西门子模块6ES7223-1PL22-0XA8物优价廉
一、前言：
悬挂链输送线是根据用户合理的工艺线路，以理想的速度实现车间内部、车间与车间之间连续输送物品达到自动化、半自动化流水线作业的理想设备。可在三维空间作任意布置，能起到空中储存作用，节省地面使用场地，悬挂输送链以其输送距离远,运行速度范围大和转弯、爬越、布置灵活等优点而广泛应用于喷涂、烘干、表面清洗、电镀、装配和产品传输转运等领域。
链条是输送机链的牵引部件，普通悬挂输送链有两种型式的链条，即模锻可拆链和冲压可拆链，以上两种形式链条除了作直线运动外，均能在水平方向、垂直方向任意回转, 相比之下, 模锻可拆链的吊挂能力较大。在输送链较长，并且重载和爬越高度大、转弯多等情况下,一般都分成几个部分，由二台或三台或者更多电机分别驱动。
在输送链分成几个部分时，在每一部分都有1对张紧伸缩节（正常时约7至10厘米长），如这一部分的链条的速度小于其它部分的速度，张紧伸缩节的距离会被压缩，如距离被压缩完后链条会在某一点发生堆积产生冗余进而造成输送链停车，反之，如这一部分的链条的速度大于其它部分的速度，它的距离会增大，如超过一定程度甚至链条会被拉断。因此，要保证输送链能正常工作，每一部分输送链的移动速度必须相同,也就是同步,否则各个电机在所承担的负荷畸轻畸重情况下速度差异很大,设备无法正常运行。
前不久,我们承接了这样一条输送链(模锻可拆链)驱动的设计制作,在这里谈一下PLC、变频器及POD触摸屏在悬挂输送链电机同步控制中的应用。
二、 任务要求:
1.输送链长度560米,高运行速度6米/分.工作时间一星期七天,每天16小时, 工作环境温度0-40度。大吊挂重量100千克/80厘米, 整线大吊挂重量70吨。
2.输送链整线分成3个部分,由三台功率为3KW的电机分别驱动,要求3个部分的输送链要同步运行。
三、同步控制方案与论证
（一）方案
1．简单的把要控制的三个电机的功率加起来乘一个1.2到1.5之间的系数，以此数值选一变频器，用这一台变频器直接驱动三台电机。
2.用市面有售的同步控制器，用同步控制器发速度指令给三台变频器，每台变频器驱动一台电机。
3.用三台变频器，在一号电机上加PG卡及编码器(增量式A、B相，PC、12/15v 1024p/r)，以1#电机为主电机，2#、3#电机以1#电机速度为基准；方向指令同时加到三台变频器。1#电机矢量控制方式闭环运行，2#电机、3#电机开环v/f控制加转差补偿。
4. 用三台变频器，在每个电机上加PG卡及编码器(规格同上)，1#电机为主电机，2#、3#电机以1#电机速度、转矩为基准；方向指令同时加到三台变频器。1#电机以速度控制方式闭环运行，2#电机、3#电机以转矩控制方式闭环运行。
5.用PLC控制，控制转速的指令由PLC的DA转换模块以直流0-10V形式向驱动电机的变频器发出，在每一个电机用编码器或测速齿轮加接近开关测量其实际转速并反馈给PLC，以电机实际转速为基准， PLC根据测量到的2#电机、3#电机的实际转速经运算处理后向控制2#电机和3#电机的变频器发出修正指令，保证3台电机实际转速趋于一致。
（二）分析：
在实际运行中输送链负载的变化是很大的，首先， 因为在输送链中存在转弯、高度升降，即使在输送链在空载时三个电机的负载也不是完全相等的，在生产过程中变化更大，尤其是在开始生产也就是向空线吊挂工件时（此时1#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于3#电机）以及生产结束开始也就是向输送链不挂只卸工件时（此时3#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于1#电机）及在换品种（新工件与老工件重量有差异）也会发生以上的情况。
（三）论证
种方法和第二种方法均是开环控制。种方法只适用于各电机负载相同和同步要求不太高的场合，第二种方法实际上只是把同一个速度给定信号简单复制几份或者按比例复制几份加到相应变频器上，它只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。
