西门子6ES7241-1AA22-0XA0货期较快

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1、前言

     排水泵站所使用的水泵功率一般都比较大,为了避免水泵电机直接起动时产生的冲击电流对电网的影响一般采用间接的方法起动水泵。常用的间接起动方法有Y-D起动方法、自耦降压起动方法和软起动方法。对于这些起动方式，传统的二次控制线路通常使用多个中间继电器和时间继电器来实现。随着技术的发展，很多设备需要改造，如起动方式和元件的升级换代；很多设备在远程操作和使用方法需要调整，如就地控制改为远动控制或计算机控制等。对于这些技术的更新，传统控制回路设计方式所存在的元件数量多、接线复杂、通用性差等缺点给设备的改造、维护带来了较多的困难。

　　因此，有必要对间接起动水泵的控制线路进行改进，使控制线路简单可靠、适应性强而且功能丰富，一种新型的自带编程器的微型可编程控制器可以达到这样的目的。 

2、微型可编程控制器与传统控制方式的比较

2.1微型可编程控制器的简介

　　以西门子公司生产的通用逻辑控制模块LOGO!为例，它是集控制功能、操作和显示单元、电源、程序模块的接口、可调的基本功能（如接通和断开延时继电器和脉冲继电器等）、时间开关、二进制指示器、文本显示、多种设备类型的输入/输出等功能于一体的微型可编程控制器。一个标准的控制器有8个开关量输入，4个继电器输出，其尺寸为72x90x55mm。它为节省系统占有空间、简化安装复杂度、有利与系统的制造和标准化而生产的。用户的控制程序既可以通过使用控制器本身集成的6个操作按钮和LCD面板进行输入、编制和显示，也可以在PC机上应用软件进行编制、测试、模拟和打印控制程序。

2.2 与传统控制方式的比较

　　与传统的继电器控制方式比较LOGO!有很多的优点：

　　（1）可以极大的减少继电器的使用数量和线路的复杂程度从而简化设备的安装和维护工作提高系统的可靠性。

　　（2） 以LOGO!为核心的水泵起动控制线路的硬件连接具有极强的兼容性。Y-D起动方式、自耦降压起动方式和软起动方式的硬件仅有很小的差别，稍加改动就可以相互通用，有利于实现标准化设计和旧设备的改造。

　　（3） 起动控制系统的控制逻辑几乎全部由LOGO!内部的程序完成，在制造和运行当中，可以随时根据需要修改程序，使系统的使用和维护变得十分方便。

　　（4）具有与上位计算机通信的功能，为水泵控制系统进一步提高自动化程度和实现远程监控奠定了基础。

　　虽然该控制器优点很多，但是它也有一些缺点。

　　（1）与传统的继电器控制比LOGO!控制方式元件的投资稍大。

　　（2）除硬件连接外，LOGO!控制器需要编程实现控制，增加了编程和调试的工作量。

　　（3）控制的输入和输出点数受LOGO!控制器自身输入输出端口的限制数量有限，对较多控制点的系统无能为力。

　　虽然LOGO!控制器有些缺点，但是其所具有的优点十分适应对水泵起动的控制。

3、以软起动方式为例介绍系统的构成

3.1 系统综述

　　某泵站使用了三台软起动器分别对三台雨水泵实现一对一的软起动控制。每个 LOGO!控制器与一台软起动器安装于泵站控制室内的水泵控制柜内，操作人员可以根据安装于控制室内的超声波液位计变送器显示的液位值控制水泵的起停。每面控制柜内主要分为一次系统和二次系统两部分。

3.2 一次系统

　　参看一次系统原理图，柜内一次系统主要电气设备包括：一台西门子3RW34软起动器、一套3NP4070带有保护半导体元件熔断器的负荷开关、一组旁路交流接触器和三只电流互感器。控制侧发出命令后软起动器开始起动水泵，待起动完成后由接触器自动将软起动器旁路以实现对软起动器的保护。

3.3二次系统各回路功能

　　参看二次系统原理图，水泵软起动系统的控制核心为西门子公司生产的LOGO!230RC#微型控制器。它有8个开关量输入点和4个继电器输出点。应用这些输入输出点可对软起动系统进行控制，详述如下：

