西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0一级代理

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引 言

　　经济的高速发展，工业技术的不断革新和人民生活水平的不断提高，促进了电力系统的逐步改造，并要求我国电网不断提高其供电可靠率。从1998年至今，城乡电网供电可靠从99.81％提高到99.897％。如今，配电设备市场的发展趋势应是：反应真实快速，高智能化和数字化。

　　地铁是地下铁道的简称，作为一种独立的有轨交通系统，它不受地面道路情况的影响，能够按照设计能力运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客。地铁效率高，无污染，能够实现大运量地要求，具有良好的社会效益，成为现在中大城市改善交通情况的。配电的可靠性要求在地铁行业尤其突出。一旦停电，地铁无法安全运行，将导致城市交通的瘫痪。

　　为了保证运行的可靠性和避免人为的失误，地铁中采用了各种以电子计算机处理技术为核心的各种自动化设备代替人工的、机械的、电气的行车组织、设备运行和系统。同时为了保障地铁运行的安全性，地铁建设中经常采用SCADA系统作为综合数据采集与监控控制系统，对主变电所、牵引变电所、降压变电所设备系统的遥控、遥信和遥测，实时掌握配电所所有设备的带电情况。

1 　地铁低压配电典型系统构成

　　地铁的低压配电通常采用典型的双进线一联络结构，其中1QF、2QF为进线开关，3QF为联络开关。正常工作的情况下，进线开关1QF和2QF合闸，分别为I段和II段母线供电。但是当其中一组进线电压跌落时（以1TF电压跌落为例），需要断开1QF。在甩开母线上的三级负荷后，闭合联络开关3QF，此时变压器2TF同时为I、II段母线供电。

2 　地铁行业低压配电备自投的特点

　　为了减少母线段断电时间，保证低压电气设备能够顺利运行，减少经济损失，地铁的低压配电系统要求备自投功能。所谓备自投，就是当进线开关因为电压跌落脱扣时，联络开关自动闭合。

　　但在地铁行业，备自投需要完成三个基本步骤：一，进线开关必须要脱扣，而且是因为电压跌落而非因为故障脱扣；二，三级负荷必须甩开；三，联络开关自动闭合。根据复位方式的不同，备自投又分为两种：自投自复和自投手复。自投自复：当进线掉电时，联络开关自动闭合，当进线电压恢复时，联络开关自动断开，进线开关自动闭合。自投手复：顾名思义，则当进线电压恢复时，手动分断母联闭合进线。

3 　PLC备自投的应用与特点

　　以往的地铁项目，是通过电压继电器，时间继电器和中间继电器等继电器来实现备自投。当电压继电器探测到进线开关的进线侧电压低于低电压阀值，一般的判断条件为70％额定电压，经过时间继电器的延时，发出命令，令该进线开关脱扣，将信号发送至各三级负荷总开关和联络开关。之所以需要延时，是为了保证电网确实掉电，而不是发生晃电。三级负荷总开关收到进线的脱扣信号，并确认进线并非因为故障脱扣后，直接跳闸，并将跳闸信号发送至联络开关。联络开关接收到进线和各三级负荷总开关的脱扣信号后，自动合闸，完成一次备自投的过程。

　　可见，由继电器搭接而成的备自投回路能够满足基本的备自投要求，但是随着地铁行业对可靠配电的要求越来越高，而且在实际应用中，该备自投的继电器触点容易熔焊，线路复杂等问题，深深影响到地铁行业低压配电的安全稳定运行。因此近年来的地铁项目，基本都要求选用可靠性高的工业型PLC控制或智能模块来实现低压配电系统的备自投。如广州地铁项目就选用了ABB公司的AC31系列PLC来实现两进线一母联的备自投。

　　其中CPU 07KR51装于母联柜，4台扩展模块ICM14F1分别装于两个进线柜和两个三级负荷总开关回路。CPU 07KR51与扩展模块 ICM14F1之间通过CS31总线连接。进线回路把进线断路器状态、故障信号、低电压信号同时输入扩展模块 ICM14F1；三级负荷总开关回路将开关状态、故障信号输入扩展模块 ICM14F1；母联回路向CPU 07KR51输入母联断路器状态、故障信号和控制方式（自复或者手复）。PLC的输出线圈依次控制进线、母联和三级负荷回路开关的合分。PLC根据每个输入信号的状态，判断是否发生低电压，并判断输出继电器是否需要动作，实现两进线一联络系统的备自投切换。下表为PLC进行备自投的程序进程顺序：

　　对比上面两种备自投控制的方案，可以得出PLC进行备自投控制的优点：

　　1） 可靠性

　　继电器容易烧坏，触点发生熔焊，线路复杂。每多连接一根电缆，发生故障的概率就增加一分。而且由于机械原因，不论在线圈吸合还是脱扣，都是依靠纯粹的机械判断，存在出错的可能，从而影响到整个系统的正常运行；PLC减少了继电器的数目，用内部虚拟继电器代替实际的继电器，同时通过输入信号，直接判断是否起动备自投，减少了中间的步骤，同时能jingque地给出延时时间，降低了出错地可能。经过多次的实践应用，表明PLC比继电器可靠得多。

