6ES7253-1AA22-0XA0千万库存

6ES7253-1AA22-0XA0千万库存

一  引言
    本论文所研究的内容是某大型采石厂的技改项目，在进行技术改造之前，粉碎好的石头从15米高的粉碎作业区经过三级传送带运送到停留在地面的卡车中。石块在传送带上传送过程中时常飞溅下来，对地面操作装载人员的人身安全造成严重威胁，同时，因为传送带大型驱动电机开关瞬间存在电弧放电、工作现场噪声太大也对操作人员安全不利，因此，该采石厂迫切希望对石料的传送过程进行改进，改善作业人员的工作条件。为使该采石厂实现装车过程全部自动化，作者研究和设计了一套远程自动控制系统。该系统已经在某大型采石厂得到了实际应用，成功实现了控制面与操作面的分离，工作人员安全有了可靠保障。
二 系统功能
    系统功能如图1所示。初始状态当空车停留在装载区时，绿灯（L2）灭，红灯（L1）

亮，表示可以开始装料，此时，进料阀门（K1），料斗阀门（K2），电动机（M1，M2，M3）皆为OFF状态。系统开启后，进料阀门K1打开料斗进料，石料经过6s搅拌后，出料阀门打开，同时传送带驱动电动机M1运行；经过2s后，电动机M2运行；再经过2s，M3运行，依次顺序起动送料系统。物料通过传送带的传送，装入汽车。进料阀门K1打开后，如果装料过快，料斗中原料快溢出时，检测开关S1=1（打开），进料阀门K1关闭。当汽车重量达到额定数值后，称重开关S2动作，料斗进料阀门K1关闭，10 s后出料阀门K2关闭，每过一个2s后M1，M2，M3依次停止，M3停止同时L2亮，L1灭，表示汽车可以开走。
三 硬件系统设计
1．下位机设计选用
    由于自动送料装车系统这个控制对象的控制量为开关量，而且控制的量比较少，在保证正常工作的前提下，基于性价比的原因选用超小型PLC低档机。而松下电工FP0系列C14就是一款性能的超小型PLC低档机。它的编程口为RS232口，可直接与计算机相连，无需适配器，程序存储容量5K。
2．上位机设计选用
    在系统中，上位机主要完成管理功能。基于此，设计选型时，用PC代替工控机。PC价格便宜，操作方便，内存大，人机界面友好，带有标准的 RS－232 通信口，易于和FP0型PLC相连。而工控机目前价位较高，出于经济性考虑本项目没有采用工控机，PC完全可以满足要求。
3．PLC与上位机的联接
    系统的通信设计选用点对点结构。由于FP0型PLC的通信口和编程口共用一个RS232接口，故采用RS232-RS232的编程电缆作为PC与PLC的连接线，通信距离可达15，能够满足工作现场要求。
四 软件
1．PLC控制程序设计
步 确定输入、输出点数并连接线路，PLC外部端子接线如表1所示；

第二步  根据系统的功能要求绘制程序流程图，如图2所示；

图2 PLC内部程序流程图
第三步 根据流程图编写PLC内部程序，在此从略，梯形图程序可向作者索取。
2．PLC通信协议及其实现
     要想实现对PLC的远程控制就必须研究PLC的通信协议，从而使PC机发出的指令能够被PLC识别并做出正确的响应。松下FP系列PLC通信数据格式如下所示：
指令信息（PC发出）

PLC应答信息(正常时)

