西门子6ES7253-1AA22-0XA0使用选型

1.引言

　　可编程控制器（PLC）以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，现已广泛应用于生产工艺过程。在目前的很多自控系统中，常选用PLC作为现场的控制设备，用于数据采集、状态控制和输出控制，而在系统上位机（通常为工控机）上利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，以实现监控和管理功能。这种控制系统充分利用了微型机和PLC的各自的特点，实现了优势互补，得到了广泛的应用。

　　九十年代初，国内绝大多数油田对从井筒内取出的油管采取直接在现场用锅炉车产生高温蒸汽清洗的办法来清洗油管内外壁，这种办法一方面会造成环境污染，另一方面清洗效果也不理想。随着油田生产的规模化、化，大多油田成立了油管修复单位，定点、定员、定设备进行油管的清洗、检测、修复工序。清洗环节国内油田主要采用三种方式：高压旋转水射流、中频加热清洗和高温热洗。

　　根据江苏油田井下作业处真武油管修复中心的实际情况，设计了以研华Pentium Ⅲ工控机、OMRON CQM1H-CPU21型PLC为硬件核心，以组态王KingView6.01为软件平台的计算机监控系统，对油管进行高温热洗操作。系统总体设计如图1.

　　下面从硬件和软件两方面对油管高温热洗工艺进行分析。

2.硬件构成

　　利用现有一台2T锅炉通过旁管对热洗池内清洗液（主要成分为清水，含适量比例的氢氧化钠和金属表面活性剂配剂）进行加热。考虑油管体积、质量较大，人工搬运不便，且热洗间处于高温危险环境，故采用机械滚轮传输、气缸举升和机械式链提升装置，并由磁敏、光电或机械式行程开关对油管进行限位或控制滚轮、气缸的动作。

　　整个工艺系统设计采用OMRON CQM1H-CPU21型PLC作为控制核心。CPU21本身具有16个数字量I/O点，通过外接输入模块ID212四块和输出模块OC222三块作为I/O口功能扩展，以满足设计需要。PLC通过COM口与工控机相连，与组态王KingView软件结合，实现计算机监控操作功能。硬件构成简图如图2。

3.软件分析

　　待清洗油管经传输线进入热洗池内管架，与池内清洗液充分接触，进行热交换，油管内外壁原油溶化、剥离，上浮至清洗液表面。油管被链提升装置提出至液面以上，进行次控水。控水完毕后仍经链提升装置提升至通径传输线一。通径传输线一正转，将油管送至内壁冲洗机，进行内壁冲洗。冲洗完毕后通径传输线一反转，油管后退至通径传输线一下料感应器，通径下料翻板动作，将油管翻至通径传输线二。通径下料翻板回位后，控水气缸动作，进行第二次控水。控水完毕后，通径传输线二正转，将油管传输通过外壁冲洗机，进行外壁清洗。完毕后出料，完成一根油管的清洗作业。PLC编程思路如图3。

　　由于整个系统监控点数多，画面复杂，自行设计监控软件周期较长、难度较大，所以上位机采用国内先进的组态软件—组态王KingView6.01进行编写。组态王是运行于bbbbbbs98/NT/XP的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，充分利用了bbbbbbs的图形编辑功能，能方便地构成监控画面，具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，用其构造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。组态王与PLC之间通信采用的是PPI通讯协议。组态王通过串行口与PLC进行通信，访问PLC相关的寄存器地址，以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。在实际编程过程中不需要编写读写PLC寄存器的程序，组态王提供了一种数据定义方法，在定义了I/O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。

　　根据监控的实际要求，设计的软件实现了下述功能：工艺流程进行动画显示，可以直观的看出各条传输线、水泵、电机的运转情况，以及热洗池内油管数量和班产量。此外，针对不同的操作人员，设置不同的系统操作权限及密码，并给予系统操作帮助等等。系统控制界面如图4。

