西门子6ES7253-1AA22-0XA0保内产品
引言
用于燃料输送的输煤斗轮机，是在上安电厂一期工程时由美国GE公司安装的，采用的型号为GE S6系列，自安装运行以来运行状况良好，基本可以满足电厂输煤要求。可是随着产品的更新换代以及电厂自动化水平的提高，原有的S6系列PLC操作比较繁琐，DOS人机交互界面使得技术人员在维护时感到非常得不方便，原有的梯形图逻辑存在却缺陷导致斗轮机行走振颤，甚至停机警报,设备出现老化现象，特别是S6系列PLC在九十年代中期已经停产，一旦现有的PLC故障需要更换，则很难找到备用的模件，给电厂生产正常运行带来很大的不便。因此迫切需要对原有的S6系列PLC进行升级改造。
2 斗轮机系统功能分析
斗轮机的作用主要分为两大部分，一是把煤通过传送带在指定地点煤集中堆放;二是根据需要把堆放好的煤通过传送带传输到中转站。斗轮机的功能分为悬臂旋转、悬臂升降、大车行走、斗轮旋转、夹轨器、挡板、拖车皮带、就地控制、远程控制、自动等十四部分。其中大车行走驱动电机使斗轮机运动至煤堆附近，接着悬臂进行旋转或者升降将斗轮运行到适合取煤的位置，斗轮开始转动取煤，通过皮带运送走，或者通过拖车皮带将需要堆放的煤集中存放到指定地点。
3 改造方案设计
改造包含E1盘配电室和E2盘远程控制驾驶室两部分。E1盘配电室内配有两层机架，层为安装有CPU的I/O机架，另一层为隶属于层机架的I/O扩展机架。两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯，现场的各类开关量信号，报警接电信号，PLC输出到现场电机的起停信号均通过端子排与PLC I/O模块相连;E2盘远程驾驶员室内配有一层机架，该层为隶属于配电室层机架的远程扩展I/O机架，与主机架之间通过远程通讯电缆进行通讯。驾驶室内的监控硬件为发光二极管组成的光子排，通过端子排以简单明了的指示驾驶员各种操作状态以及报警信号。
3.1 硬件改造
(1) PLC选型
PLC采用GE公司的9030系列，参照原有PLC配置，共有输入300余点，输出400余点，故选用11个32位的输入模件IC693MDL655，6个32位的输出模件 IC693MDL753，输入与输出模件均使用一对24针D形连接器(分为AB、CD两组)及电缆IC693CBK001进行数据传输;电源模件选用IC693PWR322，可满足所有输出和输入模件的需求;同时PLC的微处理器选用高性能的CPU363，系统运行速度高，可达0.5ms/K指令。能快速执行梯形图逻辑，并实时刷新计算输出，并可在线监视执行状态。完全可以满足实时控制的要求。具体的输入和输出模件位置分配为:E1盘主机架6个输入模件，扩展机架1个输入模件，3个输出模件;E2盘4个输入模件，3个输出模件。PLC硬件配置图(主机架)参见图1。
图1 PLC硬件配置图(主机架)
(2) 电源改造
原有的110V直流电源全部更换作24V直流电源;PLC的输入模件与输出模件电源接线均采用负逻辑方式，具体方法可参考图2，并将输入模件和输出模件的24针D形连接器数据传输电缆剖开，按照图2和图3所标明的接线方式求将不同颜色的数据线分为AB组和CD组，分别打印出线标志，以保证连接到端子排上的位置准确无误。
(3) 接线线路改造
原有的PLC全部拆除,端子排全部更换，E1盘和E2盘的输入模件以及E2盘的输出模件对应端子排上的外部信号接线位置均保持不变，E1盘的输出模件直接驱动继电器上控制外部回路，对应的端子排上的外部控制信号线均保持不变;不同颜色信号线分为AB组和CD组，参考图2和图3，分别打印出线标志。按照接线图将连接到对应的位置，重新铺设驾驶室连接至配电室之间的通讯电缆，并在电缆外部套上绝缘皮管，以保证信号不受干扰。
3.2 软件改造
(1) 地址配置
