西门子6ES7231-0HF22-0XA0正规授权

西门子6ES7231-0HF22-0XA0正规授权

1、引言
　　随着中国经济的蓬勃发展，我国单位GDP能耗与欧美发达国家的差距越来越大，引起了政府及国民的极大关注，“十一五”规划已将节约能源作为国家实现可持续发展的关键措施，分别提出了“建立全社会的可持续发展能效目标”和“向低能耗方向有效调整产业结构”的战略方针。德维森科技（深圳）有限公司开发生产的 V80 节能专用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用调压节能方式，可为整厂节能、路灯节能、楼宇节能提供整体的解决方案。
　　2、节能原理
　　2.1、灯光节能原理
　　路灯的供电电压随用电的峰谷而波动，在电压低于电压谷值UMIN和高于电压峰值UMAX时，发光效率降低，线路损耗和灯具热耗等无功功耗加大。路灯节能控制器检测输入电压/电流信号，并对路灯的供给电源进行优化控制，从而达到大程度节省电能的目的。同时，路灯节能控制器还具备智能控制功能。根据不同的策略进行路灯的分组开关控制。
　　因为各个地区的经纬度不同，冬天和夏天的光照时间也不相同。因此要根据不同地区、不同时令进行不同的开关灯策略设置。比方说黑龙江，在夏天在晚上 7 点左右开灯，而冬天在下午 4 点开灯，为了满足不同地区不同时段的不同要求，需要将全年分成 24 个以上的段，不同的时间段使用不同的开关灯策略。为满足客户对现场数据进行远程集中监控和本地参数显示调试的需求，目前，路灯节能控制器多数采用 RTU 或者 GPRS DTU 方式，其中后者相对而言在成本上更低，在可用性方面也更简洁便利。
　　2.2、整厂节能原理
　　整厂节能的实现方式与灯光节能类似，但增加了功率因数补偿和监控功能，同时，整厂节能需要对节能前与节能后的能耗进行记录和比较，例如，节能前全厂耗电为 13 万度/月，节能后全厂耗电为 10 万度/月，同时功率因数也较之前有所tigao，这些都需要有相关的记录和分析数据，并得到用户的认同。
　　2.3、变频节能
　　变频节能原理是根据对电机转速的调整来达到节能的效果，如注塑机节能、空压机节能等。
　　3、系统设计
　　针对灯光节能、整厂节能、变频节能的需求，德维森科技（深圳）有限公司开发生产的V80-M16MAD-LD 节能专用 PLC 集成了调压调速节能所需功能，包括市电的电压、电流采集、调压节能器的控制、多种远程通讯方式（可选）、实时时钟、本地七段数码管显示和 LCD显示（可选）、本地轻触按键和 PVC 按键（可选）等。同时，M16MAD-LD 还保留了 PLC所有的固有特性，如高抗干扰能力、可编程性、各种标准的通信和 IO 接口、掉电保持等。