第三种方法是半闭环控制，控制精度好于前两种，但也只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。
第四种控制方式和第五种控制方式均是闭环控制，都能满足控制要求。比较起来，第四种控制方式以控制转矩为主，追求各电机转矩及速度同步，同步精度高一些，但配置价格较高；第五种控制方式以控制各电机速度为主，同步精度稍差一些，但配置价格较经济，因此，我们在经反复比较和考虑后决定采用第五种控制方式。
由于560米长的悬挂输送链是由1000多节40厘米长的链条联接而成，在吊挂工件后链条会有一些伸长,在悬挂输送链有两段温度高达摄氏150度以上,还有几段凉水喷淋或强迫风冷的地方,温度因数也会造成链条伸长或收缩,由于链条节数较多,即使每节微小长度的变化累积起来也会使三台实际转速同步的电机驱动的三部分链条的移动速度不相同。为此，必须对同步控制作一些修正，我们在每一个张紧伸缩节处安装了四个接近(限位)开关(稍快,很快, 稍慢,很慢)，PLC根据每一个张紧伸缩节处的开关接通状况发出相应的修正指令。严格地说三电机同步实际上也不是完全同步，只是三电机趋向同步，是一个差异调整再差异再调整的过程。
四、硬件配置：
1. 变频器选择：考虑到台达M系列变频器具有较好的性能价格比，对环境适应能力强，可靠性较高，并且也考虑变频器长期运行，其功率应留有一定的余量，决定采用台达VFD037M43B，其输入电压为三相380V，输出功率为3.7千瓦。
2. PLC选择：为了实时监测和控制三台电机的转速，PLC必须有三路高速计数输入(同时占用3个输入点)和模拟量输出，“自动运行”、“停止” 占用2个输入点，三段输送链张紧伸缩节位置指示占用15个输入点， 三台变频器报警要占用3个输入点，三台变频器使能控制及报警输出要占用5个输出点，因此PLC必须具有3点或3点以上的高速计数输入通道，具有23个以上的输入点和五个输出点，台达EH系列PLC具有较高的性能价格比,它采用CPU+ASIC（高速运算处理晶片）双处理器，分工运算处理技术，基本指令速度可达0.24微秒，有四组计数频率可达200Khz的高速计数器，可带8个扩展模块，功能强，能满足要求， 后采用的是台达EH系列PLC的DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H，其输入点为28点，输出点为8点，有四路模拟量输出。输入和输出点的地址分配见下表。
表1 地址分配表
○1 POD采用台达的DOP-A57CSTD(屏幕为5.7吋)，用于设定电机转速，显示三台电机的实际转速及张紧伸缩节的状况。
○2 由于在电机及减速机是订购的成品，在电机轴上安装编码器时同轴度很难达到规定要求，不得已，选用测速齿轮加接近开关这种测速方式，经测算测速齿轮齿数为60齿接近开关的大应答频率应大于1.5Khz，我们采用了OMRON的E2E系列的接近开关，其大应答频率为2Khz，可以满足使用要求。
控制系统原理图见 图1：
图1 控制系统原理图
控制系统流程图见图2：
五、系统实现的功能
当把“自动运行”按钮按下时，三个电机同时启动，输送链开始移动，为了减少冲击力，电机缓慢起动后，先在低速运行3秒，然后加速至设定速度运行。在运行过程中，开始时，PLC的模拟量输出单元给每个控制电机的变频器的速度指令是相同的，之后，PLC每0.5秒对三个电机采集一次实际转速数据，以台为基准对其他两台电机转速进行比较，算出差额，经CPU处理后，再向控制第二台和第三台电机的变频器发出修正后的速度指令，使其的速度与台的速度趋于一致。
PLC在某一部分的“稍快”开关接通时,即将相应的电机的转速以设定转速为基准增加3%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速增加1%;PLC在某一部分的“很快”开关接通时，即将相应的电机转速以设定转速为基准增加9%，如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速增加3%，直至信号消失。反之，PLC在某一部分的“稍慢”开关接通时,即将相应的电机转速以设定转速为基准减少3%,如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速减少1%;PLC在某一部分的“很慢”开关接通时，即将相应的电机转速以设定转速为基准减少9%，如果这个信号未消失,那么以后每0.5秒将相应的电机转速减少3%，直至信号消失。
