6ES7223-1HF22-0XA8选型说明

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1、引言

近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益tigao，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、liuliang等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。

通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，但是，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，因此，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。

2、变频器简介

交流电动机的转速n公式为：

式中:f—频率;

p—极对数;

s—转差率(0～3%或0～6%)。

由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。因此变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。同时还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，因此变频调速方式拥有广阔的发展前景。

3、PLC模拟量控制在变频调速的应用

PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。

在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。

下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。同时选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。

图2为变频器的控制及动力部分，这里的变频器采用三菱S540型，PLC的模拟量速度控制信号由变频器的端子2、5输入。

3.1系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题

（1）模拟量模块输出信号的选择

通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。

（2）模拟量模块的增益及偏置调节

模块的增益可设定为任意值。然而，如果要得到大12位的分辨率可使用0~4000。如图3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。

（3）模拟量模块与PLC的通讯

对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。

附表BFM的定义

从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：

#16为输出数据当前值。

#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。

b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始

（4）控制系统编程

对于上例控制系统的编写程序如图4所示。

在程序中：

1)当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时，通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时，通道2数字到模拟的转换开始执行。

2)通道1

将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);

将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;

使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;

将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;

使BFM#17的b1=1;

使BFM#17的b1由1→0，执行通道1的速度信号D/A转换。

3)通道2

将保存第二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);

将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;

使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;

将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;

使BFM#17的b0=1;

使BFM#17的b0由1→0，执行通道2的速度信号D/A转换。

4)程序中的K0为该数模转换模块的位置地址，在本控制系统中只用了一块模块，因此为K0，假如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块，则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。

（5）变频器主要参数的设置

根据控制要求，设置变频器的运行模式为外部运行模式，运行频率为外部运行频率设定方式，Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V，所以，Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。

3.2注意事项

(1)FX2N-2DA采用电压输出时，应将IOUT与COM短路;

(2)速度控制信号应选用屏蔽线，配线安装时应与动力线分开。

4、结束语

上述控制在实际使用过程中运行良好，很好的将PLC易于编程与变频器结合起来，当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同，比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时，只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。

　罗克韦尔自动化注册商标为CENTERLINE的智能化MCC（智能化马达控制中心），自1971年开始投入市场。它采用独特的中央母线设计，内嵌先进的网络总线DeviceNet，器件上采用罗克韦尔自动化的接触器、马达软启动器、交流变频器和PLC等产品，构成了结构合理、占地面积小、包含各种先进的自动控制设备、现场总线控制的完整的自动化系统控制装置。经过二十多年的努力，智能化MCC以其良好的质量以及信誉保障，已被广泛用于冶金、纺织、轻工、石化、电力等厂矿企业以及交通运输和市政建设等行业。在中国西部大开发的重点工程百万吨氯化钾项目中，整个系统全部选用智能化MCC实现所有设备的控制、监测保护以及电力监控等功能。

项目介绍
　　青海盐湖工业集团100万吨氯化钾项目是国家西部大开发项目的第九大项目，该项目在原有年产30万吨的基础上扩大到年产100万吨的规模。北京金奥特曼科技有限责任公司与青海盐湖工业集团公司技术中心，在成功的完成原有10万吨扩大到30万吨的自动化系统的基础上，将罗克韦尔自动化的全方位自动化系统应用到100万吨氯化钾项目中，该项目实现了从110KV供电向下的全部控制功能，系统中使用了近百套电力监控模快、500多面智能MCC柜、上百台变频器和近20套可编程序控制器，是罗克韦尔自动化产品在中国的大规模应用，并与无线网络系统、GPS定位系统一起组成了一个先进的工厂自动化系统。
        此系统的一个显著特点是整个系统通过使用了智能化MCC，实现了所有设备的网络控制与监控，也是目前在中国地区内使用罗克韦尔智能化MCC产品数量多、规模大的一个系统。

系统结构
　　氯化钾生产工艺整个过程包括原矿的采集、原矿的输送和由原矿加工成产品几部分。原矿的采集是通过多条水采机组在盐田中不断的采掘，并将采掘到的矿料输送到岸上的泵站；原矿的输送就是将由水采机组采集到的原矿通过多级泵站输送，经过数十公里输送到加工厂；加工厂将源源不断的原矿经过过滤、结晶、并加入化学药剂，经过物理化学过程生产出成品氯化钾。水采机组和加工厂两部分的控制设备全部安装在智能化MCC柜体内。

　　1.水采机组系统
　　水采机组系统包括岸基站、六套水采船和六套活动加压站系统。图1为水采机组系统的总体结构图。

 　　岸基站为水采机组控制系统的中心，包括一台操作员站、一台工程师站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，负责对岸基站设备的控制；操作站、工程师站、可编程序控制器之间使用以太网并通过无线以太网电台与六套水采船通信。六套水采船的控制系统完全一样，每套水采船由6面MCC柜体组成，其柜面分布图如图2所示。

