西门子CPU主机模块6ES7215-1AG40-0XB0

西门子CPU主机模块6ES7215-1AG40-0XB0

方案设计 

根据以上对新机XJ4142胶印机和台达EH系列PLC功能的分析，我们与中达电通公司合作，提出了一种采用两个EH系列PLC分别作为主站和从站，把台达文本显示器、人机界面及四个B型变频器与PLC通过通讯口连接在一起，构建成新型电控系统。 
台达EH系列PLC采用双处理器芯片设计架构，运算处理速度非常快。它除了两个内置的串联通讯口（COM1：RS-232，COM2：RS-485）外，还可以扩展一个通讯口COM3。在指令的处理速度方面接近国外的高档PLC，而内置通讯口比国外品牌多。台达DVP—PLC专门对RS-485通讯口开发了多种MODBUS串联通讯便利指令，其中台达EH系列PLC具有EASY bbbb功能，可以在台达PLC、变频器之间进行组网控制。 

2.2系统的特点 

（1）主电机为全机各个部分提供传动动力，要求低速能满负荷启动，机器印刷时要求速度可以调节并且速度稳定性要好，所以选用台达V系列高性能磁束矢量控制变频器。 

（2）胶印机在纸张上印刷时需要先给印版上水和上墨，版面上的水量在印刷时需要经常调节，所以选用四个台达B系列变频器来控制四个印刷机组的出水辊电机的速度。 

（3）本机设有一个主控制台电箱和一个主电柜，主控制台电控箱在输纸机的操作侧，主电柜在传动侧；其中主站PLC在主控制台电箱里，从站PLC在主电柜里。主站PLC主要用于输纸机和一二色印刷机组的信号采集及处理。从站PLC主要用于主电机变频器控制、三四色印刷机组和收纸机的信号采集及处理。主站PLC和从站PLC通过RS-485通讯线连接。主控制台电箱里还有一二色印刷机组的出水辊变频器，主电柜里有主电机变频器和三四色印刷机组的出水辊变频器。一二色出水辊变频器和主站PLC采用RS-485通讯线连接和控制。三四色出水辊变频器和主站PLC采用RS-485通讯线连接和控制。这样四个印刷机组的出水辊变频器和从站PLC都作为从站和主站PLC就组成了RS-485通讯网络。利用台达PLC的EASY bbbb功能可以实行1：N控制。主电机变频器从安全可靠方面考虑仍采用I/O控制，参见图1。

 
图1 电控柜

（4）显示采用台达TP04文本显示器和DOP-AE10THTD人机界面，文本显示器在主控制台上，主要显示和调节机器速度，显示印刷计数，机器运行状态监示和故障指示。人机界面在机器*后边的看样台上。除了有文本显示器显示的内容外，还可以对机器进行操作，四个印刷机组的水量可以在这里集中显示和调节，还可以对四个机组的印版进行套准显示和调节。文本显示器和主站PLC的COM1口采用RS-232通讯，人机界面和主站PLC的扩展通讯口COM3采用RS-485通讯，主画面设计参见图2。

 
图2 人机界面

3 控制系统结构 

3.1硬件系统构架

3.2 通讯控制软件构架 

利用PLC EASY bbbb编程实现1：N主从通讯控制软件构架：

4 技术参数设计 

4.1 变频器参数设计 

水辊变频器参数；设定频率和运行控制来源为通讯RS485输入，设定通讯站号，通讯传送速度，通讯资料格式。变频器里设置的通讯传送速度、通讯格式必须与主站PLC里程序设定的通讯传送速度、通讯格式相同。 

4.2 工艺参数设计 

工艺参数人机界面设定；人机部分主要实现人参与控制系统的途径。它主要包括：显示部分、设定部分、操作部分、历史故障部分；其中设定主要是主机速度设定、四色机组水量设定、四色机组印版套准定位。 

5 调试总结 

变频器里设置的通讯传送速度、通讯格式必须与主站PLC里程序设定的通讯传送速度、通讯格式相同。 

台达PLC bbbb设置为自动模式并启动后，主站就开始侦测所有连接的从站共有几台。为了提高通讯连接的可靠性，在主站PLC的程序里加入一段延时程序，等整个系统上电稳定后，再启动PLC bbbb。 

当个别从站工作不正常时，为了检查这些从站是否与主站PLC通讯连接成功，可以用电脑连上主站PLC，在台达PLC编程软件里采用“装置监控”命令，分别监视各从站是否有bbbb连接的标志寄存器