参照原有的PLC地址配置，得知斗轮机的输入共有大约300点，输出大约400点，原来的地址分配比较混乱，所以根据实际情况重新配置输入和输出模件的地址，将所有的输入和输出点按照斗轮机的十四个功能区分开，然后再统一分配地址。注意到S6中的输出地址符号为%O，9030中为%Q;9030的定时器功能与S6的定时器功能完全不同，即S6定时器的地址是可以任意选择的，每个定时器只占一个地址位;相比之下9030定时器的地址就只能被限定在一个规定好的区域内，而且一个定时器就要占连续的三个地址位，这是GE 9030 PLC本身特性所决定的，故对梯形图中所有的定时器地址进行重新分配，范围%R1127~%R1334。
(2) 模块化逻辑开发
参考原有的S6 PLC DOS环境下开发的梯形图逻辑，在bbbbbbs & Cimplicity ME开发环境下重新编写适用于9030 PLC的梯形图,保证原有的逻辑功能不变;基于模块化思想，按照斗轮机的十四个功能部分对程序分块，即主程序只包含十四个被调用的子程序块(见图4)，各个程序块只包含对应于某一功能的梯形图逻辑(参考图5),并在现场技术人员的帮助下，完善了所有梯形图的注释，增强了程序的可读性，方便后期维护。
(3) 梯形图逻辑优化
注意到原有梯形图中一些特殊指令在9030的开发环境中已经不存在了，所以在9030的开发环境中找到可以代替这些特殊指令的命令以保证移植后的逻辑功能原功能一致。删除掉一部分已经不再使用的自动控制的逻辑，并修改了悬臂启动延时定时器的延时参数，使得控制效果更为合理。根据现场操作人员的意见，并改正了一部分错误的注释。
4 改造创新
本文作者创新点是在对原有的梯形图逻辑移植的基础上，采用了程序语言中的模块化编程方法，将斗轮机的十四个不同的功能部分看作是十四个不同的对象，分别编写相应的梯形图逻辑子程序，然后再主程序中直接调用这些子程序，形成完整的梯形图逻辑控制斗轮机正常运行。模块化后的梯形图逻辑结构清晰，具有很好的可读性，易于后期的维护。各模块之间相对独立、功能单一，避免了重复劳动，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可应用到同类型的控制中，获得了较高的程序质量。
5 结束语
整体的改造工作是成功的，系统调试期间运行状况良好，不但斗轮机的基本功能得到了实现，而且修改了原有逻辑中的不合理的地方，消除了斗轮机的行走震动的问题，并修改了斗轮机的斗轮的启动延时时间，使得功能更为合理，终顺利验收完毕。
不过在工作期间也出现了一些意想不到的问题，由于输出模件选用的是IC693MDL753，该模件的电源接线方式只有负逻辑着一种方式，而原来的发光二极管光子排的正常工作存在正负极性，改造后的由于模件的电源方式改变，导致了由输出模件驱动的发光二极管不能正常工作，与现场工作人员讨论之后，决定将光子排上的所有发光二极管正负极颠倒一下，这样就可以在不影响工作的情况下保证系统状态的的正常显示。
另外一个问题是在梯形图逻辑调试期间发现Cimplicity ME开发环境报告E1盘主机架电源不足，后经查阅相关资料发现，选择的电源只能向不多于4个同类型的输入或者输出模件供电，一旦超出这个限制，就会产生电源不足报警，导致模件不能正常工作，所以将原来配置好的主机架上的6个输入模件的后2个移至扩展机架上，主机架上4个输入模件，扩展机架上3个输入模件，3个输出模件，满足了电源要求从而正常运行。
实践表明改造后的斗轮机抗干扰能力强，可靠性大大提高，降低了电气维修人员的工作量，极大地提高了生产率和整体输煤系统的自动化水平。
1 引言
随着技术的进步，由可编程序控制器(简称PLC)组成的自动控制系统在很多行业和领域都得到了广泛的应用，制冷空调行业也不例外。PLC和工业人机界面(HMI)被大量地 用于冷水机组上，例如在吸收式冷水机组上，OMRON的C200Hα、CS1、CJ1系列PLC就以运算、网络通讯、开放的容易使用的通讯协议等优异的性能获得了企业和 用户的赞同而得到了广泛的使用。它的网络功能让企业能在自己的服务中心足不出户就可以监视在全球各地的用户所使用的机组的运行全部状态和数据，帮助客户解决运行中碰到的问题，提醒客户维护和保养机器，以及帮客户重新恢复机组的控制程序和设定机组运行参数等等。这大大提高了服务的质量和效率，也为企业节省了大量的开支。但是由于成本的原因，这些系列的PLC无法在其他冷水机组如风冷冷水机组、水冷螺杆机、活塞机等产品上取得应用，为此OMRON推出了另一款机型CPM2AH，这种机器扩充能力强，性能价格比高，非常适合在水冷和风冷冷水机组中使用。
