佛山西门子中国授权代理商DP电缆供应商

佛山西门子中国授权代理商DP电缆供应商

    以来我国城市集中供热事业发展，促进了城市经济与社会发展，改善了北方地区人民的生活条件。但是部分城市集中供热管网也存在技术落后、浪费热能、事故时有发生等等问题，因此城市集中供热自动化监控成为城市集中供热的发展趋势。

       以北京某区供热厂供热系统为例，该供热厂有5台10吨燃煤锅炉供热和1台5吨燃气锅炉，二次系统有9个换热站。

系统控制要求
一次系统监控要求：

（1） 5台燃煤锅炉供热和1台燃气锅炉的运行设置手动运行和自动运行。

（2） 锅炉的各运行参数由PLC实时采集，并且在调度室IPC的机上显示。监控画面要求动态模拟锅炉运行过程。

（3） 锅炉自动运行时，保证炉膛负压在的范围内。炉膛负压可以通过调节鼓风机或者引风机频率来保证。

（4） 锅炉自动运行时，保证炉内的煤得到充分燃烧，提高锅炉热效率。炉膛内含氧量可以通过调节鼓风机频率来保证。

（5） 当室外温度降低，当前运行的锅炉满负荷运行也不能满足用户需求时，自动增加一台锅炉投入运行。

系统特点

（6） 循环泵根据出回水温差来调节频率，泵变频运行来保证锅炉的回水压力。

二次系统监控要求：

（1） 通过PLC实时采集换热站各运行参数，如：换热器的出水回水温度和压力、回水电动调节阀开度、水泵和电动调节阀运行状态等。

（2） 循环泵和泵运行频率根据相关温度压力的变化由PLC实现自动调节。

（3） 电动调节阀的开度由PLC根据用户的回水温度来自动调节，以达到用户室内温度不16℃的要求。

（4） 所有换热站的相关运行数据都要在调度室的IPC的监控画面上显示。

        由于燃煤锅炉自动运行的控制较为复杂但是单台锅炉输入/输出量不多，换热站比较多而且距离调度室较远；控制器选择CTSC-200 系列PLC。CTSC-200包含丰富的指令，PID算法指令方便使用；自由口通讯模式可轻易的实现PLC与三方设备的通讯。

系统描述
        该系统控制器选用CTSC-200 PLC，上位软件选用力控的组态软件PCAuto 3.62 。一次系统控制器与上位机由RS485总线的PPI协议实现通讯。二次系统1＃和2＃换热站离调度室比较近，故CTSC-200 PLC与上位机直接使用PPI电缆进行通讯，其他的换热站离调度室约500到3000米，距离较远，因此上位机采用GPRS通讯方式与CTSC-200 PLC通讯。

一、引言

在复杂的电网供电系统中，传统的故障报警一般采用报警烽鸣器、故障指示灯等硬件方式报警。这种方式存在很多缺点，例如如果电网分布分散，则故障报警点也分散，需要安排一定人力巡逻检查，造成浪费，且报警、维修不及时;故障报警点太多则需要大量报警器，且造成线路复杂化;硬件报警得到的故障信息太少等等。随着计算机和自动化技术在工厂中的大量应用，可以将故障信息通过PLC进行初步监控，然后再由PLC上传到计算机中，由计算机处理故障信息，进行报警、记录、显示故障信息。具有可进行集中监控，节省人力，故障信息直观、丰富，便于分析等优点。

二、系统介绍

系统由PLC检测48个故障继电器的状态变化，上位机PC定时查询并读取PLC内部4个通道61位的状态信息（包括48个输入点和13个归类输出点），进行分析并用数据库加以管理和记录。程序采用VisualBasic6.0开发，数据库采用Microsoft的Access2003。

每个故障点按照对应的位置标识于车间电路分布图上，如图1所示。程序运行进控状态以后，PC将检测与PLC的通信连接。如果通讯连接正常，程序将检测现场信号变化。如果信号由正常变为报警，对应指示灯及总状态指示灯将闪烁并声音报警，右上方显示故障信息，运行状态信息及故障信息将存入数据库。单击闪烁指示灯，将停止闪烁，并显示当前状态，报警为红色，正常为浅黄色;如果信号由报警变正常，对应指示灯停止闪烁，运行状态信息及故障修复信息将存入数据库。当前状态由红色变为浅黄色。如果要查看各个节点信息，则单击指示灯，右上方图框会显示该节点的位号，对应PLC位以及该报警点名称和触点状态。右上方文本框显示当前系统总运行状态，有相应的指示灯标示，分为“正常” 和“报警”两种状态，红色为报警为正常

