南宁西门子一级代理商CPU供应商

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2 系统主要性能与特点

(1) 可实现恒压变量、双恒压变量等控制方式, 多种启停控制方式, 定压精度≤±1%;

(2) 变频器对电机进行软启软停, 减少设备损耗，延长电机寿命

(3) 具有自动、手动及异地操作功能;

(4)智能化控制，可任意修改参数指令(如压力设定值、控制顺序、控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等);

(5) 具有完善的电气保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。

3 变频恒压供水控制系统设计

3.1 变频器恒压供水系统简介 恒压供水是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。为实现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号，调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定的目的。变频器恒压供水系统如图1所示。

图1 变频器恒压供水系统连接图

该系统主要由3台水泵、1台变频器、 PLC 、PID及线性压力传感器等组成。其中 PLC 、PID调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。 PLC 控制各台水泵的运行状态如工频运行、变频运行、停止)，从而控制水泵的运行台数，在大范围上控制供水的流量; PID调节器控制变频器对变频泵进行速度调节，在小范围上控制供水的流量。水泵的速度调节采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制，采用“一变多定”的控制方式，并根据PID调节器输出电流信号驱动变频水泵。

3.2 主电路设计 该系统包括3台水泵电动机M1、M2、M3，其中M1的功率为45kW，M2为22kW，M3为22kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵。主电路如图2所示。

图2 变频器恒压供水系统主电路

其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。选用西门子公司新的变频器MICROMASTER Eco型变频器。

西门子MICROMASTER Eco型变频器的功能有:

(1) 优化的输入输出功能;

(2) 优化的调试过程:仅12个基本参数设定便可满足绝大多数的HVAC应用;

(3) 长电缆运行:电机与变频器的连接电缆长度可达150m而加输出电抗器;

(4) 通讯功能:内带的RS－485可简便地与DDC从站或楼宇管理系统连接通讯，速率可达19200bps;

(5)可与所有感应电机匹配:通过简单的参数设定即可使Eco与各种电机适配，Eco内带电机保护功能，防止电机过热;

(6) 多电机传动功能:MICROMASTER Eco可控制一组电机以同一频率运行;

(7)捕捉再启动:为确保电源故障恢复后的正确自动再启动，即使电机还在运转，控制系统会控制变频器输出与电机同步的频率;

(8) 能耗的优化:在达到给定值后，控制系统会自动优化电机的能耗;

(9) 高启动转矩:即使在长时间的运行之后，MICROMA- STER Eco仍可确保各种泵类负载的稳定启动，在加速时，会自动提供附加的启动转矩;

(10)内带PID控制模块:PID功能可与外部的传感器直接连接，可以实现的流量、压力或温度控制，可接收0～10V，0～20mA或4～20mA标准反馈信号。闭环系数均可调节以实现不同应用时优化、准确的控制。

3.3 控制电路设计 控制电路包括继电器控制电路及 PLC 控制电路。继电器控制电路图如图3所示。

图3继电器控制电路

其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。KA0～KA6为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作。HL0～HL6为指示灯，其中HL0为电源指示灯，HL1～HL3分别指示M1～M3的工频运行，HL4～HL6分别指示M1～M3的变频运行。

图4 系统 PLC 控制电路 图4给出了系统的 PLC 控制电路。

图4中SA7为手动/自动控制转换开关，SA8为自动起/停控制转换开关，P1为压力上限，P2为压力下限，SA1为1#水泵手动起动开关，SA2为1#水泵手动停止开关，SA3为2#水泵手动起动开关，SA4为2#水泵手动停止开关，SA5为3#水泵手动起动开关，SA6为3#水泵手动停止开关，KA0～KA6为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作。

3.4 PID调节器电路PID调节器电路如图5所示，PID调节器的引脚11、12为电流输出信号，接图1中的变频器的引脚3、4，PID调节器的引脚18接图3中的 PLC 输入端子X4，PID调节器的引脚19接图3中的 PLC 输入端子X5。PID调节器接受压力传感器送来的压力信号，自动调整变频器的频率给定输入，从而控制变频器的输出电压，进而控制变频泵的转速，实现变频泵水流量的稳定控制。 图5 PID调节器电路 4 结束语 变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛，它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，不仅节能效果显著，还可以大地改善系统的工作性能，并能延长系统的使用寿命，具有良好的技术、经济效益。

