6ES7214-1BD23-0XB8原装库存

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1 引言
过流脱扣器测试系统主要的功能是对电子式脱扣器的各项技术参数进行检测标定，保证生产的产品符合规定的要求。测试系统主要是用电流源给脱扣器的每一极加规定范围的电流，模拟实际工作的情况，产品的跳闸机构通过电磁感应线圈测量当前流过电极的电流值，并判断其是否在额定范围以及是否需要跳闸使得开关脱扣。测试系统就是监测产品的整个工作过程，看其跳闸的功能及各项参数是否满足规定的要求，比如有没有在不该跳闸的时候跳闸,跳闸的电流是否在规定的范围,等等。测试的流程如图1,该测试流程是典型的顺序测试过程。在测试系统中主要控制设备用到了TSX-MICRO37系列 PLC，它是属于施耐德品牌中一种中小型的PLC，编程环境PL7提供的图形化编程语言GRAFCET是施耐德PLC特有的一种顺序编程语言。该语言的编程方式具有结构清晰，顺序控制灵活方便等功能，所以比较符合应用在本设计中。在本例中,介绍实际测试过程的同时介绍了TSX-MICRO PLC应用GRAFCET语言接收IPC（工控机）的命令如何实现对电流脱扣器进行各项性能测试。

图1 测试流程

2 控制系统的组成
控制系统主要有上位IPC（工控机）、施耐德MICRO系列PLC、500A测试电流源、液压站、夹具钳等设备组成,见图2。IPC是系统的主控设备，有友好的人机界面，有强大的数据处理能力，其可在主控界面设定系统的控制方式,分别为自动执行方式或手动调试方式。PLC与IPC两者的通信由MODIUS总线实现，IPC通过MODIBUS协议发送命令给PLC，并读取PLC返回的各种状态，测试过程中IPC也要与500A电流源进行通信，控制电流源输出电流的启动与关闭，以便逐级测试每极的性能指标。PLC接受IPC的指令,运用GRAFCET编程语言实现对电气、机械等系统测试机构按要求动作并返回相应的测试状态给IPC。在测试流程中IPC与PLC将测试流程分割为很多“步”，传感器的状态结合当前的“步”能准确的将测试信息返回给IPC,这种测试方式是典型的顺序测试流程。

图2 控制系统框图

3 PLC与IPC通信实现
PLC与IPC(上位机)的通信是本项目关键部分,因为系统的每一步测试都需要两者协同完成,通信的好坏,协议的合理完整是测试的保障.在PLC与上位机的通讯中，将上位机设为MODIBUS主站，PLC设为从站，两者应用MODIBUS协议实现彼此对话。具体由IPC应用MODIBUS协议读写PLC内部的字%MW来实现对PLC的控制。在设计初始阶段将PLC内部存储器划出一部分作为通信专用，具体将这一块又划分为三块，即IPC发送命令部分，参见附表。PLC返回命令执行情况部分，PLC返回系统传感器的各个状态部分。如表为IPC发送命令功能部分。其他部分与此类似。

附表 通信协议

PLC通信实现如图3所示。PLC编程时通过对内部%MW字应用COMPARE指令循环扫描来“读”存储器获知IPC的命令，判断后进行相应的操作。同时通过赋值操作OPERATE指令对协议的“写”存储器部分的%MW字置值，并将整个生产过程中的传感器状态告知IPC，使得IPC获知目前系统工作的情况。这种通讯方式对PLC而言不需要额外编写通讯程序，只需要对内部%MW进行处理，是一种比较方便合理又简洁的交换信息方法。有别于传统通信方式中的接收，发送方式。

