西门子触摸屏6AV6648-0CC11-3AX0安装调试

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莱钢在一期改扩建工程中，在105m2烧结自动控制系统设计中，结合烧结工艺的特点，选用两台MODICON 984-680为控制系统的主机，两台主机间以D908分布式网络传递信息，并在主机下建立5个S908远程站，图1为1#105m2烧结自动化控制系统的配置框图。

1 通信干线性能及选型

984系列PLC通信网络RIO干线有3种产品可选，即RG-6/U、RG-11/U和半刚性（SEMIRIGID）同轴电缆。各种型号电缆的有效传输距离也不尽相同，如RG-6/U电缆传输距离不能过1.5km，RG-11/U电缆传输距离不能过2.4km，QR系列半刚性同轴电缆远有效传输距离可达到4.57km。在干线的设计选型中，要根据网络的通信距离、网络结构、网络大允许衰减参数来选择通信干线，在984系列PLC网络设计中应遵循以下原则：
(1) 主干线到任何远程站的分支电缆长不允许过30m。
(2) 各分支器或分离器应尽可能靠近远程站的主机。
(3) 984PLC主机与任何远程站之间的信号衰减大不允许过35dB。
(4) 在网络干线走向设计时，应尽量缩短干线长度，以减少信号损失和投资费用，使所设计的网络具有高的性能价格比。考虑105m2烧结自动化系统的特点，系统的D908分布网和S908高速远程网的干线均选用美国Commlscope公司生产的QR系列半刚性同轴电缆。其结构和性能具有以下特性。该电缆外导体采用高频感应焊接光铝管，管壁可做得比氩弧焊及拉拔无缝光铝管都薄，因而小弯曲半径小，约为其外径的8倍，施工较方便，并采用物理（气体）发泡新技术，组成气体发泡的半空气绝缘结构。气体发泡与化学发泡比较，除了发泡度（可达70%-80%）比化学发泡成型的高，因而使介质的介电常数ε大大下降。此外主要传输指标--衰减常数及回波损耗也均化学发泡及纵孔绝缘结构的同轴电缆。可贵的是，气体发泡电缆在高频段的衰减要比化学发泡电缆低得多，是当今世界射频电缆生产中、的一种绝缘电缆。QR系列电缆内导体选用铜包铝芯线，由于集肤效应，高频电流仅在内导体表面上很薄一层流通，所以它与普通铜导线相比，在传输特性上有相同的导电性。但因铝的比重比铜小，可节省约20%的金属材料，且由于内导体的热膨胀系数与外导体的铝管接近，从而可电缆内外导体因膨胀不匹配所引起的连接故障，提高了电缆的使用性。

2 网络分贝损失计算

在984系列PLC通信网络设计中，在系统设计、通信网络干线选型及平面布置确定后，应进行网络传输信号损失计算。下面以莱钢105m2烧结控制系统为例，阐述网络传输信号损失计算步骤。根据网络中的分离器、分支器和电缆数据，计算网络理论衰减值，以验系统网络设计的可行性。计算RIO系统总损耗的原则是将网络中所有产生的损耗迭加起来，应不过35dB。通常大的损耗就是S908到远的一个I/O站之间的损耗。从图1的烧结自动化控制系统配置图中可以看出，远的一个I/O站为配料站。系统工作频率（1.54MHz）的大分贝损耗之和S可按下式计算：
S = A + B + C + K1F + K2G

式中：A为从S908到末端站干线损耗；B为引入缆损耗（末端站损耗）；C为分支器损耗，14dB；K1为每个分离器损耗系数，3.5dB；F为系统中分离器数量；K2为每个分支器的损耗系数，0.8dB；G为S908与末端站间分支器数量。
因烧结控制系统网络干线采用Φ=1.27cm的半刚性同轴电缆，其损耗为0.087dB/30.5m，干线总长度为1010m，末端引入缆损耗为0.7dB，故总损耗为
S = 0.087 x 1010/30.5 + 0.7 + 14 + 1 x 3.5 + 2 x 0.8
= 22.7（dB）