　　如上图所示，PLC 根据采集到的市电电压和不同的节能策略调节节能调压器的输出，同时可以通过 GPRS 的 DTU，将现场的数据传给远方监控室内的计算机，通过监控主机可以对现场的数据进行集中监测，并对控制策略作出及时调整。
　　4、功能和性能分析
　　4.1 市电采集
　　多数通用 PLC 的 CPU 模块本身不具备或具备少量的模拟量接口，而整厂节能和大型的路灯节能控制器则需要数量较大的模拟量接口。M16MAD-LD 多可以采集 7 路模拟量信号，7 路模拟量输入信号的类型包括：±10V、±20mA、热电阻等，可以满足大多数用户的
　　需要，例如，在整厂节能和大型的路灯节能器能够满足 3 路电压和 1 路或者 4 路电流信号采集的需求。
　　4.2 功率因数计算
　　对于整厂节能，功率因数测量是必不可少的，据了解，目前尚没有一种 PLC 支持功率因数的换算，而如果用单片机开发则会面临周期太长和精度太低的问题。
　　M16MAD-LD 的模拟量输入支持交流信号输入，AD 转换速率高达 300K，可以满足工频为 50Hz 的市电功率因数计算，同时，可计算三相市电的功率因数，并将数据上传供用户进行节能分析。
　　4.3 实时时钟
　　节能厂商如果采用独立的实时时钟控制器，必将引发成本上升和可靠性下降等不良后果。而 M16MAD-LD 内带实时时钟，包括年、月、日、时、分、秒、周，用户可以方便用户利用实时时钟进行不同控制策略的调整。
　　4.4 通讯功能
　　目前，节能控制对于通信和监控的要求越来越高，大多数的路灯节能用户要求在远方可以完成控制参数的调整，同时，还需要能在现场接屏进行监控，因为各家 RTU 与屏的通信协议不同，造成节能厂商的开发难度大大增加。M16MAD-LD 带有 RS232 和 RS485 两个通信口，都支持 MODBUS 从协议，RS485 支持 MODBUS 主协议和 FREE 协议，用户可利用这两个通信口与各种不同通信装置进行通讯，如 GSM、GPRS DTU、MODEM 等，另外还可与各种显示屏、监控软件、组态软件进行通信。通过通信接口还能对各种第三方的表计或者变频器进行监控，从而达到整合的目的。
　　4.5 多机联网
　　路灯节能控制器因为单控制器的控制量有限，需要多台控制器联网进行监控。多台M16MAD-LD 可通过 RS485 联网，交换数据，并可共用同一台 GPRS 与远端服务器通讯。
　　4.6 人机接口
　　M16MAD-LD 带 7 段数码管显示或 LCD 液晶屏显示，用户可以在 PLC 内编程设置显示内容。键盘接口多支持 4*4 的键盘矩阵，可以选用 PVC 薄膜按键或都轻触按键等进行用户自定义功能设置。
　　4.7 兼容功能
　　大多数普通节能控制器都不支持可编程，造成无法做到升级和现场维护。M16MAD-LD兼容标准 V80 系列 PLC 的编程软件和所有功能，如，支持梯形图编程，支持掉电保持功能，支持在线编程功能，支持远程监控功能等。
　　4.8 可靠性和电磁兼容能力强
　　节能控制器控制的是强干扰的大感性负载，如何tisheng系统的抗干扰能力成为了系统设计者为伤脑筋的问题。而 PLC 与其它用单片机开发的控制板间的区别就在于 PLC 是一个通用的工控平台，不仅具有标准的软件、通信、接口，而且其电磁兼容、环境测试也都是符合国家标准的，V80 系列 PLC 产品已通过 CE 认证，能够在各个方面满足客户的需要。
　　4.9 宽温工作范围
　　针对北方用户室外环境的需要，M16MAD-LD 可以在-40~85℃的宽温范围内进行工作，并保证性能与可靠性。
　　5、结论
　　根据市场需求，德维森科技（深圳）有限公司开发生产的 V80 节能专用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用调压节能方式，可以满足整厂节能、路灯节能、楼宇节能等不同客户的实际需求。
　　目前，V80-M16MAD-LD 已应用在华南多家大型的节能设备厂商的设备中，并在可靠性、专用性和灵活性等方面都得到了用户的认可和好评。

 1 背景
　　 φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意 义。
　　

　　2 方案选择
　　 原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。
　　 系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列先进功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚至高于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个刀架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29-45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。

　　PPC31 PLC

　　3 PLC机型选择
　　3．1 输入输出点数
　　 PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和刀架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。
　　PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右刀架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。
　　3．2 PLC选型
　　 确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。
　　4 系统设计
　　4．1 变频器设计
　　系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。
　　在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。
　　4．2 软件设计
　　PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在刀架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。
　　5 结束语
　　实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），tigao了效率，为企业创造较好的经济效益。