　　2） 灵活性

　　当系统的控制逻辑发生变化时，PLC仅仅需要更改内部的程序内容，而继电器的备自投，需要重新设计，重新拆线接线，操作繁冗。更改完后，PLC可以事先在内部测试程序的准确性；而继电器的备自投则需要通电试验，如果发现问题，还需要再次拆线接线。

　　3） 简洁性

　　继电器的备自投，由于柜间的联锁和使用的继电器数量，需要连接的电缆数远远高于PLC。无论查线或者理解图纸来说，都比较复杂。PLC的备自投，只需要将所有信号输入PLC，通过程序判断，图纸简单易读。程序里可以按照每个回路的合分逻辑编程，并在后面加以备注，方便理解程序的意思。

4 　ABB的AC31系列PLC 在地铁中的应用案例

　　1）应用案例1——深圳地铁

　　该项目两进线断路器、联络断路器以及三级负荷总开关相隔较近，且在同一排柜子的相邻位置，采用输入扩展模块XI16E1和输出扩展模块XO08R1配合PLC主机07KR51。进线、三级负荷总开关的所有控制信息和状态信息直接输入装于联络柜的PLC扩展模块。虽然连接电缆增加了一些，但少了4个扩展模块ICM14F1，实现在保证PLC备自投的可靠性的前提下，成功降低一定的备自投成本。

　　2）应用案例2——广州地铁

　　该项目在优化应用案例1的基础上，取消了2个电压继电器，取而代之的是通过装于进线回路的多功能表计采集电压信号，并通过通讯的方式传输到PLC。PLC读取电压值，并判断是否发生电压跌落。这样不仅减少了2个电压继电器的成本，同时凭借对电压信号的实时读取和判断，可以更准确的判断是否发生电压跌落，并发出信号，令三级负荷总开关跳闸。因为电压继电器的可调门阀值一般在70%左右，而判断读取的电压值可以jingque到10%左右。从而可以实现分批甩开一些不重要的负荷，以保证重要负荷的运行。

　　经过上面两个案例，PLC的备自投成本可以降低不少，甚至将低于继电器架构的备自投。可见，成本问题将不会成为阻碍PLC备自投在工业配电的应用。 来源:输配电设备网

5 　结语

　　如今的工业项目，不再是简单的两进线一联络系统，而是三进线两联络或者四进线三联络。使用继电器备自投，每增加一进线回路或一联络回路，就需要增加一堆继电器和一堆用于控制、连锁的电缆，造成不可靠隐患的概率上升，而使用PLC的备自投，只需要修改一下程序即可，十分便利，相对增加了配电可靠性。

　　随着智能化和数字化的普及，有的项目拥有一个后台系统（如：SCADA），PLC不仅能够实现备自投的功能，还能够将SCADA所需要的数据整合在一个数据区块，并实时更新，便于SCADA读取。

　　同时，为了方便客户使用，我们还可以将根据PLC实现的备自投的不同，做出若干个标准程序，比如标准自投自复，标准自投手复，标准三进线两母联等。随着因特网的普及，客户只需要在网上下载相应的标准程序，就可以满足自己的需要，降低了PLC的编程操作难度和人力维护成本。

　　综上，随着社会的发展，随着工业对备自投要求以及PLC自身竞争力的提高，我们可以预见PLC在工业的应用前景将越来越广阔。

1. 概述
随着我国经济的腾飞，要求重质碳酸钙的产品质量向化、超细化、改性化、专用化、功能化发展；生产趋于经济化规模，与世界上发达国家差距逐渐减小；干法生产超细碳酸钙粉体由于工艺简单、投资省、成本低而被广泛使用。这些给粉碎设备的发展提供了一个良机。

传统的粉碎设备，没有使用PLC，它由多个功能块各自独立控制，这使各功能模块控制之间的联锁变得困难，对设备的整体控制与保护都不利，且生产的时候需要有经验的操作工。使用了Twido PLC之后，彻底解决传统控制存在的问题。把Twido PLC作为集中控制的中心，通过采集现场的各个信号并进行处理之后，对执行器进行控制，使控制更加简单、高效，即使是新到的操作工也可对设备进行操作。

2. 系统描述
系统控制主体PLC采用Twdio系列40I/O CPU，人机界面采用TSX08H04M四行文本，可写、可读及显示设备的数据参数，如主机电流、风机电流、分级机、故障等一些数据；振荡控制部分采用半波整流可控硅额配合PLC数模和模数转换模块进行控制；电机由PLC及扩展的离散模块进行控制。系统控制框图如下：