0 引 言

金相切割机是金相取样分析过程中的重要设备之一，主要用于金相试样的截取和各种材料的下料、切口等，广泛应用于机械、冶金、汽车、航空航天等领域。目前，国内金相试样切割设备形式多样，以微处理器为基础的各种制样设备代表着金相制备的技术，但是自动化程度较低，不能直接对较大零件进行取样。为了满足行业的要求，促进金相事业的发展，需要设计、和方便操作的金相切割控制系统。这里根据金相取样的特殊要求，设计以PLC为的控制系统，采用触摸屏作为人机交互设备，弥PLC在人机交互方面的不足，大大减少了输入／输出点数，方便操作与维修，为用户提供了友好的人机界面。

1 工作原理

金相切割机控制系统是金相取样的设备。为了保护金属试样的组织结构和特性，对于不同属性的金属应采取不同的切割速度和切割模式。在该系统中，设置了三个操作窗口(测试操作、手动操作、自动操作)和一个设置窗口，一个切割过程观察窗口。其中，自动操作包括三种模式：匀速切割、进三退一切割、逐层切割。不同切割模式的用户可以在触摸屏的不同窗口设定需要的切割工艺参数，再通过PLC设定与之相应的参数调用控制指令，驱动切割机按照要求对金相试样进行切割。其中，PLC与变频器通过串行通信方式对三相异步电机调速，采用USS协议对电机的运行状态进行控制和监视。

2 控制系统的设计要求及思路

根据金相切割机发展状况和市场需求，本着提率，增强性能，提高性价比的原则，设计的金相切割机应实现以下功能：能够根据零件尺寸的不同选择不同的切割方式；在过程控制中，能够根据不同的切割材料、硬度、尺寸调节切割速度；根据零件宽度或长度，确定砂轮的进速度、轴的运动速度和位移量；根据砂轮片磨损情况和零件直径，确定砂轮切割的快进位置和退位置；能自动控制监控切割量、进给速度、主电机转速等切割参数；人机交流界面便捷、美观。

为了满足切割及控制的技术要求，同时也为了提高机械产品的自动化程度，这里着重从PLC控制和触摸屏设计两方面对金相试样切割机进行了研究。

系统的执行部件主要包括一台三相异步电机和三台步进电机。三相异步电机采用变频器进行变频调速，步进电机由的驱动器驱动，控制系统PLC控制器发出控制命令信号，使异步电机和步进电机协调运动，完成切割过程。

3．1 主控制系统

PLC是整个控制系统的。PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式输入／输出，控制各种类型的机械和生产过程。它具有体积小，功能强，编程方便，性高，耐恶劣环境能力强等优点，已广泛应用于工业自动化生产的各个领域。该系统采用OM-RON公司的CP1 H X40DT-D程序一体化PLC。可实现高速计数器4轴、脉冲输出4轴；通过扩展CPM1A系列的扩展I／O单元。CP1H整体可以达到大320点的输入／输出；通过安装选件板，可进行RS 232C通信或RS 422A／485通信。

3．2 变频器调速系统

在进行电机调速时，电机磁通量是需要考虑的一个重要因素，如果磁通量太弱，电机会出现欠磁通，势必会给电机输出转矩带来很大影响。因为：

Tm=KTφmI2COSψ2 (1)

式中：Tm是电磁转矩；KT为比例系数；φm是主磁通量；I2是转子电流；cosψ2是转子回路的功率因数。

由式(1)可知，电机磁通量的降低直接影响电磁转矩的减小。因此，在改变电机频率时，应该对电机电压进行协调控制，以维持电机磁通的恒定。根据切割机的主电机参数，该系统选用Siemens公司的MM420变频器，通过设定变频器输出功率的变化来控制主电机转速的变化，两者之间近似呈线性关系，从而实现了无级调速的目的。PLC为漏型晶体管输出，与变频器的通讯采用基于USS协议的串行口RS 485通信方式。这里，为了确保系统运行，将变频器接地端接地。

3．3 步进电机驱动系统

步进电机是可以将电脉冲信号转变为角位移或线位移的电磁机械装置。给电机加一个脉冲信号，电机按照设定方向转动一个步距角。电机转速与输入脉冲频率保持同步。该系统中通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到定位的目的；通过控制脉冲频率控制电机转动速度，从而达到调速的目的。x，y，z三向步进电机分别由3个MS-2H090M型步进电机驱动器来驱动，每向步进电机驱动器包括使能输入端EN，步进脉冲输入端CP和方向电平信号输入端DIR。