　　*控制器的“L”和“N”端为工作电源输入端，输入工作电源为220VAC。为了消除线路的峰值电压对控制器内部电子元件的损害，须要在“ L”、“N”端并联一个金属氧化物压敏电阻RV，RV的工作电压应至少大于额定工作电压的20%。

　　*“I1”端为起动端，按下SA1按钮起动水泵。

　　*“I2”端为停止端，按下SA2按钮停止水泵。

　　*“I3”端引入接触器KM的工作信号，用来反应水泵进入工作状态。

　　*“I4”引入热继电器和水泵的综合保护器信号。热继电器FR指示水泵电机过负荷、堵转和缺相故障；继电器KA1指示潜水泵水下密封仓内故障情况。

　　*“I5”引入超声波液位计低液位保护开关量，当泵池内液位达到或低于设定低水位时，控制水泵停机，以达到保护潜水泵的作用。

　　*“I7”引入软起动器工作状态信息，实现对软起动器的监视。

　　*“I8”引入软起动器的故障信息。

　　*“Q1”按下SA1按钮后，如果设备无故障信息输入，“Q1”将向软起动器发出起动命令水泵起动开始。

　　*“Q2”当“I4”、“I5”和“I8”端接到故障信息时“Q2”继电器接通指示灯指示故障，同时“Q1”发出停泵信号。

　　*“Q3”在泵正常工作时指示水泵工作状态。

　　另外，除上述输入、输出功能外，控制器的显示单元还可以实现对输入、输出信号的动态显示，利用文本/参数显示功能块在LCD显示单元上进行预置信息文本（如：软起动运行，运行故障）的实时显示。

4、结束语

　　以微型可编程控制器为核心水泵起动控制线路不仅实现了对水泵的起停控制、运行和故障的监视以及保护功能，而且减少了传统继电器的使用数量，简化了安装和接线工作量，提高了系统的可靠性，还增加了远动和自动控制功能。这种设计方法已经在一些工程中得到应用。

前言
     可编程控制器（PLC）由于其运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、抗干扰性强而广泛应用于各种工业控制部分［1］，在智能现场控制系统中，选用PLC作为控制器是十分有效的。本文以汽车传动轴防尘罩的检测为背景，着重讨论一种基于PLC控制的模拟汽车传动轴防尘罩实际运行环境的高低温试验箱控制系统的研制。
     汽车传动轴防尘罩的作用是防止灰尘、杂质等进入前轮传动轴的连接处，同时也防止高温润滑油从中溢出。根据有关规定，本系统要求防尘罩在2500转/分下保持其的断裂延展特性，在－60～150℃下，能通过1～6千万次循环试验。在此情况下，我们受委托对汽车传动轴防尘罩高低温试验箱进行改造，以工控机为人机接口，采用PLC程序控制系统。

  
 
 1 系统功能分析
     传动轴防尘罩温度试验的基本要求是：在规定的温度下，以一定的转速运行一定的时间。交替设定温度、转速及时间（多为4组）循环一定次数构成一个测试阶段。测试过程多可设4个阶段，每个测试阶段的循环次数由测试员现场设定。实验中主要控制量有试验箱内温度（-60～150℃）、传动轴转速（0～1500rpm）、固定角及滑动角角度、测试时间（1～60000分）及阶段循环次数。测试过程要求调整固定角及滑动角的角度、启动温度控制系统使温度逐步达到设定值、使传动轴在设定的转速下运行规定的时间。现场设定不同的条件交替测试，循环一定周期。
     根据测试要求，系统应具有手动，自动操作功能。手动操作时，操作人员可以直接控制电机、压缩机、加热器等设备的启停，进行设备维修，调试和试验等；自动操作时，测试装置自动完成整个测试过程。另外，控制系统还应具有完善的保护功能以保护人员及设备安全。任何时候都可以强行停止测试。若测试过程因故障原因终止，需要记录故障原因及测试进展状况。