．引言

图1 电磁式继电器结构图

表1 输出端口规格

表2  继电器使用寿命

图2  驱动感性负载时产生的瞬间高压

继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间，由于电感具有电流具有不可突变的特点，因此根据U=L*(dI/dt)，将产生一个瞬间的尖峰电压在继电器的两个触点之间，该电压幅值过继电器的触点耐压的降额；继电器采用的电磁式继电器，触点间的耐受电压是1000V（1min），若触点间的电压长期的工作在1000V左右的话，容易造成触点金属迁移和氧化，出现接触电阻变大、接触不良和触点粘接的现象。而且动作频率越快现象越严重。瞬间高压如下图2所示，持续的时间在1ms以内，幅值为1KV以上。晶体管输出为感性负载时也同样存在这个问题，该瞬时高压可能导致晶体管的损坏。

图3 PLC输出触点的保护电路

（1）  一定要关注负载容量。输出端口须遵守允许大电流限制（如表1所示），以保输出端口的发热限制在允许范围。继电器的使用寿命与负载容量有关，当负载容量增加时，触点寿命将大大降低（如表2所示），因此要特别关注。

（3）  一定要关注动作频率。当动作频率较高时，建议选择晶体管输出类型，如果同时还要驱动大电流则可以使用晶体管输出驱动中间继电器的模式。当控制步进电机/伺服系统，或者用到高速输出/PWM波，或者用于动作频率高的节点等场合，只能选用晶体管型。PLC对扩展模块与主模块的输出类型并不要求一致，因此当系统点数较多而功能各异时，可以考虑继电器输出的主模块扩展晶体管输出或晶体管输出主模块扩展继电器输出以达到配合。

     事实证明，根据负载性质和容量以及工作频率进行正确选型和系统设计，输出口的故障率明显下降，客户十分满意。

1 模拟屏的通信规约及设备
（1） 通信规约
      rs232c/485串行口:速率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位;传输报文内容以字节为单位，在信道中的传送顺序是:低字节先送，高字节后送;字节内低位先送，高位后送;数据格式为16进制数;异步通信。
（2） 设备
      开关量处理器;开关量指示灯;模拟量处理器;模拟量显示器;时钟;通信处理器;控制器。

2  信息传输途径设备和功能
（1） 途径:数据采集通过plc完成，plc向模拟屏传输数据，控制模拟屏状态。rs485连接图如图1所示:

3 通信实现的方法
4.1  初始化
      就串行通信而言，交换数据的双方利用传输在线的电压改变来达到数据交换的目的。如何从不断改变的电压状态中解析出其中的信息，双方有一套共同的译码方式，遵守一定的通信规则。这就是通信端口初始化。
      通信端口初始化有以下几个项目设置或确认:
（1） 通信模式
      串行通信分同步和异步两种模式。同步传输在通信的两端使用同步信号作为通信的依据，异步传输则使用起始位和停止位作为通信的判断。模拟屏通信模式:异步传输;西门子plc通信模式:异步传输;二者通信模式相同。
（2） 数据的传输速率
      异步通信双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。这样双方传送的高低电位代表几个位就不得而知了。要使双方的数据读取正常，就要考虑到传输速率。收发双方通过传输在线的电压改变来交换数据，但发送端发送的电压改变的速率和接收端的接受速率保持一致。模拟屏的通信速率:9600bps;西门子plc通信速率:600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps，57600bps，76800bps。初始化，将plc波特率设为:9600bps
（3） 起始位及停止位
      当发送端准备发送数据时，会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位及低电位的停止位。接收端会因起始位的触发而开始接收数据，并因停止位的通知而确定数据的字符信号已经结束。起始位固定为1位，而停止位则有1，1.5，2等多种选择。模拟屏的停止位: 1位;西门子plc的停止位:1位或2位。初始化，将plc数据停止位设为:1位。
（4） 数据的发送单位
    不同的协议会用到不同的发送单位（欧美一般用8位、日本一般用7位组成一字节），使用几位合成一字节，双方一致。模拟屏的数据发送单位: 8位为一字节;西门子plc的数据发送单位:7位或8位为一字节。初始化，将plc数据发送单位设为:8位。
（5） 校验位的检查
      为了预防错误的产生，使用校验位作为检查的机制。校验位是用来检查所发送数据正确性的一种校对码，它分奇偶校验，也可无校验。模拟屏校验位:none;西门子plc校验位:none，odd，even;初始化，将plc校验位设为:none。
（6） 工作模式
      交换数据是通过一定的通信线路来实现的。微机在进行数据的发送和接收时通信线路上的数据流动方式有三种:单工、半双工、全双工。rs232和rs422使用全双工模式，rs485使用半双工模式。模拟屏工作模式:rs232全双工/rs485半双工;西门子plc工作模式:rk512 全双工四线制（rs422）;3964r全双工四线制（rs422）;ascii全双工四线制（rs422）;ascii半双工两线制（rs 485）;初始化，将plc工作模式设为:ascii半双工两线制（rs485）。
（7） 数据流控制—握手
      传输工作，发送速度若大于接收速度，而接收端的cpu处理速度不够快时，接收缓冲区就会在一定时间后溢满，造成后来发送过来的数据无法进入缓冲区而漏失。采用数据流控制，就是为了保证传输双方能正确地发送和接收数据，而不会漏失。数据流控制一般称为握手，握手分为硬件握手和软件握手。模拟屏数据流控制:none;西门子plc数据流控制:none。要通过用户程序询问和控制。
（8） 错误预防—校验码
      在传输的过程中，数据有可能受到干扰而使原来的数据信号发生扭曲。为了监测数据在发送过程中的错误，对数据作进一步的确认工作，简单的方式就是使用校验码。模拟屏校验码:异或校验和。要在plc上编校验码程序。

汽轮机由锅炉产生的高温高压蒸汽带动高速运转，是火力发电厂的关键动力设备，汽轮机的本体保护系统（ETS）是发电厂对系统性要求的子系统。传统上，200MW以下机组的汽轮本体保护都是继电器搭建的，性差，保护逻辑修改麻烦，不能与主控制系统构成有效的通讯连接。若与电厂主DCS合并在一起控制，则因DCS处理周期较长等原因无法满足快速保护要求，一般都不采用。近来PLC因其高性、处理速度快、逻辑修改方便等特点在汽轮本体保护中得到了广泛的应用。

下面介绍和利时公司承担的几个火电厂项目中采用PLC作为ETS应用的实例。

合肥发电厂＃3机为125MW高压中间再热凝气式汽轮机，进气压力为13Mpa，进气温度533，转速为3000转/分钟。汽机本体保护采用和利时公司FOPLC与继电器模块并存的方式，PLC立执行保护程序，同时通过Profibus-DP与主DCS控制器通讯，将保护过程状态信息上传DCS，使两套系统实现无缝连接。此项目于2000年9月投运，经现场使用，用户反映良好。

耒阳电厂＃1机（200MW）DCS改造中，出于对ETS性的考虑，用户要求实现双机热备控制，我们想客户了两套PLC并存的汽机本体保护方案，从现场的过程信号经信号分配器同时输入到两套PLC系统中，两个CPU执行相同的程序，运算结果经处理后变成单一的输出送到现场。在这种方案中，任何一台PLC的故障都不会影响保护系统正常工作。此方案得到厂方认可，于2001年5月投运，运行稳定、。

在以上两个ETS系统成功使用后，和利时公司相继赢得沈阳黄姑屯热电厂等用户的信任，FOPLC在一批中小汽机的本体保护中得到应用。

锅炉吹灰系统是锅炉控制系统的一个子系统，作用是定时用高压蒸去附着在水冷壁、过热器、尾部烟道上的煤灰，以避免煤灰影响效率。镇海热电厂＃3机是200MW机组，锅炉额定蒸汽流量670吨/小时，按工艺要求每周进行一次吹灰，并且其过程可在DCS上操作和监视。为此用户选择FOPLC与主DCS构成通讯系统，FOPLC接受主DCS的指令启动吹灰程序，过程状态通过网络传送主DCS，进而在DCS的操作站显示，操作员也可以通过人机界面人工干预吹灰过程。

