6ES7222-1HD22-0XA0代理订购

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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。

　　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。

　　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。

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。

　　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

1 、概述
大庆油田天然气红压深冷装置是天然气分公司大的气处理装置，每天处理天然气量达到90万方，生产轻烃200余吨。根据天然气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求，由于相关的PLC设备分布广泛，监控功能要求自动化程度高，而且有关的信息要迅速获取及处理，并要易于管理。因此自动控制系统以OPTO 22公司SNAP I/O系统作为骨干框架，结合其极其先进易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的bbbbbbS操作系统平台上，开发出既能很简便完成系统各种监控功能，又具有使用灵活的人机界面的天然气深冷分离装置自动化监控系统应用软件，监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀、电磁阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换，由于机组自带的PLC系统出自多个厂家，通讯标准不同，技术难度较大。
我们通过不断摸索、实践，在较短时间内，顺利完成了多个系统间的通信问题，使系统具有可靠性高、兼容性强、操作简便等优点，并且为项目节省了投资。
2、通讯系统的要求
1) 具备实时数据传输通讯功能，利用OPTO22 产品的强大的通讯优势，将生产数据实时传输到OPTO22 SNAP I/O系统。
2) 完善的安全监控功能。OPTO22 SNAP I/O系统接收到机组通讯传出的报警信号，能够及时记录并执行相应现场控制流程。
3) 支持多通讯协议；
4) 良好的中文人机界面；
5) 采用工业组态软件实现，便于维护、扩充和升级；
3、技术实现
红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统(ME系统)五部分组成。其中前四个系统只是进行局部的单体控制，与OPTO22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO22 SNAP I/O系统(ME系统)在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
在本项目中我们使用OPTO22 SNAP I/O控制系统的OPTO22 SNAP LCM4做为主控制器，该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030 处理器，4MB内存带电池后备，2MB快闪可读写内存，四个串行接口，一个固定的RS-485，三个可分别独立设定为RS-232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
在现场应用中，首先我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置的基础，它采用SIEMENS S7-400 可编程序控制器实现，自身设计成主站工作，无上位机显示设备，监视完全在OPTO22 SNAP I/O中实现。OPTO22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COM0---COM3 通讯端口可以根据需要设置成232或485方式，根据现场的多次通讯实验，通讯采用标准MODBUS 方式实现不了。主要原因是ESD 系统采用的是主站方式，若改为从站通讯方式需更换所有 ESD软、硬件。费用太高，实现不可能。经过对ESD PLC的进一步分析,我们决定采用自由口通讯方式，把SIEMENS S7-400 通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。通过编制数据交换程序，设定起始码、奇偶效验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中，DCS接收到了ESD发送的数据，但稳定性差,在线（ONLINE）程序中看到有时出现空栈错误，程序运行至通讯时逻辑不正常，经过反复分析及多次试验，在程序中加了数据同步处理，至此，与ESD通讯完全正常，实现了DCS与紧急停车系统的通讯。
在与压缩机系统PLC通讯时，压缩机系统采用GE公司的90-70，我们采用MODBUS RTU方式，编制相应程序，在程序编制完成后，通过下装、运行，不断调试，终顺利的进行了连接。
在实现上述两个机组通讯实现的基础上，利用积累的经验，根据机组各自的特点，实现了DCS与全部机组的通讯。
二、系统结构及配置方案
在本系统中，采用OPTO 22的先进且成熟可靠的OPTO22 SNAP I/O系统，这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控中心的监控主机PC和四台OPTO 22的主控制器OPTO22 SNAP-LCM4以及7个可分布安装放置的前端智能I/O单元B3000组成，有关的系统结构示意图，请参阅以下的图示。

