西门子模块6ES7516-3FN02-0AB0参数详细
1、 引言
随着社会经济的发展，工业的迅速兴起，使得一些10KV配电系统大幅度增加，配电系统的简便性、可靠性、安全性、节能性、性价比显得尤其重要。
目前，传统的10KV配电系统还是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式，而采用PLC（可编程序控制器）系统集中控制和集中监测计量方式，有利于提高配电系统的运行管理自动化水平，保证配电的安全稳定，还能减少运行人员的工作强度提，安全可靠。
2、 继电器系统和PLC系统的比较
PLC（可编程序控制器）是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器，由于它编程灵活，功能齐全，应用广泛比继电器系统的控制简单，使用方便，抗干扰力强，，工作寿命高，而其本身具有体积小，重量轻，耗电省等特点。继电器系统有明显的缺点：体积大，可靠性低，工作寿命短，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对于生产工艺的变化的适应性差，不便实现集中控制；而PLC的安装和现场接线简便，可以应用其内部的软继电器简化继电器系统的繁杂中间环节，实现软接线逻辑构成系统，方便集中控制，除此之外，PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能，便于操作和维修人员检查。
3、 集中控制、集中监测计量在10KV配电一次系统中的应用举例
在一个10KV配电一次系统中，有两台1000KVA变压器并联运行。图1为该配电一次系统的原理图。
图1 10KV配电一次系统原理图
3.1 PLC在集中控制中的地位
在配电一次系统中继电器系统主要集中在总受柜和变压器配出柜内，应用PLC系统来代替继电器系统，可以减少柜与柜之间的硬连线，省去很多继电器，简化工艺，降低系统制作成本，提高配电系统的可靠性，安全性和节能性。PLC系统框图如图2所示。
图2 PLC系统框图
PLC是整个系统的神经中枢，所有控制，保护，工作状态指示都通过PLC内部的虚拟继电器通过软连线配合外部给定开关量和信号来完成。控制电压在安全电压以下，可以提高工作的安全性，远离高压室进行操作，可以避免工作人员的误操作，一站式控制，可以提高工作效率，减少工作人员的劳动强度。用两条现场总线就可以实现整个系统的信号传输，通过PLC的工作状态和报警指示，便于工作和维修人员的故障排除。另外，与继电器相比，PLC的免维护性高，工作寿命长。
3.2 PLC的I/O分配
10KV配电一次系统中，除了上电断电控制外，还有对变压器的过流，欠压和瓦斯保护。我们以欧姆龙CAMP2AH40点的PLC为例进行I/O分配，如表1所示。上断电控制是开关量，选用控制按钮即可，过流，欠压和瓦斯保护涉及自动检测技术，选用智能传感器来实现，可以提高保护的可靠性。
<><><><>输入端口分配 输出端口分配
0.00
总受柜开
10.00
总受柜开停
0.01
总受柜停
10.01
1#配出柜开停
0.02
1#配出柜开
10.02
2#配出柜开停
0.03
1#配出柜停
10.03
总受过流报警指示
0.04
2#配出柜开
10.04
总受欠压报警指示
0.05
2#配出柜停
10.05
1#过流报警指示
0.06
总受过流检测
10.06
1#欠压报警指示
0.07
总受欠压检测
10.07
1#轻瓦斯报警指示
0.08
1#过流检测
11.00
1#重瓦斯报警指示
0.09
1#欠压检测
11.01
2#过流报警指示
0.10
1#轻瓦斯检测
11.02
2#欠压报警指示
0.11
1#重瓦斯检测
11.03
2#轻瓦斯报警指示
1.00
2#过流检测
11.04
2#重瓦斯报警指示
1.01
2#欠压检测
11.05
事故音响
1.02
2#轻瓦斯检测
11.06
备用
1.03
2#重瓦斯检测
11.07
备用
1.04
备用
1.05
备用
1.06
备用
1.07
备用
1.08
备用
1.09
备用
1.10
备用
1.11
备用
表1 PLCI/O分配表
3.3 10KV配电一次系统集中控制、集中监测计量的设计
配电系统是供电网的神经中枢。配电系统的正常工作和我们的生活保障及工作秩序密不可分，这就要求它有更高的可靠性；配电系统的智能化、节能、操作简便、方便维护是经济高速发展的需要；配电系统操作和维护对工作人员的安全系数要求更高、劳动强度更低和设备的性价比更高是用户所希望的。综合以上几点，我们对10KV配电一次系统作了如下改进，应用PLC对系统的总受柜、配出柜实现集中控制，应用数字仪表对系统进行集中监测计量。改进后的10KV配电一次系统框图如图3所示。
图3 10KV配电一次系统框图
改进后，以综合柜为工作平台，在值班室，工作人员可以对高压室运行状态进行控制，既方便又安全；工作人员可以随时对监测仪表和计量仪表以及工作或报警状态进行记录，巡查，既方便又及时明了，还可以减少劳动强度。
采用微型计算机PLC实现继电保护和控制系统的操作，大大提高系统的自动化水平和可靠性，同时更加便于系统的集中控制和监测，方便了系统的信息化管理，大大降低成本，提高了工作的效率，具有一定的推广意义
钢炼铁厂综合料场皮带传送系统采用132KW两台电机（一主一从）进行传动。原有系统采用接触器启动。传送皮带长度大约在500米左右。正常情况下直接启动对系统没有影响，但是当发生送料过程中有意外故障而造成停机时，系统检修结束后要求再启动时，就会出现启动非常困难，造成接触器过热烧毁甚至发生因过电流造成相间短路的现象。若采用一般常用的降压软启动方式，由于启动力矩与电压的平方成正比，因此根本无法实现重载启动。为此，我们采用艾默生公司的EV3000系列高转矩、高精度变频器作为电机控制核心，配合EC20系列PLC实现两台变频器的主从控制，实现两台电机同频率或负荷平衡运转。