系统控制柜布局图如下：

3. 结束语
设备的控制系统由以前的继电器电路控制改成Twido PLC控制，提升了控制系统的档次，并使得系统的联锁保护变得简单有效，系统性能更加稳定。设备在生产的时候，工艺要求的各个参数均可视化，使得操作更加简单方便和有效。所选用的PLC主体为Twido系列40I/O CPU，其价格经济，处理能力强，性能稳定，性价比较高。

　关键词： PLC 控制系统 智能化 编程 控制器
　　1 概述
　　1.1 引言 　　
　　随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要根据个人工作经验就一台水冷螺杆机组来阐述PLC控制设计与智能化中央空调系统的关系。 
　　1.2 PLC原理及应用
　　中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。
　　可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 即简称为PLC。
　　PLC具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。 　　
　　2 PLC的体系结构
　　PLC结构图
　　PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图2.1.1所示：

　                    图2.1.1 PLC硬件的基本结构 　　

  PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。PLC相当于继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。
　　3 PLC控制系统主要功能与特点 
　　3.1 PLC控制系统功能说明
　　
　　在中央空调系统上PLC系统有如下功能： 
　　◆ 数据显示功能 
　　显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。 历史数据的存储及检索功能 对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。 
　　◆ 控制功能 
　　根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据 (如室内温度等)进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和经济性。 
　　◆ 连锁与保护功能 
　　各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的可靠运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。 
　　3.2 系统特点 
　　◆ 灵活性 
　　本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。 
　　◆ 高可靠性 
　　PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。 
　　◆ 强大的功能 
　　现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。 
　　4 控制方法
　　4.1
　　对于冷冻水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，而回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计大温差为：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水温差（如：△T=5℃）控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。
　　
　　4.2
　　对于冷冻水系统，由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况，我们只需控制高温冷冻水（ 冷凝器出水）的温度，即可控制温差。现采用温差变送器、 PID 调节器和变频器组成闭环控制系统，冷凝器出水的温度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。
　　
　　5 系统的设计和应用总结
　　由于整个实验室正在逐步筹划和建设的过程中，许多设计还处于探讨之中，众多功能还未付诸实施。
　　现在本文就系统改造实现情况作简单介绍：本文的系统调试应分为两步，设备电气控制系统调试和中心网络系统调试。我们就已完成的设备电气控制系统设计、调试及使用情况作一下说明：针对实验室的要求：要求电气系统运行稳定，感温jingque度高，维护方便寿命长，并能联网进行管理。除此之外在实际使用中由于压缩机的启动方式采用星三角方式启动，属于硬启动，这种启动方式对接触器的质量要求比较严格，特别是对接触器的灭弧处理等要求很严格。通过我的使用经验，在这些方面ABB做的很好，而且ABB的接触器在更换时比较方便，它的顶盖可以拆卸，更换时不需要拆下接触器底座，直接卸下顶盖更换线圈即可。
　　当然此系统设计达到了使用要求，它不仅具备基本逻辑控制功能，还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统，它工作稳定、故障率低，并能进行系统自动报警，操作及维护十分简便，维修综合成本（待机时间等）大大降低。
　　6 结束语 　　
　　在智能化中央空调冷冻系统中，采用PLC控制系统是切实可行的，中央空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可靠，便于维护，且性能价格比高。 同时以PLC为核心的高可靠的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特点。

　随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。

1 激光测距传感器的基本原理
　　激光测距传感器的基本原理是，通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测有效的手段。
　　激光测距传感器工作时，首先由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。

2 PLC控制系统硬件设计
　　基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。系统通过PLC的自由口通信，接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包，计算出测量的距离。系统的功能还包括显示测量距离、在非正常情况下报警、与上位机进行数据交换等。
　　PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0为RS485接口，PORT1为RS232接口。采用RS232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS485接口建立PLC与现场仪表的通信。




3 PLC控制系统软件设计

　　PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。


表1 激光测距传感器的通信参数

3.1 数据解析程序的变量定义

PROGRAM PLC_PRG
VAR
SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)
SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)
Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)
ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)
ReceivedData: bbbbbb; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)
bbbbbbbb1: INT; (* 起始字符的位置 *)
bbbbbbbb2: INT; (* 结束字符的位置 *)
ReceivedData_bbbbbb: bbbbbb; (* ASCII码形式的数据 *)
ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR


3.2 数据解析程序的梯形图

3.3 数据解析程序分析

　　PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，所以需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。
首先在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb1中。然后再找到数据的结束字符“$R”，并将其位置存储在变量bbbbbbbb2中。将位置bbbbbbbb2与位置bbbbbbbb1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_bbbbbb中，此即为数据的ASCII码形式。后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_bbbbbb转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。


4 结论

　　采用和利时HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC作为激光测距系统的控制核心，可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案结构简单，运行过程稳定可靠，实现了激光测距系统的数据采集与处理。