在如图所示的三层网络结构中，上一层是由PC组成，使用ETHERNET网络连接，作为监控系统的人机界面，动态显示各种设备运转的实时状态，显示和记录设备的异常和故障报警，设定设备的自动运行时间及条件，操作者可切换系统设备按自动或手动的方式运行。另外如用户有所要求，可把监控主机设立为Web Sever，所有的监控图画转换为Web Page，用户可在局域网和互联网上，使用标准的网页浏览器Internet Explorer，对系统实行监视甚至进行操作控制。
第二层由四台OPTO 22控制器OPTO22 SNAP-LCM4组成，各控制器与监控主机之间采用以太网通讯方式，组成监控网络（C-Net）。其中两台控制器与现场I/O相联，另外每台控制器与现场PLC相联。
第三层是由多台PLC及7个I/O智能单元B3000组成。I/O单元之间及相关控制器之间由RS-485,组成I/O网络(I/O-NET)，I/O单元的距离是1000m，加通讯重发器可延长分布距离。这样就可以把I/O单元和I/O模块分散安置在各相关设备附近，使连接的信号线减到少，大大减少信号传输过程中受到干扰的机会。I/O单元直接获取设备的工作状态和报警信号，设备的检测信号数值，同时可自动或手动控制设备的运转，对有关的PID运算控制回路，进行本地的运算和调节，大大加强了系统的实时控制及快捷反应能力。
结束语
通过实践证明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统与多机组PLC间通讯是稳定的和便捷的，实时性好，可靠性也高。体现了OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统灵活、多变、通讯功能强大的特点。

一、引言
　　由单片机与继电器等所组成的控制系统寿命短、系统故障率高。我们设计了PLC控制的变频调速供暖系统。该系统可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，在恶劣环境下可连续运行，且编程简单，维护方便。
　　为了保证供暖系统正常工作，必须使暖气管道中没有空气，即保持管道中的水压恒定。为此，我们选用PLC，配以不同功能的传感器，根据管道中的压力，通过变频器控制泵的转速，使管道中的压力始终保持在合适的范围，并设有过电流、过电压、过载、断水超压等保护装置。系统中有两套相同的装置，一用一备。另外，PLC通过扩展的I／O接口实现控制能力和范围，能解决监测、通讯等问题。

二、控制过程
　　本系统为PLC实时设备监控系统。对20台循环水泵、16台定压补水泵进行PLC的定时起、停控制，包括主、备用泵（循环水泵、定压补水泵）的定时切换、水泵前端的水流信号检测和报警，水泵过载短路故障报警。
　　上述36台水泵的电器控制和保护装置分别安装在7面柜中，下面以第1面柜为例详细叙述其控制功能和元件选型。
　　第1面柜控制两台2．2 kW定压补水泵和三台循环水泵。补水泵工作方式为一用一备，由PLC根据时间进行主、备切换，水泵由变频器驱动，进行恒压控制。即变频器根据管路上的压力变送器输送的压力反馈信号（4～20）mA与设定的压力值比较后进行PID调节输出，驱动定压补水泵工作。PLC则根据时间进行两台泵的切换：具体过程为先使变频器软停车、接到变频器停车信号后分断当前工作水泵的接触器，同时接通备用水泵的接触器，继而启动变频器，完成主、备用泵的切换，其切换时间可根据需要进行设定，两泵的接触器互锁。PLC检测所有接触器的开关状态。
　　因为变频器具有短路、过载等保护功能，所以当前变频器所驱动的水泵发生上述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。PLC对这些报警信号进行检测，而后进行备用水泵的投入。具体过程为PLC检测到报警信号后首先分断当前水泵的接触器，后对变频器复位，然后接通备用水泵的接触器，启动变频器运行备用水泵。同时输出该泵故障报警信号。
　　本柜中另外包括3台30 kW循环水泵，工作方式为两用一备，由PLC根据时间进行3台水泵的轮换工作切换。由于循环水泵未采用变频器控制，因此PLC只需对3台水泵的接触器进行按时的分断接通操作即可。电器保护元件采用GV3、GV2电机保护开关。该电机保护开关具有脱扣指示功能，当水泵发生短路、过载等情况时，电机保护器进行脱扣保护并输出报警信号，PLC检测到该信号后切断该泵的接触器并将备用水泵的接触器接通，运行备用泵，同时发出故障水泵的报警指示。PLC同时检测所有水泵接触器的开关状态。
　　所有循环水泵的出水口都装有水流传感器，PLC检测该水流传感器的输出信号，以判断该水泵启动后是否有水流输出、并进行工作正常指示或不正常报警指示。两台定压补水泵公用一个水流传感器，工作原理同上。
　　本系统有若干电动调节阀，由控制柜供电、其运行由仪表气候补偿器控制。PLC将对其供电回路控制。当该电动调节阀对应的某个或某几个循环水泵关闭或故障时，该电动调节阀将不能够开启。
　　系统设置手动/自动转换开关。PLC对该开关的状态实时检测，当选择手动功能时，PLC只进行信号的检测、故障报警和与电动阀的电源回路联锁。所有水泵的开、关和切换、变频器的开、关由手动按钮控制。当选择自动状态时所有控制、报警交由PLC完成。系统的总体示意图如图1所示。