图3 PLC通信实现

4 GRAFCET编程语言实现顺序控制系统及解决关键问题
在测试系统中，PLC应用PL7软件提供的编程语言GRAFCET根据要求直接控制设备。GRAFCET语言的结构主要有三部分组成，即预处理（preliminary process）；顺序处理（sequential process）；后继处理（subsequential process）。PLC的CPU的工作原理是循环扫描。GRAFCET语言循环扫描执行的顺序首先是预处理，然后是顺序表处理，后是后继处理。预处理主要是在电源或机械机构失效后重新启动时的初始化处理，以及对输入的逻辑处理。在预处理这部分可以通过一些系统位的功能实现整个顺序控制的初始化，冻结等功能。如将系统位%S21置1时GRAFCET初始化到起始步。顺序表处理就是处理程序的顺序控制结构，其也是整个程序的框架部分，有初始步（initial step）,转换条件（transition）,与分支（AND divergence）,或分支（OR divergence）及与每一步直接相关的操作。笔者所选的TSX 3710提供1-98步的容量。TSX57系列还支持每一步中的微步功能及子步的功能，为顺序控制提供更加灵活应用的方式。初始步为程序开始执行作初始化准备，把工作顺利进行的条件准备好。“与”“或”分支为多种情况发生提供程序处理的入口。转换条件严格控制步与步之间转换，使得控制流程结构清晰。每一步以符号“Xi%”为标记。微步以“%Xmi”,系统为每一步提供一个计时器%Xi.T,其以100ms为单位对每一步处理的时间进行计时，也可以作为条件为程序控制所用。
后继处理主要是负责输出逻辑及监控、安全等。

图4 GRAFCET基本结构

图4所示的GRAFCET语言中，每个框即每一步又分为三部分（即在每个框的右上方的三个小方框，可分别进入进行编程），即步激活区，该步进入时做的动作（只做一次）；步连续执行区，步从击活后进入连续执行区，只要该步有效，在连续执行区内的内容一直被CPU循环扫描执行；步失效区，就是当步的转换条件满足时，步准备转换到下一步，在转换到下一步之前执行步失效时的动作（只做一次）的时区。

1、概述

本文介绍大连实德银川基地混料自动控制系统，采用德国西门子公司的S7可编程序控制器，成功应用于大连实德银川基地混料系统生产线。

大连实德银川基地混料系统的生产过程全部由可编程序控制器S7-300完成，即将生产工艺配方输入到系统监控配方程序中，由称重计量仪器动态检测电子称称重传感器的信号，并将控制信号传送给可编程序控制器，再由可编程序控制器产生各执行机构的控制命令来实现混料生产的自动化，tigao混料各配方原料的准确性和生产效率。

2、系统功能

混料系统的主要功能是多种原料经过送料系统进入料仓以后，按照生产配方给定的原料配比从各料仓加到电子称中进行计量称料，再送入热冷混料机组中混合搅拌，并相应控制物料混合搅拌时的温度，以保证物料混合均匀和混合料的特性达到生产工艺要求，后将混合好的混合料送入干混料仓内，以供型材挤出机生产线使用。

混料系统需解决的主要问题包括：

（1）实时采集各电子称称重传感器的称重信号。

（2）根据称重信号和生产配方产生罗茨风机、电磁旋转阀、电磁碟阀等的控制信号。

（3）动态检测和处理混料过程中可能出现的各种故障。

（4）下位机和上位机的通讯

（5）上位机的集中监控。

混料时，称重仪器选用的是莱梅特RWA-AD模数转换模块，可以设置和定制参数，采集称重传感器信号，输出数字信号。借助配方给定的原料配比产生执行机构的控制命令，并通过可编程序控制器控制各辅料罐的螺旋送料器、电磁阀和混料机组阀门的起停和开闭。通过检测电机保护装置，阀门位置开关状态获取电机、阀门的运行和故障情况，并可在工控电脑显示屏上进行监控。

3、可编程控制器系统组成

系统组成按站点划分。混料机组独立控制，与整个混料系统建立基于ProfiBus 通讯。

站1：为上位机，采用西门子工控机；CPU为2.4G，内存为256M，采用以太网与系统PLC连接。采用WEBfactory组态形成监控图形。

站2：1号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC和SIMATIC OP27通讯连接，监控混料机组运行。

站3：2号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC和SIMATIC OP27通讯连接，监控混料机组运行。

站4：3号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC，监控混料机组运行。

站5：挤出现场PLC。采用西门子S7-215，共4组。用于控制挤出生产线四条绞龙运行和SIMATIC OP7通讯连接用于现场控制。与整个混料系统PLC采用基于ProfiBus 通讯。总系统采用站1监控。