从理论计算结果看，满足984PLC网络设计的原则。

3 干线的敷设与检测

莱钢105m2烧结PLC通信网络干线均采用电缆沟内桥架敷设方式，选用100mm x 100mm轻型槽形带盖板封闭桥架。该种敷设方式，既减少干线的敷设工作量，又因采用轻型金属封闭桥架，起到与电缆沟内其它电缆隔离屏蔽作用，提高抗电磁干扰能力，并保护干线不易受到机械损伤。因施工规范中没有详细的规定，故在干线施工中，根据MODICON984PLC技术条件组织施工。在电缆敷设时，应满足干线长期工作中热胀冷缩的要求，一定要保证干线的分支器、分离器的连接处，有足够的接头余量。因莱钢地处鲁中山区，内的温差变化较大，故在施工中，各连接处按2%的余量来留取。电缆敷设的弯曲半径，应严格控制在电缆的允许小值以上，并不使电缆出现扭折的凹坑，以免引起传输通道的反射，降低系统的动态特性。应避免在两分支器间有电缆接头，以减少传输信号的衰减及因连接不良而发生故障的概率。
干线敷设完毕后，应进行下列项目的测试：高电压测试、噪声测试、电缆屏蔽接地短路试验，有条件的还应进行传输衰减测试，以验证理论计算的实用性。具体测试方法，参见984系列PLC技术手册和共用电视CATV电缆的测试方法。

4 结束语

由PLC构成的控制系统，其运行的性及功能的发挥，都与通信网络干线的设计和施工密切相关，只有建立满足PLC通信网络技术条件的通信网络，才能充分发挥其完善的控制功能，满足用户要求。
随着光电技术的应用，都已广泛采用光缆建立通信网络。因光缆具有对电磁波、温度、湿度、腐蚀阻抗不敏感，传输距离长（衰减少）等优点，在实际应用中，光电结合的CATV传输模式被广泛采用。它是指一种由光纤缆和电缆混合组成的CATV网络，在PLC长距离通信网络中，光电结合模式有其特的性能，在工业控制系统中网络的主干线由光缆构成，分支线采用CATV缆，构成、的系统网络，有其广阔的发展前景。

1 引言
  
随着计算机通讯技术的日益成熟及企业对工业自动化程度要求的提高，自动控制系统从传统的集中式控制向多级分布式控制方向发展，构成控制系统的PLC也就具备通信联网功能。在具体应用过程中，若要监视PLC内部的数据与运行状况，选用市场上的人机界面或组态软件，虽然功能丰富，但大都价格昂贵，尤其在一些中小规模的生产场合。所以许多企业希望能自己用语言开发一个简易实用的通信程序，通过面向对象的可视化编程语言VB6.0很容易地实现分布式监控。PLC等下位机控制生产过程，本地计算机进行实时监测或参与控制生产现场的参数。本文通过对OMRON的CPM1A小型机与上位计算机通信原理和通信方法的研究，介绍了如何用VB6.0实现上位计算机对PLC的实时监控，并了良好的效果。

2  监控原理

2.1 通信方法
  
上位机作为主站要能够通过PLC监控下层设备的状态，要实现上位机与PLC间的通信。由于串行通信具有线路简单、应用灵活、性高等优点，并且普通计算机均带有串行口，所以PC与PLC间通常采用串行通信方式。串行通信可以通过bbbbbbs的API函数实现，也可以串行通信控件实现，但后者较容易，本文采用VB的通信控件。如果只实现对一台CPM1APLC的监控，需要CPM1-CIFO1（OMRON提供的的RS232适配器）形成RS232C口与上位机通信；如果是实现对多台PLC的监控，则需用RS232—RS422/RS485转换器ADAM-4520和CPM1-CIF11（OMRON提供的RS422适配器）与上位机通信，多可连接32台PLC,连接方式如图1所示。



图1  系统通信原理
  
在通信过程中上位机始终处于主动方，PLC则处于从动方，所有的数据交换只能在主站和从站之间进行，从站之间不能直接交换数据，如果从站之间需要交换数据，通过主站中转1。上位机向PLC发送指令帧，PLC接收了上位机的指令后，行FCS校验，看其是否正确，如果正确，则接收并向上位机传送响应帧(包含尾校验字节)，否则，PLC拒绝向上位机传送数据。需要说明的是，整个通信过程中因PLC中配有通信机制，一般不需要对PLC进行编程。上位机接收到PLC传送的数据，也要判断正确与否，如果正确，则接收，完成一次正常通信，否则，通信需重新开始。

