6ES7222-1HF22-0XA8技术介绍

　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。

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

利用两个或多个常闭触点来保证线圈不会同时通电的功能成为“互锁”。三相异步电动机的正反转控制电路即为典型的互锁电路，如图5-4所示。其中KMl和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。

            图5-4  三相异步电动机的正反转控制电路

如图5-5所示为采用PLC控制三相异步电动机正反转的外部I/O接线图和梯形图。实现正反转控制功能的梯形图是由两个起保停的梯形图再加上两者之间的互锁触点构成。

图5-5  用PLC控制电动机正反转的I/O接线图和梯形图

应该注意的是虽然在梯形图中已经有了软继电器的互锁触点（X1与X0、Y1与Y0），但在I/O接线图的输出电路中还必须使用KM1、KM2的常闭触点进行硬件互锁。因为PLC软继电器互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件接触器触点的断开时间往往大于一个扫描周期，来不及响应，且触点的断开时间一般较闭合时间长。例如Y0虽然断开，可能KM1的触点还未断开，在没有外部硬件互锁的情况下，KM2的触点可能接通，引起主电路短路，因此必须采用软硬件双重互锁。采用了双重互锁，同时也避免因接触器KM1或KM2的主触点熔焊引起电动机主电路短路。

 该程序是为设备制造商收取剩余款项而设的筹码，在设备制造商老板有要求时可以使用，仅适用于信誉度不好的客户。该程序一旦触发，无论设备是否处于运行状态、PLC是否处于运行状态或通电状态，指定时间以后将会准时出现故障。请谨慎使用！
　　 该程序应当嵌入应用程序之中，为避免他人识破，可以将程序分成多块分别嵌入在应用程序的各个地方。
　　 为避免他人修改你的程序，应当将整个程序进行加密——设置口令，具体操作方法请参阅程序加密的相关说明。
　　 M490为故障触点，应当串联或并联在程序多个关键动作回路中。
　　 X20为定时触发故障复位端子，要求该端子为没有被使用的端子（否则请更换为另一个没有被使用的端子）。需要解除还没有被触发的故障或已经触发的故障时，将该触点和PLC的输入COM端短接即可。如果系统当前时间还没到故障触发时间，一旦该端子与COM端子断开，故障将在预定时间触发！如果系统当前时间已经过了指定的故障触发时间，一旦该端子与COM端子断开，故障将立即触发！如果需要重新指定故障触发时间，就必须得更改指定的故障触发时间——需要对PLC进行编程！
　　 该程序指定的故障触发时间为2007年1月1日0时0分0秒，可以进行更改。
　　 该程序中所用到的通用继电器M481-M499、定时器T198、存储区D0-D5，请不要在程序的其它地方使用，否则该程序可能无法正常发挥作用。
　　 对于三菱其它系列PLC或其它品牌PLC，请对程序作相应更改——各存储器请按照相应存储区域进行更改。
　　 该程序并没有修改PLC的系统时钟，因此程序中的其它地方或和PLC通信的其它设备所调用的PLC系统时钟反映的是正确的当前日期和时间。
　　 在程序动作之前，应当检查PLC的系统时钟是否正确反映当前日期和时间（因为PLC的默认系统时钟可能不正确，笔者就遇到过系统时钟快一个小时多一点的情况）。检查方法如下：
　　 启动三菱PLC编程软件GX Developer V7.08J(SW7D5C-GPPW)简体中文版到一个新的窗口，将电脑与PLC正确连接（具体连接方法请参阅相关说明<比如采用SC09连接电缆或等同功能电缆，加接USB转RS232电缆(需要加安装驱动)等等>），然后点击“在线”——“PLC读取”——“确认”（对于部分笔记本电脑(比如顶星品牌龙尊系列某型号的笔记本电脑)，默认串口为COM2，这种情况下需要将COM口选为COM2，具体操作方法不再赘述），然后选中“软元件内存”再点击“确定”......待软元件内存传送到电脑以后，马上检查M8018(年)、M8017(月)、M8016(日)、M8015(时)、M8014(分)、M8013(秒)是否大概是当前正确时间（请注意，软元件内存只是下载时的PLC内存，并不能实时反映PLC的当前软元件内存数据。所以，软元件内存数据中反映的系统时钟比PLC当前系统时钟要慢）。或者，采用另外一种更简单的方法：直接PLC在线连接的下拉菜单中选择PLC时间设置选项，然后就可以看见非实时显示的时钟了——这个时间是读取瞬间的时钟，不实时跟随。
　　 如果PLC的系统时钟不能正确反映当前日期和时间，那就需要对软元件内存进行修改。修改方法为：1、直接PLC在线连接的下拉菜单中选择PLC时间设置选项，然后更改时间就可以了。但该方法一次性只能更改一回时间，一旦更改后时间就实时跟随了，无法再进行更改。如果需要再次更改，需要将该窗口关闭后重新打开，然后再进行时间的更改。 2、通过程序的相关指令（例如MOV指令写时间对应的特殊存储区D8013~D8018或通过TWR指令来写时间，具体指令此处就不再赘述了）。
　　通过读出软元件内存后修改软元件内存再写回去的方法是行不通的——经过多次试验，证明了PLC在写入软元件内存时根本不会重写特殊存储区的内容，也就是说特殊存储区没被列入“软元件内存”的范围之内！

PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全考虑，好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。

1．程序的模拟调试

将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通／断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。

在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。

如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。

在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。

2．程序的现场调试

完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了

   一、引言

    某公司生产的塑料制片机四辊传动原采用无刷直流电机传动，采用专用的调速装置进行调速控制以实现各传动的线速度同步。至今该系统故障率较高，且国内相应的备品备件甚少，维修难度较大已影响了正常生产。为此我公司对该传动部分采用交流变频调速技术和可编程控制技术进行了改造，使四辊传动控制更加合理，操作方便，运行稳定可靠，产品质量达到原设计要求，获得了很好的效果。

    二、系统配置

    1、机械部分改造：四辊传动示意图见图一

（图一：四辊传动示意图）

    按照工艺要求，线速度范围为1.5~10m/min,所对应的交流电机的工作频率范围为：7.5~50Hz。考虑到原系统的传动速比，经过计算我们选用了4极4Kw,减速比为6.8的齿轮减速电机来更换原无刷直流电机。

2、系统硬件：(见图二) 
 (图二：系统硬件配置图)
   （1）PLC1、PLC2是本系统的核心，选用台达DVP20EX主机，该机配有8个数字量输入点，6个数字量输出点，4路A/D模拟量输入，2路D/A模拟量输出信号；并自带RS485通讯接口。

    （2）PWS人机界面作为与PLC1、PLC2的数据交换、设定及显示，可以实现四辊传动电机同时运行并终同步控制。该系统中PWS选用台湾罗森系列人机界面PWS1711-STN。

    （3）INV1~INV4为四辊传动驱动变频器，选用了日本安川CIMR-G5A45P5变频器，由PLC模拟量输出给变频器以确定工作速度；并把变频器多功能输出的频率信号、电流信号作为PLC的模拟量输入信号，经计算处理后以显示实际工作速度及电机负载率。    

    三、系统软件设计

    结合生产工艺要求来设计系统软件，其中人机界面的自动工作画面如图三所示：

 

    设计原理：（1）首先设定主辊线速度及顶辊、底辊和牵引辊相对主辊线速度的百分数，PLC根据上述设定值分别计算通过模拟量输出控制给定变频器工作频率；（2）当用户触摸了“启动”键后，PLC控制输出变频器运行信号，并正常启动四辊传动控制；（3）同时，变频器的多功能输出信号经PLC模拟量输入并计算，由人机界面显示各传动的实际线速度、电机负载率等；若某个传动速度偏差较大，此时用户可以在线修改线速度及相应的百分数等参数。（4）当用户触摸了“停止”键后，PLC控制切断输出变频器运行信号，并停止四辊传动。

    下面重点介绍人机界面的巨集指令在本系统中的软件处理：

    在人机界面的设计中，使用了一台人机界面带多台PLC控制模式，并使用巨集指令来实现：按“启动”或“停止”键后，同时两台PLC都响应并输出控制。具体设计为：

    （1）定义PLC的站号，DVP20EX中由特殊寄存器D1121设定，如：PLC1中D1121=1，PLC2中D1121=2；

    （2）在人机界面中定义相应的寄存器时，以n:D100或n:M100等形式表示；其中n表示PLC的站号，如1：D100，2：D100。图三中的“启动”键设计时，相应的寄存器为1：M100，且在巨集指令中设定SETB2：M103，CLRB2：M104，CLRB1：M101；“停止”键设计时，相应的寄存器为1：M101，且在巨集指令中设定SETB2：M104，CLRB2：M103，CLRB1：M100。

    （3）部分控制程序：

  四、结束语

    该控制系统无论在硬件的选择还是在软件的设计都是可行的、先进的，台达电子的DVP系列PLC和罗森人机界面的巨集指令与多台PLC的通讯非常方便，简单易用。实践证明，该系统在其他工程项目设计中具有很好的推广价值。