西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8使用选型

西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8使用选型

改革开放以来我国城市集中供热事业迅速发展，促进了城市经济与社会发展，改善了北方地区人民的生活条件。但是部分城市集中供热管网也存在技术落后、浪费热能、安全事故时有发生等等问题，因此城市集中供热自动化监控成为城市集中供热的发展趋势。

以北京某区供热厂供热系统为例，该供热厂有5台10吨燃煤锅炉供热和1台5吨燃气锅炉，二次系统有9个换热站。

系统控制要求
一次系统监控要求：

（1） 5台燃煤锅炉供热和1台燃气锅炉的运行设置手动运行和自动运行。

（2） 锅炉的各运行参数由PLC实时采集，并且在调度室IPC的机上显示。监控画面要求动态模拟锅炉运行过程。

（3） 锅炉自动运行时，必须保证炉膛负压在安全的范围内。炉膛负压可以通过调节鼓风机或者引风机频率来保证。

（4） 锅炉自动运行时，必须保证炉内的煤得到充分燃烧，提高锅炉热效率。炉膛内含氧量可以通过调节鼓风机频率来保证。

（5） 当室外温度降低，当前运行的锅炉满负荷运行也不能满足用户需求时，自动增加一台锅炉投入运行。

系统特点

（6） 循环泵根据出回水温差来调节频率，补水泵变频运行来保证锅炉的回水压力。

二次系统监控要求：

（1） 通过PLC实时采集换热站各运行参数，如：换热器的出水回水温度和压力、回水电动调节阀开度、水泵和电动调节阀运行状态等。

（2） 循环泵和补水泵运行频率根据相关温度压力的变化由PLC实现自动调节。

（3） 电动调节阀的开度由PLC根据用户的回水温度来自动调节，以达到用户室内温度不低于16℃的要求。

（4） 所有换热站的相关运行数据都要在调度室的IPC的监控画面上显示。

由于燃煤锅炉自动运行的控制较为复杂但是单台锅炉输入/输出量不多，换热站比较多而且距离调度室较远；控制器选择CTSC-200 系列PLC性价比更高。CTSC-200包含丰富的指令，PID算法指令方便使用；自由口通讯模式可轻易的实现PLC与第三方设备的通讯。

系统描述
该系统控制器选用CTSC-200 PLC，上位监控软件选用力控的组态软件PCAuto 3.62 。一次系统控制器与上位机由RS485总线的PPI协议实现通讯。二次系统1＃和2＃换热站离调度室比较近，故CTSC-200 PLC与上位机直接使用PPI电缆进行通讯，其他的换热站离调度室约500到3000米，距离较远，因此上位机采用GPRS通讯方式与CTSC-200 PLC通讯。

系统网络图如下：

系统特点
城市集中供热实行自动化管理后,改变了以前供热出现意外故障中短而无法极时修复，提高了工作效率，实现了对各支点管道的实时管理。

为供热调度部门提供了实时、可靠的数据；及时、合理的优化热网的运行，从而使得供热系统始终在佳工况下工作。

无线通讯GPRG网络的应用实现了热网的集中管理，减少了人力，节约成本。

锅炉的自动控制与传统的控制方式相比不仅节省了能源，还达到减少对环境污染的目的。

一、系统简介
该空调系统为风管式系统，风冷风管式中央空调系统与其他中央空调相比有新风的引入提高的空气的质量、温度较均衡、噪音小、可调节、安装简单、运行可靠、效率高和运行费用低等显著特点。风管机中央空调系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同，是一个小型化的全空气中央空调系统。它利用室外主机集中产生冷/热量，将从室内引回的回风进行冷却/加热处理后，再送入室内消除其空调冷/热负荷。风管式机组系统简单，采用制冷剂和空气直接蒸发换热的制冷循环方式，无需中间传热媒体，减少了损耗，效率高。由于引入了新风，其空气品质能得到较大的改善。原理图如下所示，图中室外主机采用风冷方式。