2 控制系统的配置方案
CPM2AH系列PLC是一款在小机壳内汇聚了先进的功能和优异的表现的产品。其基本单元有20、30、40、60 点四种，包含了数字量输入和高速脉冲输入、继电器输出功能，根据系统开发的需要，可以增加扩展模块，扩展的模块包括开关量输入输出模块，Pt100温度输入模块(TS101/TS102)，电流电压输入模块(AD041)和模拟量输出模块(DA041)。
2.1 通 讯组网功能
(1) 通过Host bbbb连接到计算机系统;
(2) 通过1:1 bbbb与OMRON其他系列的PLC进行通讯;
(3) 通过Compobus/S和Device Net进行远程模块扩展，从而实现集散型控制。这些功能可以很好地满足机组的控制要求。
2.2 配置方案
满足水冷和风冷冷水机组配置要求的控制系统构成见表1。
述配置表为一般通用型配置，其中风冷机组中，由于涉及到压力测量，所以模拟量 输入采用电流/电压型输入模块;对于水冷冷水机组，一般考虑2路温度输入，如果需要增 加温度测点，可以将TS101模块换成TS102模块，这样可以将温度输入点增加到4路。每套PLC的CPU 单元上有两个通讯接口，一个供与触摸屏进行连接，另外一个可以连接到远程计算机实现远程监控。
由于OMRON的PLC产品通用性很强，很多公司的触摸屏都可以和它通讯连接，因此可以根据价格、功能和技术特点来选择相应的触摸屏产品与PLC配套使用。
对于其他有特殊要求，或设计中需要增加模拟量和数字量的情况，还可以酌情增加其 他相应的扩充模块以满足要求。
3 控制系统功能
控制系统的功能包括:设备运转控制，运行参数监视，能量自动调节，故障报警记录和系统参数设定等功能。
3.1 设备运转控制
可以以三种形式启动机组，本地启动、远程信号启动、定时启动，具体为:(1)在远程信号和定时信号都屏蔽的情况下以本地方式启停;(2)在定时屏蔽、远程信号允许的情况下以远程方式启停;(3)定时允许的情况下以定时方式启停。在系统无全局故障情况下，以任何一种方式启动后，辅机设备先开启，然后开启主机。当机组中有多台压缩机时，控制系统将根据压缩机运转的时间来确定开启的压缩机编号,以使得机组中各台压缩机保持相对平均的运行时间。
停机也有三种形式，与机组的启动方式相对应。停机时，先将压缩机卸载，然后停止运行。但无论在何种启动的模式下，本地停机均拥有高的操作优先权。
3.2 运行参数监视
控制系统可以监视机组运行过程中的运行参数和设备运行状态，显示各重要参数的变化趋势曲线。如冷水出口温度、压缩机的负载情况等。
3.3 能量自动调节
在机组辅机运转正常，主机启动完成后即进入能量调节过程。可以通过选择冷水入口温度控制或冷水出口温度控制来决定机组是根据入口温度还是出口温度来实现控制。
在入口温度控制或出口温度控制下，比较实际温度和设定温度值，决定机组的上下载。实际温度值大于设定温度值时，机组上载小于设定温度值时，机组下载。可以根据两者间的温差值来决定上下载的周期长短，温差大则上载或下载周期短，温差小则上载或下载周期相应增长，温差在 0.5℃之间可以停止上下载。
3.4 故障报警记录
控制系统可以对下列情况进行报警和记录。如果是风冷冷水机组控制系统，则没有冷却水和冷却塔风机的相应报警功能，但会增加融霜和制热运行的故障报警。
(1) 冷水泵故障:冷水泵启动，经过延时时间后，如冷水泵连锁信号仍未到，冷水泵故障报警;
(2) 断流故障:冷水泵或冷却水泵都启动后，水流延时时间到后，水流开关信号未到，水断流报警;
(3) 防冻开关:防冻延时时间到，防冻开关信号未到，防冻报警;