4.结束语

　　本文作者创新点：设计运用组态王和PLC进行通讯，具有时效性好、速度快、可靠性高、运行稳定、调节灵活等优点。系统人机界面友好而直观，具有一定的灵活性，易于扩充。设计于2001年竣工投产，现已正常运转5年，整个系统运行平稳，安全可靠。特别是PLC和组态王软件技术的结合应用，使得生产中自动化程度大大提高，降低了工人的劳动强度，取得了较好的实际使用效果。

PLC实验系统简介

EL型PLC教学实验系统，集微机控制于一体，即有生动、具体的机构运转，又有抽象的控制模型，教学实验方便，效果好，性能价格比高，适用于工业自动化、电工学、机电一体化的教学及PLC控制系统的仿真、调试。
EL型PLC教学实验系统由实验箱、PLC、编程器三部分构成。其中编程器用于程序的编制与调试。根据所用的编程器不同，EL型PLC教学实验系统流程有两种：
（1）采用手持编程器
                                                         
                                                          
分析被控对象→编程、输入程序→连接实验线路，运行PLC程序、观察现象。
（2）采用通用微机作编程器

                 
                                                          
分析被控对象→编程、输入程序→连接实验线路运行PLC程序→运行实验辅助程序→观察现象。采用微机编程能提供动画界面，使PLC编程、调试更加方便。
    PLC实验箱由PLC提供电源，是PLC调试信号的工具。为PLC提供：
1）开关量输入信号DJS1。
2）单脉冲（PO1…PO6）
3）开关量LED灯显示。
4）输入端子bbbbb，输出端子OUTPUT（接PLC输入、输出）。
5）计数脉冲为PLC提供24V幅值的方波。在开关量的输入区。

FX-20P型便携式编程器使用说明
一． FX-20P型便携式编程器的一般情况
FX-20P型便携式编程器的硬件主要包括以下几个部件：
①FX-20P-E型编程器；②FX-20P-RWM型写入器；③FX-20P-CAB型电缆；④FX-20P-ADP型电源适配器；⑤ FX-20P-E-FKIT型接口。
FX-20P-E型编程器的面板上方是一个16*4个字符的液晶显示器。它的下面共有35个键，分成7行5列排列，第1行和第5列为11个功能键，其余的24个键分别为指令键和数字键，各键的具体功能和操作方法在后面的有关章节中再作详细介绍。在编程器右侧面的上方有一个插座，将FX-20P-CAB电缆的一端插入该插座内，电缆另一端插入FX系列PLC的RS-422插座内。FX-20P-E型编程器内附有8K步的RAM，当该编程器处在离线方式编程时，用户程序被存放在该RAM内。编程器内还附有高性能的电容器，编程 器通电一小时后，即使编程器被断电，在该电容器的支持下，RAM内的用户程序可以被保留三天。FX-20P-E型编程器的顶部有一个插座，可以连接FX-20P-RWMP型ROM写入器，它的底部插有系统程序存储器卡匣，当该编程器的系统程序更新时，只要更换系统程序存储器即可。

1、引言

　　　水源热泵空调系统是一种利用自然水源作为冷热源的空调系统，其核心技术是水源热泵技术。所谓水源热泵技术，是利用地球表面浅层水源所吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。河水、湖水、地下水等地球表面浅层水源吸收了太阳辐射的能量，水源的温度十分稳定。在夏季，水源热泵空调系统将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量。在冬季，水源热泵空调系统从水源中提取能量，根据热泵原理，通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常，水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。由于水源热泵空调系统具有高效、节能和环保等优点，近年来得到了越来越多的应用。

　　　空调系统的控制主要分为继电器控制系统、直接数字式控制器（DDC）系统和可编程序控制器（PLC）系统等级几种。由于故障率高、系统复杂、功耗高等明显的缺点，继电器控制系统已逐渐被淘汰。DDC控制系统虽然在智能化方面有了很大的发展，但由于其本身抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，从而限制了其应用。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著的优点，在智能建筑中得到了广泛的应用。为了提高空调系统的经济性、可靠性和可维护性，目前空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的PLC来进行控制。

　　　本文介绍和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC在水源热泵空调控制系统中的成功应用，说明了HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC可以很好地实现中央空调智能化控制，达到减少无效能耗、提高能源利用效率和保护空调设备的目的。