 2 控制系统的设计与实现
 2.1 控制系统硬件结构设计
     本系统人机界面部分采用台湾研华公司生产的奔腾机，软件部分采用Delphi编程，在系统中协调控制，打印输出，过程值显示，控制核心部件为OMROM的可编程控制器，它负责各控制系统所需要的各种逻辑控制和运算。被控对象有变频调速系统和温度系统。变频调速由日本安川公司生产的变频器驱动传动轴电机，使传动轴保持一定的转速。温度控制系统是一个典型的闭环控制系统，温度测量元件为铂电阻，由PLC控制电加热器及压缩机，实现加热或制冷。加热系统由三个电加热管组成，制冷系统由两级压缩机组成，其通断由PLC控制。
     为实现检测控制要求，本系统采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作为主控单元。其输入点数为24点，输出点数为16点。该PLC具有体积小，重量轻，运行可靠，保护方便等特点。系统除了基本的开关量的输入/输出外，还配有模拟量的输入/输出扩展单元。模拟量输入单元用于接收Pt100热电阻温度信号，模拟量输出单元控制变频器输出频率，实时检测全部模拟信号，进行工程量转换，并与设定的上下值比较，开关量单元用于控制电机的启停，故障的报警等。 PLC的I/O分配和功能如图1所示。
 2.2变频器控制系统
     本系统的传动轴转速由变频器控制。控制部分主要由PLC、变频器、光电接近开关组成。传动轴旋转部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K变频器驱动变频电机。采用转速闭环矢量控制，调速范围0～2500r/min,调速精度<0.02%。PLC通过模拟量输出单元将0～6000的数字量信号转换成4～20mA电流信号给变频器作为频率输出设定。传动轴实际转速反馈信号由PG光电接近开关检测输出，其输出脉冲经PLC计算作为电机的速度负反馈信号。
     根据生产工艺对系统运行时稳态精度及跟随能力的要求，变频器内部的PID调节器设定为比例积分调节方式，由PLC的速度给定值与由脉冲编码器检测的现场速度反馈值比较后，得到速度偏差，经比例积分控制器处理后，输出的二次电流信号作为频率输出，送矢量控制系统，控制电机运行。恒功率的分界点以及它们的频率范围内的P.I值，由现场负荷调试确定，已达到佳运行效果。
     因为转角电机的频繁快速启停，制动时经常会产生很高的泵升电压，因所选变频器为交-直－交电压源时，泵开电压不能回馈电网，故采用制动单元并配以电阻加以吸收。当变频器直流电路升高到一定值（660VDC）时，制动单元中的IGBT管被触发导通，接通制动电阻回路，将转角电机的回馈电能消耗在制动电阻上，以满足快速停止的要求。

 2.3温度控制系统
     试验箱内的温度调节范围为－60℃～150℃，具体值由操作员现场设定。系统加热时采用三个晶闸管控制的电加热管，合上主回路的操作开关，整个加热装置开始运行，未达到设定温度时，固态继电器SSR1吸合，1号加管加热，系统逐级开启2号，3号加热管。达到设定温度时，进入保温阶段，采用控制3号，2号加热器的输出通断来调功调温。［2］使用控制箱风机来保证温度均匀变化。如果箱内温度达到高温界限，系统将会报警。 
     单级蒸汽压缩制冷所能达到的蒸发主要取决于冷凝温度及压力比，对于氟利昂制冷剂，一般压力不超过10，这样采用单级蒸汽压缩制冷循环，一般只能制取-20～-40℃的低温因此采用单级蒸汽压缩制冷循环将无法满足本系统制取-60℃低温的要求，在此情况下，决定采用两台低温压缩机组成的复叠式制冷系统，两级复叠制冷系统将级蒸发器与第二级冷凝器复叠在一起，使第二级低温制冷剂在－35℃左右冷凝，在－80℃左右蒸发，以获得系统所需要的低温。［3］

