西门子6ES7221-1EF22-0XA0产品齐全

西门子6ES7221-1EF22-0XA0产品齐全

1  引言

换热站是北方民居冬季供热系统中的重要组成部分。本文以东北某小区换热站为例介绍了换热站监控系统的组成、功能及实现方法。本案例采用的控制系统为台达PLC，以此结合触摸屏进行现场数据采集。远程上位机使用组态王软件进行搭建，通过换热站与控制室之间的以太网通讯连接，实时监控供热工况，并根据现场情况及时调节换热站参数，提高换热站的自动化程度，降低运行成本，增强可靠性。

2  换热站工艺概貌

2.1换热站监控问题    

传统换热站多采用人工管理人力资源成本和事故监控问题突出，还易造成热力失衡，影响供热效果，造成能源的浪费。换热站中引入PLC、触摸屏及上位监控系统等自控设备，可对现场设备实时监测和控制，不仅大大提高了工作效率，降低了故障发生率，还使控制过程更加直观、调节和控制更加方便。

2.2换热站监控工艺分析

换热站自控系统按设备类型分，可分为温度及压力变送器、流量计电动调节阀、循环泵及泵；按控制回路分，则可分为一次管网流量控制回路和二次管网控制回路。

(1)换热站的一次管网回路控制：主要是热负荷控制。通过控制调节一次管网回路上的电动调节阀，来调节流过换热站的一次管网热水的流量，从而实现对二次管网出水温度的控制。

（2）二次管网循环泵控制：换热站系统二次管网循环泵是通过变频器来调节控制的。一般循环泵采用供回水温差结合供回水压差的控制方式。控制系统根据实际情况，设定一个供回水压差目标值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，PLC系统通过测量供回水温差来对循环泵进行修正。当二次管网供回水温差偏大时，则提高循环泵转速，加大二次网的流量，提高二次管网的回水温度，以改善供热效果；当二次管网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次管网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种循环泵的控制方式可以起到节约电能及热能的效果。

（3）二次管网定压控制：二次管网的控制采用的是定压控制。当系统失水时，二次管网压力下降，系统会通过变频器控制泵以一定的转速进行，泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调速，从而避免泵在启动和停止时对二次管网系统的冲击。

3  硬件设计

该东北小区换热站以就地控制为核心，将现场的温度、压力、热量、流量、液位、阀门开度、泵的起停状态等信号传输到控制器，由其进行采集和控制，再通过以太网通讯的方式，与上位机保持实时连接。该系统控制方案同时可连接GPRS无线模块，还可通过串行通讯或现场总线方式连接分布式IO，满足客户各种扩容需求。

3.1现场仪表和执行机构

换热站仪表和执行机构清单如表1所示。现场使用ABB公司的ACS510系列变频器两台，带动循环水泵与泵变频运行，实现节能调速。15kW变频器带动两台循环泵运行（一用一备），3kW变频器带动一台泵。

表1 仪表和执行机构清单

3.2硬件构成

针对东北某小区换热站现场控制需求，台达PLC及触摸屏产品列表如表2所示。

表2  PLC及触摸屏产品列表

3.3PLC可编程控制器

系统方案中主机CPU采用台达第二代PLC-DVP12SA2，该款PLC具有16k程序容量，自带3个串行通讯口（1个RS232，2个RS485），*大扩展数字量为480点，右侧可扩展8个特殊模块（包括AD、DA、PT、TC等），并且支持左侧高速扩展，可连接以太网模块及现场总线模块；同时，SA2提供丰富的应用指令（包括PID手自动无扰切换、气候补偿曲线等）。   

其中，12SA2是控制系统的核心，在换热站中其完成的主要功能如下：

（1）采集温度、压力、流量、液位、调节阀开度及变频器反鐀等信号，并将其转换为数字信号，送至触摸屏及上位端；

（2）根据二次网供水温度和室外温度通过调节阀调节一次网供水流量，保证采暖效果；

（3）根据二次网回水压力调节泵电机转速，从而稳定管网压力；

（4）根据二次网供回水压差控制循环泵，维持压差稳定；

（5）当供水压力超过规定值时，打开泄压电磁阀泄压；

（6）做相关报警功能，当水箱水位高于或低于上下限时，发出报警。

4  换热站软件设计

4.1温度监控

温度监控PLC部分程序如图1所示。

图1  PLC部分程序示意图

4.2PID手自动无扰切换

SA2系列PID指令支持手自动无扰切换功能，使热网运行更加稳定。当PID指令由自动模式切换到手动模式时（PID控制方式为K8），PID自动输出将停止运算，此时以手动输出值为准；当控制模式由手动切回自动时，PID指令会自动将前一个输出值接续控制下去（不重新做累积积分）。PID手自动无扰切换部分程序如图2所示。