悬挂输送链的几个部分速度不同步或由于机械原因造成链条滑轮卡死会造成张紧伸缩节处拉伸或压缩过度，从而引起机械故障，为此，我们在每一个张紧伸缩节处安装了一个极限位开关，它可在张紧伸缩节处拉伸或压缩达到一定程度时停止整线的运行，另外，如果三台变频器的一台报警，整线的运行也将停止，这样可有效地避免引起机械故障。
输送链在非正常情况下(指输送链只有半条线挂工件时)停车,此时由于严重受力不均，有的部分链条会被拉伸,有的则被压缩, 使张紧伸缩节处于报警状态，笔者见过的同类型的悬挂输送链碰到此类情况是靠人工干预后才能重新起动。我在程序中编了一个子程序，首先识别报警是否在运行中发生，如是，则需在人工干预查出故障后才能重新起动，如不是，则PLC根据得到张紧伸缩节处的状况指示，先调整各个电机的启动次序和转速，消除报警，再转入正常运行，这样一来既保证了设备的安全运行，又避免了设备无故停产。
在触摸屏上可设定电机的转速（只有特定人员可进行此操作），如不重新设定,每次开机时执行上次已设定的转速。在触摸屏上可显示每个电机的实际转速，显示每一个张紧伸缩节处的状况（正常，稍快,很快, 稍慢,很慢），显示报警状况并提示检修部位。
六、结语:
台达PLC及变频器和触摸屏在悬挂输送链电机同步控制的应用使涂装生产线高效、持久、平稳、可靠地运转，产生了良好的经济效益，受到了广泛的好评。
1 引言
集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，是今后供热的发展方向，它具有热效率高、节能、污染小、供热效果好等优点，一般采用热电厂的余热。热网监控系统是专为热网调度自动化而设计的，它集人机界面、数据库管理、计算机网络、远程数据通讯、过程控制和信号检测等先进技术于一体，是区域供热实现现代化管理的一个重要标志。
本文介绍了基于和利时公司 LK系列PLC的热网监控系统，作为国内大型PLC，LK系列PLC具有高性能、高可靠性、通讯灵活、易维护等特点，为城市热网监控提供了高性能的、实用的、经济的解决方案。
2 热网系统工作原理
热力系统由一次网系统、二次网系统、恒压补水系统、热计量系统组成，各部分之间相互联系相互作用。热源通过一次网供水管道进入换热器，经过热交换后，再经一次网回水管道流回热源。而二次网的水在热交换后经二次网供水管道进入取暖用户的散热器，用户取得热量后，经二次网回水管道再进入热交换器，如此循环给用户供暖。如图1所示。
图1 热力系统工作原理示意图
3 热网监控系统设计
热网调度监控系统实现对各换热站工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警以及报表打印。通过使用在调度中心和各换热站间的一系列通讯链，完成整个热网调度所必需的数据采集，数据通讯，顺序控制，时间控制，回路调节及上位监视和管理作用。整个系统由调度监控中心、数据通信网络、现场PLC控制站三部分组成。现场PLC换热站主要完成各换热站一、二次网的温度、压力、liuliang、液位等工艺参数的实时采集、各种运行设备的状态实时反映和控制；在通讯网络的支撑下，通过某种网络接口将反映换热站运行状态的数据传送到调度监控中心，同时接收调度监控中心发来的调度控制指令；调度监控中心负责接收各现场监控设备发来的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报警、报表打印等，在此基础上，向各现场设备发出调度控制指令。
3.1调度监控中心
热网监控中心主要由数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、通讯网关、模拟屏、以太网交换机、防火墙、打印机、UPS电源等组成。对规模较小的供热企业，可不设数据服务器，直接操作员工作站兼数据服务器的功能；对于系统规模较大的供热企业来说，如果热力站规模超过50个以上，建议采用专用的数据服务器，运行管理人员主要通过操作员工作站完成监控工作。