   可编程控制器（PLC） 监控  数传电台   通讯接口   工控机   MCGS组态软件
一、概述
    某自来水厂控制系统由分布在十几公里内5个深井取水泵站、储水池、用户管网组成。整个供水系统的高低落差达150米左右，由于供水系统的组成及地形结构的特殊性，过去人工监控，给生产管理、供水调度带来诸多不便。 
    实施了微机监控后，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、liuliang、水位、电压、电流等），控制深井泵、监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的安全生产、科学调度有着重要的意义。 
二、系统组成
    微机监控系统采用主从结构、分布式无线实时监控方式（简称SCADA），如图1所示。

    系统主要由监控中心、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。 
    监控中心：由微机、MCGS组态软件，无线数传电台、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。 
    无线通信系统：监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理委员会给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，各副站为定向天线。 
    现场监控终端：核心为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控中心微机进行数据通信。根据监控中心的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。 
    传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、liuliang及耗电量等参数。 

水源井输水泵的控制
　　l 手动控制。操作员根据清水池液位对输水泵进行启动和停止操作。
　　l 自动控制。PLC根据清水池液位及各输水泵起动水位和停止水位，对处于自动方式的输水泵进行启动和停止操作。
三、现场PLC终端
    现场PLC监控终端是工业现场与监控中心之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控中心通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的可靠性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。 
  1、PLC硬件设计 
    现场某一终端需测控开关输入信号，开关输出信号路，模拟量输入信号。因此，我们选用S7-212基本单元，模拟输入扩展单元（EM231），模拟输出扩展单元（EM232）。满足现场要求。 
  2、通讯接口 
    从站中PLC与电台通讯： S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、数传电台）相连，我们专门设计了RS-485接口的专用Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上完全独立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两处方法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem必须智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。

主控室的PLC与工控机的通讯：因为主控室的PLC要和数传电台通讯又要和上位机（工控机）通讯，所以主控室的PLC选用S7-216基本单元，直接用西门子的PPI电缆和上位机相连，可在上位用北京昆仑通态提供的MCGS组态软件进行组态和编程，对现场的水位等信号进行实时的监控和处理。
  3、抗干扰设计 
    为tigao系统的可靠性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对独立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间加继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。   
四、PLC软件设计
    PLC终端软件采用梯形图语言编写，为tigao终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。 
    1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。 
    2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。 
    3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。 
    4、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。 
    5、置初值子程序：由监控中心对时间、电耗、liuliang等累计参数按用户的要求设定初始值。 
    6、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控中心。 
    7、控制子程序：根据监控中心的命令，或现场自控条件输出相应的操作。 
    8、通讯子程序；完成与监控中心的各种通信功能。 
    通讯程序中，接收命令和发送命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的超时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。 
 五、结束语
    本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，tigao了系统的可靠性，在自来水厂自动控制系统取得了较好的应用效果。PLC基于SCADA系统能充分满足对水厂控制系统的要求，对水厂的安全运行、tigao供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。本系统将无线通讯与S7-200 PLC有机的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。 

激光接收 捕捉锁定 实时显示

利用PLC的程序可编制及反应速度快的特点在胸环靶激光射击训练装置中作激光信号锁定及指示用，与数字电路逻辑组合功能相结合，对激光信号实施控制，制成激光射击训练装置，进一步扩大了PLC的应用范围。
激光靶装置分为胸环激光信号接收、显示靶两大部分，射手利用远距离激光发射器发射波长为630 ~ 680mm大输出功率5mW的激光束，在百米开外的胸环靶上安装有激光接收装置，该装置的输出信号，通过电缆线的传输，送至安装在激光发射位置的小型声光报靶装置，报靶装置中的PLC对激光信息进行锁定，然后处理，通过声音和发光显示，实时报出弹着点及环数，供射击者随时参考，修正瞄准点。

一、激光信号接收靶的控制原理
把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域，如图1 所示。

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胸环靶有5 ~ 10环的6种环数，靶面共分为8个（0 ~ 7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越jingque。胸环靶所有激光接收器件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电接收器件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶电气原理见图2 所示，