图2 PID手自动无扰切换程序

4.3气候补偿曲线功能

在热网行业中，如能让控制温度根据室外温度进行相应的改变，将有利于供热量的调节，从而实现节能。台达公司根据热网行业而专门开发的气候补偿曲线DTM指令满足了上述需求。编程者在设置完室外温度与控制温度数组（*多50组）后，DTM指令会根据室外实际温度值自动调整控制温度值。图3为气候补偿曲线示意图。其中，横轴为室外温度，纵轴为控制温度。图4为东北某小区PLC气候补偿曲线程序。

图3 气候补偿曲线示意图

图4 气候补偿曲线程序

5  监控管理界面设计

5.1HMI触摸屏

系统采用台达DOP-B07S515具有65536色TFT显示，支持三组串（RS232/RS485/RS422）。具有强大的通讯功能，同时开孔尺寸与5寸屏相同，在有限的空间内提供了*大的显示区域。

B07S515触摸屏与PLC通过台达Q-bbbb协议相连，通讯速率比常规通讯0%。通过配置触摸屏数据，可以改变PID设定值及参数，监控调节阀、循环泵和泵变频器运行工况，显示现场温度、压力、流量、液位等信号，内设报警极限值及报警记录画面，同时可将当前和历史数据以报表或曲线的方式在屏上显示出来，方便调节和控制整个工作过程B07S515触摸屏通过RS485方式还与昌辉热表通讯，可以将热网的瞬时热量、累积流量和累积热量实时显示出来。图5及图6为触摸屏部分程序画面示意图。

图5 换热站工艺画面

图6  参数设定画面图6  参数设定画面

5.2通讯设计

系统上位机采用组态王系统（6.53版本），组态网是一个开放的工业软件，组态王通过EN01网络模块与SA2主机相连，实时记录并控制换热站现场数据。组态王设置按如下步骤：

(1)在组态王工程项目里，选择“设备”，新建一个“设备配置向导”，在“PLC”的选项中，选择ModbusTCP下的“TCP”，如图7所示。

图7  设备选择示意图

(2)按照配置向导向下进行，随意选择一个COM口号（只要不与计算机冲突即可），如图8所示。

(3)向下进行，输入设备地址，组态王关于Modbus TCP连接方式的地址格式为IP[:Port] Address（IP:设备IP地址，Port:设备地址端口，默认为502，Address:设备地址），该系统中实际地址设置为192.168.1.5：502 01，如图8所示。

图8  地址设置示意图

(4)向下继续进行，直到完成即可。

(5)组态王为标准Modbus协议，只需将SA2系列PLC的Modbus地址与其相加便可进行变量控制。

此外，EN01-SL设置，则通过DCISoft软件配置EN01-SL网络模块，只需将IP地址设为192.168.1.5，启运Modbus TCP功能，便可使SA2系列PLC与上位机正常通讯。

6  结束语

基于台达PLC和触摸屏为控制核心的东北某小区换热站系统投运三个月运行稳定，节能效果明显，方便了现场人员的监控与调试，在客户处取得了良好反响。随着国家对环保越来越重视和能源的匮乏，基于PLC为核心的集中供热系统在北方发展潜力巨大。

1 工作要求

设备位置参照如下平面布局方案;

该生产线每班生产270个集装箱，每天两班，生产线工作节拍133秒，一个节拍内由本起重机上的两台小车同时运输两台集装箱作纵向(集装箱长度方向)水平移动，提升前集装箱带有4个运箱轮，运箱轮高度为225毫米;

每台小车提升物品主要是集装箱一台，重4吨(不含吊具重量)，集装箱尺寸如图1。

图1 集装箱尺寸图

第一个小车输送集装箱动作分三步：提升高度约5.8米，提升中脱掉运箱轮，行走约14-15米，放在支架上，支架高于工作台面不小于1米，便于人员给集装箱下角件内面涂油漆，每个角件油漆时间约10秒;扭锁打开吊具提升，小车返回初始工位上方;确认下一个集装箱停到准确位置后，吊具放下，锁住集装箱并进行下一个循环动作。

