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一、 设备概述

随着我国城市化水平的提高，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。

为解决此类问题，当前均采用先进的全自动无负压供水设备，此供水设备可直接与自来水管网串接，通过负压消除器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此设备充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前先进新的二次供水方式。

二、 设备应用范围

1、 流量范围：1.5-1600吨/小时；
2、 扬程范围：21.6-225米;
3、 稳流罐：0.5立方-50立方；
4、 压力范围 0 ～ 2.5MPA
5、 压力调节精度：±兆帕；
6、 环境温度：0-40℃.
7、 相对湿度 90 % 以下（电控部分）
8、 电源 380v（1 ± 10 % ） ；50HZ ± 2HZ
9、 控制方式 单台，恒压

三、 设备方案：

本设备主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。

1、在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生EC20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如下：

2、EC20控制器通过COM0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过EMERSON PROTOCOL 协议与可编程通讯，控制器为从站，通过MODBUS协议通讯。通过COM1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。

3、通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、PID数值、切换时间、 延时时间、超压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、 设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态 和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。

同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。

四、 控制部分：

1、本设备具有手动和自动两种控制方式。

2、在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。

3、PID调节：PID闭环调节实现水泵恒压运行。采用EC20的PID指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力低于用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。

4、零流量停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水直供，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果极其显著，可达20％- 70％以上。

五、 PLC程序要点

1、压力调节：通过CONTROLSTAR编程软件中PID指令向导，自动生成PID_SET和PID_EXE 2个子程序，其中PID_SET是参数设置程序，PID_EXE是PID调用，见下图：

2、 变频器控制

CONTROLSTAR编程软件有专门的变频器指令，可实现EC20和艾默生变频器的无缝连接。

2.1 通过系统块界面设置EC20的通讯端口1的自由口协议参数，包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位、帧间超时时间等。用户不需要复杂的编程。

2.2 通过“变频器连接表”可方便列出挂在端口1网络上的变频器设备。包括站号、型号、协议等。

2.3 通过集成在CONTROLSTAR编程软件中的专用变频器指令,包括FRQ（给定频率）、FWD（正转）、GET（读变频器频率、电流、转速）、REV（反转）、STP（停止），可以方便实现变频器的启停、读写频率

六、 总结：

在本案例中，我们采用艾默生高性能变频器以及先进的可编程控制器，满足了用户在无负压供水中的应用。

1、智能化程度高 微机控制全自动运行，性能稳定可靠，泵房可实现无人职守。

2、恒压：PLC的PID闭环调节，恒压精度高，将水泵的运行严格遵照高效曲线执行，从而使得系统在接近理想状态下工作，压力输出值精度有效保证在±兆帕范围内。在水压波动下，具有过载、短路、过流等各种自动、保护功能。

3、节能 变频器的零流量停机功能，使设备在管网压力达到设定值后，停机，处于休眠状态，待压力不足时，重新启动。真正实现节能功能。

4、良好的通讯方式，方便用户远距离监控、监测及控制设备和变频器等。同时利用通讯功能，不需再使用模拟量模块，安装维护方便，进一步节约成本。

一、 引言

在现代工业控制系统中，PLC和变频器的综合应用为普遍。比较传统的应用一般是使用PLC的输出接点驱动中间继电器来控制变频器的启动、停止或是多段速，采用PLC加D/A 扩展模块控制变频器的频率。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来考虑，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将是使用RS-485通讯的多倍，例如：一块FX2N-2DA（两路模拟量输出模块）价格在1000元以上，而一块FX2N-485BD（FX系列的485通讯板）价格在200元左右。而使用RS-485通讯控制，很容易实现多变频器之间的同步和比例联动运行。该系统具有成本低、信号精度高（可达变频器高分辨率）、传输距离远、抗干扰性强等特点。

二、系统配置

　　胶辊机械控制系统共使用3台变频器，分别控制行走小车，主轴，挤出机的速度。要求分为自动/手动控制，触摸屏界面为开机界面手动、自动和手动/自动选择四个界面；自动　状态时通过在触摸屏上选择不同的比例来控制3台变频器的频率和起停；手动状态时可以单独操作三台变频器的正反转和频率。

三、系统硬件组成和连接

　　根据该系统的控制要求，选用以下器件：

　　1． PLC选用日本三菱公司FX1N-14MR；

　　2． PLC485通讯扩展板FX1N-485-BD（同变频器作通讯用）；

　　3． 触摸屏为WEINVIEW MT500 5.7寸256色触摸屏；

　　4． 触摸屏同的PLC连接电缆；

　　5． 变频器采用我公司自主研发的正弦SINE003系列变频器，具有低频转距大，带载　　　　　　　　

　　　　能力强，保护功能完善等特点；

四、通讯协议

　　正弦变频器内置标准RS-485通讯接口，其通讯协议格式如下表：

表1 发送、接收数据包格式

协议格式解释：

数据包头：02H（数据包头的起始字节）

从机地址：变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（主机为工控计算机或PLC可编程序控制器等）。

状态代码：从机变频器的状态代码。即参数设定状态、运行状态、停车状态、故障状态和 工厂测试状态。

状态代码：主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如点动、启动、停车、读数据、写数据、清除故障等。。

