PLC接口方便。压力的检测采用Kistler的压电式传感器，经电荷放大器由CoMo II-S采集到压力实时值，位移用Novotech的位移传感器测量，并由CoMo II-S采集到实时值，与压力一起作为被监控的变量。压机由气压驱动的气液增力缸实现，其升降由电磁阀控制。
三、控制系统的硬件组成及软件设计
根据该工位的输入/输出信号的点数要求，选用CPU214 PLC作为控制，并扩展了一块EM223数字量模块，共有22位数字量输入点，18位数字量输出点。为了显示系统状态和输入控制参数，选用了一台OP3操作面板，经PPI通讯接口与CPU214连接。
三、控制系统主要功能西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。
1、双向高速计数信号
S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。
旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。
同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。
钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。
2、左右控制手柄多路按钮信号的检测
旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。
3、外部传感信号的检测
西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。
旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。
4、实现对液压执行机构的控制
西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。
5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。
利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。
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