PLC应答信息(发生错误时)：

   注： “ % ”为起始符号,标记每一帧报文的开始； “ CR ”为结束符号,标记每一帧报文的结束； “ AD ”为每一站PLC的地址,用两位十六进制数表示,如 01 则代表台PLC； “ # ”, “ $ ”, “ ! ”标记该帧报文为何种类型,其分别对应为:指令信息,应答信息(正常),应答信息(错误)； “ BCC ”为校验码,为两位十六进制数。
    根据PLC通信协议要求，笔者运用VB语言编写了一个高效的通信控件FPComm,运用该控件，在PC上可以方便的对PLC的内部继电器R、积存器DT、通信端口进行设置和状态读取。通信控件的VB代码可向作者索取。
3．PC控制面设计
    在根据通信协议要求编写完VB通信控件之后，控制面设计工作就变的非常简单了，只需运用VB自带的基本控件就可完成设计任务，在此不再赘述。需要强调的一点是：必须把事先编写好的通信控件添加到控件库中然后再调用此控件才能完成通信，否则通信报错。
五 结语
    该系统经过实际运行，其工作可靠、稳定。某采石厂应用该系统后，取得了如下两方面的效益：一是保证了操作人员的安全，RS232的有效通信距离达15米，完全可以实现控制面与操作面的分离，操作人员不必再亲临现场；二是大幅度提高了工效，采用该系统之前，一辆载重10吨的运输车平均装车时间为20分钟，采用该系统之后，平均装车时间缩短为9分钟，在大批量装载车辆时优势更加明显。

随着现代企业的不断进步和发展，效益大化是企业永恒的主题。利用新技术提高企业生产装置的管理水平和节能降耗已是各企业的手段之一。本文主要介绍了PLC控制器与变频器调速原理，并说明PLC控制器与变频器技术在MQ12T门机上的应用情况，分析了使用PLC控制器控制变频器调速后的效果，即在调速范围内方便连续控制。使得各机构运行平稳，机械冲击力小，延长了门机使用寿命，减少了故障发生率。
关键词：PLC 控制器 变频器 门机 应用
1.引言
   PLC技术是一种基于PC的新型控制技术，它具有开放的体系结构、强大的网络通讯能力和更强的数据处理能力，能较好地满足现代工业自动化的要求，是目前工业自动化领域研究的热点之一。变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在门机、行车设备、过程控制、电梯等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益。
国投连云港码头有限公司33号泊位原有的1台门机是建厂初期建设的，主要担国投公司的固体物料进出装卸任务。随着国投公司的发展，门机的使用频率越来越高，一直满负荷、超负荷的作业。随着使用时间的延长，门机的故障率开始上升，经常过流使主接触器触头烧坏、粘连在一起造成缺相或短路故障。同时原门机电气控制使用了大量的继电器、接触器，电气结构复杂，维护困难，不易调整，故障率高。采用电机转子串联切割电阻，进行有级调速，使得门机工作时极不平稳，并且能耗大（因为能量消耗在串联的电阻片上了）、效率低。因此公司购买了2台新门机MQ12T上采用了先进平稳的无极变频调速技术。
2．PLC控制器与变频器调速原理
2．1 PLC控制器
    PLC是可编程控制器的简称，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是1台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为1个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行3个阶段，见图1。
 
