西门子模块6AV6648-0DE11-3AX0技术参数

西门子模块6AV6648-0DE11-3AX0技术参数

原有系统构成：
（1）本地站,采集水厂的设备状态,采用西门子S5-115U.
（2）取水和1号加压泵站，采用西门子S5-115U
（3）2号加压泵站控制系统，采用西门子S5-115U
（4）在市内的东南西北和处和处安装了测量水管压力站，采用西门子S5-100U。用抄表的人工方式来记录设备状态

用户需求：

随着时代的进步，和对工艺的进一步的要求，要实时对各个站的管道压力、流量及各个的阀门开关的状态进行监视和控制，从而降低了故障率和提高了对此系统的反应时间，好保证城市供水。并把各个站的所有设备的数据送到监控站里，进行监控，和电子统计。

实现方案：

在水处理厂站与各个泵站和测压站之间，由于距离较远达几十公里，我们决定采用无线电通讯方式，并且因为大山的阻碍，在取水1号加压泵站，2号加压泵站控到站之间，设立了中继站进行转发。而水处理厂站与6个市内的测压站之间由于距离较近直接通过无线电通讯。
这个项目的主要问题是无线电通讯的任务，如何在已有的S5系列的设备上，加上无线电通讯呢。根据现有的实际情况，在不动原有西门子S5-115U的基础上，决定在此基础上加入西门子的Sinaut产品的ST1系列模块来实行无线电通讯。Sinaut ST1是基于SIMATIC S5的程序控制的系统，由硬件模块和软件软件模块组成。适用各种自动化的任务，完整的无线电通讯方式，允许到或近或远的地方。数据能够通过专线，或者各种PTT网络（GSM,ISDN,拨号Modem,无线电通讯等）等方式传送。
 Sinaut ST1硬件包括，TIM模块(遥控接口模块，即S5-PLC通讯功能模块)，modem（ 用于数字量和模拟量相互转换）,无线电台（无线电发射装置）。软件是Sinaut TD1软件包。这样我们在STEP5的基础上，用TD1这个扩展软件包进行对硬件TIM板编程。把水处理厂站作为主站，其他站作为从站。以直接轮巡的方式逐个采集各个从站的信息，并且这样的方式只有当从站发生数据发生变化时，才进行数据的传递，大大的加快了数据的新速度和硬件设备的使用寿命。

上位机显示:

我们采用监控组态软件，从站的PLC中采集数据，实时的反映整个系统（本地站，无线电远程站）的状态。主要显示部分包括：水厂控制工艺图、运行状态表、报警和历史数据的查询，统计报表、趋势图。控制工艺图反映水厂的各个泵站的运行状态，并且以动态的图形、数据和实时的现场保持一致，运行状态表中反映主要设备的开关状态、现场仪表的参数、累计值（流量，水位，浊度，温度,PH,压力等）。报表，每天打印一份主要设备的状态的日报。除了在显示器上显示外，并且把主要数据显示在电子显示屏上。此系统投运以来一直正常工作，达到了预期的实施效果。

 (2)起动
    M1和M2各有两种起动方式，可通过转换开关选择变频/工频起动方式。

    (3)运行
    正常情况下，电动机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机备用状态。现场压力变送器管网出口压力(4～20mA模拟量信号)，并与预定值相比较，经PLC内部PID指令进行运算，得到变频器所需频率信号，自动调节电动机转速，达到所需管网压力。

    (4)停止
    按下“停止按钮”，PLC控制所有接触器断开，变频器停止工作。

    (5)切换
    当需从电动机M1切换到M2时，接触器KM2断开，KM1闭合，此时电动机M1工作在工频下，在变频器停止后，KM4闭合，变频器重新起动，电动机M2在变频器驱动下起动；起动后，KM1断开，电动机M1停止，切换操作结束。电动机M2切换到M1过程类似。

    (6)报警及故障自诊断
    通过PLC内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障立即停止相应操作并报警。对于故障自诊断功能，考虑到成本问题，未设计上位机，只设置相应故障代码，通过4位数码管显示，使维修人员可根据故障信息方便查找到故障点。如：(a)压缩机油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接送至PLC，由PLC控制实现声光报警和延时停车；(b)增设现场振动传感器，并将信号送至PLC，对压缩机运行状况进行显示和诊断。

    四 几点体会和设计中应注意的问题

    (1)采用变频控制后，实现了压缩机的软起动，减小了起动电流对电网的冲击；节电效果明显，1年内可回收全部投资。

    (2)采用PLC后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行加稳定。

    (3)变频器、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远控操作，方式简单灵活。

    (4)系统可扩展性较好。若有多台压缩机在变频/工频供电方式下运行时，只需将增加信息或信号引至PLC，即可实现整个系统的自动控制；若生产需要，本系统也可方便接入DCS或上位机，建立人机界面的监控系统等。

    (5)预测性维护检修可大大延长压缩机使用寿命，提高性，减少停车损失，降低运行费用。

    (6)PLC控制电动机在变频/工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。

    (7)PLC须实现KM2和KM4间的互锁，以防止2台电动机同时变频起动，使变频器因过载而损坏。

    (8)因2台电动机会在短时间内分别在工频和变频下同时运行，故变频控制柜的总电源开关需按2台电动机负载量考虑。 

一、简介

    ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

    ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列plc的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系

