6ES7334-0CE01-0AA0详细说明

　MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。

　　1 系统的硬件设计

　　任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点 (KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。同时为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。

◆程序结构

原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。

　　　表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。

◆矩阵电路的编程处理

矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：

SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。

SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。

SA1、SA2同时合上，由于KA5、KA6线圈同时被短路，所以V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。

根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。

◆编程调试

由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、 长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。

用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。

　中央空调是大厦里的耗电大户，正常供暖或供冷季节每年的电费中空调耗电占60％左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。由于中央空调系统按大负荷设计，并且留10-20％设计余量，而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的冗余，所以节能的潜力很大。另外冷冻水泵和冷却水泵不能随负载变化作出相应调节运行速度和合理数量，只能靠门和旁通来调节系统的**与压差，因此不可避免地存在较大截流损失和大**、高压力、低温差的现象，从而致使大量电能浪费（冷冻水泵额外负载增多间接造成冷水机组负荷变大）和造成中央空调末端达不到合理效果的情况。

　　本文针对某酒店改造项目的自身特点，利用变频器和PLC的控制系统对原项目的中央空调系统进行节能改造，使其更加合理利用能量，对于减少能耗、**效率具有重要意义。

2　项目介绍

广东某酒店改造项目节能改造点如下:

　　1．东楼/西楼的中央空调之冷冻水泵控制，改造原因：人工通过调整管阻调整供应冷量，虽然满足使用但造成巨大的能量浪费。

　　2．东楼/西楼中央空调之冷却水泵控制，改造原因：人工通过调整管阻调整冷却水**（热交换量），虽然满足使用但造成巨大的能量浪费。

　　3．东楼/西楼的中央空调之冷却塔风机控制，改造原因：一是频繁启动，冲击电流大，接触器和电机寿命受影响；二是风量不能根据送回水温度自动调整而造成能量浪费。

　　4．风机盘管冷量交换控制，主要分布点为东楼5号会议厅、天波府和大堂及西楼的保龄球馆、宴会厅、西餐厅、一楼大堂、天堂吧、潮洲城、二楼大堂、东大堂和会议室等地方，改造原因：目前热交换和新风供给不能根据人流的多寡作快速调整，并且温控不**（采样点在回风口，冬天供暖，热气上升，人员活动区温度较设定温度低；反之，夏天供冷气，冷气下降，人员活动区温度较设定温度低。

　　5．东楼/西楼的供水系统，改造原因：目前采用人工大幅容调，由于供水电机功率较大（分别为55KW和30KW），大幅容调除了造成大的功率冗余和能量浪费，同时将会造成供水不稳定、水锤和启动电流冲击，严重影响管件寿命和供水水质。

3　控制方案及实现方法

　　酒店中央空调结构分为供暖和供冷两部分，其中供冷包含冷却塔，冷水机组，冷冻水泵，冷却水泵和末端，供暖部分包含热水泵和加热器。该中央空调的系统结构如图1 所示：

该中央空调的西楼配置图和东楼配置图分别如图2和图3所示：

（1）冷冻机组

　　一般冷冻机组控制系统设计方式：在冷水机组的供/回水总管上分别设一个温度传感器（T），在冷冻回水管上设一个**计（F），同时将此三种信号输入到控制器，经运算可得出大楼的冷负荷Q=F*△T，根据冷机组的效率曲线，经过计算比较，取各种组合中的能耗小者，并根据设备累计运行时间，进而自动选择冷机的佳组合。使系统的总能耗保持在小值，以达到佳节能的效果。

　　
　　虽然大容调会产生大的功率冗余大的能量浪费，但从冷水机组的运行特性考虑，在没有生产厂家配合处理的情况下不适宜进行变频改造，故本方案暂不考虑。

（2）冷冻泵组/冷却泵组

　　控制方式：依据所送水/回水温差、**和供回水压差，计算决定启动机组台数和变频运行泵的运行频率，自动调整到佳热交换量状态；

　　由于水泵采用的是Y—△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命将受到影响；起动时的机械冲及和停泵时水锤现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏而增加维修工作量和备品、备件费用，另外，仅因启动需要将不得不使整栋大楼的配电容量增大若干倍、投入成本增加若干倍。变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命主要的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件，轴承、阀门、管道的使用寿命。

　　无旁通阀作用的情况下，变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化相应调整冷冻水泵电机和冷却水泵电机的转速，满足中央空调系统正常工作而达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。

　　减少的功耗△P=PO(1—(Nl／N0)^3)；减少的**△Q＝Q0(1－(N1／N0)) 

　　－－－－－－-N1为改变后的转速，N0为电机原转速，P0为原电机转速下的电机轴功率消耗，Q0为原电机转速下所产生的水泵**。

　　由上式可以看出**Q与转速N一次方成正比，功耗P与转速N三次方成正比。假设原**为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由△Q＝Q0〔1-（N1/N0）〕＝100*〔1—（90／100）〕＝10可得出**改变了10个单位，△P＝P0[1－（Nl／N0）^3]＝100×(1—(90／100)^3)＝27．1，可以得出，功率将减少27．1个单位，即**减少10%能耗减少了27．1％。

　　当用蝶阀的开度来控制冷冻、冷却水**大小时，蝶阀阻管与功率P变化（如图3所示）由曲线1到曲线2，**减小，但功率却没有减小多少。若通过调整转速（如图4所示），H-Q曲线由曲线1到曲线2，蝶阀开度时，蝶阀阻力为零，管道阻不变，功率省很多。

系统改造方式如下：

　　西楼和东楼冷冻冷却泵控制图分别如图5和图6所示：

（3）冷却塔风机

　　控制方式：控制送水/回水温差为恒值为目标，调整冷却塔风机风量；外界气温的变化或者使用场合热交换量的变化，大部分时间并不要求冷却塔风机和全速运转，由于n=60f(1-s)/p;－－－－-p：电机极数

　　根据流体力学知：风压H 正比于转速n²;所消耗的功率P等于风量Q与风压H之积（即输出功率P正比于转速n³），即Q=K1n;H=K2n2;P=Q*H=K1K2n3

风量减小20℅，即转速降低20℅，节省功率ΔP=K[n3-(0.8n)3]=0.438 K1K2n
风量减小50℅，即转速降低50℅，节省功率ΔP=K[n3-(0.5n)3]=0.875 K1K2n

　　可见，大部分情况冷却塔风机处于做无用功状态，并且浪费的能量较大。因而，在保证系统正常散热风量的前提下调速，即使扣除实际上由于转速下降可能引起的电机和风机效率降低这一因素，采用变频器调速，风机的节能效果还是非常显着的。

改造方式如图7所示：

（4）风机盘管冷/热量交换控制

　　在中央空调系统中，各种用房冷暖设备除新风机组和空调机组外，还大量使用风机盘管。它只有盘管、三速风机、电动调节阀，感温组件、控制器等组成。一般三速风机开关，感温组件、控制器等制成一个整件设备，目前，市场上有两种，一种是盘管控制器为DDC控制，并具备与主机通讯功能。这种控制器可通过计算原则中心控制，西楼使用这种方式。另一种是不具备通讯功能的盘管控制器，可以按照水系统的连接情况的将风机盘管分为若干组，每组的支路入口处安装**计、供回水压差变送器及供回水温度传感器。从而可计算出风机盘管水阀的开度，并给电动调节阀一个指令，从而将电动阀调节至相应的开