4 软件系统设计

4．1 主控制系统软件程序设计

软件程序主要完成系统初始化，设定切割参数，启动切割机控制系统，并将切割参量送往触摸屏上实时显示。控制系统主程序流程如图2所示。

系统初始化主要完成软件初值、内存、I／O口以及硬件电路状态的初始化，使PLC及其连接的外围电路处于准备工作状态。主要包括PLC内部RAM单元的初始化，触摸屏上电的初始化，I／O端口方式的初始化等。

在启动切割之前，需要对相应的切割工艺参数进行正确设置。其中，自动操作包括三种模式(匀速切割、进三退一切割、逐层切割)，每种模式根据具体需要还可以设置相应的设置选项和加密操作选项，在方便操作的同时增强了性。

4．2 触摸屏人机界面程序设计

输入和显示系统是控制系统的重要组成部分，是实现操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁。切割机控制系统选用深圳人机电子有限公司的eViewMT508S触摸屏作为人机交互界面，主要完成对切割各个参数的设置和实时显示等功能。 PLC与触摸屏的通信采用基于Hostbbbb协议的串行口RS 232通信方式传达用户指令，根据需要设定系统的运行状态。

MT500系列触摸屏是专门面向PLC应用的，具有32位RISC处理器和256色显示方式，可同时弹出6个窗口。它功能非常强大，用户可以自由组合文字、按钮、图形、数字等，以处理或监控管理以及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕；它拥有和bbbbbbs 95／98系列一样的任务栏和快选窗口工作按钮，可实现窗口的快速切换，使用方便，非常适合现代工业的需要。

该系统触摸屏界面的开发，使用了组态工具EasyBuilder500。开发的各界面如图3所示。当系统上电后，触摸屏启动初始化界面，点击“进入”按钮，输入密码，验证正确后即可选择下方三种操作。图4～图6分别为三种操作界面的示意图。

本文介绍了可编程控制器与变频器的连接和连接时应注意的问题，以免导致可编程控制器或变频器的误动作或损坏。可编程控制器（PLC）是一种数字运算与操作的控制装置。

    PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。

    当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用，例如我厂二催化的自动吹灰系统。PLC可提供控制信号和指令的通断信号。一个PLC系统由三部分组成，即处理单元、输入输出模块和编程单元。本文介绍变频器和PLC进行配合时所需注意的事项。

    1.开关指令信号的输入

    变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC）相连，得到运行状态指令，如图1所示。

    在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，保证系统的性。

    在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流带来的噪音有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。图2与图3给出了正确与错误的接线例子。

    当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电经过二管接到PLC。如图4所示。

    变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20ｍＡ的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。图5为PLC与变频器之间的信号连接图。

    当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路。

    通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号。电信号的范围通常为0～10V/5V及0/4～20ｍＡ电流信号。无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不过电路的允许值，以保证系统的性和减少误差。另外，由于这些监测系统的组成互不相同，有不清楚的地方应向厂家咨询。

另外，在使用PLC进行顺序控制时，由于CPU进行数据处理需要时间，存在一定的时间延迟，故在较的控制时应予以考虑。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点.

    （1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。

    （2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等，另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。

    （3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。

    （4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。

    2.结束语

    PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。

1 引言
可编程控制器(以下简称PLC)由于其高性、编程简单、通用性强、体积小、结构紧凑、安装维护方便等特点，而在工业控制中得到了广泛应用。PLC的模块一般分为以下几大类:开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。在工业控制中特别是过程控制领域中需要采集和控制的模拟量比较多，因而对PLC的模拟量输入、输出模块需要的较多，而模拟量输入、输出模块比较贵，增加模拟量输入、输出模块就增加了成本，降低了整个系统的性价比，限制了PLC的应用。本文提出了一种基于通讯的模拟量输入、输出模块的扩展方法力图解决这一问题。
2 基于通讯的模拟量输入、输出模块的扩展方法
(1) 模拟量输入模块扩展
这里以一路12位模拟量输入为例，模拟信号以0～5V标准电压的形式送入信号输入端，应用12位A/D转换芯片MAX187实现模数转换。MAX187是12位串行A/D，具有较高的转换速度，采样频率是75kHz，适用于较的过程控制。考虑到实际工业现场中的高频干扰，在采样信号送MAX187之前还使用了低通滤波器滤波，如图1所示。

