西门子6ES7307-1EA01-0AA0安装调试

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  1.引言

    随着我国经济的快速发展，全国各地区的冷库也逐渐增多。不过当前仍然有很多冷库采用传统的继电接触器控制系统，这种控制方法采用纯硬件接线来实现各种控制逻辑，接线比较复杂、功率损耗高、工作可靠性差、使用寿命短，而且其通用性、灵活性较低。可编程控制器（以下简称PLC）自产生以来，就以其编程简单、可靠性高、通用性好、功能强大、开发周期短、体积小、使用方便等优点，逐步在各行业，尤其在工控领域获得了广泛的应用。本文介绍了omron公司较新的PLC产品和台达的人机界面（Human-Machine Interface，以下简称HMI）产品在冷库控制系统中的应用。采用PLC和HMI,以软件编程代替多数硬件接线，以人机对话代替大多死板的硬件逻辑，使冷库的控制和运行达到了较理想的效果，有利于大大减轻工人的劳动强度，使控制系统更可靠、更经济、更人性化。

    2.三并联冷库系统的控制要求

    2.1 单台压缩机的启动停止过程
    三并联冷库的控制的核心是对压缩机的控制，系统使用了三台同规格同型号的压缩机。压缩机的启动停止过程如图1所示。

     压缩机的启动台数可预先由HMI设定，可以只启动一台，可以是两台，也可三台均启动。两台或三台压缩机的启动间隔时间为5s。启动时，运行时间的*短的压缩机优先启动，运行时间*长的压缩机*后启动，见图2。另外在运行过程中，压缩机因压力降低而逐渐按压力设定值停机后，又可按压力回升的情况逐渐恢复启动，见图3。

    2.2 冷库系统的启动和停机控制要求

    三台压缩机的停机有按时间方式停机，也有按压力方式停机。按时间停机各台之间也间隔5s，运行时间*长的压缩机优先停机，运行时间*短的压缩机*后停机；按压力停机时，停第一台、停第二台和停第三台的停机压力设定值依次降低，按压力停机的回气压力值可预先由HMI设定，见图3。

     按回气压力停机时，各压缩机之间并非间隔5s停机，而是按压力下降至设定值时逐步停机。当系统在未关断水泵、冷凝风扇及压缩机模块电源前，回气压力回升至启动压力值时，会重新启动压缩机。三台压缩机都可以单独急停，也可单独复位启动。
 
2.3 冷库系统的保护环节及故障的控制要求
    系统的模拟量、开关量保护优先级别分为两级,具体叙述如下：
    一级模拟量：高压保护压力设定为19bar，范围为0～30bar；低压压力保护设定为-0.5bar，范围是-0.65～10bar（压力值通过HMI设定）；
    一级开关量：蒸发冷水泵过载、油位故障、水流量开关故障，三台压缩机均不得启动，若在运行中发生上述故障，三台压缩机全部停机，HMI上显示故障内容；
    二级开关量：1#～3#空开跳脱、高压控制开关、低压控制开关、压缩机过载、保护模块故障、油流量不足以及油压差故障。
    系统发生故障后，HMI可显示并查询故障内容，且有报警输出。HMI可消音停止报警，见图4。

    冷库系统的故障分为一级故障和二级故障。一级故障出现后，三台压缩机全停，延时30s，25%电磁阀也全部断电。此时系统并未全停，直到按下屏幕停止按钮后延时30s才将蒸发冷水泵、蒸发冷风机及压缩机模块电源全部断电。若在按下屏幕停止按钮前，一级故障已经修复，则可用屏幕上的一级故障复位按钮使压缩机重新按时间顺序依次投进运行，见图5。

     二级故障一旦出现，则停相应的压缩机，其它压缩机继续工作，等出现的故障修复后，所停的压缩机也可通过二级故障复位按钮自动参与运行。见图6。

      2.4 油泵及冷凝风扇的启动和停机控制要求

     油泵的启动须在有压缩机启动主交流接触器工作后方可启动，即只要有任意一台压缩机的主接触器得电动作了，油泵就会启动。在油泵答应启动的条件下，油泵的启动和停止由系统的高压排气压力决定，控制要求见图7。