汽机本体保护、锅炉吹灰等系统逻辑简单、性要求高。和利时FOPLC作为高性价比的PLC系统，在火力发电厂项目中与DCS系统配合，既有效地提高了控制水平，又为用户节省了大量投资。同时，FOPLC出色地通讯能力使得它可以通过Profibus、Interbus、CAN、或Ethernet与多种DCS构成互补的，适用于火力发电厂的控制系统。

二种情况，纺纱段粗纱严重松弛，张力小且不稳定，加捻三角区长且不稳定，甚至出现"麻花状"。由于加捻三角区增大，其中的纤维彼此间松散，联系作用减弱，不利于粗纱捻回传递到加捻三角区，也导致粗纱伸长率过大且不稳定，如图2中的B。
三种情况，纺纱段粗纱紧而不拉直、不出现振荡，坠而能使加捻三角区获得捻回，且稳定，如图2中的C。这样就能使粗纱纺纱段张力稳定，粗纱伸长率比较稳定及其波动小。
2.2.2 悬锭粗纱机纺纱时的情况
由于悬锭粗纱机锭子、上下位置固定不变，在粗纱纺纱段张力过大时，不可能出现如托锭粗纱机纺纱时的纺纱段粗纱剧烈抖动现象。而悬锭粗纱机纺纱段粗纱出现剧烈抖动，其原因应该为锭子上端捻器上端面旋转时不在同一水平面内，导致粗纱与捻器的接触点位置变动，使纺纱段粗纱剧烈抖动，属于捻器安装质量问题。因此，纺纱段粗纱张力大与比较合适与否，是很难从纺纱段粗纱在检测区域的位置状态来区别，当然，其粗纱伸长率是不一样的，但其伸长率差异从理论上讲没有较大区别，应该都比较稳定；而纺纱张力小时出现的情况与上述相同。利用这个原理，运用CCD位移式传感器在线检测粗纱的位置，并与控制位置比较，作出是否调整筒管转速的判断，这样可以保证纺纱段粗纱在要求的位置区域，实现了纺纱张力以及粗纱伸长率的稳定。从理论上讲，纺纱张力太大与比较合适是很难作出区别，但对于纺纱张力过小时，应该能够作出反应。
3 影响粗纱纺纱张力的因素
3.1 CCD位移式粗纱张力检测装置的配置数量
由于CCD位移式粗纱张力检测装置配置数量有限，以致在线检测的数据代表性差。设CCD检测的平均粗纱张力为x，整台粗纱机锭子的平均粗纱张力为y，当(y-x)的越接近于0，则CCD位移式粗纱张力检测装置反映整台粗纱机的纺纱情况越真实，粗纱张力控制越有效；当(y-x)的很大，则CCD位移式粗纱张力检测装置反映整台粗纱机纺纱情况的误差就很大，即x不能代表y，这样就必然出现粗纱机纺纱张力系统对粗纱张力进行不合实际的调节，有可能使整台粗纱机大部分锭子的粗纱张力失去控制。因此，CCD的数量对粗纱张力在线检测为重要。要实现比较有效的粗纱张力控制，就配置相当数量的CCD位移式粗纱张力检测装置，否则仍有很大的局限性。
3.2 喂入熟条的重量不匀率
喂入熟条重量不匀率的大小或者喂入熟条的定量变异系数决定着CCD位移式粗纱张力检测装置采集数据的有效性。若熟条重量不匀或者定量变异系数较小，则粗纱须条定量差异小，加捻卷绕过程中，粗纱张力可通过卷绕张力自调能力、变卷绕量自调能力，能顺利地实现锭间纺纱张力差异的减小.若熟条重量不匀或者定量变异系数过大，则有可能出现(y-x)的过大，而使整台车粗纱纺纱张力控制失控，所以，要有效发挥新一代粗纱机的优越性能，关键还在于严格控制熟条的重量不匀。此外，重量偏差大小不会影响张力装置采样的有效性。
