6ES7212-1BB23-0XB8厂家供应
1 引言
卿头加压泵站位于永济市卿头正西南处,引黄济运输水管线37+400处,占地1.33亩。加压泵站于2007年12月建成,并取得试运行成功,使得引黄济运工程日输水能力从4万方tigao到6万方。该泵站使用在大口径管道中直接对口加压,此模式已投入运行近5年,极大缓解了原水供给不足的矛盾,保证了运城市区人们的正常生产生活用水需求。
卿头加压泵站内设高压配电室、值班室及泵房。高压配电室设备有高压开关柜和高压变频器柜。其中,高压开关柜依次为进线柜、计量柜、变用站柜、电容柜、1#电机启动柜及2#电机启动柜,每个开关柜内配有高压综合保护装置,具有标准的RS485通信功能。高压变频控制柜主要包括移相变压器、功率模块和控制模块三部分。值班室内设阀门操作屏及压力报警屏。其中阀门操作屏完成2个进水阀门,2个出水阀门及1个旁通阀门的现场开关阀,并且每个阀门具有开到位、关到位、过力矩及电源指示功能。压力报警屏内配有4块光柱数显表及报警器,每块数显表采集机组前后压力变送器传来的压力数据。泵房内设机组2台,一用一备,其中电机电压为10KV,功率为400KW。改造前设备的控制及数据的采集均由值班人员现场操作来完成。通过设置变频器的人机界面来实现机组运行频率给定及机组的启停操作,通过现场操作阀门控制屏来开关5个阀门。因此对现有泵站监控系统进行改造和完善,以达到减员增效,进而tigao自动化水平及经济效益刻不容缓[1]。
2 监控系统的需求分析
在值班室设监控中心,并配一主控柜,可实现与阀门控制屏及压力报警屏的监控功能。实现接收电动阀门的开阀、关阀及停阀命令;采集各个阀门的位置状态及机组进出水口处的压力。
远程状态下,监控中心可实现与高压变频器及高压开关柜的通信。实现远程给定高压变频器运行频率,接收变频器开机、停机命令;采集的数据主要有高压变频器的运行频率、设定频率、输入输出电压、输入输出电流;高压开关柜内综合保护装置中的各种参数,例如线电压、相电压等。
监控中心可实现2台机组的温度采集功能。每台电机采集的参数包括电机定子温度、转子温度、轴伸端轴承温度及非轴伸端轴承温度。
监控系统不仅具有远程机组控制、监测、自动采集的各项运行数据功能,而且具有实现数据实时显示、报警、存储、曲线、查询、汇总、打印输出及报警功能[2]。这样在简化开机启动流程的基础上,降低了劳动强度,大大tigao了工作效率。
3 泵站监控系统结构
监控系统按照分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便的设计思想,分别实现对现场数据的采集和水泵机组的启停控制。系统由3层结构组成,分别是管理层、控制层和现场层。管理层为工业计算机,其主要作用是与控制层的PLC通信,获得生产过程所需的数据,显示工艺流程,提示报警,生成报表并支持报表打印。控制层为PLC控制柜,变频控制柜及高压综合保护装置,其作用一是用于采集2台机组前后的压力、电机温度参数及高压开关柜的电气参数;二是接收工业计算机的命令,实现阀门及电机的启停。现场层为现场设备,是控制系统信号的提供者,如水泵电机内温度传感器、压力传感器、阀门到位信号等。系统的整体结构如图1所示。
4 泵站监控系统设计
本项目主要是通过设计PLC主控柜、电机温度子站,构建工业计算机通信网络,开发卿头泵站集中监控系统,实现系统的远程控制及各系统参数的集中监控。
PLC主控柜为监控系统的核心,内部由一系列PLC组件组成。PLC为可编程逻辑控制器,它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。本主控柜既要实现对阀门稳定的控制功能,又要完成实时采集机组前后压力以及电机温度功能,同时还具备与工业计算机进行网络通信的功能。因此,系统选用全球品牌的西门子可编程控制器。为了完成上述功能,根据系统规模统计要求,系统所使用的控制点数见表1。
监控系统中电机温度采用分布式IO设备ET200M来实现组网,该网络在物理层是基于屏蔽双线的电气网络,传输协议采用PROFIBUS DP,使CPU和分布式IO设备之间实现快速、循环的数据交换。[3]DP主站即主控柜,是控制CPU和分布式IO设备之间的连接,它通过PROFIBUS DP与分布式IO设备交换数据并监视DP网络通信状况。分布式IO设备,即DP从站,负责在现场准备数据,使得数据可以通过PROFIBUS DP发送至CPU。本系统1#、2#电机温度保护柜作为分布式IO设备,采用现场通信总线,完成与主控柜的通信。它是由一个IM153-1和一个4通道组中的RTD电阻温度计的8点输入。
系统中高压变频器为HARVSERT-A系列高压变频调速系统,它采用单元串联多电平技术,属于高-高电压源变频器,10KV输入,直接10KV高压输出。其中高压变频器的控制器采用西门子CPU224 XP处理器。该处理器具有两个独立的RS485通信口,其中Port0用于人机界面通信,Port1用于与上位机监控系统通信。本通信口采用平衡信号传输方式,可有效地抑制传输过程中干扰,具有通信速率高、通信距离长及并联接到多个端口的特点。[4]网络通信方式为半双工。Port1通信协议采用西门子专为S7-200开发的PPI通信协议,通信规约为:数据位8位,停止位1位,无校验,波特率9600,地址位为2。泵站监控系统基于该网络通信协议实现上位机远程启停高压变频器。