系统用于酒店，小区高层供采暖/生活热水。系统采用循环控制自动调节，保证恒定温度和压力。系统根据室外温度和设定的供水温度循环控制供热流量，根据管道回水压力波动，控制供水泵组中单台电机的转速或多台电机的投入及退出，使管网主干出口端压力始终保持恒定．以满足用户对高性能、高质量供水的要求，并使整个系统始终保持在高效节能的**运行状态。 

2 基于PLC技术的恒压供水系统设计 

1.1供热机组自动控制技术要求 

（1）供热机组自动显示功能：一次供水流量，压力和温度；一次回水压力和温度；二次供水压力和温度；二次回水压力和温度；水箱水位；循环泵，补水泵故障警报；二次供水压力和温度过高和过低报警；二次回水压力和温度过高和过低报警；水箱水位过高和过低报警。 

（2）供热机组自动控制功能。根据二次供水温度和室外补偿温度调节，一次供水流量达到二次供水温度恒定；停电自动关闭一次供水；二次回水恒压运行；自动上水；系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可远程报警。 

1.2生活热水机组自动控制 

（1）运行功能。自动变频：用于水泵正常供水的工作状态；手动变频：用于系统调试，手动控制变频；手动工频：自动控制失灵。切换到手动，工频控制水泵；故障报警：系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可报警；显示：数码显示器可显示频率，压力，电流，电压等数字信号。变频运行定时切换：当一台水泵连续运行达到一定时间，自动变频启动另一台水泵，前一台水泵自动停机，保障每台水泵的磨损系数。如果系统主泵数大于2台，则此过程依次轮换。切换泵时候需要一定的延时，保证电气安全，防止电流冲击。 

（2）恒压供水控制。循环方式控制水泵恒压运行；变频，工频自动转换：系统用水量超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。当变频器控制的电机满足不了设定流量要求，此时变频器输出频率逐渐上升，直到工作在设定的上限频率，如压力仍达不到设定值，由可编程控制器，通过PID运算得到输出量给发出速度控制指令。如系统用水量超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。 

供水系统结构参见图1。二次供水温度PID控制比例阀的开口（热水流量阀）回馈二次温度。二次回水压力，控制回水压力（变频器）回馈回水压力。

 
图1 生活热水系统结构

（3）系统特点。自动化控制避免用水高峰压力不足，用水量少时恒压防止管网压力过高爆管，实现无人看守；可以利用变频技术显著节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大；安全卫生。系统实行循环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 

2系统电气设计 

主控制器选用PLC,自动化程度高,简化了线路。开关量(包括启动停止按纽,限位,故障,频率检测等)输入24点;输出10点；模拟量检测11路(压力.温度,水位)；模拟量输出2路.分别控制变频器和比例阀,控制系统压力和流量。主控制电路如图2所示。

 
图2 主控制电路

2.1 PLC控制电路设计 

（1）配置设计。根据系统控制需求分析, 电气系统配置如图3所示。

 
图3 电气系统配置

（2）CPU单元设计。PLC选取台达CPU单元DVP48EH：24 IN/24 OUT，CPU单元控制电路如图4所示。

 
图4 CPU单元控制电路

（3）扩展单元设计。1个4通道AD输入2通道AO输出模拟量扩展单元06XA-H，2个4通道AD模拟量扩展单元04AD-H ，模拟量控制电路如图5所示。

 
图5 模拟量控制电路

2.2 人机界面设计 

人机界面选取台达7.5”彩色触摸屏。人机界面（HMI）可显示工艺流程、工艺参数和设备状态，HMI图形接口友好，只需直接对图示进行手动点触操作，因此操作简便灵活。 
具体画面规划如下: 

（1）开机画面说明：系统上电后，在人机界面上显示如图6所示画面，按画面提示进入各个子画面界面。

 
图6 开机画面

（2）参数设定画面说明。可以设定二次供水温度，3位加一位小数；二次供水压力，1位加2位小数，单位MPA；同时可以设置温度和压力的高限和低限。 

（3）控制画面说明。1#循环泵启动和停止，2#循环泵启动和停止；手动变频可以直接设速度，同时也可以用增加按钮和减小按钮来手动调节速度；校表功能可以调节各种表的系数；PID参数可以来调节系统的PID参数比例/积分/微分，积分饱和限制等。 

其它画面包括：当前警报；历史警报；历史趋势；系统数据说明（图7）等。

 
图7系统数据说明