     蒸发冷凝风扇的电机为双速电机：10级和12级。两级之间应互锁，蒸发冷凝风扇的控制要求见图8。

     蒸发冷凝风扇和油泵在系统启动后，即按下屏幕启动键后，开始检测系统高压排气压力，各压力值均可根据需要在HMI中设定。图中为默认设定好各压力值时的情形。系统的模拟量就是回气压力（低压）和排气压力（高压），通过压力的变化来间接反映温度的变化。分别由两个压力传感器来检测。其中压力传感器1（规格为-0.65～10bar、2.93～20mA）用于检测低压回气压力，控制压缩机的启动和停止；压力传感器2（规格为0～30bar、4～20mA）用于检测高压排气压力，控制蒸发冷风机和油泵的启动和停止。

     2.5 其它控制要求

     控制系统要求HMI显示和设定系统工作的日期、星期和时间；要求HMI能具体显示各输出设备的状态，并简单动画演示压缩机是否工作和动态显示压缩机工作时间；要求HMI实时显示系统的低压回气压力和高压排气压力值；要求HMI能具体显示故障信息并方便查询故障；要求系统需要设定的压力值和时间值都可通过HMI设定。考虑到**用户在拿到并使用产品后，可能未定期如数支付货款，产品要求还具有“设定和取消使用期限限制”的功能。若用户未能一次付清货款，可设定产品使用期限，等用户支付完货款后又可取消限制。控制系统所需要的PLC的输进输出总点数见表1：

      表1 控制系统需要的输进输出

3.PLC的选用及程序设计

     3.1 PLC的选用

     根据以上控制要求，分析控制系统需要的开关量输进输出点数和模拟量输进点数，可以看出，所选用的PLC需要有32个以上开关量输进点、32个以上开关量输出点、2个以上模拟量输进点。因此可考虑选用OMRON公司CP系列的CP1HXA40CDR-A型PLC，见图9。

    该CPU单元内置输进24点、输出16点；内置模拟电压/电流输进4点，模拟电压/电流输出2点；通过扩展CPM1A系列的扩展I/O单元，CP1H整体可以达到*大320点的开关量输进输出。采用该型号PLC实现三并联冷库控制，只需要再购买两块符合控制点数要求的CPM1A系列的扩展I/O单元（可选CPM1A-20EDR和CPM1A-16ER或者选CPM1A-20EDR和CPM1A-8ER两个数字量混合输进输出扩展单元，见图10）外，不需要另外购买其它PLC特殊模块（如单独的模拟量模块）。这样，系统控制功能的实现更加经济、简洁、方便。

      3.2 PLC I/O地址分配

      PLC确定好以后，根据控制系统所需要的开关量输进输出点进行编号，见表2。

     表2 三并联冷库控制系统CP1H PLC I/O 定义及编号表

3.3 PLC内建模拟量的预设
    PLC内建模拟量的读取必须先在PLC CPU单元以及CXProgrammer编程软件中进行预设，否则控制程序无法按要求正常运行。以下是关于内建模拟量的预设情况。首先，根据控制系统选用的压力传感器的规格要求（压力传感器1规格为-0.65～10bar、2.93～20mA；压力传感器2规格为0～30bar、4～20mA），将内置模拟量输进切换开关均设为ON，即电流输进（实际使用时只需使用模拟输进1和模拟输进2两路），见图11。然后，在CX-Progammer编程软件中选定各模拟量的量程为0～20mA，设定内建模拟量的分辨率为6000或12000，本控制程序设为6000，见图12。需要留意的是：编程软件需要CX-Programmer6.1及以上版本方可适用于omron CP1H型PLC，见图13。

     3.4 PLC的控制程序设计

     PLC的控制程序主要有：模拟量采集与比较程序、压缩机工作时间统计与比较程序、一级故障和二级故障检测、报警与故障停机程序、冷库系统及压缩机正常启动程序和正常停止程序、压缩机运行动画显示程序以及系统加密违约限制程序等，其中有些程序需要结合HMI方能更方便地加以实现，见图14。

    为了更轻易分析、理解、检索和修改编制的程序，需要对程序中用到的大多PLC内部软继电器进行编号和定义，同时还需要对程序中用到的定时器或计数器，尤其是HMI中需要设定数值的定时器进行编号和定义。