监控系统中高压开关柜的运行参数是通过内部的高压综合保护装置进行联网,采用mark校验码、波特率9600、1位停止位及8位数据位数据规约,来完成高压开关柜内遥测量、遥信量及遥控量的数据采集功能。
监控系统中的网络通信功能主要由以太网通信模块和串口服务器来完成。前者主要实现将主控柜内CPU处理的数据通过TCP/IP协议传入工业计算机,它采用全双工通信方式,通信速率高达100Mbit/s。后者由于工业计算机RS232通信口数量的局限性,监控系统采用串口服务器,它提供串口转网络功能,能够将RS485串口转换成TCP/IP网络接口,实现RS485串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能,连接网络进行数据通信,这样极大地扩展串口设备的通信距离。高压变频控制柜及综合保护装置就是通过该设备实现局域网内的数据共享功能。
5 泵站监控系统实现
根据系统的监控需求,本系统采用了西门子公司的S7-300可编程控制器和8路串口服务器组成。主要包括一个DP主控柜主站,2个DP电机温度从站,1个高压变频子站及5个高压综合保护装置子站。DP主站模块主要有1个电源模块、1个CPU模块,2个模拟模块,1个开关量模块,1个通信模块。其中,CPU模块选择为313C-2DP紧凑型CPU,通信模块为以太网CP343-1通信处理器。DP从站模块主要有1个电源模块、1个IM153接口模块,1个SM331 8XRTD模拟模块。 [5]高压变频子站与高压综合保护装置通过串口服务器连接,通过交换机完成监控软件与子站的通信。
主控柜主站实现对阀门控制、压力采集,完成与2个电机温度保护子站的连接需要对PLC进行组态。本系统编程软件选用STEP V5.4组态软件。进入软件后先对主站进行硬件组态,选定S7-313 2DP为主站系统,然后添加2个ET200M的接口模块为DP从站。本次设计中两台电机温度子站的地址分别为3号、4号站。为了实现数据传输的稳定性,设定波特率为9600bps。后建立一个数据块,用于观测实时通讯效果。组态效果如图2所示。
图2 监控系统硬件组态
系统硬件组态成功后,根据2台机组的运行工艺要求,编写控制程序。主要包括阀门操作及高压变频器操作两部分。机组开机条件为:电机启动柜合闸,高压开关柜不存在故障报警。同时高压变频器工作状态为远程并且处于高压就绪状态、不存在故障报警。其中1#机组的启停机流程如图3所示。
6 结束语
在泵站监控系统开发中,上位机系统利用工控软件Kingview6.52进行二次开发,下位机使用抗干扰性强、使用广泛的S7-300 PLC的监控方案。目前该方案的系统已经应用于卿头加压泵站,其运行效果良好,性能稳定可靠。对于今后水厂泵站改造及建设具有借鉴意义
随着PLC在工业控制中的推广普及，PLC产品的种类越来越多，其结构型号、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择 PLC，对于tigaoPLC在控制系统中的应用有着重要作用。
一、机型的选择
我国市场上流行的有如下几家PLC产品：
1．施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum等产品；
2．罗克韦尔公司（包括AB公司）PLC产品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等产品；
3．西门子公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品；
4．GE公司的产品；
5．日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品，其中使用较多的是三菱公司F1、F2、FX2等系列产品。
PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择可靠、维护使用方便以及性能价格比优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则好选用模块式结构的 PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或机（其中机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等）。根据不同的应用对象，表1列出了PLC的几种功能选择。
应该注意的是，同一企业应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的tigao和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个DCS系统，这样便于相互通信，集中管理。
二、I/O的选择
PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为微型PLC（32I/O）、小型PLC（256I/O）、中型PLC（1024I/O）、大型PLC（4.69I/O）、巨型PLC（8195I/O）五种。
PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。
（一）确定I/O点数
根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加 10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。
开关量I/O接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于消除错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。
（三）模拟量I/O
模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量liuliang、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10～+10V、0～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。
（四）特殊功能I/O
在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从繁重的任务处理中解脱出来。
（五）智能式I/O
当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的I/O模块。一般智能式I/O模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可tigaoPLC的处理速度并节省存储器的容量。
综上，表3归纳了选择I/O模块的一般规则。
三、存储器类型及容量选择
PLC系统所用的存储器基本上由PROM、EPROM及RAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的大存储能力低于6kB，中型机的大存储能力可达64kB，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。
PLC的存储器容量选择和计算的种方法是：根据编程使用的节点数jingque计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，获取存储容量的佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。
表4 控制目的估算存储器容量的方法
四、编程器和外部设备的选择
在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能及编程器有所了解。通常情况下，小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器，如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强、编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏RAM中的用户程序，可以选用EEP-ROM模块作为外部设备。
五、实例
（一）利用三菱PLC实现对印刷机的jingque控制
印刷机的一套电气设计属于系统设计，为了使产品性能稳定，易于维护，采用以PLC为主控器的控制方案。印刷机要求易于操作，精度高，输入、输出点较多，因此采用双机通讯。上位机采用三菱高性能的FX2N-80MR、FX2N-80MR自带I/O接口，可以接40点输入，40点输出，主要负责主传动的控制，各机组离合器的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱FX2N-64MR、FX2N-64MR可以接32点输入，32点输出，主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。上位机与下位机采用RS485, 通讯，通讯方便，可靠。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行可靠，维护方便，操作简便直观，大大tigao了胶印机的档次。
（二）欧姆龙（OMRON）PLC在石油加工工业中的应用
在石油加工工业中，大型旋转机组是装置设备的重要组成部分，重油催化裂化气压机组的联锁-自保系统从满足工艺生产需求出发，考虑到安全性、可靠性、经济性、可扩展性等因素，采用了OMRON公司生产的CPM2AH型PLC进行系统构建，CPM2AH自带I/O接口，可以接36点输入，24点输出，输出形式是继电器，并且通过RS232C串口与PC机通讯，使生产过程表现稳定，动作可靠，在事故状态下对机组及生产装置实行了自我保护，杜绝了恶性事故的扩大和蔓延，取得了显著的效果。