第二个小车输送集装箱动作分三步：集装箱角件内面漆涂好以后，放下吊具，扭锁锁定集装箱角件，从支架上提起集装箱，行走约14-15米到达第三个工位上方;把集装箱下放至升降旋转台上;打开扭锁，吊具提升到*高度，行走约14-15m到支架上方去吊下一个集装箱并进行下一个循环动作。

自动定位，水平定位精度正负10毫米。

收放钢丝绳位置相对于小车固定。

2 电气控制系统

单个循环内动作全部实现自动控制：初始位置-吊具下降-到箱顶并定位角件孔-扭锁锁紧-起吊集装箱-输送行走-行走到位-吊具下降-扭锁松开-吊具上升-返回初始位置。

两组小车动作即可单独控制，也可联动控制。控制系统分设动力箱，控制箱、遥控器三者结合使用;每组电动葫芦可同步或单独升降;锁紧装置与电动葫芦起升、行走实施联锁，锁扣不到位，不能升降和行走;小车在各工位自动水平定位;应有刹车机构，突然停电时提升行走中的物体原位锁定;小车移动过程中需要有警示灯及声音，龙门吊需配置夜间照明系统，满足夜间工作需要，在拖车司机可视位置安装横移警示灯;电动葫芦除自身携带断路器外，需要另增加一套防止冲顶控制装置及超载限制器，行走电机需要电机专用断路器，也有左右防撞保护装置。

3 控制方案

产品选择主要选用台达DVP60ES00R2+DVP24XP00R*2+DVP08XN11R，变频器等配件客户自行选择。

控制方法：控制的主要框架是通过台达PLC便利指令IST，控制集装箱的动作流程细分为原点回归、自动、手动等几个部分;逐步完善每一步的动作流程。

图2 控制方案

如图2所示规划：

M80: 手动操作

M81：原点回归

M82：步进

M83：一次循环 M84：连续运行

M85：原点回归启动 M86：连续运行启动

M87：连续运行停止

部分程序：手动测试调试，如图3。

图3 部分程序手动测试

原点回归测试如图4。

图4 原点回归测试

4 注意事项

使用IST指令时，S10-S19为原点回归使用，此状态步进点不能当做一般的步进点使用。而使用S0-S9的步进点时，S0-S2三个状态点动作分别为手动使用、原点回归以及自动运转使用，因此在程序中，必须先写该三个状态步进点的电路

当切换到S1(原点回归模式)时候，若S1-19之间任何一点ON，则原点回归将不执行。

当切换到S2(自动运转)的模式时候，若自动模式下的的S有任意一点ON，或者是M1043ON，则自动运行部执行。

标志信号说明：

M1040：步进点移动禁止。当M1040=On时，步进点的移动全部禁止。 手动操作模式：M1040一直保持On;原点回归模式/一次循环运转模式：按下停止按钮及再按启动按钮之间，M1040一直保持 On;步进运转模式：M1040一直保持On，只有在启动按钮被按下时，变成 Off;连续运转模式：PLC于STOP→RUN变化时，M1040保持On，启动按钮被按下时，变成 Off。

M1041：步进点移动开始。反应初始步进点S2移动至下一步进点的特M。手动操作模式/原点回归模式：M1041保持Off;单步运行模式/循环运转模式：M1041只有在启动按钮被按下时，变成On;连续运转模式：按下启动按钮时，保持On，按下停止按钮时，保持Off。

M1042：启动脉冲。只有在启动按钮被按下时，送出一次脉冲。

M1043：原点回归完毕。驱动 M1043 =On 代表原点回归动作已经执行完毕。

M1044：原点条件。于连续运转模式下，原点条件M1044必须被驱动为On才可执行初始步进点S2移动至下一步进点的动作。

M1045：全部输出复位禁止。

M1046：STL状态设置ON。

M1047：STL监视有效。

5 小结

目前该设备运行正常，通过PLC控制，提高了集装箱在运行的工作效率，节省了人力成本，台达PLC的质量和功能得到客户认可，以后可以在该行业有更多的合作。