西门子6ES7222-1HD22-0XA0详细解读

更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

西门子6ES7222-1HD22-0XA0详细解读

国内的低压配电网络结构复杂，不同楼层、不同建筑时期的楼宇配电网结构都不相同，接入方案尚无法统一。PLC网络结构灵活，可根据用户数的数量做出相应的改变。根据配电网线路、楼宇结构和用户的特点，方案可分为高层住宅楼、低层住宅楼和商业写字楼三种情况考虑。

低层住宅

　　楼宇结构特点：底层住宅楼每栋有5到6层，分为多个单元，每个单元有独立的楼梯，每层2～4户。楼中通常有60～80住户，大一些的可达100户。低压配电网结构：一台配电变压器负责5～6栋楼，每单元有一条电力线从底层一直到达顶层，在每楼层有该层用户的电表，一层有单元所有用户的总电表。组网方案：采用FTTZ+PLC或光纤到变压器+PLC的方案。以配电网物理网络划分为基础，一个单元放置一台PLC局端设备，用户共享电力线。用户较少时，可以扩大共享范围，几个单元甚至几栋楼实现共享。当用户增多时，再根据用户的分布，灵活划分共享范围。 PLC Modem通过USB、RJ45等接口与用户计算机相连，保证端到端2Mbps带宽，多个PLC Modem可组成小型局域网。该方案针对用户相对集中、上网需求较少的住宅楼。
　　　　　　　　　　　　　

高层住宅

　　楼宇结构特点：新建的高层住宅楼高度为十几到二十几层，住户密度大且集中，每栋楼内大约有150到200户。低压配电网结构：楼内地下室通常有独立的配电间，一台配电变压器将10KV电压转变为220V民用电压。楼内有多条电力线通向住户，每条电力线为一层或相邻几层的住户输电。电力线三相负载基本平均，楼层的竖井有配电箱，箱内有楼层总电表和各户的分电表。组网方案：接入采用FTTB+PLC的方案，光纤到小区，光纤到楼。楼内采用PLC接入，以配电网物理网络为基础，将配电网分为不同的用户接入共享区域，根据实际情况确定接入方案。 PLC局端设备放在地下室的配电间内，使用同一条电力线的一层或相邻几层用户作为一共享区域，共用一台PLC局端设备。若用户较少，可将多个共享区域合并，连接到同一台设备。如将用户按三相线路划分，使用A相线路的用户共享A相电力线；甚至可以让全楼的用户共享同一条电力线。这样可在保证用户上网带宽的同时，使设备保持较高的利用率。用户增多后，可方便的把共享区域分开，对原有用户的使用不会产生影响。用户端设备PLC Modem从电力线中分离出数据信号，通过USB、RJ45等接口与用户计算机相连，保证端到端2Mbps带宽。多个PLC Modem可组成小型局域网。该方案主要针对用户居住集中、上网率高的小区高层住宅楼，可结合远程抄表、家政自动化等应用。
　　　　　　　　　　　　　

商用写字楼

　　商业写字楼内主要是中小型企业，这些用户对网络带宽和安全性的需求并不很高，PLC宽带接入就可以满足用户的要求。写字楼的接入采用FTTB+以太网+PLC的方案，光纤到楼。安装一台交换机或集线器，作为楼宇的核心交换设备，在楼层做以太网的综合布线，保证100M带宽到楼层。在楼层配电间安装PLC局端设备，根据企业用户需要的端口数划分共享区域。端口数较多的用户可独享一台PLC设备，端口数少的用户可共享PLC设备。信号通过电力线传输到办公房间，通过PLC Modem到达用户的计算机。采用PLC接入的企业，不需在办公室内作布线，利用电力线就可实现高速上网，同时可以组建企业的内部局域网。
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　

1、引言

在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置PLC。自从20世纪70年代台PLC诞生以来，PLC的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。

本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例，介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中的运用。

2、广州智光电机高压变频器简介

广州智光电机有限公司推出的新一代高性能ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的高新技术产品。该产品采用主流高性能专用双DSP控制系统和大规模集成电路设计，通过jingque的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。

3、PLC在国产高压变频器中的设计使用

3.1PLC主要逻辑控制

（1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，K1～K4为手动操作刀闸，J1～J3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

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图1自动旁路柜

自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：

变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。

变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作.