2、空调系统介绍

　　　北京市某单位的办公楼采用水源热泵中央空调系统，总建筑面积8550m2，建筑高度20.5m，其中空调面积约6840m2。地下1层为各种设备房和操作间，地上1层为职工食堂、大厅和会议室，地上2～6层为商业办公用房。

　　　室内温度和相对湿度等技术参数的设计要求如表1所示。水源热泵中央空调系统的设计制冷量为860kW，制热量为950kW。空调的主机系统由四台压缩机组成，水源水系统由取水井、渗水井和水处理设备组成。

表1 室内技术参数的设计要求

3、控制系统硬件设计

　　　该水源热泵中央空调系统主要是根据蒸发器和冷凝器进出水温度的变化来控制4台压缩机的启停，使水温稳定在设定的范围内。4台压缩机分成A和B两组，每组各有2台压缩机。系统的I/O点分配如表2所示，其中开关量输入点6个，模拟量输入点4个，开关量输出点5个，模拟量输出点1个。

表2 系统的I/O点分配表

　　　根据输入和输出的要求，该水源热泵中央空调系统的控制器选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点。模拟量输入模块选用四通道热电阻输入模块LM3312，模拟量输出模块选用两通道模拟量输出模块LM3320。PLC的人机界面选用EView触摸屏。PLC控制系统及相关设备的组成如图1所示，这些配置完全能够满足系统的要求。

图1 PLC控制系统的组成

4、控制系统软件设计

　　　控制系统的主要功能是对热泵进行自动启停，显示温度、压力、流量等运行参数，显示压缩机的工作状态，记录设备的运行时间和故障原因，实现对水源热泵中央空调系统的智能控制。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序可读性和减少程序代码，PLC程序采用了主程序调用功能块、功能块调用函数的程序结构。PLC程序由1个主程序、11个功能块子程序和1个函数组成，其调用关系如图2所示。程序编译码占用空间为30K。

　　　程序设计的思路是，当PLC上电后，一直进行温度、压力、流量等运行参数的检测，这些检测主要在检测程序、故障程序和A/B组故障停机程序中完成。如果相关参数均无异常，则开机功能块子程序运行，启动压缩机。在开机过程中，同时进行温度判断。如果温度达到了设定值，则进入调节功能块子程序，停止开机功能块子程序，完成开机。根据温度的变化，调节功能块子程序控制压缩机的启停。变频器的控制则是通过调用加载程序和降载程序来实现。

　　　在这些程序中，为了满足压缩机的使用要求，调节功能块子程序是繁琐的，例如压缩机的启动时间要小于30秒、压缩机每小时的启动次数不要超过5次等。为了平衡压缩机的运行时间，增加空调的使用寿命，传统的程序设计采用先启先停、先停先启、开机过程中启动次序轮换等控制方法，来协调压缩机的运行时间。但是，如果本系统采用这种方法，则仍然存在某一台压缩机运行时间过长的问题。因此决定对传统方法进行改进，采用随机启停的控制方法代替先启先停、先停先启的控制方法，解决了压缩机的运行时间不平衡的问题。

图2 程序调用关系图

　　　人机界面选用EView触摸屏，首页如图3所示。输入密码后，点击功能菜单，在弹出的快捷窗口中，可以选择参数查询、运行时间、故障查询、运行状态、参数设定、调节显示、操作界面等子菜单，进行相关的操作和显示。

图3 人机界面首页

5、结论

　　　采用传统的继电器控制系统来实现热泵的控制，由于机械接触点很多，接线复杂，参数调整不方便，而且机械接触点的工作频率低，容易损坏，可靠性差。采用直接数字式控制器（DDC）虽然可以减少接线，可靠性有所提高，但由于DDC其本身的抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，因此，越来越不能满足复杂多变的智能控制要求。

　　　采用PLC来控制热泵系统，不仅可以通过编程实现复杂的逻辑控制，而且可以在很大程度上简化硬件接线，提高控制系统可靠性，用户操作界面友好，信息集程度高，便于实现智能控制。因此，在热泵空调领域，PLC控制系统取代DDC控制系统是必然趋势