3.3 熟条长片段严重不匀
熟条的长片段严重不匀，会使粗纱张力出现时紧时松，由于长片段不匀具有随机性，使得整台粗纱机的张力控制随检测锭位的粗纱变粗时而松弛，随检测锭位的粗纱变细时而收紧，同时使粗纱每层卷绕直径不稳定，有可能使粗纱断头、粗纱卷装结构恶化。要保证控制纺纱张力稳定顺利实施，就提高成卷的正卷率及棉卷的纵向均匀性，较高的正卷率及棉卷的纵向均匀性好，就有可能实现较低的生条重量不匀率、熟条重量不匀率及长片段不匀CV值，同时，要严格控制梳棉机落物率台差。此外，采用清梳联，同时配置自调匀整装置，使生条重量不匀率、长片段CV值较小。
3.4 捻器安装状态对粗纱张力及其伸长率稳定的影响
捻器的安装状态对粗纱张力及其伸长率稳定与否为重要。如果锭子上端捻器上端面旋转时不在同一水平面内，导致粗纱与捻器的接触点位置变动，使纺纱段粗纱剧烈抖动，这对粗纱伸长率及其差异的控制为不利，特别是高速时尤要注意。因此，要加强粗纱机的日常维护，使捻器的安装状态有比较好的水平。
3.5 粗纱锭翼压掌叶上绕圈数对粗纱张力与伸长率及其差异的影响
一般认为，粗纱在锭翼压掌叶柄上的绕圈数多，则粗纱在锭翼压掌叶柄上的摩擦阻力就大，导致粗纱卷绕段的卷绕张力增大，卷装卷绕直径就相对减小，同时考虑粗纱在卷绕段的伸长，使粗纱进入锭翼压掌叶柄到卷绕区域的速度放慢，终使纺纱段粗纱张力相对减小。相反，粗纱在锭翼压掌叶柄上的绕圈数少，则纺纱段张力就相对大些，此外，粗纱纺纱张力具有自动调节能力，当纺纱段张力变大时，可以通过提高粗纱的伸长率及减小卷绕直径，使粗纱的纺纱张力不至于突变增大很大。同样，当纺纱段张力变小时，可以通过降低粗纱的伸长率及增大卷绕直径，使粗纱的纺纱张力不至于突变降低很大，以保证粗纱纺纱张力变化平缓。因此，为保证粗纱张力检测系统对粗纱纺纱张力与伸长率控制比较有效，在试纺时仍要通过观察调整好整台车的粗纱张力，使其在比较合适的水平，确保粗纱张力检测系统在比较有效的状态下工作，使粗纱纺纱张力、粗纱伸长率及其差异控制在比较良好的范围内。
4　结论
(1)要使粗纱张力保持比较稳定，配备足够数量的粗纱张力检测装置，以使粗纱机纺纱张力检测装置的采样信号具有代表性。否则，(y-x)的很大，则CCD位移式粗纱张力检测装置反映整台粗纱机的纺纱情况误差就很大，即x不能代表y，这样就必然出现粗纱机粗纱张力系统对粗纱张力进行不合实际的调节，有可能使整台粗纱机大部分锭子的粗纱张力失去控制。
(2)要使粗纱张力控制系统发挥应有的作用，使喂入粗纱机熟条的重量不匀率严格控制在一定的范围内，否则，有可能使整台粗纱机大部分锭子的粗纱张力失去控制。
(3)粗纱的条干CV值要小，这样对粗纱卷绕及控制粗纱伸长率差异大小为有利。因此，纺纱工艺流程中尽可能在梳棉机上或并条机上配备自调匀整装置。
(4)保证捻器的安装状态良好是控制粗纱伸长率差异大小的基础。
(5)为保证粗纱张力检测系统对粗纱纺纱张力与伸长率控制比较有效，在试纺时，仍要通过观察调整好整台车的粗纱张力，确保粗纱张力检测系统在比较有效的状态下工作，使粗纱纺纱张力、粗纱仲长率及其差异控制在比较良好的范围内