2.2 通讯协议
  
（1）通讯条件设计。要使上位机与下位机正确地交换数据，确保以下几点：

●  双方在初始化时要使波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验均保持一致；
●  要严格按照PLC的通信协议的规定及帧格式编写PC的通信程序。
  
（2）通讯的命令帧设计。OMRON公司的CPMIA小型PLC的传输协议的一般格式为：



（3）通讯的响应帧设计



其中，@为前导字符，表示开始；设备号为00-31（本例限设到10），共可设置32个站号，用来识别所连接的PLC，可通过PLC的DM6653的低8位来设定，默认站号为00；命令码为CPMIA小型PLC规定的对其操作的命令代码；正文为需要读或写的数据地址以及数据；FCS为帧校验代码，用于及时发现通信过程中的错误，以备处理；*和CR表示命令结束[2]。
  
命令帧为PC机传向PLC的帧格式，响应帧为PLC传向PC机的帧格式,其命令帧与响应帧中的各个部分除数据区不同外，其他部分的含义是相同的。

2.3 MSComm控件介绍
  
VB中的MSComm控件具有功能完善的串口数据发送和接收功能。  MSComm控件具有两种通信方式：事件驱动方式和查询方式[3]。因为查询方式占用CPU时间太多，我们采用事件驱动方式。要完成通信,必需正确设置MSComm控件的相关属性,本设计在窗体中对其进行初始化,主要包括端口设置,波特率设置,奇偶设置等。

1.应用背景

在某些行业需要广播进行大功率发射，以满足用户特殊的需求，这对设备的性及操作人员的人生保护提出了很高的要求。可编程控制器（PLC）作为、应用场合广泛的工业控制微型计算机，将其应用于设备，可实现对的自动开关机操作及数据的采集、监控的各个参数，设备有冗余备用时还能实现自动倒备份。可实时发现的异常，及时处理，保护设备及减少对工作人员的电磁辐射伤害、人生；另外通过设备联网，可以大大减轻的现场操作，实现远程控制，终可以实现无人值守的目的。

在系统方案设计应达到如下的要求：

1.每台设备应有自动控制和联锁保护装置，操作台配有触摸屏供现场操作及观察各设备参数和设备状态，可手动/自动切换操作及紧急停机；

2.现场控制室应有计算机操作站，将所有设备通过网络进行连接，在发射过程中，监控、纪录整个系统设备工作过程；

3.现场控制室通过网络与控制联网，由控制的控制器实时远程监控，实现房的无人值守。

2.控制网络的确立
要用PLC实现对广播的自动控制，从省时省力、省布线的角度还需实现设备小型化、降低生产成本。为此，引进对用途、目的均有促进作用的网络系统就十分重要。为了满足方案设计的要求，控制网络系统拟采用三层网络，分别是：信息层/Etherent（以太网）、控制层、设备层/现场总线，具体介绍如下：

●信息层/Etherent（以太网）：信息层为网络系统中一层的网络。为了在PLC、设备控制器以及生产管理用个人计算机之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据，信息层使用普遍的Etherent，它不仅能够连接bbbbbbs系统的个人计算机、UNIS系统工作站等各种各样的个人计算机，而且还能连接各种FA设备，通过网络模块使用以太网的电子邮件收发功能，使用户无论在任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监视管理系统。    同时，利用以太网的FTP服务器功能及相关的协议可以很容易的实现程序的上传/下载和信息的传输，实现远程操作。

●控制层：连接PLC、CNC等控制设备的控制网络为整个网络系统的中间一层网络。为了在控制设备之间方便且高速的进行处理数据的互传，控制网络采用实时高且性能优良的网络，该网络应具有良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念、具有冗余回路等特点而得到广泛的使用。