六、结束语
随着科技的不断进步，PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的工业控制系统。
数控机床控制系统中并非单纯的轨迹及定位控制，往往还有一些机床的逻辑动作需要相应的控制，这就要求在机床的电气控制中既有数字控制系统NC又有逻辑控制系统PLC，两者之间实现信息交换有多种方法。本文介绍了在实际设计、研制半自动提速铁路轴承内、外滚道超精机项目中，数控系统在机床伺服电机进给数控程序和机床其他动作的PLC程序控制两者之间的通信联络方法，此方法能有效地将上述两者的控制结合起来。该机床目前已制造完成用于轴承生产加工中，实践证明，该方法简单、实用，效果良好。
1 数控系统简介
数控系统中，执行数控NC功能的NCK软件程序和执行逻辑功能的PLC程序，需由用户根据机床的实际情况加以编制。软件设计中，主控程序是NcK软件程序；机床逻辑动作由NCK软件程序输出给PLc的辅助功能来完成。
1.1 输出给PLC的辅助功能
辅助功能又称M功能或M指令，是控制机床加工操作时作一些辅助动作的开／关功能，其主要用于机床加工时的工艺性指令，靠继电器的通断来实现其控制过程。辅助功能M代码是以地址M为首后跟2位数字组成，共100种(M00一M99)。机床上的各种开关操作可以通过零件程序中的M功能指令激活。M功能在使用时，每个程序段可以有5个M指令。M指令的值从O到99，为整数。其中少数几个M指令已经由系统生产厂商设置了一些固定功能，具体参见表1，其余部分可供机床生产厂商使用。
表1M功能表
1.2 PLC向NCK传送的信号
PLC用户程序和NcK(数控核心)之间通过不同的数据区可进行信号和数据的交换，PLC用户程序与交换无关，对使用者来说这是自动进行的。PLC／NCK的控制信号和状态信号会循环刷新。信号分为普通信号、运行方式信号、通道信号和进给轴／主轴信号。其中，在PLC-NcK的通道控制信号中，3200的PLC变量中的V32000006．1是读入使能禁止信号，其含义及使用方法如表2所示。
V32000006．1含义及使用方法
从表2可以看到，当对V32000006．1置“1”，禁止下一个程序段的数据传送到插补器，这时NC程序处于停止等待状态；当对v32000006．1复位清“0”，下一个程序段的数据传输给插补器，这时NC程序开始继续执行该下一程序段，因此，通过对v32000006．1的置“1”和复位清“0”就可以实现对NC程序段的运行控制。在机床设计中，某些情况下只有结束辅助功能才可以执行下一个NC程序段，因此，这时可以通过禁止读入信号阻止程序段的自动转换执行。
2 应用实例
半自动提速铁路轴承内、外滚道超精机的自动控制中，具有一个往复进给轴，由数控系统的进给轴输出接口控制伺服驱动系统，再由驱动系统控制交流伺服电动机，从而控制机床的进给轴往复进给运动，其余的电动机或动作由PLC输出，通过控制继电器或电磁阀来控制，其动作流程图如图1所示。
超精机动作流程(图1)中，所有的机床动作除了往复进给运动和工作轴电动机的粗、精超启动及停止由数控程序控制外，其余所有的机床动作皆以M功能的形式由数控程序输出到PLC。从动作流程图可以看出，芯轴插人、油石跳进等动作的命令输出后，不能马上执行下一个NC程序段，需等动作到位后才能继续NC程序，这时可在PLC程序中加入传送给NCK的读入禁止命令，停止NC程序的继续向下执行，直到该动作完成后，再由PLC向NCK发出读入使能命令，NC才能继续控制程序的执行。
这里，以油石跳进动作为例来加以说明。辅助功能M16是油石跳进命令，数控程序命令为在N20语句的程序命令中，油石跳迸命令以辅助功能M16形式给出，N30和N35语句的程序命令是进行超精加工的伺服电动机往复进给控制命令，从滚道超精机动作流程图可知，数控系统在发出油石跳进命令后，不能马上执行超精加工的伺服电动机往复进给数控动作，必须等到油石跳进到位开关动作后才能执行下面的N30和N35动作。正常情况下，NCK是一条接一条连续地读人数控程序命令并往下执行的，执行速度很快，在发出M功能指令后，NC紧接着就执行下一句程序段，这时PLC接受到的M功能指令可能还未来得及执行，数控程序已继续向下执行了。而机床要求NcK在执行完N20语句后，不能马上执行N30语句，因此，在PLC接收到NcK发来的M16命令后，可以通过PIJC梯形图(图2)，首先将PLC-NcK的通道控制信号中的v32000006．1设置为读人使能禁止，禁止下一个程序段的数据传送到插补器，这样，NcK不再执行下面的N30语句，当油石跳进动作完成，油石跳进到位开关动作后，取消读人使能禁止，允许NcK读入程序即v32000006．1设置为读入使能，NcK再继续执行N30语句。
图2油石跣进动作相关梯形图
3 结束语
在设计制造的半自动提速铁路轴承滚道超精机中，使用上述方法，利用PLC_NCK的通道控制信号中的PLC变量V32000006．1，即读人使能禁止信号，实现了数控系统的数控程序NC和逻辑控制程序PLc的联络，方法简单、可靠、实用