该系统有如下几个特点：

1、夏季,制冷机组运行，实现冷调节；冬季,冷机配合热源共同使用，可以实现冬季采暖。在春秋两季可以用新风直接送风，达到节能，舒适的效果。

2、采用集中空调的设计方法，送风量大，送风温差小，房间温度均匀。送风方式多样化，能够具体情况制定不同的送风方案，增强人体的舒适性。

3、采用模块化主机，根据设置自动调节制冷量。室内及分区控制，各个室内及独立运行，分别调节各个区域内的空气。

4、维护非常方便，对发生的故障进行报警的同时在文本显示器上显示，维护人员可方便快捷地根据故障显示进行维护或修理。

5.、可单独控制，也可集中进行控制，运行更加经济、节能。

二、系统控制

控制系统采用CO-TRUST CTSC-200 PLC及其文本显示器TD2X。控制系统示意图如下所示：

CTSC-200 PLC及其文本显示器对新风机组监控如下：

◆ 可在文本显示器TD2X上起停风机电机及查看其工作状态

◆ 测量风机出口空气温湿度参数，以了解机组是否将新风处理到要求的状态

◆ 测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换

◆ 检查新风阀状况，以确定其是否打开

◆ 控制空气－－水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值

◆ 控制干蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值

◆ 保护管网，冬天防冻，自动停止风机，同时关闭新风阀门

对冷水机组的监控：

◆ 压缩机启停控制及状态监视

◆ 冷热水泵起停

◆ 蒸发器进出口温度

◆ 冷凝器进出口温度

◆ 压缩机进排气压力温度

◆ 油泵出口压力

◆ 冷凝器水流开关控制

◆ 蒸发器水流开关控制

三、TD2X在系统中的应用
系统上电后，TD2X首先进入欢迎使用画面，操作菜单分级显示，菜单包括系统运行状态、系统运行控制、系统参数显示、PID参数修改、电动阀开度调节。室内机组有两种控制方式，可以单独控制，也可以qunkong。当故障发生时，故障报警信息也通过TD2X来显示，直到故障得到确认和恢复。

CO-TRUST TD2X是可编程控制器TrustPLC CTSC-200小型PLC系统的文本显示和操作界面，在规格和使用方式上完全兼容西门子的TD200 V3.0文本显示屏，可相互替代。TD2X可根据CPU内部的逻辑条件显示信息。在信息中也可内嵌数据，数据既可以显示，也可以由操作人员进行设置。也可以使用TD2X设置CPU实时时钟，访问CPU内存变量，或对开关量输入/输出进行强制。TD2X可以设置密码，以限制对设备的操作。TD2X还可以显示多达80条消息。

四、总结
在小型中央空调中使用CTSC-200可编程控制器及其文本显示器TD2X来做为小型中央空调监控系统的控制硬件，不仅降低空调成本；而且具有如下优异的系统功能：

1、多种控制方式，可以通过文本显示器TD2X实现多个室内机组qunkong或独立控制。

2、监测各机组出回风温度及各机组运行状态。

3、可通过TD2X设置空调运行参数。

4、自检反馈和报警功能。

5、冷水自动控制温度调节，可随意调节各房间的温度。

6、可根据日历表规划和时区设置自动启动。

7、参数设置带有密码保护。

1 引言
在传统的plc——变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由plc通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由plc通过模拟量输出端口输出0～5（10）v或4～20ma信号控制，需要plc配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由plc读取变频器的故障报警触点，对具体故障原因并不清楚，需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用plc及变频器的串行通讯的方式来实现plc对变频器的控制。

2 变频器的选型
danfoss vlt系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准rs-485、profidrive、 lonworks在内的多种现场总线方式。其中，rs-485通讯方式为用户提供了无需附加任何费用的、为廉价实用的串行通讯方式。只需按照 danfoss vlt变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与vlt变频的通讯。vlt为用户提供了两种控制字和状态字格式标准:即danfoss标准的danfoss fc协议和profibus标准的profidrive协议。其中fc协议为用户提供了更多的与vlt有关的控制信息和状态信息。本项目中选用danfoss fc协议。

3 plc的选型
西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。s7-200系列是西门子simatic plc家族中的小规模plc成员，自由通讯口方式是s7-200 plc的一个特色的功能，它使s7-200 plc可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中plc可以与变频器和方便连接。plc通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了plc宝贵的i/o端口，又获的了大量变频器的信息。在本例中，作者将按照 danfoss fc协议来对s7-200的自由口进行编程。

4 vlt串行通讯
4.1 vlt通讯原理
vlt变频器的串行通讯为异步半双工的方式，使用字节奇偶校验和块传送异或校验方法。每个变频器都配备有一个标准的rs-485通讯端口，使协议可以通过rs-485电气接口来进行传输。plc为主机，变频器为从机，系统电码的传输由主机控制，主机不断发出某个地址的电码给从机，等待从机的响应。主机多能带31个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126个从机，也就是从机的地址多可以设定到126。通讯时，每一个字节从一个起始位开始实行传送，然后再传递8个数据位，相应地组成一个字节，每个字节由一个奇偶校验位来验证传送的正确性，然后由一个终止位结束。这样一个字节共由11个位组成。
4.2 vlt电码结构
每个电码由一个起始字节（stx）开始，这个起始字节为stx=02h。随后紧跟一个表示电码长度（lge）的字节和表示变频器地址的字节（adr）。然后是一些数据字节（随电码类型而变）。整个电码由一个数据控制字节（bcc）来结束。结构如附表。