●设备层/现场总线：把PLC等控制设备和作为其手足的传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为整个网络系统中一层网络。作为现场网络，只需一根网络电缆就可以把多个传感器、驱动设备加以连接，所以布线的数量、布线的工时可以大大削减，提高了系统的可维护性。该网络还可以连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信，到终端信息的管理均可实现，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养工作的效率也大有提高。

3系统设计

3.1 PLC的控制及监视范围

分析需要监视的指标，以及需要自动控制的操作，比如入射功率取样、反射功率取样、水位取样、温度取样、电源取样、开机操作、关机操作、升功率操作、降功率操作等。采样点多少和控制范围的确定依的不同而不同。要选择适当的PLC，这需要从两方面考虑：一方面选择多大容量的PLC；另一方面选择什么公司的PLC以及外围设备。对个问题，要对进行详细需求分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O，以及这些点的性质。I/O点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，电压多大，是采样点还是输出控制点，输出模块是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型，以及需要哪些智能模块等。明确以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么性质的PLC了。对于二个问题，则从以下两个方面考虑：a、功能、b、价格。可编程控制器的主机选定后，一般还要选择模拟量采集模块，模块的多少依据模拟量的多少而定。由于系统设计要求现场操作，故可以选择图形终端。

3.2 PLC的I/O地址分配

输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对于软件设计来说，I/O地址分配以后才可以进行编程；对于PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图。I/O地址的分配能将类似的信号点分配连续的I/O地址，同时把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。特别需要注意的是：由于本设计采用网络组网，I/O的分配地址应将主站与各个远程站的地址一一对应起来。

3.3监控系统的硬件和软件设计

系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计等。软件系统设计主要指编制PLC监控程序，有些系统还包括上位机程序的编写。硬件系统设计主要是设计出电气控制系统原理图，电气控制元器件的选择等，在这里硬件设计不做详细阐述，主要给大家阐述软件设计的步骤和过程。在PLC程序设计时，除I/O地址列表外，还要把在程序中用到的中间继电器、定时器、计数器（PLC中的软元件）和存储单元以及它们的作用或功能列写出来，以便程序的编写和阅读。下面具体介绍广播自动控制系统PLC程序的编写及调试。

按监控系统要完成的任务PLC程序可分为三个主要部分：l、广播及附属设备（比如空调、供水等）的自动开与自动关；2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控，实现实时保护；3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等,分别叙述如下：

1、广播及附属设备的自动开与自动关：要实现的自动开关机，向PLC提供的开关机时间表，该时间表的存储，应保证当PLC断电的情况下不丢失。所以把它放入数据块可确保数据的稳定。PLC内部有自己的系统日期和时钟，PLC可通过相应的指令读实时时钟和设定实时时钟。PLC内部用8个字节表示日期和时钟，他们都用BCD码进行表示，从低到高分别表示年、月、日、小时、分钟、秒，7个字节为0，8字节表示星期。值得注意的是系统不会检查、核实时间分量的正确与否，所以在设置时钟和日期时确保输入的数据是正确的，必要时可采用时间频率标准设备，确保时间的准确性、稳定性。注意的是不能同时在主程序和中断程序中使用读写时钟指令，否则会产生非致命错误，中断程序中的实时时钟指令将不被执行。在编写自动开关机程序段时，程序应该不断的读取系统时钟，并与数据块中的开关机时间表进行比较，如果与时间表中的时间吻合则执行相应的操作如开机、关机等。

2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控：模拟量的采集可通过模拟量输入输出模块来实现。要实现模拟量的监控就提供上限和下限，模拟量的上下限应该和开关机时间表一起放入数据快，程序应不断的取的模拟量的值并与数据块中设定的上下限比较，如果越限则报警或执行相应的操作。开关量的监控相对简单，不需要扩展模块，从PLC高低电位后直接可进行判断，有一点值得注意，为了防止干扰，模拟量应取多次的平均值，开关量的检测用延时接通电路，如果需要，在设计上可采取一些抗干扰的措施，这样能很好的避免误报警和误操作。

3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等：上位机与下位机采用了RS485通信，通信方便，。通过与PC的通信，PLC把采集到的数据发送到PC上位机，这样上位机程序经过响应处理就能实现数据的图形显示。的开关机时间表、模拟量的上下限也能很方便的通过上位来修改，而不必修改PLC程序。PLC的时钟也能通过上位机来设置（校时）。另外，通过上位机还可以定时抄表、记录故障的发生时间、类型等等，方便技术人员维护。上位机程序的编写可通过任一款可视化编程软件如 VB，VC、C++Builder等。