(4) 冷水低温报警:延时时间后，如冷水出口温度小于 3℃，冷水低温报警;
(5) 外部连锁故障:延时时间后，用户外部连锁未到，外部连锁故障。压缩机过载:延时间后，热保信号未到，压机热过载报警;
(6) 高压报警:延时时间后，高压保护未到，压机高压报警;
(7) 低压报警:延时时间后，低压保护未到，压机低压报警。油压报警:延时时间后，油压保护未到，压机油压报警;
(8) 传感器故障:延时时间后，如传感器显示温度值大于200℃，传感器故障报警;
(9) 冷却水泵故障:冷却水泵启动，延时时间后，冷却水泵连锁未到，冷却水泵故障报警;
(10) 冷却塔风机过流:风机启动，延时时间后，过流保护信号未到，风机过流报警。有任何一故障发生，开关量故障输出，系统声光报警。故障排除后，需手动复位。
3.5 系统参数设定
控制系统可以对下列参数进行设定:温度修正值，修正传感器采集的实际温度值，默认下修正值为0;水流开关延时时间(默认为3s，小为0.5s);低压延时时间(默认为5s，小0.5s);油压延时时间(默认为50s，小0.5s);关机延时时间(默认为120s);压缩机少运行时间(默认为120s);允许压缩机启动的停机延时时间(默认为 480s，小为300s);冷却塔风机开温度(默认为28℃，小25℃，大30℃);冷却塔风机关温度(默认为23℃，小为20℃，大25℃);冷水入口温度(默认为12℃，小为10℃);冷水出口温度(默认为7℃，小为5℃)。对风冷热泵机组还有强制除霜运行时间，除霜起始条件和结束条件，制热运行参数等。此外系统还可以修改控制器内置时钟，从而有效地通过定时功能实现控制，可以通过设定开关机时间，自动定时开启和关闭机组。可以通过分别设定一周每天的开关机时间，经过与内置的时钟比较自动运行机组。
4 技术特点
OMRON小型CPM2AH系列PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点:
(1) 稳定的性能
CPM2AH系列PLC外型小巧结构紧凑，OMRON公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保证了其可靠稳定的性能，即使在恶劣工业环境下仍然能正常运行。更经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。
(2) 模拟量功能
CPM2AH使用专用的TS101/TS102温度控制模块，直接连接PT100温度传感器，提升温度测量的精度和可靠性。
(3) 通讯功能增强
CPM2AH提供内置RS-232C端口和RS-422端口。OMRON完全开放的通讯 协议可以方便实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通讯监控系统。
(4) 高速的程序执行速度
更快的程序指令执行速度，使得控制过程jingque无误。
(5) 很强的扩充能力
模拟量可以增加到12路;系统支持Device Net协议，具有强大的 扩充能力，通过远程端子，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。命令识别见表2。
5 计算机监控
CPM2AH系统可以提供RS-232和RS-422通讯接口，用户计算机可以根据实际情况直接与PLC相联，构筑自己的计算机监控系统，也可以通过调制解调器实现远程监控。在通讯协议上，OMRON的PLC产品采用统一开放的通讯协议，便于用户开发自己的监控软件。通讯 协议主要有运行状态控制，存储区读写等功能。通讯协议格式为:
通过使用这些命令，用户可以很好地在计算机上完成对PLC控制系统的监控。
6 结束语
本套控制系统从2005年初推出后，得到了很多用户的认可。目前已经开始在部分用户投入使用，使用情况表明，本系统运行稳定可靠。尤其是其开放的通讯协议，使得用户可以定制自己的计算机监控系统，这就为用户管理机组的运行提供了方便，受到了用户的好评。