附表 vlt电码结构

在上述数据结构中:
（1） pke占用两个字节，包括参数命令类型和参数数目;
（2） ind为索引，也占用两个字节，索引字节用于表明它是一个读命令还是写命令。在读命令中必须具有0400h的格式，在写命令中必须具有0500h的格式;
（3） pwe为参数值块。占用四个字节，分为高字（pwe h）和低字（pwe l）。“比如主机要改变当前的变频器参数，新的参数就应写在参数pwe中发送给变频器;”
（4） pcd为过程块，占用4个字节。它有两种状态，当主机发给从机时，pcd1为控制字，pcd2为参考值;当从机发给主机时，pcd1为状态字，pcd2为当前的输出频率;
（5） bcc为数据控制字节。由它来对接收到的命令进行检验正确与否。它的初始值为0，然后对该字节以前的所有字节进行异或。

5 plc编程示例
5.1 变频器初始化子程序
plc在次扫描时执行初始化子程序，对端口及rcv指令进行初始化。为了增加程序的可靠性，在初始化完成后，如果检测到端口空闲时则运行rcv指令使端口处于接受状态。初始化子程序如下:
network 1 // 网络标题
检测端口空闲可编在主程序中
// 设定端口属性
ld sm0.0
movb 73, smb30
network 2
// 接收信息状态
ld sm0.0
movb 102, smb87
network 3
ld sm0.0
movb 16#02, smb88
movb 50, smb92
movb 50, smb94
r sm87.2, 1
network 4
ld sm0.0
atch int1, 23
//连接口0接收完成的中断
network 5
ld sm0.0
atch int0, 9
//连接口0发送完成的中断
network 6
ld sm0.0
eni
//中断允许
network 7
ld sm0.0
movd amp;vb250, vd220
//装入地址指针
movb 0, vb242
//bcc码寄存器清零
movd amp;vb300, vd224
//装入地址指针
movb 0, vb246
//bcc码寄存器清零
5.2 变频器参数修改子程序
当要改变当前变频状态的信息需传送时，调用“控制子程序”。首先它要禁止端口的接收，然后对控制电码进行编辑和bcc检验码计算，并发送;当没有改变当前变频状态的信息需传送时，调用“空命令”子程序。因为plc如果要读取变频器的当前工作状态，就要给变频器发送命令，而“控制子程序”代码繁琐，执行效率不高，我们可以将“空命令”程序需传送的电码预先编排好（可以用短电码），“控制子程序”程序代码如下:
network 1
ld sm0.0 //停止端口0的接收
r sm87.7, 1
rcv vb300, 0
network 2
ld l0.0
movw 16#047c, vw211
movw lw1, vw213
network 3
ld l0.1
movw 16#0434, vw211
movw 0, vw213
network 4
ld sm0.0
movw lw1, vw213
network 5 // 网络标题
// 网络注释
ld sm0.0
movb 16#02, vb200
movb 16#0e, vb201
movb lb3, vb202
movd 0, vd203
movd 0, vd207
hta vb200, vb250, 15
network 6
ld sm0.0 //计算bcc校验码
for vw240, +1, +15
network 7
ld sm0.0
xorb ＊vd220, vb242
network 8
ld sm0.0
incd vd220
network 9
next
network 10
ld sm0.0
hta vb242, vb265, 1
//bcc校验码写入发送缓冲区
network 11
ldb= vb251, 16#0e
//发送缓冲区准备好后进行发送
s s0.1, 1
network 12
lscr s0.1
network 13
ld sm4.5
xmt vb250, 0
network 14
scre
5.3 变频器通讯完成处理
发送完成后执行发送完成中断程序，它的操作包括:允许rcv;bcc码寄存器清零;重新装入用于计算bcc校验码的地址指针;接收缓冲区中存放指令结束字符的字节清零，用来判断下一条指令格式是否正确。
接收完成后执行接收完成中断程序，它会将接收缓冲区中的十六进制ascii码还原成数据并保存。然后调用“接收处理”子程序。它主要是求出接收缓冲区中指令的bcc校验码并与指令中的bcc校验码进行比对，并对电码中的数据进行处理。

6 结束语
使用此方法采用西门子plc通过自由口使用danfoss fc协议对danfoss变频器进行控制，极大地减少了线路连接的复杂性，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。