3.4 监控系统的调试

系统调试分模拟调试和联机调试。模拟调试可借助于模拟开关和 PLC输出端的输出指示灯进行；需要模拟信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC设备中，调试时一定要先将主电路断电。只对控制电路进行调试即可。通过现场联机调试信号的接入常常还会发现软硬件中的问题，经过反复测试系统后，才能后交付使用

三、系统控制思想

集中供热工程中各用户建筑面积、暖气片能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型室内温度作为直接被控量，而供、回水平均温度从整体上反映了各用户暖气片平均温度，一般供热系统都是室外环境温度及不同供热时段来控制供、回水平均温度方法来间接控制用户室温。

太原各热网控制中，进行热力站自控改造同时，对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度都加设了全网平衡系统，调度与个热力站进行通讯，热网数据，并室外温度情况对全网热力站供热效果进行均匀调整。

各热力站从控制对应二次网供回水平均温度，站内系统将立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，平均温度偏差确定一次网流量设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。

站内控制系统还热力站实际情况对二次网循环泵及泵进行调速，

系统二次网供、回水平均温度温差，变频器自动调节循环泵转速，实现对系统总流量和温度调节。使循环水泵实际负荷输出功率，减少不必要电能损失，实现小流量大温差运行模式。此举，可以及时把流量、扬程调整到需要数值上，多余电能消耗，达到良好节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这是系统备用，也是防止系统调。负荷不够，则泵转速加大，达到100％时还不满足要求，则启动二台泵。同时系统还可以运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。

控制系统二网供、回水压力是热网运行重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片破裂；供、回水压力过低，使部分热用户无法到足够热量。恒压控制方案是对泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力稳定性要求并不高，压力不出某一范围即可，也可以采用开关控制方案。

四、热力站控制系统实现

1、一网回路控制：

热力站一次网回路控制，主热负荷控制。控制调节一次网回路上电动调节阀，来调节流过热力站一次热水流量。全网控制系统中，全网控制目前室外温度情况，参考热源运行情况及各热力站反馈二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统全网控制下发指令，调节一次网流量调节阀，实现全热网热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要参考对象为热力站一、二次网供回水温度；一网控制对象为一次网调节阀；控制目为提供热力站供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网流量无法进行调整，造成热力站系统无法室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源浪费。大功率工频泵起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上循环泵普遍使用变频控制。一般循环泵均采用压差控制方式，即循环泵转速受二次网供回水压差调整。压差控制方式可以调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，减少浪费。

热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制方式。

热力站控制系统各系统实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网供暖水循环。此基础上，热力站PLC系统测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果；当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网流量，实现小流量大温差运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能效果，大型热网中，这种节能手段就能取可观效果。

3、二网定压控制：

二次网控制采用是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。城市集中供热发展，系统热负荷越来越大，热力站系统所带供暖面积都比较大，供热网条件不一，二网系统水力损失较大。严重水力损失使二次网系统压力加大，频繁。而传统工频泵频繁起停，容易造成二次管网压力波动。

热负荷较大系统中，我们采用泵变频控制，对系统进行微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会变频器控制泵以一定转速进行，泵转速当前压力与目标压力差值均匀调整，避免泵启动和停止时对二次网系统冲击。

4.现场人机界面

现场人机界面上，可以操作面板任意调节系统所需各种运行状态，例如：一、二次网供回水温度及温差，变频器大小运行频率等，并可随时查阅运行记录。用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表形式屏幕上显示。

五、热力站自控系统优点

热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器调速和节能优点及可编程控制器配置灵活、控制、编程方便优点，使整个系统稳定性有了。

热力站自动控制系统投运，过去主要依靠人工调节控制手段到了改善，热网运行到合理控制，失调现象到了有效解决，消热网中各站冷热不均现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理小温差大流量运行方式，既保证了远端客户供热需要又避免了近端用户过热现象直接提高了热网供热效果。

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