　　上位机包括二台前操作员站、二台后操作员站；下位机由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，占用MCC柜体的两个单元，实现对整个水采船的控制；前后操作员站、可编程序控制器之间使用以太网并通过无线以太网电台向上与岸基站通信，向下通过无线串行电台与活动加压站通信。六台活动加压站的控制系统也完全一样，分别与六条水采船相对应，每套活动加压站系统由4面MCC柜体组成，其柜面分布图如图3所示。

　　活动加压站系统包括一个PanelView 550操作监控站和一套由SLC5/05组成的可编程序控制器系统，实现活动加压站的控制。

　　2.加工厂系统
　　加工厂系统按照工艺过程分成十个子控制系统，包括加工厂1-6号系统、冷结晶1号系统、冷结晶2号系统、干燥车间系统和包装车间系统，图4为加工厂总体结构图。

　　加工厂中心控制室中配备了6台操作员站和1台工程师站，在上一级采用了以太网和DH+网络，在下一级采用DeviceNet网络。加工厂系统中每个子系统中MCC柜的配置与水采机组类似，不再介绍。

　　智能MCC配置
　　系统中所有智能化MCC柜进线电源为交流380V,3相4线制,50赫兹,大允许故障电流为50KA；每个标准柜体尺寸为90”高,20”深，柜体防护等级为NEMA 1标准,等同于IP40标准；每面柜配有水平电缆线槽和垂直电缆线槽(变频柜除外), 使得电缆联结及铺设非常方便。通过DeviceNet总线将智能电动机保护器、智能电动机控制器、交流变频器、PLC、DSA及电力监控模块的等连接起来，实现了总线控制。本系统所设计的MCC主要包括以下几个单元：

　　1）主进线单元
　　主进线单元分别为西屋热磁型断路器,允许故障电流为50KA。配置电子脱扣单元。

　　2）计量单元
　　开关柜内配置罗克韦尔自动化公司新型电力监控数字仪表1404-M5 PM3000数字式计量表,可以同时检测电压,电流,有功,无功,KWH,等等,通过内置DEVICENET网络接口,可将以上电气参数上传至上位机。

　　3）馈电单元
　　所有馈电单元均为西屋公司热磁型断路器, 允许故障电流为65KA。

　　4）电机起动单元
　　柜内所有起动单元通断控制元件均采用西屋HMCP断路器,根据实际负荷及电机满载电流选型配置。热继电器为MCS-E3 电子式智能脱扣保护等级,手动复位。该热继电器直接配装在接触器上，实现电机的控制和保护。E3过载继电器有两个4 开关量输入点, 2个开关量输出点，1个输出触点控制接触器的控制线圈，由操作站通过内置的DeveceNet发出控制指令；E3过载继电器还具有可编程保护功能(报警,跳闸,延时,禁止视窗)，可以保护电机因过载、失相/相间不平衡、堵转(起动/运行)、接地等而引起的故障。

　　5）变频器单元
　　在活动加压站内配置了1 台132KW 1336PLUS-II变频器；1台600KW 1336Impact变频器, 在水采机内配置了3 台132KW  1336PLUS-II变频器；1台ABB 的450KW AS-800变频器,进线均采用刀熔开关,配DeviceNet通讯模件,柜门安装人机操作面板。所有变频器既可以从操作面板进行本地控制，也可在操作站通过DeviceNet实现网络控制；变频器的运行状态也通过DeviceNet显示在操作站上。

 　   6）DEVICE NET网络
  　  MCC柜内置DEVICE NET网络。柜内配置了24VDC， 10A 的DeviceNet电源。通过DeviceNet网络, 可以将所有控制参数反馈至操作站,并将控制指令下达给每个电机控制单元, 使得整个MCC系统成为数字式控制MCC，减少了控制线的接线，对外除了动力电缆, 不需要任何常规控制电缆，从而大大tigao了系统的可靠性与稳定性。

　　本系统中通过应用智能MCC，实现了：
　　1）只将动力电缆和一根DeviceNet网线引入MCC柜中，无需控制电缆进入MCC柜中，节省了大量PLC I/O模件；
　　2）MCC抽屉单元控制回路简单标准，复杂的连锁功能只需通过PLC编程实现；
　　3）改变MCC抽屉单元模数或位置非常方便，只需将新抽屉的DeviceNet网线插入垂直线槽内DeviceNet接口即可；
　　4）相同容量及运行方式MCC抽屉单元不存在特殊的控制回路，可以节省大量抽屉备件；
　　5）现场施工任务简单化，减少了控制电缆敷设量及校对工作两，大大降低了故障几率。

结论
　　本系统是成功应用ROCKWELL AUTOMATION 智能化MCC产品的，整个系统共使用了500多面智能MCC柜，全部采用DeviceNet现场总线完成了所有软起动器和变频器等设备的网络控制保护及电力监控,实现了结构合理、控制灵活、性能可靠、操作安全方便。在北京金奥特曼科技有限责任公司与青海盐湖工业集团技术中心的共同设计、设备成套、软件制做、现场安装、调试运行下，其中六套水采机组，装配了六十面MCC柜的十二条船航行在近百平方公里的水面上，近五百面MCC柜排列在加工厂中心控制室中，场面十分壮观，达到了预期的设计效果，取得了良好的经济效益