数据服务器上安装热网监控系统软件，负责采集现场PLC控制站的数据，监测各换热站的运行情况并指导操作员进行操作。数据服务器实时地从现场PLC控制站采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向现场PLC控制站发送控制和参数设置指令。调度运行人员可从调度监控中心通过操作员工作站能够方便地得到换热站运行的数据并向热力站下达指令。
热网调度监控中心监控系统采集所有热力站的历史数据、实时数据，建立历史数据库；先进的报警管理功能，可以随时接收来自各热力站的故障报警，发出报警信息；的图形化人机交互界面，用户使用更加方便；输出生产报表、管理报表，如日报、周报、月报、年报以及小时平均报表等。
3.2通讯网络
通讯网络是整个热网监控系统联络的枢纽，各个换热站、热源、管道监控节点通过通讯网络系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。随着网络技术的飞速发展，用户选择的空间越来越大，而且各个地方由于网通、电信、移动、联通部门提供的服务在价格和技术上差异较大，对于通讯方式的选择应该结合实际情况进行仔细分析和比较，终选择适合自己的通讯方式。目前可供用户选择通讯网络主要有如下四种方案：
（1）拨号通讯网络：直接采用调制解调器拨号
图2 拨号通讯方案系统图
优点：网络建设简单，维护工作量小，运行费用较低；
缺点：网络不稳定，实时性差，同时只能有一个站上报数据；
（2）无线通讯网络：无线电台，采用公用无线频段，自建无线发射、接收站
优点：运行费用较低；
缺点：安装工作量较大、网络不太稳定，易受干扰，实时性差
图3 无线电台通讯方案系统图
（3）移动通讯网络：GPRS/CDMA网络
图4 GPRS通讯方案系统图
优点：安装简单，不受传输距离限制，抗干扰能力强，易维护；
缺点：运行费用相对较高。
（4）虚拟专用网络、ADSL等各种宽带技术
图5 ADSL通讯方案系统图
优点：实时性较好，安装简单，易维护，网络的安全防范性好；
缺点：运行费用相对较高。
3.3现场PLC控制站
现场PLC控制站主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。彩色液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，并实现一些参数设定信息的输入。控制系统采用性价比较高的LK系列PLC，包括CPU模块、I/O模块，背板等，系统集成多种通讯接口，适用于各种通讯网络。
现场PLC控制站主要功能是对各换热站、供热沿线各节点、热用户运行参数（一、二次网温度、压力、liuliang等）、各种设备运行状态进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的完全自动控制，在通讯网络的支撑下，现场监控站通过将反映换供热运行数据传送到调度中心，同时接收调度中心发来的调度控制指令。
4 系统控制策略
4.1 一次网控制系统
（1）工艺系统组成
系统硬件主要由一次供水电动调节阀、室外温度传感器、一次供回水温度传感器、二次供回水温度传感器组成。
（2）工艺控制原理
一次网供热量的调节控制是由PID控制器来实现的。控制器根据室外温度生成二次网供回水平均温度的设定值，指令一次网的电动调节阀动作。通过调节电动阀的开度，控制一次网liuliang变化量。再由liuliang的变化调节用户的供热量。
（3）自动控制框图
从图中可以看出，目标设定值与反馈回来的二次网供回水平均温度作比较，产生的差值经过PID运算，得出控制量来调节阀门的开度，实现闭环控制。如图6所示。
图6 一次网控制原理图
4.2 二次网控制系统
（1）工艺系统组成
硬件主要由变频器、循环水泵、二次供回水温度和压力传感器、室外温度传感器及控制电路组成。
（2）工艺控制原理