1、变频控制系统
1.1系统参数：
皮带电机为132KW，电流245A，四极，转速1480 R/MIN
设计采用EV3000-4T132G（高性能）系列变频器。 配合EC20系列PLC及模拟量组合模块5AM（四模入、一模出），通过PLC作PID闭环控制。其中主变频器的给定采用数字量设定或模拟量设定均可，将主变频器的输出频率作为PID的给定量，将从变频器的输出频率作为PID反馈环节，PID输出量作为从变频器的给定值，从而实现主、从变频器的频率一致运行。具体原理参见附图一至五
1.2变频参数设置
主变频：
F0.02=4 V/F控制 F0.03=0 数字设定，由面板给出
F0.04=50 主机给定 F0.05=1 端子控制
F0.10=60S 加速时间 F0.11=20 减速时间
由于现场不具备电机调谐运行（接手无法打开），因此控制方式采用V/F控制，电机参数F1.00-1.08按电机实际参数设置。
F2.09=1 停机方式为自由停车
F6.08=0 AO1输出信号为实际运行频率
F6.09=3 AO2输出信号为实际运行电流
F6.12=20% AO2信号输出偏置为20%
具体原因是：由于AO2信号送入楼上控制站计算机室，控制站PLC要求信号为4-20MA。因此，当变频器输出电流信号为4MA时，对应实际电流为0；即将4MA/20MA=20% ，输出偏置即位20%。
从变频：
F0.02=4 V/F控制 F0.03=5 模拟设定，由PLC给出
F0.05=1 端子控制
F0.10=60S 加速时间 F0.11=20 减速时间
F2.09=1 停机方式为自由停车
F6.08=0 AO1输出信号为实际运行频率
F6.09=3 AO2输出信号为实际运行电流
F6.12=20% AO2信号输出偏置为20%
2、PLC控制系统
2.1 PLC硬件配置
由主机EC20-1410BRA、模拟量组合EC20-5AM (四入一出)构成。其中输入的一通道为主变频器的实际运行频率；二通道为从变频器的实际运行频率，输入信号均为4-20MA；输出为从变频器的给定值，信号为0-10V。
2.2变频控制PID程序
LD SM1
TO 0 400 16#1 1 5AM模块初始化
LD SM1
TO 0 600 16#3311 1 输入1、2通道为电流信号3、4通道关闭。
LD SM1
TO 0 650 16#0 1 输出通道为0-10V信号
LD SM1
TO 0 500 16#1 1 通道设置更改允许
LD SM1
TO 0 800 16#1 1 输入通道设置更改确认
LD SM1
TO 0 801 16#1 1 输出通道设置更改确认
LD SM0
FROM 0 100 D100 1 读通道1数值（主变频运行频率）
LD SM0
FROM 0 101 D101 1 读通道2数值（从变频运行频率）
LD SM0
MOV D101 D21 通道2数值作为PID反馈值。
LD SM0
TO 0 0 D22 1 PID输出信号从输出通道输出（作为从变频给定）
LD SM0
CALL PID_EXE 调用PID执行程序
LD SM0
CALL PID_SET 调用PID设置程序
PID子程序
LD SM0
PID D20 D21 D0 D22 //子程序的PID指令生成公式PID S1 S2 S3 D
LD SM0
MOV D100 D20 //设定目标值
MOV 10 D0 //采样时间(Ts) 范围为1～32767(ms)但比运算周期短的时间数值无法执行
MOV 33 D1 //动作方向
MOV 0 D2 //滤波时间常数
MOV 1000 D3 //比例增益(Kp) MOV 1 D4 //积分时间TI MS
MOV 0 D5 //微分增益(KD) MOV 0 D6 //微分时间
MOV 0 D15 //输入变化量MOV 0 D16 //输入变化量
MOV 2000 D17 //输出上限设MOV 0 D18 //输出下限设
2.3实际参数调整设置
后经多次修改和调试，确定比例系数为10，积分时间为100毫秒，微分时间为零。经过运行发现能够满足现场的生产工艺，主、从皮带平稳启动。
3、连锁控制
连锁控制主要实现如下功能：
一、启动时主、从变频器一起启动，一起停止。
二、任何一台变频器故障，则另外一台变频器立即停止。
连锁控制的实现通过中间继电器（设计院设计，可以通过PLC实现）
4、实际运行情况：
经过2个月左右的运行发现，系统能够运行非常稳定，皮带启动电流为120A左右，主、从变频器启动频率完全一致，启动电流主变频器略大于从变频器，启动平稳可靠，完全能够满足生产要求。 EV3000变频器设置面板具有中文显示功能，而且参数设置非常简单，便于现场的维护；该系列变频器在过载能力方面非常的强。由于变频器在初期调试时，皮带电机的抱闸没有打开，且减速机的油泵电机没有启动，当时的过载电流几乎达到450A，在大电流限幅下运行了十几秒，变频器没有发生任何故障。
参考文献
①艾默生公司EV3000系列通用变频器 艾默生网络能源有限公司
②新型PID控制及其应用 机械工业出版社 陶永华
③EC20系统手册 艾默生网络能源有限公司
④通用变频器及其应用 机械工业出版社 韩安荣
⑤电机拖动与控制 西安电子科技大学出版社 刘保录
⑦EC20-5AM使用说明 艾默生网络能源有限公司