图1 低通滤波、放大器及A/D转换

MAX187具有内部参考电压，既4#管脚(REF)为 4.096V，因此，A/D转换的全量程为4.096V。而输入信号是0～5V，因此，要加一级运放把0～5V转换成0～4.096V后送入MAX187。AT89C52的P1.3和MAX187的片选端(CS)相连、AT89C52的P1.4和MAX187的串行时钟信号端(SCLK)相连、AT89C52的P1.5和MAX187的串行数据输出端(DOUT)相连。模拟量采样的值存入单片机的内存中，再由单片机的串行口传送给PLC。A/D转换的C51程序如下:
#include
#include
sbit IC4_S = P1^4; /* AD输入端口设置*/
sbit IC4_D = P1^5;
sbit IC4_C = P1^3;
void bbbbb(void )
{ unsigned char idata i;
unsigned int idata result=0x0000;
IC4_C = 0; /* CS端为低电平*/
for(i=0;i<12;i++)
{ result = result << 1;
IC4_S = 0; /*时钟端产生时钟脉冲*/
IC4_S = 1;
if( IC4_D ) result++; /*从串行数据输出端读入A/D转换数据*/
}
IC4_C = 1; /* CS端为高电平*/
pdat[1] = result;
}
MAX187的工作时序图见图2。

图2 MAX187的工作时序图

(2) 模拟量输出模块扩展
这里以一路12位模拟量输出为例，设计中将采用12位D/A转换芯片MAX531来实现数摸转换。我们在MAX531的输出端接运算放大器，将模拟输出调节至0～5V，输出部分的硬件电路如图3所示。这里，MAX531是12位串行D/A，具有较高的转换速度, MAX531具有内部参考电压，既10#管脚(REFOUT)为2.048V，因此， D/A转换的全量程为2.048V。而输出信号一般要求是标准的0～5V，因此，要加一级运放把MAX531输出的0～2.048转换成 0～5V信号。AT89C52的P1.0和MAX531的串行时钟信号端(SCLK)相连、AT89C52的P1.1和MAX531的串行数据输入端(DIN)相连、AT89C52的P1.2和MAX531的片选端(CS)相连。PLC把要输出的模拟量通过串行口传送给单片机，存入的内存中，再由单片机完成D/A转换进行输出。A/D转换的C51程序如下:

图3 D/A转换及放大器原理图

#include
#include
sbit IC2_S = P1^0; /*DA输出端口设置*/
 

sbit IC2_D = P1^1;
sbit IC2_C = P1^2;
void output(unsigned int dat)
{ unsigned char idata i = 12;
IC2_C = 0; /* CS端为低电平*/
while( i-- )
{ IC2_S = 0; /*时钟端产生时钟脉冲*/
if ( dat &0x0800 ) IC2_D =1; /*从串行数据输入端读入DA转换数据*/
else IC2_D =0;
IC2_S = 1;
dat = dat << 1;
}
IC2_C=1; /* CS端为高电平*/
}
MAX531的工作时序图见图4。

图4 MAX531的工作时序图

3 PLC与扩展模块之间的通信接口及通信协议
(1) 通信接口
以松下FP1系列PLC为例来阐述PLC与扩展模块之间的通信，FP1系列PLC的通信接口采用标准9芯RS232接口，它与扩展模块之间的接线如图5所示。
 

图5 扩展模块与PLC的通讯连接

· 扩展模块的RXD端与PLC的TXD端联接，使扩展模块接收到PLC发出的数据;
·扩展模块的TXD端与PLC的RXD端联接，使扩展模块发出的数据被PLC接收到;
· 扩展模块的地与PLC的SG端互联，使两者的工作基准地电平相同。

上面采用的是RS232接口，PLC一次只能扩展一个模块。如果要扩展多个模块，可以采用RS485接口，现代的PLC一般都带有RS485接口。

(2) 通信协议
松下FP1系列PLC与扩展模块之间的通信协议为松下公司的MEWTOCOL-COM协议，该协议采用异步通信方式，其波特率有1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps等多种可选，且报文长度可变可固定。该协议格式分为命令消息(Command Message)，正常响应消息(Response Message-normal)，出错响应消息(Response Message-error)三种。
· 扩展模块的RXD端与PLC的TXD端联接，使扩展模块接收到PLC发出的数据;
·扩展模块的TXD端与PLC的RXD端联接，使扩展模块发出的数据被PLC接收到;
· 扩展模块的地与PLC的SG端互联，使两者的工作基准地电平相同。