（2）PLC控制系统原理图

PLC主机选用输入输出点数48点，型号为FX2N-48MR，PLC作为系统逻辑量控制的控制核心，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。PLC控制系统原理图如图2所示。

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图2PLC控制系统原理图

旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用PLC控制，接线简单，提高了可靠性;旁路柜的逻辑更改也变得很简单，只需修改PLC梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。

（3）PLC功能指令实现高压变频器PID闭环控制

用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。

针对用户的要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20mA。这样通过读取指令（FROM）和写入指令（TO），以及PLC带有的PID闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行PID闭环控制。

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图3带有的PID闭环控制功能指令的PLC程序

其具体编程过程是这样:PLC读取指令（FROM）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D12数据地址里;把用户的水压设定值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D10数据地址里;D200～D222保存PID的运行参数;D14为PID指令的运算值输出，通过PLC的写入指令（TO）把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V～10V或者4～20mA的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。

在进行PID运行参数设置时，P、I、D的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。P表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;I表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱;D表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有超前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。

攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢，因此PID的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间（T0）以及PID运算死区（M0），这样就可以把PID的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。

（4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信

为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录，PLC还配置了通信模块FX2N-232BD，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

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图4通信编程指令

PLCRS232串口通信可使用无协议（RS指令）或专用协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:D8120用于设定PLC通信格式，D50表示发送起始地址，K60表示发送字节数量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字节数量。

4、结束语

高压变频器自动旁路柜采用PLC进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的可靠性。现场PID闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在超过0.1kg时，变频器能迅速调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。同时通过PLC与高压变频器控制器的串口RS-232通信，在高压变频器液晶屏上能监视系统管网水压及PLC各种状态量。

1引言

在绝大多数变频器调速工程应用领域，都需要外围辅助机电联控系统实现变频器的自动

化运行。外围机电联控系统随着调速对象的不同要求千变万化，有时可以是相当的复杂，例

如常见的机电一体化运动系统，所以工程上变频器经常与PLC集成联控运行。

台达VFD-E（图1）系列变频器在内部集成嵌入可编程控制器。VFD-E为机电一体化等

复杂调速系统开创精简型整体解决方案时代。

图1台达VFD-E系列变频器

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2VFD-E变频器内置PLC简介

·PLC逐行扫描标准运行方式。

·丰富的编程语言：指令语句；梯形图；SFC。

·丰富的指令语句：45个指令种类，包括28个基本指令，17个应用指令。

·350步长程序容量。

·uS级基本指令的处理速度。

·结束再生的输入/输出控制方式（当执行END指令时输入输出有立即刷新指令）。

·8点基本I/O配置：6个输入点（X）,2个输出点（Y）。

·I/O模块扩展功能：通过I/O卡可以配置9个输入点，4个输出点。

·通用辅助继电器M：160点。（M0-M159,特殊用继电器共32点M1000-M1031）

·定时器：16只。T0～T15（100ms）。

·计数器：8个16位（C0～C7）；1个32（C235）。

·通用内部寄存器D：30点（D0～D29）

·特殊寄存器D：45点。（D1000~D1044）。主要作为存放系统状态、错误信息、监控。

·通过RS485编程。

3VFD-E变频器的PLC程序执行方式

PLC程序的上传和下载通过PLC2编程页面执行。首先按MODE键到“PLC0”页面，然后按上键切换到“PLC2”，接着按下“ENTER”,成功会显示“END”,然后会跳回“PLC2”.在没有下载程序到变频器里面之前，如果出现警告可以不理会。注意在上传和下载程序前变频器是在停止状态下。

执行VFD-E变频器内部PLC程序有三种方式：

种方式：在PLC1编程页面下，自动执行PLC程序；

第二种方式：在PLC2编程页面下，经过WPL由通讯监控PLC程序运行（执行/停止）；

第三种方式：端子运行方式。当为外部多功能输入端子（MI3-MI9）设定为“RUN/STOPPLC(99)”后，端子接点导通(close)时，在PLC页面会显示PLC1,执行PLC程序。端子接点断路（open）时PLC页面会显示PLC0,停止PLC程序。

4内置PLC的特殊功能装置配置说明

限于篇幅，本文中只是把常用的特殊继电器和寄存器等说明一下，详细的可以见到中达电通股份有限公司的网站上下载VFD-E系列的说明书。

4.1特殊继电器说明

M1000运转监视常开接点（a接点）。RUN中常时On，a接点。RUN的状态下，此接点On

M1001运转监视常闭接点（b接点）。RUN中常时Off，b接点。RUN的状态下，此接点Off

M1005变频器故障指示

M1006输出频率为零

M1007变频器运转方向FWD(0)/REV(1)