4、基于ProfiBus DP 通信

PROFIBUS现场总线是国际性的开放性现场总线标准，是一种符合IEC61158标准的现场总线。PROFIBUS-DP经过优化的高速、廉价的通信连接，是专门用于自动控制系统和设备及分散的I/O之间的通信网络。PROFIBUS-DP用于基础控制层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。PROFIBUS-DP的上述特点使其在工业电气自动化领域占据了重要的地位。

本系统中ProfiBus DP总线完成PC与各设备之间的通信，并采用主从方式通信：主机(S7-416-2DP PLC)作为ProfiBus DP主站，以轮询方式对下属各从站(如ET200S﹑S7-300 PLC等)进行定周期扫描和读写。主机通过ProfiBus DP总线将指令传送到对应的数据区，并将各设备返回的状态信号从对应的数据区取出，从而实现对下属每个设备的监控。

5、系统监控通讯配置图

6、系统监控通讯程序

Network 4 S7 connecting

CALL "MX1.1_connect" //连接1＃混料机组PLC
CALL " MX2.1_connect" //连接2＃混料机组PLC
CALL " MX3.1_connect" //连接3＃混料机组PLC
CALL "image: MX1.1"
CALL "image: MX2.1"
CALL "image: MX3.1"
CALL "image: S31- 32"
CALL "image: S33- 34"

Network 5 Control Signals PC (VISU) -> PLC

CALL "image: S11-16"
CALL "image: S17-22"
CALL "fc_pc_flags_set"

Network 6 Control Signals PC (Prisma) -> PLC

CALL "fc_pc_flags_set"

7、结束语

混料系统控制构成复杂，控制任务多，逻辑繁琐。即要实现对现场各控制点的控制和监控。又要完成现场各种数字量、开关量的检测以及对周边设备，如各种运行电机和风机的控制。采用功能强、安全系数高的德国SIEMENS SIMATIC S7系列可编程序控制器，整个控制系统完全满足混料系统控制工艺要求，实现了混料自动控制以及送料全过程的协调控制，系统性能好，操作使用方便。确保生产任务正常完成。

随着环境问题对人类生存的影响日趋加重，人们对环境保护的意识也日益重视。特别是近10多年来，我国在环保方面的工作取得了一定的成绩，使环境污染得到了一定的遏制。与此同时，环保产业也取得了很大的发展，许多地区竞相将其作为重点发展的领域之一。其中城市污水处理和工厂废水处理，控制污水排放，都得到高度重视，污水处理行业已成为一个新兴、热门的行业。

我国在《污水综合排放标准》（GB8978－88）中规定了各种工业废水排入城市排水管网时，各类污染物的高允许排放浓度，以保证城市污水处理厂的正常运行。由于各地城市污水的水源水质不同，因此相应采用的污水处理工艺方法也不同。

1 工艺介绍

1.1 啤酒厂废水翠的主要工艺

一般啤酒厂的废水处理主要采用好氧处理、水解－好氧处理和厌氧－好氧联合处理等几种工艺技术。

好氧处理工艺主要采用活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。水解－好氧处理主要利用水解反应器使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善。实验结果表明，水解和好氧处理相结合，比完全好氧处理更为经济。厌氧－好氧联合处理技术是一种能有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳，该处理技术系统结构简单、占地面积小、便于运行管理。

目前，啤酒的废水处理，一般采用厌氧－好氧处理技术，这是一种在处理效果、投入成本和经济运行方面都较为合理、经济的方案。

南京英特布鲁啤酒厂废水处理系统设计指标为：日处理能力为5000  /天，进水指标为：COD2500  、  、  及  ～12；经过处理后，其排放指标为：COD  、  、  及  。处理后的水质达到国家排放标准。

整个污水处理系统主要由集水井、调节池、预酸化池、IC塔、二沉池等设备和建筑物构成，自动控制系统配置一套SiemensS7－300PLC系统和一套上位机监控系统。

1.2 工艺流程

啤酒厂废水处理的工艺过程如图1所示。啤酒生产过程中的麦糟水、洗涤水等排放废水，首先进入集水井并流入调节池，进行初步的物理处理，去除污水中的杂质，在必要时进行降温处理。随后进入预酸化池进行pH值等指标调整，使其满足在IC塔处理过程，在其处理过程中产生的沼气，目前主要采用燃烧排放的方式（以后可以进行沼气利用处理）。在IC处理过程中，当污水水质达到一定要求后，废水排放到曝气池进行好氧处理，随后在二沉池进一步沉淀、分离污泥，使排放水质达到排放标准，后才排放至附近河流或经消毒后进行2次利用。