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胸环靶每个区激光接收器件可分别产生1个区信号和1个环信号。34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输出。当胸环靶某个区接收到激光信号时，通过数字逻辑电路产生出相应的区、环信号，然后送往声光显示靶进行处理。
电气原理图逻辑关系表达式为：
X = A0 + A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7
Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0
Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7
式中：X为9环信号输出端，当IC1（8输入端或非门）任一输入端有效时（高电平有效），9环输出X端有效（低电平有效）。A0 ~ A7分别对应0 ~ 7区的9环激光检测输入信号。Y为0区的区选信号输出端，当0区任一信号输入有效时，0区输出Y端有效。IC2的输入A ~ E分别对应0区9、8、7、6、5环激光检测输入信号。Z为7区的区选信号输出端。X、Y、X接至PLC的输入端，当输出三极管基极为高电平时，输出端X、Y、Z为低电平，PLC输入有效。
当激光信号击在0区9环靶位时，接收器件R1有效，IC1、IC2输入端A0有效。(1)环处理电路，IC1输入信号A0有效，X（9环）输出低电平有效（IC1为9环处理或门电路）。(2)区处理电路，IC1输入信号A0有效，Y（0区）输出低电平有效（IC2为0区处理或门电路）。X、Y有效信号送向PLC，PLC得到9环0区有效信号，即作相应处理。
又如激光束击在7区9环时，通过R2的接收，使IC1、IC3输入信号A7有效，输出端X（9环）、Z（7区）输出低电平有效。

二、声光显示靶的控制原理
声光显示靶显示区域的划分，与胸环靶相类似。胸环靶逻辑输出信号经电缆线传输至位于射手侧前方的显示靶，作为PLC输入信号，设PLC输入为干接点结构，胸环靶输出低电平时PLC输入有效，利用PLC内部锁存功能，对捕捉到的区、环输入信号脉冲前沿进行锁存，而对以后5秒内连续发出的激光信号不予相应。并按照胸环靶所接收激光信号的相应位置，显示弹着点位置，同时用语言报出击中环数。
PLC外部电路如图3 所示，

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PLC输出点采用继电器输出，在PLC输出端口分别产生区、环有效信号输出，并与发光二极管和语言芯片一起构成矩阵电路。显示靶每区、每环用一个发光二极管指示弹着点位置，故区域划分的越细，显示弹着点的位置越jingque。
输出矩阵设计思想，根据胸环靶的要求分别可驱动34个发光二极管及6片语言芯片。矩阵电路的引用扩展了PLC的输出端点，使得仅用40点PLC的14个输出端点，就驱动了40多个负载，满足了本系统的基本控制要求，节省了PLC的硬件资源。设PLC输出区信号X=1、环信号Y=1时，区、环输出矩阵选通X，Y线，使交叉处发光二极管点亮，同时Y=1环信号使报警语言芯片报出相应环数。

三、PLC程序设计
PLC控制系统程序设计的思路如图4 所示，

在无激光信号输入时，程序处在循环扫描输入端口，等待激光信号到来的状态。当收到激光输入信号，并对激光脉冲前沿锁定后，封锁所有输入端点，不再响应激光输入。其员在于，激光发射装置可连续发射，而所模拟的实弹射击弹丸却只能单击，不能连续无间隔发射，故采用封锁处理（封锁时间可调），使得在激光发射时不响应连续信号，以达到真实地模拟实弹射击的目的。
按优先级联锁功能设定的意义在于，激光信号无论射在胸环靶任意位置，都应覆盖住激光接收器件，要求激光接收器件的间距小于激光束的直径，这样就有可能使得2个相邻的激光接收器件同时有效，这时报靶电路应报出高环靶数，而不是高、低环数同时输出，如某区9、10环同时接收到激光信号时，应报10环而不应报9环，故10环输出应封锁9、8、7、6、5环的输出，依此类推。

四、应用前景
激光射击训练装置是一种物美价廉的训练器具，可随时进行弹着点的分析和修正。若配合摄像系统或微机系统可留下训练资料，供系统地分析研究训练过程，tigao射手的射击水平。