西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8诚信经营

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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1 对变频器进行速度控制的信号输出
　　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。

图2 变频器的控制及动力部分接线图
　　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。

图3 模块的增益设定
　　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。

图4 控制系统编程
　　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。

 前言
　　可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置。
　　根据我国北方水资源相对缺乏的现状，利用PLC控制水泵进行直接供水，实现无塔供水，故恒压供水显得尤为重要。
2 硬件设计
　　2.1 系统控制框图（见图1）

（图 1）
　　2.2 系统基本工作原理
　　首先根据供水楼层来设定供水压力，以保证高层有足够的压力。因为当用户用量增大时，压力传感器检测到的水压就变小，这时实际水压与设定水的偏差越大。根据偏差的大小来决定启动泵的数量，此时必须加大liuliang，以满足用户的增多;当用水量减少时，输出的压力就会增加，偏差越小，根据这个偏差值来决定关闭泵的数量，用来大限度地节省电能。当发生火灾时，四台泵同时起动，以保证大的供水量。利用泵的数量来满足用水量以实现恒压供水。
　　2.3 系统硬件配置
　　三菱变频器 1台 热继电器 4台
　　接触器 8台 变频电机 4台
　　空气开关 1只 三相保险盒 6套
　　上位计算机 1套 模拟量模块 1 块
　　三菱通讯卡 1套 三菱PLC 1台
　　2.4 系统软启、软停主电路：（见图2）

（图2）
　
　　2.5 系统结构框图
　　为了实现恒压供水，要求这种控制系统具有很大的灵活性。控制参数易于变动，数据记录功能完善。针对这些要求与特点，确定控制系统采用两级监控制方案，结构图如右（见图3）：

（图 3）
　　2.6 系统工作方式选择
　　该系统可以用转换开关选定系统手动、自动工作方式。手动、自动时每台水泵均可由变频器进行软起动、软停止，四台水泵二用二备、并能自动识别。当用水量小时一台水泵运行，用水量大时二台水泵运行，火警时四台水泵同时供水。利用程序进行定时选择水泵工作方式。在自动运行过程中，若两台水泵供水压力低时既可由软件自动嵌入第三台水泵工作，也可手动起动第三台水泵，投入运行。在手、自动时每台水泵均由变频器按水泵工作曲线切换，通过对变频器编程。编程思路：转速n小时频率f低，但频率f不能低于6Hz, 否则电机会处于弱磁状态;n增加时f上升，n稳定在额定值时f = 50Hz（或略低于50 Hz），变频器切换完成。
3 软件设计
　　3.1 控制程序流程图（见图4）

（图 4）
　　3.2 PID调节以实现恒压供水
　　该系统为了克服内存容量的不足，我们选用增量式PID控制，即输出量是两个采样周期值之差e（k），控制器的输出增量为△U（k）。表达式如下：
　　△U（k）=U（k）-U（k-1）
　　=Kp｛e（k）-e（k-1）+ T＊ e（k ） /T2+T0[e（k）-2e（k-1）+e（k-2） ]/T｝
　　=Kp[（1+T/T2+T0/T）＊e（k）-（1+2T0/T）＊e（k-1）+T0＊e（k-2）/T]
　　=K1＊e（k）-K2＊e（k-1）+K3＊e（k-2）
　　其中：K1、K2、 K3为经验系数，需要现场调试修改。
　　e（k）、 e（k-1）、e（k-2）为对应采样时刻的偏差。
　　当用水量增加时，Uf减小，e（k）增大，需要添加水泵供水，以达到设定水压，通过这种方法实现恒压供水。增量式控制程序框图（见图5）。
　　3. 3 数字滤波来保证采样数据的准确性
　　为了防止瞬时抖动，tigao采样数据的准确性，采用两种处理方法：
　　1、当采样值比大值还大时，我们取大值为这次的采样值。
　　2、考虑到精度的要求不高，我们采用数字滤波中的平均值滤波方法。流程图如下：

（图 5）

（图 6）

　　3.4 编程思路及安全连锁
　　工艺控制（控制对象主要是对4台水泵的控制）按用户用水量的大小，可自动完成工作过程的控制。利用优先级控制：压力的优先级比时间的优先级高，来确保压力恒定。通过对变频器的编程，使变频器按照水泵的特性曲线来工作，从而有效地使水泵的起动和停止较为平稳。换句话说，可实现水泵的软起、软停。
　　为了降低系统成本，打破常规思维，我们对热继电器的状态不进行检测，利用热继电器的常闭触点（用继电器控制思路）对它所保护电机的接触器线圈实行硬件闭锁，利用程序对各控制电机实行软件闭锁。根据配水厂的要求可现场任意修改联锁方式：下位机程序联锁、上位机程序脚本联锁。
　　通过上述三种联锁方式，足可以保证工作过程、人员与设备的安全。
　　3.5 工作数据的处理
　　对文中的配水装置而言，数据查阅功能显得尤为重要。通过对配水历史数据查阅，可以系统的分析用户的总用水情况，为降低供水成本修改程序提供依据。通过对动态数据的查阅，可以使系统管理员对系统的动态过程能够很好的监控，从而有效地、合理的分配水资源。在上位计算机的Win—BC组态软件中，通过标鉴记录可实现上述功能。
　　3.6 报表输出及监控
　　在配水实际过程中的报表可分为两类：（1）定时报表（例如：小时数据流水帐报表）;（2）动态数据分析报表。在上位计算机的Win—BC组态软件中，报表的编辑器可实现这些功能：将鼠标放在某一对象上，可弹出相应的文字说明并持续一段时间，有助于操作人员对配水流程的进一步了解。
4 结束语
　　本文所描述的增量式PID控制的DCS系统完全能满足配水厂的供水要求，且具有功能完善、使用方便、控制jingque等特点，稍加变化可适合任何需要恒压liuliang（液压）系统。该系统在北方各大楼宇试用，效果较为理想。消防设备均可采用这种方式供水。针对不同的系统需稍加更改，这一点需要注意。