6ES7231-7PB22-0XA8安装调试

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1 引言 
    近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。可编程逻辑控制器(PLC)作为一个从八十年代发展起来的新兴的工业控制器，是自动控制、计算机和通讯技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。PLC以其体积小、功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。 
    洪门水电厂是一个投产30多年老电厂，原有的自动化设备无法满足安全生产的需要。溢洪道是水电厂*重要的水工建筑物之一，因此对于该建筑物日常运行维护特别重要，消力池排水廊道自动抽水系统的更新改造正是为了满足这要求。考虑到水工建筑物自然环境因素，根据可靠性第一，选用性价比较高的产品的原则，我们重点对AB、GE、三菱、OMRON（欧姆龙）、MODICON（）、SIEMENS（西门子）等公司的PLC系列产品进行了综合的比较、选择，*后选用了三菱公司的产品，这是因为三菱公司产品除具有上述优点外，还具有维护方便及操作简单直观易掌握的特点。PLC采用三菱 FX2N- 48MR+2A/D+2D/A,主要负责水位的数据采集，控制潜水泵的启动/停止等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责参数显示和修改参数以及显示详细的故障信息等。 

2 系统结构 
    洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道排水系统主要由三部分组成。①一级堰廊道自动排水系统；②二级堰廊道自动排水系统；③人机对话系统。其中主控制系统安装在二级堰廊道它由水位变送器、液位开关、可编程控制器、接触器、控制开关等构成。除具有现地控制功能外，还具有通过远方的液晶触摸显示器完成水位检测、实时显示、传感器整定、实时控制、保护等功能。一级堰廊道只安装了水位变送器和接触器等水泵起动设备。液晶触摸屏也就是人机对话系统安装在溢洪道维护人员的办公地点，离主控中心有100米左右。 

3 各部分工作元器件特性 
    3.1 PLC 
    PLC(FX2N-48MR)是整个控制系统的核心控制部件，其丰富齐备的控制运算指令、优越的性能、现场编程调试的方便已使其成为深受现场技术人员欢迎的控制设备。主要性能指标为：24点输入/24点继电器输出，内置8000步RAM可使用存储盒，运算速度为1.52цs～数100цs/步（应用指令）；其输出接点的*大负载为80VA或100KW，输出接点的寿命为20VA/300万次，35VA/100万次，80VA/20万次。 
    3.2 2A/D及2D/A 
    FX2N-2A/D转换模块用于接收水位变送器输出的4～20 mA电流信号，并将其变为PLC程序可用的十进制数。（即将模拟量转换成数值量） 
    FX2N-2D/A转换模块用于将PLC运算得到的控制量数值转换为-10V～+10V电压信号，通过RS485或RS422接口连接将电流模拟量信号输入到远方监控系统。 
    3.3液位变送器和液位开关 
    液位变送器采用高精度、高可靠性美国麦克产品，型号为MPM426W 液位开关 采用*凡宜LTB产品，当水位达到设定值时，给可编程一个动作信号。 
    3.4 触摸屏 
    作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着工业设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法提率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O 点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加价值。本系统选用三菱公司的GOT930触摸屏，它和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。 

4 本装置系统实现的主要功能 
    4.1具有三种运行方式:自动、手动和退出，采用操作把手手动切换。 
    4.2在“自动”运动方式下，根据液位开关（或液位变送器）提供的液位信号启动和停止潜水泵；在“手动”运行方式下，可以直接通过手动操作把手起动/停止潜水泵。在“退出”运行方式下，自动和手动操作均不起作用。 
    4.3自动定时切换各潜水泵间的主用/备用状态，也可以人为进行切换各泵间的主用/备用状态。 
    4.4采用发光二极管指示装置的运行状态和系统故障。 
    4.5采用液晶显示屏来进行参数显示（如：水位等）和修改参数（如：水泵启动和停止水位整定值、水泵切换时间参数、）以及显示详细的故障信息。 
    4.6具有故障报警功能，报警信息包括：电源故障、水泵故障、变送器故障、水位过高、水位过低、PLC故障等。 
    4.7具有自检功能和较强的容错能力。 
    4.8控制电源采用交直流两路输入的UPS电源。 
    4.9具有通信联网功能，将报警信号和模拟量信号等传送到远方计算机监控系统。 

5 软件设计 
    根据溢洪道消力池排水廊道排水系统控制的要求，利用三菱公司PLC丰富的指令编制控制程序，并结合现场调试及优化控制程序的原则，本控制系统主要有以下几个控制程序模块。 
    5.1 二级堰廊道自动排水控制过程 
    5.1.1当两台水泵处于“自动”状态时，若液位开关达到“水位高”位置时，主用水泵起动；若液位开关达到“水位过高”或“水位很高”位置时，备用水泵也起动，并且同时发出“水位过高”告警信号。 
    5.1.2当液位开关低于“水位低”位置时，所有运行的水泵都停止工作；若“水位过低”时，除水泵停止运行外，还发“水位过低” 告警信号。 
    5.1.3当PLC发出某台水泵的运行指示后2秒内该台水泵的磁力起动器未动作，则该台水泵主/备用状态改变至备用状态，并同时发出告警信号。 

