西门子6ES232-0HD22-0XA0原装代理

1 概述
　　1.1 引言 　　
　　随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要根据个人工作经验就一台水冷螺杆机组来阐述PLC控制设计与智能化中央空调系统的关系。 
　　1.2 PLC原理及应用
　　中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。
　　可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 即简称为PLC。
　　PLC具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。 　　
　　2 PLC的体系结构
　　PLC结构图
　　PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图2.1.1所示：

　                    图2.1.1 PLC硬件的基本结构 
　　PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。PLC相当于继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。
　　3 PLC控制系统主要功能与特点 
　　3.1 PLC控制系统功能说明
　　
　　在中央空调系统上PLC系统有如下功能： 
　　◆ 数据显示功能 
　　显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。 历史数据的存储及检索功能 对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。 
　　◆ 控制功能 
　　根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据 (如室内温度等)进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和经济性。 
　　◆ 连锁与保护功能 
　　各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的可靠运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。 
　　3.2 系统特点 
　　◆ 灵活性 
　　本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。 
　　◆ 高可靠性 
　　PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。 
　　◆ 强大的功能 
　　现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。 
　　4 控制方法
　　4.1
　　对于冷冻水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，而回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计大温差为：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水温差（如：△T=5℃）控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。
　　
　　4.2
　　对于冷冻水系统，由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况，我们只需控制高温冷冻水（ 冷凝器出水）的温度，即可控制温差。现采用温差变送器、 PID 调节器和变频器组成闭环控制系统，冷凝器出水的温度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。
　　
　　5 系统的设计和应用总结
　　由于整个实验室正在逐步筹划和建设的过程中，许多设计还处于探讨之中，众多功能还未付诸实施。
　　现在本文就系统改造实现情况作简单介绍：本文的系统调试应分为两步，设备电气控制系统调试和中心网络系统调试。我们就已完成的设备电气控制系统设计、调试及使用情况作一下说明：针对实验室的要求：要求电气系统运行稳定，感温jingque度高，维护方便寿命长，并能联网进行管理。除此之外在实际使用中由于压缩机的启动方式采用星三角方式启动，属于硬启动，这种启动方式对接触器的质量要求比较严格，特别是对接触器的灭弧处理等要求很严格。通过我的使用经验，在这些方面ABB做的很好，而且ABB的接触器在更换时比较方便，它的顶盖可以拆卸，更换时不需要拆下接触器底座，直接卸下顶盖更换线圈即可。
　　当然此系统设计达到了使用要求，它不仅具备基本逻辑控制功能，还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统，它工作稳定、故障率低，并能进行系统自动报警，操作及维护十分简便，维修综合成本（待机时间等）大大降低。
　　6 结束语 　　
　　在智能化中央空调冷冻系统中，采用PLC控制系统是切实可行的，中央空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可靠，便于维护，且性能价格比高。 同时以PLC为核心的高可靠的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特点。

1 引言

　　步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。步进电机是机电一体化的关键产品，广泛应用在各种自动化控制系统和机电一体化设备中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。PLC 作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、jingque的数据处理能力、PLC 对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。

　　对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备，采用PLC 通过驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术方案。本例介绍PLC 控制步进电机的方法。

　　2 工作原理及特性

　　步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。步进电机的种类很多，按结构可以分为反应式、永磁式及混合式步进电机三类，按相数分则可以分为单相、两相和多相三种。

　　2.1 步进电机的特点

　　（1）步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，电机运转一周后没有累积误差，具有良好的跟随性。

　　（2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。

　　（3）步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。

　　（4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩。

　　（5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。

　　2.2 控制原则

　　步进电机能响应而不失步的高步进频率称为“启动频率”；与此类似，“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有效地对步进电机进行变速控制。

　　采用PLC 控制步进电机，应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和大脉冲数量，进而选择PLC 及其相应的功能模块。根据脉冲频率可以确定PLC 高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定PLC 的位宽。脉冲当量=（步进电机步距角×螺距）/（360×传动速比）；脉冲频率上限=（移动速度×步进电机细分数）/脉冲当量；大脉冲数量=（移动距离×步进电机细分数）/脉冲当量。