    统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

    二、控制系统方案设计

    旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

    通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACEGP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。

 触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。

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。

    plc在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

    直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输

    可通过 IM 460-1 和 IM 461-1 进行5V信号发送进行局部链接；带 MPI 和 DP主站的组合接口，集成在所有 CPU 中可同时连接到 PG/PC、HMI 系统、S7-200、S7-300 和其他 S7-400系统进行通信。

    调试工作是检查PLC控制系统能否满足控制要求的关键工作，是对系统性能的一次客观、综合的评价。系统投用前经过全系统功能的严格调试，直到满足要求并经有关用 户代表、监理和设计等签字确认后才能交付使用。调试人员应受过系统的专门培训，对控 制系统的构成、硬件和软件的使用和操作都比较熟悉。调试人员在调试时发现的问题，都 应及时联系有关设计人员，在设计人员同意后方可进行修改，修改需做详细的，后 的软件要进行备份。并对调试修改部分做好文档的整理和归档。调试内容主要包括输入 输出功能、控制逻辑功能、通信功能、处理器性能测试等。
       1 .输入输出回路调试
(1)模拟量输入(AI)回路调试。要仔细核对I0模块的地址分配;检查回路供电方式 (电或外供电)是否与现场仪表相一致;用信号发生器在现场端对每个通道加入信号， 通常取0、50%或**三点进行检查。对有报警、联锁值的AI回路,还要在报警联锁值(如 高报、低报和联锁点以及精度)进行检查,确认有关报警、联锁状态的正确性。
(2)模拟量输出(AO)回路调试。可根据回路控制的要求，用手动输出(即直接在控制系 统中设定)的办法检查执行机构(如阀门开度等)，通常也取0、50 %或100 %三点进行检查; 同时通过闭环控制,检查输出是否满足有关要求。对有报警、联锁值的AO回路，还要在报 警联锁值(如高报、低报和联锁点以及精度)进行检查，确认有关报警、联锁状态的正确性。
(3)开关量输入(DI)回路调试。在相应的现场端短接或断开,检查开关量输入模块对应 通道地址的发光二管的变化，同时检查通道的通、断变化。
(4)开关量输出(DO)回路调试。可通过PLC系统提供的强制功能对输出点进行检查。 通过强制,检查开关量输出模块对应通道的发光二管的变化，同时检查通道的通、断 变化。
       2 .回路调试注意事项
(1)对开关量输入输出回路，要注意保持状态的一致性原则，通常采用正逻辑原则，即 当输入输出带电时,为“ON”状态,数据值为“1”;反之，当输入输出失电时,为“OFF”状态， 数据值为“0”。这样，便于理解和维护。
(2)对负载大的开关量输入输出模块应通过继电器与现场隔离，即现场接点尽量不要 直接与输入输出模块连接。
(3)使用PLC提供的强制功能时,要注意在测试完毕后，应还原状态;在同一时间内，不 应对过多的点进行强制操作，以免损坏模块。
       3 空制逻辑功能调试
控制逻辑功能调试，需会同设计、工艺代表和项目管理人员共同完成。要应用处理器 的测试功能设定输入条件,根据处理器逻辑检查输出状态的变化是否正确，以确认系统的 控制逻辑功能。对所有的联锁回路,应模拟联锁的工艺条件，仔细检查联锁动作的正确性， 并做好调试记录和会签确认。
检查工作是对设计控制程序软件进行验收的过程，是调试过程中复杂、技术要求 高、难度大的一项工作。特别在有技术应用、软件等情况下，加要仔细检查其 控制的正确性,应留有一定的操作裕度，同时保证工艺操作的正常运作以及系统的性、 性和灵活性。
       4 .处理器性能测试
处理器性能测试要按照系统说明书的要求进行，确保系统具有说明书描述的功能且稳 定，包括系统通信、备用电池和其他特殊模块的检查。对有冗余配置的系统进行 冗余测试。即对冗余设计的部分进行的检查，包括电源冗余、处理器冗余、I 0冗余和 通信冗余等。
(1)电源冗余。切断其中一路电源，系统应能继续正常运行，系统无扰动;被断电的电 源加电后能恢复正常。
(2)处理器冗余。切断主处理器电源或切换主处理器的运行开关，热备处理器应能自 动成为主处理器,系统运行正常，输出无扰动;被断电的处理器加电后能恢复正常并处于备 用状态。
(3)I0冗余。选择互为冗余、地址对应的输入和输出点，输入模块施加相同的输入信 号,输出模块连接状态指示仪表。分别通断(或热插拔，如果允许)冗余输入模块和输出模 块,检查其状态是否能保持不变。
(4)通信冗余。可通过切断其中一个通信模块的电源或断开一条网络，检查系统能否 正常通信和运行;复位后，相应的模块状态应自动恢复正常。
冗余测试,要根据设计要求,对一切有冗余设计的模块都进行冗余检查。此外,对系统 功能的检查包括系统自检、文件查找、文件编译和下装、维护信息、备份等功能。对较为复杂的PLC系统，系统功能检查还包括逻辑图组态、回路组态和特殊I 0功能等内容。