三、系统硬件
　　图2为系统连接框图。除传感器外，其它硬件均安装在一个配电柜中。PLC不仅要控制循环水泵的起、停，还要间接控制定压补水泵的起、停和报警输出。下面以一个换热站的结构为例进行说明，设P1、P2、P3为三台循环水泵，P4、P5为两台定压补水泵，P6为PLC的报警输出。两台定压水泵公用一台变频器，由变频器直接控制，两泵电器互锁。变频器的起、停控制分为手动和PLC控制。变频器输入有一路压力传感器信号（反馈量），一路电位器信号（参考量），三路开关量（起、停和复位）。有两路输出信号（故障报警和低于5 Hz运行）。手动控制设有两个停止按钮，一个为接触器的分断按钮，一个为变频器的软停车按钮。需要注意的是因为变频器的停车均设为软停车，所以手动停车时应该先按软停车按钮，软停车结束后再分断接触器（时间由实际情况定）。变频器的故障复位信号也设有手动和自动两路输入。每面柜有一套气候补偿器，其输入由外接传感器输入，输出控制电动调节阀，气候补偿器具有声光报警功能。

　　水流开关用于检测水泵启动后管路内是否有水流通过，若泵运行为两用一备则每台泵前端安装一个水流传感器、共计3个。或一用一备则两台泵共计安装一个水流传感器。具体工作过程为：PLC启动某台泵后，经过设定的延时，PLC将检测该泵的水流传感器输出信号，若该信号指示无水流动则PLC判定该水泵故障，产生故障报警信号、同时将该水泵断电并将该泵的备用泵投入运行。
　　当管路压力趋于设定值，变频器工作频率很低，此时水泵的转速非常低，水流开关亦有可能发出无水流信号，这种情况并非故障，PLC将通过检测变频器的低频输出信号来区别（低于5 Hz时变频器输出一路信号）。正常情况下水泵24小时进行自动切换，运行备用泵。
每面柜均设有一个手动／自动转换开关，该转换开关为一个三位选择开关，安装于二次控制回路中。1位为自动，2位为手动，0位为悬空。选1位时，自动指示继电器吸合，PLC检测该继电器状态，执行自动控制程序，由PLC控制所有水泵的起、停的切换、包括变频器的起、停和报警。选2位时，自动指示继电器分断，PLC检测该继电器的状态，执行手动程序，PLC只进行检测报警，此时所有柜面控制按钮由人工通过柜面上的按钮和开关进行水泵的起、停和切换，包括变频器的起、停。需要注意的是在手动状态下PLC仍处于工作状态。选择0位时，此时手动控制电路被切断，不能控制设备。自动指示继电器分断。此时PLC检测到的信号与选择手动时一样，因此PLC执行手动程序，进行故障报警。
　　每面柜有一个补水电磁阀，电磁阀由对应补水箱内的浮球开关来控制。补水箱内有两个浮球开关，一个处于高位、一个处于低位。通过二者在不同水位的不同的继电器接点输出，经中间继电器来控制电磁阀的开、关和超低水位报警。并设有手动按钮，通过一个两位开关实现手动与浮球控制的切换。选择手动时亦有超低水位报警功能。

四、系统软件
　　系统PLC软件采用模块化编程，由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警输出模块等组成。

1、手动运行模块
　　按系统的要求，在系统处于手动运行时，PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号，并由此判断各工作水泵的运行状态，在出现故障的情况下，输出报警信号。图3为该程序模块的流程图。

2、自动运行模块
　　按系统的要求，在系统处于自动运行时，PLC要完成的工作有：接收各电路保护信号；接收各传感器信号；定时按顺序对工作水泵和备用水泵进行切换；在出现故障的情况下，输出报警信号。图4是此程序模块的流程图。

3、故障诊断与报警输出模块
　　在故障诊断与报警输出模块中，程序通过接收到的电路保护信号和传感器信号，根据一定的条件得出诊断结果。如果没有故障，则程序继续执行；如果有故障，则输出报警信号，通知工作人员进行处理。

五、结束语
　　该系统操作简单，可靠性高，维护方便，并且结构紧凑，动作jingque，是PLC在方便人民生活中的一次成功应用。目前采用的PLC变频供暖系统在乌鲁木齐南市区使用一年多来无故障发生，是一种理想的供暖系统。