：本文以成都拜尔电力设备有限公司自行开发研制的基于贝加莱PCC为控制核心的水轮机调速器为例，从水轮机调速器的原理、硬件配置和软件结构来讲述和探讨怎样通过PCC技术来实现调速器的各种功能以及它与传统调速器相比较的区别和优势。 
关键词：可编程计算机控制器、水轮机调速器、频率测量、步进电机驱动 

1 可编程计算机控制器（PCC）的技术特点[2] 

自上世纪90年代以来可编程计算机控制器（PCC）技术进入中国控制领域，已经越来越广泛地应用于我国的许多工业技术领域，随着国内一些重要的水电行业的辅机企业在调速器和励磁上的广泛应用，其性能也得到越来越多的厂家的青睐和用户的认可。PCC技术已经逐渐掀起了一股技术革新的潮流。 

PCC（Programmble Computer Controller）即可编程计算机控制器是由奥地利贝加莱公司(B&R)1994年首先提出的。它融合了传统可编程逻辑控制器PLC和工业控制计算机IPC的优势，既有PLC的高可靠性、易扩展性，又有IPC的强运算能力和强实时性等特点，所以也是目前PLC技术发展的新方向。行业内选用PCC做硬件控制核心也正逐渐成为工业自动化控制领域的新潮流。 

与传统的PLC相比较，PCC具有以下显著优势： 

1) 定性的分时多任务操作系统：PCC借用了大型计算机的分时多任务操作系统理念，应用程序可以按照工艺功能的不同和优先级的不同设成不同的任务和不同的任务级别，并可根据要求自行设定任务的循环时间。优先权高的任务，可将其扫描周期设定相对更短。这样使软件的结构更加合理、科学，同时保证系统具有更高更确定的实时性能。 

2) 系统响应速度快：系统的响应速度不仅由CPU来决定，还与I/O数据的传输速度有关。PCC的主CPU本身速度极快，同时还借用大型计算机的结构，采用I/O-Processor单独处理I/O；采用DPR-Controller双向口控制器负责网络及系统的管理。也就是说，一个PCC模块上有三个处理器，既相互独立，又相互关联，*大限度地提高了整个系统的速度。 

3) 系统测频、相位测量响应速度快：传统的PLC步进式微机调速器其测频单元仍采用单片机或数字电路来实现，其响应频率低，产品一致性和可靠性差；而直接采用PCC测频，则无需另设测频硬件，因此测频的可靠性非常高。因为PCC的主CPU内还含有一个独立的时间处理器TPU(Time processing unit ), 可计算处理高达4MHz至6MHz的脉冲信号。因而能巧妙地解决调速器的频率和相位测量问题，实现快速自动准同期并网。这也是基于传统PLC的调速器方案先天受限而无法企及的功能。 

4) 编程语言高级化：PCC不仅完全支持常规的梯形图、指令表、顺序功能图等IEC61131-1规定的多种语言，而且支持高级语言如：Automation Basic语言和标准C语言编程。并且可以在同一个项目中同时采用多种语言混合编程。这对于解决复杂的控制算法和工艺任务的编程尤显方便，由于其更好的可读性，也非常易于用户对控制程序进行合理的增减。 

5) 可移植性强：在不同系列、不同型号PCC上所编制的程序，都可以不用修改源码本身，而直接移植到另外的PCC系列或者型号上。这是因为贝加莱所有的PCC硬件平台都基于相同的操作系统内核，而且采用标签变量关联的编程方式，所以用户在编程时候不需要关心实际的硬件IO映射关系，而把精力投入在工艺算法本身。在完成这些工作后，*后只需要简单地将各个标签名映射在实际的IO通道即可。 

6) 高可靠性：PCC具有极高的可靠性，平均无故障时间MTBF达到50万小时（相当于57年）以上，属于免维护产品，大大高于一般的PLC或IPC（目前市场上*好的PLC硬件平均无故障时间MTBF达到30万小时）。 

7) 软件开发环境集成化：PCC的软件组态开发环境采用AUTOMATION STUDIO工具，秉承一个软件工具，全部解决整个自动化项目的集成自动化思想，在这一个软件中同时集成了触摸屏画面组态、PLC编程调试、伺服驱动器的编程控制、离线在线调试等丰富的功能。从而可以大大提高项目的开发效率。 

2 PCC调速器的原理及结构[3] 

2.1 调节系统的基本原理 

PCC步进式水轮机调速器是一种以可编程计算机控制器PCC及步进电机为控制核心，与步进式液压随动系统配套组成的水轮机调速器。该调速器装置具有硬件新颖，结构简单，性能优越，可靠性高，维护量小等一系列优势。它是在总结了目前国内外调速器的*新技术与现代液压控制技术的特点设计开发的新型换代产品。其主要作用是： 

1）将机组转速及负荷给定等控制信号转换成液压信号，以控制水轮机的导叶接力器，导叶接力器与水轮机的控制环相连，从而操作导水叶。使水轮发电机组的转速保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。 

2）实现水轮机转速的单机调节和控制，以适应电网负荷的增减。 

3）实现机组按规定的操作程序进行正常的自动或手动开机、空载、负载和自动停机。并能接受不同的故障信号，进行必要的机组保护操作直至紧急停机，以保机组的安全运行