   在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮、开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I／0(输入／输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I／0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I／0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈、接触器、信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真正输出。
2．2 变频器调速原理
    变频器简单地说就是将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交一直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直一交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。转子的转速计算公式如下：
n= 60×f×(1-s)／p     (1)
式中：n -- 转子的转速；
f --定子频率；
s -- 异步电动机转差率；
p -- 磁极对数。
    由式(1)可知，异步电动机调速的途经有改变磁极对数、改变转差率和调整输入频率。改变电机的磁极对数实际上就是改变定子旋转磁场的转速，加上电机的磁极对数是相对固定的，所以只有通过改变定子绕组的接法来实现。但是这种方法的缺点是显而易见的，主要是：多只有4挡调速，不能得到佳的运行效果，负载能力下降，工作效率下降，调速时必须改变绕组的接法，故控制电路比较复杂。改变转差率是通过在转子电路中串联电阻来实现的，这种方法只能用于绕线式电机，其缺点是因为要串联的电阻在电机外部，在电机的结构上就必须加入电刷和滑环，增加了故障率，同时调速电阻上将白白地消耗掉许多电能，调速后的机械特性比较“软”，不理想。
    而改变电动机定子侧供电电源的输入频率，即可改变电机的同步转速和电机转子额定转速。但频率下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制，该协调控制的装置就称为变频器。在起重机上调速，电机产生的大转矩不能变，这就需要维持磁通不变。现在使用的jingque交流控制系统多为矢量控制，其基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转距和磁场2个分量，经过坐标变换实现正交和解耦控制。直接转矩与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是采用瞬态转矩的控制方式，把转矩直接作为被控制量来控制，其性能类似于他励直流电机特性。
3 系统工作构成
3．1 系统组成
    MQ12T门机的变频控制器采用日本安川公司VARISPEED G7系列变频器，该变频器采用了适合于起重作业的DTC直接转矩控制理论。起升机构为双钩2台90 kW 变频电机，2台CIMR-G7A4132变频器；变幅机构为1台30 kW 变频电机，1台CIMR-G7A4045变频器；旋转机构为2台22kw 变频电机，2台CIMR-G7A4037变频器；行走机构为4台11 kW 变频电机，起升和大车行走共用1台CIMR-G7A4132变频器。PLC控制器采用欧姆龙公司可编程控制器，有1个CPU模块，1个通讯模块，2个电源模块，7个输入模块，3个输出模块，它与日本安川公司VARISPEED G7系列变频器之间的数据交换。
3．2 系统工作原理
门机的运行过程首先是全车通电，PLC控制器和变频器得电后，进行初始化自检和诊断。在PI C控制器输入模块和输出模块上有相应的灯亮，代表一切正常，具备开机条件。通过PLC控制器指示灯的反应，能够使维修人员很快的找到设备故障点。开机时PLC控制器先将接收到的驾驶室操纵杆信号，转换为调速系统可直接处理的数字信号，然后通过Profibus现场总线网络传送到相应的变频器上，在完成PLC控制器对变频器控制的同时，还将变频器的运行状态，通过通讯网络Profibus现场总线，反馈到PLC控制器上，实现对整机状态的实时控制。变频器将所得到的信号再处理后输送到下端变频电机，使电机平稳的起降、旋转作业，终将货物装卸完毕。
3．3 电机选用
    在电动机的调速系统中，应注意电机在低速运行时的发热和散热的规律及状况。普通电机主要是利用转子上的叶片来散热，当转速下降时，散热效果将变差，从而会影响电动机实际的带负载能力。因此，电机选用变频电机，该电机的散热是靠一个独立的风扇电机来完成的，这就比原使用的电机在性能上又有了很大的提高。
4. 使用效果
    由于使用专用的DTC直接转矩控制方式变频器，和变频器专用电机组成的调速系统，在性能上已经达到和超过直流伺服系统，升降、变幅、旋转速度可精细调整，各项位置精度得到提高。采用鼠笼式变频电机，大大减少了电机的维护工作量，同时电气控制系统得到简化，省去了频繁工作的交流接触器和电机正反转接触器，解决了频繁更换元器件的问题。改造前装卸每吨物品用电量为0．28 kW •h，改造后装卸每吨物品用电量为0．22 kW •h，电能的消耗明显下降，降低了生产成本。