热力站间接连接供热方式，一次网与二次网水力工况互不影响。二次网循环水泵的工作参数一般都是按设计供热负荷选取，对于实施分户热计量的用户采暖系统，二次网具备变liuliang运行功能，即使对于通常用户采暖系统，在实际运行中，随着热负荷变化循环水泵变liuliang参与供热调节也可节约大量电能。此外，用户室内采暖系统无论是单管还是双管系统，佳调节方式都是质量并调，即随室外温度的变化，不但调节供水温度，而且要调节系统liuliang，这样才能真正消除系统的水平失调和垂直失调。
（3）自动控制框图
从图7中可以看出，目标设定值与反馈回来的二次网供回水温差作比较，产生的差值经过PID运算，得出控制量来调节阀门的开度，实现闭环控制。
图7 二次网控制原理图
4.3 补水恒压自控系统
（1）工艺系统组成
硬件由补水泵控制变频器、补水泵定压采样旁通（置于循环水泵上）、泄压旁通（置于补水泵上）、水箱、水箱液位计、给水电磁阀组成。
（2）工艺控制原理
补水定压系统的作用是防止二次网倒空，保证系统在规定压力下恒压运行。该功能是通过变频调速控制柜完成的。系统压力信号来自定压采样旁通上的压力传感器，当此压力值低于设定压力时，变频控制柜指令补水泵加速补水；当系统压力高于设定压力时，变频控制柜指令补水泵减速补水；当系统压力超过限定压力时，泄压旁通上的旁通阀开启，进行排水泄压。在这里，从定压旁通上取压力信号是为了寻找真正的恒压点位置，如果恒压点位置确定准确，则系统恒压点的压力就能按设定值jingque控制。水箱液位是通过液位传感器提供的，当液位超过高液位时，给水电磁阀关闭；当水箱液位降到低于下水位时，给水补给，热力站按停机程序关机，待恢复到正常水位，热力站按开机程序自动投运。
（3）自动控制框图
如图8所示，在正常情况下，进行正常的PID调节，当系统压力超限时，管网上的排压阀打开。水箱控制策略是：当液位高于高高限时，控制器给出关闭给水阀的信号；当液位低于低低限时供水程序停止，直到液位恢复。
图8 变频供水控制原理图
4.4 热计量系统
（1）工艺系统组成与参数
硬件由一次供回水温度传感器，一次回水安装的liuliang计、积分仪组成。热计量需上传和就地显示的参数分别是瞬时liuliang、累计liuliang与瞬时热量、累计热量。
热力站设置热计量装置不仅为日后实施按热计量收费提供了计量手段，而且“热量与liuliang”作为重要的运行参数，对核算各个热力站技术经济指标和指导供热运行提供了重要依据。
5 系统功能
1）参数检测：主要完成热网现场过程的模拟量（如温度、压力、热量等）、状态量（如泵的状态、温度等）及脉冲量的测量。
2）数据存储：由于热网运行的大惰性和控制系统的非实时性，要求现场控制设备能按指定的时间间隔进行参数存储，一般情况下这些参数通过通讯网络定期传输到监控中心的服务器中。
3）通讯：LK系列PLC内置RS232、RS485、以太网、PROFIBUS-DP等多种接口，可采用MODBUS协议、TCP/IP协议、UDP协议、自由协议支持的拨号、无线电台、GPRS/CDMA、ADSL等多种通讯方式。该控制器能够在主动或被动方式下与监控中心通过某种通讯网络进行数据通信，以便监控中心能了解系统的整个运行状况，做到系统协调优化运行。
4）系统安全：LK系列PLC具有电源、CPU、以太网、总线冗余的功能。同时，LK的采集模块具有掉电检测、断路检测、短路检测等功能，tigao了系统得安全性。
5）显示操作功能：该控制器具备液晶显示和操作界面，以方便运行人员在现场对运行状况一目了然，同时可以人工直接控制调节系统运行工况。
6）报警功能：该控制器能够识别参数异常，并做出报警提示、报警上传等故障处理。
7）控制调节功能：LK控制器集成了PID运算模块，可以完成室外温度补偿、自动补水、温度调节、liuliang调节等环节的自动调节。
6 结束语
本文讨论了基于LK系列PLC的热网监控系统的设计与实现，充分发挥了LK可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。该控制系统已在近的采暖期中得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
