廊坊西门子S7-1200代理商

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  　在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣，操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用先进的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。中国是农业大国，把性能稳定、质量可靠、功能强大的控制产品应用到市场巨大的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积极的影响。
    液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了极大的方便和可观的经济效益。由于该产品一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提供了较高的要求。
    
    该液压打包机控制系统由核心控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，核心控制单元采用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。
    采用G3系列PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的可靠性，根据用户的实际需求，可将经常出现故障的开关按钮转移到人机界面上。
    液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预卸控制回路和开关门控制回路等，通过PLC程序控制，使它们协调动作共同完成打包、送料、预压、提箱、脱箱、出包、接包等工作。整个过程全部实现了自动化，有效地减轻了工人的劳动强度，提高了打包机的生产效率。
    该控制系统已经成功应用在农用液压打包机上，提高了设备运行效率和安全性。从液压打包机在现场的运行情况来看，和利时的小型一体化PLC质量可靠、运行稳定、运行效果良好，能适应农机现场的恶劣环境，显著提高了农机设备的自动化水平，具有很好的推广价值。

一、原系统分析

    株洲硬质合金厂空调系统共有溴化锂机组两台，其中冷冻水泵2台功率为200KW，采用自耦降压启动。操作工根据负荷情况开1台或2台。单台水泵大输出流量为600m3/h，系统全开时为1200m3/h。现水泵运行出口压力为4.5-9kg，小流量需求为200m3/h，大流量需求为950m3/h。压力波动较大的原因为，冷冻水泵流量不能根据负载变化调节，一旦后级工段冷冻水量减少水泵出口压力就会急剧上升。冷冻水在管路里快速循环未充分换热就回水，造成回水温度低。水泵和主机都白白消耗能量。

    当1#机组开起后，1#流量必须满足低流量值200 m3/h，如果用户流量没有达到低流量值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来保证机组内有200 m3/h以上的流量。2#也如此。

二、改造控制要求：

    分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：

Ø机组冷水出口流量不得低于200 m3/h;

Ø当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;

Ø选择1#或2#泵为变频运行泵。

Ø当需求流量为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，保证300 m3/h的总流量输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保证输出用户所需的流量;

Ø当需求流量为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;

Ø当需求流量为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的流量;2#泵工频运行，输出600 m3/h的流量;旁通调节阀打开并做PID调节，保证6kg的输出压力;

Ø当需求流量为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。

    变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水流量。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出流量送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。

   同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限流量值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，极大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。

三、设备的配置

    （1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口流量、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、流量值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、流量值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。

    （2）PLC：

    PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。

    （3）PLC的配置

    主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。

     （4）输入输出设备配置

    输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。

 输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。

     （5）模拟输入输出设备配置

     利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀。

四．工作原理 

    系统采用工变频互备，另外可以灵活的选择需变频的电机是1#还是2#由KM3、KM4来完成。

五．程序要点

    EC20的COM0与EVIEW人机界面通过MODBUS协议进行通讯，COM1通讯口与艾默生的EV2000变频器进行自由协议通讯，PLC软件设置。

    COM1的自由口协议中的波特率、数据位、停止位、效验位必须与变频器中设置一样才能通讯上。EC20时刻检测着变频器的频率、电流、故障再反映到人机界面上。

    系统需恒压、恒流，所以做成双PID对变频器和旁通阀进行控制，控制的压力和流量在EVIEW人机界面上进行设置

    在现场调试过程中，发现现场的负载在每天下午五点下班时会突变，由于负载500m3/h的流量突变成几十的流量，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。

六．结束语

    本系统已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC进行控制，性能稳定，运行可靠，系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。变频器的频率在40HZ左右稳定压力，节能率达到48%。因此不但大大的提高了产品的技术含量和自动化水平，而且还极大地提高了企业的经济效率，非常具有推广价值。