数据地址：即变频器功能代码的地址（通讯）编号。

数据信息：数据信息的定义，范围： 0-32000。无小数点，如：若功能代码内容为10.00，发送的数据为1000，若为50.0则为500。发送方式：先发高字节，再发低字节，将数据信息双字节的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送。

异或校验：数据含义：数据帧从机地址至数据信息的异或结果。既第 2字节第3字节异或的结果与，再与第4字节异或，以此类推至第13字节。处理结果：当校验结果小于等于1FH，则校验结果加20H。

数据包尾：03H（数据包的结束字节）

（从机地址、状态代码、状态代码、异或校验的发送方式：将命令代码的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送）

五、采用三菱FX1N系列PLC的通讯程序实例如下：

图3 PLC通讯程序实例

六、变频器参数设定

　　1． 控制小车的变频器：

F1.01=2（端子控制正/反转，RUN端子ON/OFF控制正转/停止，F/R端子控制反转/停止）。

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=1（本机通讯站号设为1#）

　　2． 控制主轴的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=2（本机通讯站号设为2#）

　　3． 控制小车的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=3（本机通讯站号设为3#）

七、结束语

　　采用PLC同变频器通讯，具有接线简单，控制精度高，成本低等特点，特别适合对多台变频器的同步、比例联动以及对变频器频率精度要求比较高的场合。

一、 塑料挤出机工艺原理

1、主机

一台挤出机主机由挤压、传动、加热冷却三部分系统组成。

挤压系统主要由螺杆和机桶组成，是挤出机的关键部分；

传动系统中起作用是驱动螺杆，要保证螺杆在工作过程中具备所需要的扭矩和转速；

加热冷却系统主要来保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制。

2.辅机

挤出设备的辅机的组成根据制品的种类而定。一般说来，辅机由剂透定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分组成。

3.控制系统

挤出机的控制系统主要由电气、仪表和执行机构组成，其主要作用为：

（1）控制主、辅机的拖动电机，满足工艺要求所需的转速和功率，并保证主、辅机能协调

地运行。

（2）控制主、辅机的温度、压力、流量和制品的质量。

（3）实现整个机组的自动控制。

二、塑料挤出机的控制要点

1、 多段机筒，分多个温区分别进行jingque温度控制，可进行加热/冷却双向控制，控制精度±1℃，温度可显示和修改。

2、 喂料机、主机可进行调速控制，并显示电流、转速等参数。

3、 溶体压力可显示并进行超限报警。

4、 系统状态实时监控，各种配方参数实时修改。

5、 系统要有完善的保护，在出现过电流等异常情况时自动保护设备。

6、 按工艺要求实现互锁和逻辑控制。

三、系统配置方案

1、 主PLC采用艾默生EC10-1614BRA1，集成两路12bit模拟量输入和一路12bit模拟量输出。另外扩展EC10-4AD模拟量输入模块和EC10-4DA模拟量输出模块，系统可提供16路开关量输入、14路开关量输出、6路模拟量输入、5路模拟量输出。

2、 温度控制：温度控制由温控模块独立完成，内置加热/冷却双PID运算，并支持RS485串行通讯功能，与PLC的COM1通讯口连接，采用自由通讯协议进行数据交换，可读取各区实际温度、加热/冷却状态并在触摸屏上显示，并可在触摸屏上修改温度设定值、PID参数等。

3、 调速控制：主机、喂料机选用艾默生EV2000/EV1000系列变频器进行调速控制，独特的磁通矢量控制技术，保证电机0.5HZ时180%的启动转矩，并保证转速精度在0.5%以内。可在触摸屏上任意修改转速，通过模拟量输出模块转换为0-10V模拟量信号给定至变频器，实现主机、喂料机的jingque速度给定。同时变频器将电流、转速等参数通过模拟量输入模块反馈给主PLC，并在触摸屏上进行显示和进行超限报警保护控制。

4、 溶压显示：压力传感器输出4-20mA模拟量信号，直接连接至PLC模拟量输入接口，转换成数字量后可显示压力值，并可在触摸屏上设定报警值进行超压报警。

5、 人机对话界面：选用10.4寸真彩触摸屏，与PLC的COM0通讯口连接，采用MODBUS串行通讯协议进行数据交换，可实时显示系统运行状态，对系统设备进行控制操作，并可显示系统运行数据、报警内容、修改工艺配方等。

6、 互锁和逻辑控制：EC10系列PLC程序容量可达12K步，指令处理速度0.3us，能够根据系统工艺要求编写程序实现完美的逻辑控制。

四、控制系统特点

1、内置两个串行通讯口，可同时与触摸屏以及其它外部设备进行通讯。

2、 主PLC内置模拟量输入输出，。

3、 系统大可扩展至128路开关量和19路模拟量，扩展性好。

4、 超大的数据容量，可存储多组配方参数及其它生产参数。

五、应用总结

　　南京某高聚物装备公司是从事双螺杆塑料挤出造粒设备研发、生产和销售的公司，其控制系统广泛采用艾默生EC10系列PLC，具有很高的性价比，且稳定可靠，深受客户的好评。