M1025变频器RUN(ON)/STOP(OFF)

M1026变频器运转方向FWD(OFF)/REV(ON)

M1028高速计数功能开启(ON)/关闭(OFF)

4.2特殊寄存器功能说明

D1025高速计数器现在值(低位)

D1025高速计数器现在值(高位)

4.3变频器特殊指令

1DHSCS高速计数功能说明：

DHSCSS1S2S3（S1:比较值；S2:高速计数器编号；S3:比较结果。）

·高速脉冲计数功能需要借助PG卡来实现外部脉冲输入。

·由设置DHSCS指令所需要的目标值，并且把M1028(特殊功能继电器，功能是变频器高速计数功能开启ON/OFF)打开，将自动进行计数。如果要清除计数器的数值，需要将M1029(特殊功能继电器，功能是清除高速计数值)设置为ON。

·高速计数器有3种运动控制模式，可以通过特殊寄存器D1044来设定。

种模式是“A-B相脉冲”的模式。使用可以通过输入A相和B相的脉冲来做计数器的输入，需要和GND连接。

第二种模式是“脉冲＋符号”的模式。使用者可以利用脉冲的输入以及通过符号来做上数或着下数。定义A相来做脉冲，B相来做符号，需要和GND短接。

第三种模式是“脉冲＋标志位”模式。在计数方式中，可以通过标志位M1030来判断上数或下数，所以使用者知需要连接A相就可以了，需要和GND短接。

2FPID变频器PID控制。

FPIDS1S2S3S4

其中：S1:PID参考目标的输入端子选择（0～4）；

S2:PID比例增益P(0~100)；

S3:PID积分时间I（0～10000）；

S4:PID微分时间D（0～10000）。

3FREQ变频器运转控制。

FREQS1S2S3

其中：S1:设定频率；S2:加速时间；S3:减速时间。

例如：FREQK5000K200K100

则：设定目标频率为50HZ,加速时间是20S,减速时间是10S

4RPR变频器参数读取。

RPRS1S2

其中：S1:参数字地址；S2：把读取的参数保存到S2中。

5WPR变频器参数写入。

WPRS1S2

其中：S2为参数的地址,把参数数值S1写到参数S2中。

一、概述

现代化厂房、仓库、高层建筑施工及大型加油站等很多都使用了彩色钢瓦，甚至是琉璃瓦式彩色钢瓦，使得这些建筑的外观生动、漂亮。这些彩色钢瓦都是采用彩色钢板经专用压瓦机生产出来的。彩色钢板进入压瓦机，通过各种型状的辊轮，压制成各型状，通过切刀切成定量的长度。如果需要琉璃瓦状的，还可以压型。这样就可以做成各式各样的彩色钢瓦。

凯迪恩公司凭借高品质的KDN-K3系列PLC，与压瓦机生产厂家合作开发出各种型号的压瓦机控制系统。下面介绍一种琉璃瓦型压瓦机控制系统。

二、工艺介绍

琉璃瓦压瓦机分为三部分，辊道成型部分、压型部分、切刀部分。

辊道成型部分是由电机拖动，链条带动各辊转动。压型部分是液压缸带动模具上下移动，可以把彩钢压成许多节，形似琉璃瓦。切刀部分是液压缸带动刀具上下移动，可以把彩色钢瓦切断。

生产过程如下：彩色钢板进入辊道成型部分，成型后到压型部分，压成等距离一节一节的，切刀负责定长切割。

三、控制介绍

执行部分有变频器驱动电机，液压站电机，压型的两个液压电磁阀，切刀的两个液压电磁阀。

检测部分有：检测彩色钢瓦长度的脉冲编码器，压型的上下行程开关，切刀的上下行程开关，压型的上下操作按钮，切刀的上下行程按钮，急停开关，液压启停开关等等。

PLC选用KDN-K3系列的KDN-K306-24AR。它带有14个输入/10个继电器输出，刚好满足输入输出要求。再配KDN文本屏，可以完成参数设定，报警显示，帮助信息，生产数据显示等等。

压瓦机一定要用高数脉冲输入功能，KDN-K306-24AR高数输入性能优良，选AB相抗干扰能力强。并用定值中断功能，保证精度。

压瓦机有许多参数要设定，用文本屏设定。参数设定有设备参数和用户参数设定两种。设备参数有：单脉冲长、过冲量、压型距、压型时间、切刀时间等等。用户参数有：张数、长度、首节、末节、节距、节数等等。

琉璃瓦压型机控制系统还能完成单板切割功能。