　本文讨论了可编程序控制器（PLC）在纺织企业温湿度监控中的应用方法，主要阐述了系统的配置、系统梯形图的编制及模拟量的处理等问题。 


1　引　言
　　纺织厂的温湿度有严格要求，利用PLC构成的温湿度监控系统可实时监测与控制纺织厂内的温湿度变化，通过自动控制库内的空调机、除湿机的开启与关闭状态，以保证纺织厂内温湿度符合要求。温湿度监控包括：一旦上下限设定，在夏天，空调机将在纺织厂内温度高于上限时制冷，并在纺织厂内温度降至下限时关闭。冬天将在低于下限时处于制热状态开启空调机，而当温度升高至上限时关闭。本文主要考虑夏天的情况。同样，当湿度高于上限时去湿机开始工作，直到湿度接近下限时关闭除湿机，这样可自动控制纺织厂的温湿度状态。
2　系统设计
2.1　系统原理及结构
　　系统使用的是一个具有5个I/O插槽的模块式PLC，如图1示。模拟IN1模块与温度传感器相接，模拟IN2模块与湿度传感器相接，24V输入（IN）模块与开关相接，24V输出（OUT1与OUT2）模块分别通过中间继电器与空调与除湿器相连。 
2.2　机型选择与配置
　　每一个厂房有1个温度传感器、1个湿度传感器，1台空调和1只除湿器需要受控制，纺织厂内共4个厂房。总的输入点为开关量2点，模拟量8点，输出点为开关量11点。选用SZ－4型五槽框架的PLC，I/O模块为2块模拟量输入模块，1块24V输入模块，2块24V输出模块。
　
2.3　定义号分配
　　定义号是每个输入输出点在程序中的标记，一般PLC会自动根据安装槽号分配定义号，但有时模块安装位置变动时就要根据实际情况用编程器进行定义，SZ-4系列PLC中输入点用I表示，输出用Q表示。
　　定义号分输入信号和输出信号，输入信号定义，如表1示。
表1　输入信号分配表
编号符号输　入　信　号
1I0自动控制启动开关
2I1手动启动开关
3　1号厂房温度信号
4　1号厂房湿度信号
5　2号厂房温度信号
6　2号厂房湿度信号
7　3号厂房温度信号
8　3号厂房湿度信号
9　4号厂房温度信号
10　4号厂房湿度信号
输出信号定义，如表2示。 
表2　输出信号分配表
编号符号输　出　信　号
1Q1自动控制启动开关指示灯
2Q2手动启动开关指示灯
3Q31号厂房房空调
4Q41号厂房房除湿器
5Q52号厂房房空调
6Q62号厂房房除湿器
7Q73号厂房房空调
8Q83号厂房房除湿器
9Q94号厂房房空调
10Q104厂房库房除湿器
11Q11温度异常报警输出
3　软　件
　　梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应。助记符语言，也称为命令语句表达式，它与汇编语言非常近似，每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序来执行，每条语句是规定CPU如何动作的指令，它的作用和微机的指令一样，而且PLC的语句也是由操作码和操作数组成的。
　　PLC是以扫描方式从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，扫描过程按梯形图梯级顺序执行，上一个梯级的结果是下一梯级的条件。一个工程问题可分解成多个相对独立的小问题，后形成一个完整的系统。
图2　空调及除湿器的控制的程序框图
　　系统主要有温湿度监测和空调与除湿器的控制二大块功能。温湿度的监测每隔一定时间要进行数据记录，存储到数据寄存器区，在数据寄存器区需要设置一个数据指针，指向当前存储的地址，每存一次，指针向下移动一次，直至数据寄存器区未尾，再初始化，从头开始，每测一次，计时器要记录下次的测试时间，当到达24点时复位为0点。由于存储几个月的温湿度数据，若想长期保存，可把数据送至其他设备如微机长期保存。数据监测部分的程序框图
4　模拟量的处理
　　系统采用的是0～5V的模拟量输入模块，输入阻抗为20MΩ，占用16个输入点，共有4个通道，因此8个信号需要2块模拟量输入模块，该模拟量输入模块的采样精度及速度均较高，对应于模拟量输入模块的安装位置，有特定的模拟量数据设定寄存器，可在该寄存器中设定使用通道数，数据存放开始寄存器号。设定寄存器号，如表3示。
表　3
模块安装槽号1234
使用通道数设定R7660R7661R7662R7663
存放数据开始寄存器设定R7660R7661R7662R7663
4.1　使用通道数设定
　　在设定使用通道数和数据存放形式：
　　高位为0：BCD形式存放，高位为1：BIN形式存放。例如0400代表4通道数据，以BCD形式存放。
4.2　数据存放开始寄存器设定
　　用BIN数据设定数据存放开始寄存器号，可设定为R0～R177、R1000～R1177、R2000～R3773。例如0400代表数据存放开始寄存器为R2000。
　　模拟模块被安装在0号和1号槽。
5　结　论
　　使用可编程序控制器（PLC）控制厂房温湿度，具有可靠性高，运行稳定，抗干扰性能强等特点，对于模拟量的处理较方便，但是各输入输出信号之间应有较好的隔离方法，如模拟输入模块信号可用光电隔离，输出信号通过中间继电器隔离，再控制强电设备，这样可防止各输入输出信号之间的相互干扰，同时也可防止对前端设备的信号干扰，上述方法成功地解决了纺织厂温湿度的自动监测与控制问题，在其他自动监控系统中也可以应用。