 3 PLC控制系统的软件设计
     为了方便调试和编程，整个软件系统采用模块化编程，主要由手动运行模块，自动运行模块和故障诊断和报警模块。在软件编制时，采用了一些抗干扰措施，增强了整个系统的抗干扰能力，在计算机上可以实现实时操作，控制并观察现场各设备的运行情况。
     当系统处于手动运行时，PLC接收各设备状态，由此判断各设备的运行状态，可单独运转变频电机、加热器、制冷系统的压缩机。便于系统的调试和维修。
 系统自动运行时，只须按照计算机屏幕提示，设置操作参数，，试验即完全自动进行下去，并在计算机屏幕上实时显示各设备参数。试验过程中或试验结束后，均可按照提示选择打印方式打印。以下重点介绍温度控制子程序。
     由于系统采用三套晶闸管控制的电加热器。常用的控制方式有两种：一种是分段开关控制，根据温度的高低，逐级开启或关闭加热器。这种方法温度偏差大，精度较低。另一种是PWM脉宽调制，在PLC中实现PWM程序比较复杂。回路中的电加热器为满足温度恒定的需要，经常切换工作状态，而常规的电磁继电器开关触电易磨损，寿命短。所以对种方法进行改进［4］。
     由于系统是二阶系统，在系统温度下降时，增加加热管，温度由于惯性的原因，温度继续下降一段时间后再上升，同样减少加热管，温度会上升一段时间后再下降。我们将前后两次测量值进行比较，得到温度偏差e，系统根据e来控制加热器的状态转换。当e较大时，此时通过逐级打开加热器来调整温度。
 启停切换顺序为：启动顺序：1＃ 2＃ 3＃；停止顺序：3＃ 2＃ 1＃；温度的变化值e: e=Ti－Ti－1。其中Ti ,Ti－1分别是本次温度采样值与前次温度采样值，并记试验箱温度允许上限为HSP，允许下线为LSP。PV为温度测量值。考虑到前后两个采样周期的变化温度e变化不大。当当前温度值PV＋前一个周期变化温度值e﹥温度设定上限HSP时，就减少加热管。反之，当PV+e﹤LSP时，就增加电加热管。程序框图如图三所示。

 
    电气系统已设计了各种保护，并直接作用至断电，其中包括：缺相保护、过载保护、旁路保护。 其中变频器具有短路、过载等保护功能，当变频器所驱动的电机发生短路、过载等故障时，变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号，系统把各故障点相应的接触器、短路器等元件的辅助触电接到PLC，PLC扫描输入这些触电的状态，并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区，再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析，判断设备或元件是否出了问题。

 4 结束语
     可编程控制器（PLC）控制的汽车传动轴防尘罩高低温试验箱可以控制传动轴转动速度、调整其运行环境温度、实时监测试验箱内各种变量状态、灵活处理数据的通信，并将数据实时显示在计算机上，而且可以将所得的数据进行存储打印输出，以便后查。大大提高了系统的效率

Micro PAC微型可编程自动化控制器与分布式模块在(ITS)智能型交通监控系统的整合应用，是现今在远距离的交通控制系统整合应用的主要架构之一。智能型交通监控系统可分为下列三种应用架构：

道路环境监测
     透过分布式模块将远程数据(风速/雨量/浓雾/坍方侦测器)收集，再由Micro PAC(I-7188/I-8000)经过运算转换成有效的气象与环境信息，并可直接连网回传到控制中心，判断是否须关闭某路段以保证行车安全。

道路行车状况监测
    透过环形感应器可将车辆车速、车长、经过时间(单位路面拥挤程度)数据记录并透过Mirco PAC回传到控制中心，以判断车流状态是否要采取管制(限量)、开放路间或封闭交流道，并透过广播系统建议驾驶人改道。 

隧道环境安全监测
    收集隧道口辉度计的讯号值，透过Mirco PAC的运算和控制，调整隧道出入口灯光明暗变化，让驾驶人在进入隧道内时，内外灯光明暗变化不会超过眼球所能适应的状态，以确保驾驶人的安全；隧道内的测烟计可测量是否有火警发生，由Mirco PAC启动火警消防系统警报，并将抽风机依序打开保持隧道空气流通，避免行驶人吸入浓烟而产生危险。

    以往数据收集系统是以远程分布式的架构，从远程传感器收集数据给主机控制器(master)，再传给计算机完成运算后上传到中控室计算机主机，旧式架构会产生2项缺点：
1.倘若数据量过大数据直接上传给计算机容易造成数据流「瞬间堵车」现象；
2.交控系统范围大、距离长，若主机控制器无法直接连网，会造成现场端须再配备IPC上网，不仅提高成本且易造成系统的不稳定。
 
图一 旧型三层式ITS数据收集系统

    新式架构采用可连网及可程序的主机控制器(Micro PAC)，可以将旧式架构「中央集权式」的三层式架构，把远程I/O资料全部集中在PC端，改成新架构「地方分权式」的分布式架构，由各区域现场主机(Micro PAC)实时处理远程I/O的讯号并运算转换成有效的数据后连接以太网或光纤网络，如此不但在数据收集转换时具有高效能与高灵活性，同时在长距离与大范围的环境可延伸扩充多个数据收集的子系统，减轻中控计算机的负担提高系统稳定性。
 
图二 智能型分布式交控系统