图1 工艺流程示意图

2 控制系统设计及实现

本控制系统采用Siemens公司的S7－3000系列CPU315－2DP PLC，配置输入输出点：DI32×6＝192点、DO32×3＝96点、AI8×4＝32点、A04×1＝4点；配置CP343－1以太网通信模块及TS Adapter与上位机监控计算机进行通信。上位监控计算机采用Siemens工控机。

2.2 系统网络结构

本控制系统由1个主站和1个远程站构成，主站与远程站间采用Profibus-DP通信，通信速率高可达12Mbps。PLC通过以太网和上位机进行通信，其通讯速率可以到10Mbps，并为其它计算机访问本控制系统预留接口。为了方便工艺工程师对工艺参数的远程监控以及自控工程师对本PLC系统的远程维护，本系统配备了远程监控系统，通过公共电话网，工艺工程师及自控工程师可在异地监控运行参数及设备运转情况，极大地tigao了快速处理现场发生故障地能力，节省了维护的费用和企业的成本。其系统网络结构图如图2所示。

PLC和变频器在污水处理中的应用（2）2004年9月

图3 A/D和D/A模块初始化程序

PID指令所涉及到的24个数据寄存器也需要设定，如采样时间、滤波常数，积分时间、微分增益等。这些数据需要根据被控对象的实际情况来定量，如pH值的存在范围、污水的liuliang大小、加入中和药水的品质、中和速度等。通常工厂的生产工艺相对较为稳定，污水的pH值和liuliang基本稳定，即使有些变化，只要控制参数设置合理一般不会有太大出入，而其它的影响因数比较容易控制，所以这些参数可以定值设置，并在PLC上电工作时就调入并在控制过程中使用。

3.2 采样过程

采样的间隔时间可以根据实际情况定置，时间因子可以采用PLC内部的时间基准，如图4中M8013为秒脉冲的时钟继电器。

图4所示的A/D转换程序可以每秒钟完成一次pH值的采样。

图4 A/D 转换程序

1 引言
电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。
电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括:过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化;不对称故障包括:断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而，对大型电动机进行综合保护非常重要。

2 基于PLC的电动机综合保护

对电动机的保护可以分为以下几类:
在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度，继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下，电机的额定电流可达数千甚至几万安，这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求，因此微机保护应运而生。

PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、而且体积小、功耗低、使用维护方便。因此，本文研究了基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的方法。

3 系统硬件设计

3.1 系统的总体结构
基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的总体结构如图1所示。

3.2 PLC机型选择及扩展
选择PLC机型应考虑两个问题:
（1） PLC的容量应为多大？
（2） 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输入输出点，见附表,本系统共包括12路开关量，7路模拟量。

SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及控制的自动化，S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200 CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块，大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATIC S7-200 CPU 224完全可以作为本系统的主机。
CPU224可扩展7个模块，而其本身具有14输入/10输出共24点数字量，因此已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。

4 系统软件设计

4.1 主程序
程序开始，从输入单元检测输入量，首先判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保护子程序，若是电动机已经启动，则判断起动是否成功，若是，则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。
如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，首先检测是否发生短路故障，方法是:检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是:检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障，方法是:检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障，方法是:检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，再次从条开始，进行第二次扫描，所以结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。
4.2 欠压保护子程序
在该程序段中，采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障，则直接结束本次循环。
4.3 起动时间过长保护子程序
在该程序段中，采集三相电liuliang，若发现在起动过程中，电流大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值，则跳转至保护动作子程序段，起动时间过长保护动作，警报响，并且起动故障指示灯亮。

5 结束语

通过本系统设计、试验与运行，得到如下结论:
（1） 利用PLC进行电动机综合保护硬件简单可靠。
（2） 可以采用梯形图语言进行编程，简单易行。
（3） 系统运行可靠，便于检修维护。
（4） 由于采用集成综合设计，系统体积小、功耗低、使用操作方便。