1、 引言
　　随着社会经济的发展，工业的迅速兴起，使得一些10KV配电系统大幅度增加，配电系统的简便性、可靠性、安全性、节能性、性价比显得尤其重要。
　　目前，传统的10KV配电系统还是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式，而采用PLC（可编程序控制器）系统集中控制和集中监测计量方式，有利于提高配电系统的运行管理自动化水平，保证配电的安全稳定，还能减少运行人员的工作强度提，安全可靠。　　
2、 继电器系统和PLC系统的比较
　　PLC（可编程序控制器）是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器，由于它编程灵活，功能齐全，应用广泛比继电器系统的控制简单，使用方便，抗干扰力强，，工作寿命高，而其本身具有体积小，重量轻，耗电省等特点。继电器系统有明显的缺点：体积大，可靠性低，工作寿命短，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对于生产工艺的变化的适应性差，不便实现集中控制；而PLC的安装和现场接线简便，可以应用其内部的软继电器简化继电器系统的繁杂中间环节，实现软接线逻辑构成系统，方便集中控制，除此之外，PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能，便于操作和维修人员检查。
　3、 集中控制、集中监测计量在10KV配电一次系统中的应用举例
　　在一个10KV配电一次系统中，有两台1000KVA变压器并联运行。图1为该配电一次系统的原理图。
 
图1 10KV配电一次系统原理图
　　3.1 PLC在集中控制中的地位
　　在配电一次系统中继电器系统主要集中在总受柜和变压器配出柜内，应用PLC系统来代替继电器系统，可以减少柜与柜之间的硬连线，省去很多继电器，简化工艺，降低系统制作成本，提高配电系统的可靠性，安全性和节能性。PLC系统框图如图2所示。
 
图2 PLC系统框图
　　PLC是整个系统的神经中枢，所有控制，保护，工作状态指示都通过PLC内部的虚拟继电器通过软连线配合外部给定开关量和信号来完成。控制电压在安全电压以下，可以提高工作的安全性，远离高压室进行操作，可以避免工作人员的误操作，一站式控制，可以提高工作效率，减少工作人员的劳动强度。用两条现场总线就可以实现整个系统的信号传输，通过PLC的工作状态和报警指示，便于工作和维修人员的故障排除。另外，与继电器相比，PLC的免维护性高，工作寿命长。
　　3.2 PLC的I/O分配
　　10KV配电一次系统中，除了上电断电控制外，还有对变压器的过流，欠压和瓦斯保护。我们以欧姆龙CAMP2AH40点的PLC为例进行I/O分配，如表1所示。上断电控制是开关量，选用控制按钮即可，过流，欠压和瓦斯保护涉及自动检测技术，选用智能传感器来实现，可以提高保护的可靠性。



1#过流检测11.001#重瓦斯报警指示0.091#欠压检测11.012#过流报警指示0.101#轻瓦斯检测11.022#欠压报警指示0.111#重瓦斯检测11.032#轻瓦斯报警指示1.002#过流检测11.042#重瓦斯报警指示1.012#欠压检测11.05事故音响1.022#轻瓦斯检测11.06备用1.032#重瓦斯检测11.07备用1.04备用1.05备用1.06备用1.07备用1.08备用1.09备用1.10备用1.11备用

表1 PLCI/O分配表
　　3.3 10KV配电一次系统集中控制、集中监测计量的设计
　　配电系统是供电网的神经中枢。配电系统的正常工作和我们的生活保障及工作秩序密不可分，这就要求它有更高的可靠性；配电系统的智能化、节能、操作简便、方便维护是经济高速发展的需要；配电系统操作和维护对工作人员的安全系数要求更高、劳动强度更低和设备的性价比更高是用户所希望的。综合以上几点，我们对10KV配电一次系统作了如下改进，应用PLC对系统的总受柜、配出柜实现集中控制，应用数字仪表对系统进行集中监测计量。改进后的10KV配电一次系统框图如图3所示。
 
图3 10KV配电一次系统框图
　　改进后，以综合柜为工作平台，在值班室，工作人员可以对高压室运行状态进行控制，既方便又安全；工作人员可以随时对监测仪表和计量仪表以及工作或报警状态进行记录，巡查，既方便又及时明了，还可以减少劳动强度。
　　采用微型计算机PLC实现继电保护和控制系统的操作，大大提高系统的自动化水平和可靠性，同时更加便于系统的集中控制和监测，方便了系统的信息化管理，大大降低成本，提高了工作的效率，具有一定的推广意义。