　　3 PLC 实现步进电机单双轴运动的控制

　　3.1 控制坐标系的建立

　　PLC 对步进电机的控制首先要确立坐标系，可以设为相对坐标系，也可以设为坐标系。坐标系的设置在DM6629 字中，00—03 位对应脉冲输出0，04—07 位对应脉冲输出1。设置为0时，为相对坐标系；设置为1 时，为坐标系。

　　3.1.1 对于不带加减速的单相脉冲输出

　　当PLC 控制坐标系设定为相对坐标系时，可以从端口0 和端口1 以增量的形式输出脉冲，输出脉冲的计数值，对于端口0记录在SR229、SR228 通道，对于端口1 记录在SR231、SR230 通道中。

　　如设输出脉冲数为00000100 时从端口输出100 个脉冲，脉冲计数值从0 计到100，之后还可以继续从该端口输出脉冲，即可以增量输出脉冲。每次输出脉冲时，脉冲计数值从0 开始重新计数，计满设定值为止。

　　当设为坐标系时，输出脉冲数可以设置为正数，如00000100（相当于电机正向转动100 步），也可以设置为负数，如80000100（高位为“1”表示负数，相当于电机反向转动100 步）。但由于是单相脉冲输出，须另外加方向控制信号，可以用01002等输出端做方向信号输出。

　　在坐标系中，坐标值记录在SR229、SR228 通道（端口0）和SR231、SR230 通道中（端口1）。每次输出脉冲数是脉冲设置值和当前坐标值的差，如当前坐标值为0，设置输出值为00000100，输出100 个脉冲（正向输出信号有效），再设置输出值为00000100，不再输出脉冲，再设置输出值为80000100，再输出200 个脉冲（反向输出信号有效），坐标值由00000100 变为80000100。

　　3.1.2 对于带加减速的两相脉冲输出

　　当设置为相对坐标系时，也可以实现增量脉冲输出。由于两相脉冲输出可以直接控制电机正反向，所以脉冲输出值可以设置为正数，也可以设置为负数，输出脉冲的计数值记录在SR229、SR228 通道（端口0）中。如设置输出脉冲数为00000100，电机正向运转100 步，脉冲计数值从00000000 计到00000100，再设置输出脉冲数为80000100，电机反向运转100 步，脉冲计数值从80000000 计到80000100。

　　当设置为坐标系时，坐标值记录在SR229、SR228 通道（端口0）中，坐标变化情况类似于单相脉冲输出，但正／反向脉冲输出或脉冲十方向输出由01000 和01001 两个端口配合完成。

　　3.2 单轴运行控制

　　带加减速的单轴正反转控制，带加减速单轴正反转运控制的控制接线及时序，如图1，图2 所示。图1 中用两相脉冲输出CW／CCW 方式进行控制。

　　用两相脉冲输出CW/CCW 方式进行控制，PLC 的控制程序，如图3 所示，梯形图中设定参数有：

　　DM0010 值为0001，对应加减速率为10HZ/10ms

　　DM0011 值为0050，对应目标频率为500HZ

　　DM0012 值为0020，对应启动频率为200HZ

　　3.3 双轴运行控制

　　3.3.1 带正反向的二轴运动控制

　　双轴运动控制使用一台PLC 控制两个驱动器，驱动两个步进电动机的运动。带正反向二轴运动控制的接线，如图4 所示。

　　PLC 的控制程序，如图5 所示，梯形图中01002 和01003 为ON 时电机顺时针转动，为OFF 时电机逆时针转动。

　　3.3.2 不带正反向的二轴运动控制

　　不带正反向的双轴运动控制的接线的接线图，当有脉冲输出时，电机逆时针转动。这种方式和方式1 的差别就是不用01002和01003 作方向控制，如图6 所示。

　　4 结论

　　通过PLC 来实现步进电机的单双轴运动控制的设计，从而达到了PLC 在步进电动控制中应用更加广泛。例如，在对单双轴运动的控制过程中，在控制面板上设定移动距离、速度和方向等参数。PLC 读入这些设定值后，通过运算产生脉冲、方向信号，控制步进电动机驱动，达到对距离、速度、方向控制的目的。并通过实测证明系统运行结果具有可靠性、可行性、有效性