西门子模块6ES7323-1BH01-0AA0性能参数

西门子模块6es7323-1bh01-0aa0性能参数

 1、干式变压器的plc温控系统系统组成与工作原理
   干式变压器的温控系统主要由5部分组成：传感器、a/d模块、plc主机、输入输出模块及人机界面等，系统结构原理图如图1所示。在控制部分，选用siemens的s7-300plc对采样信号进行快速、可靠的处理，组态软件为simatic step 7；选用siemens的tp2706’触摸式人机界面(hmi)对实时温度值和各种故障信息进行显示、记录，组态软件为simatic protoolv6.0。hmi和plc之间采用mpi(多点)通讯方式，通过对hmi画面上所设元件属性和与plc的数据交换地址的定义，实现hmi上相关元件对应的暂存器对plc存储单元的读写。

 

                                       图1 系统结构原理图
    1.2 工作原理
   干式变压器的安全运行和使用寿命与变压器运行温度的高低有着直接的关系，因此对变压器运行温度的实时监控十分重要。由传感器对变压器铁心和绕组的温度进行采样，所测温度信号经放大和a/d转换后送plc，利用软件进行数据处理，处理后的数据送hmi进行实时显示。在hmi上设定风机自动启/停温度，plc根据设定值，可自动启/停变压器所配备的冷却风机，对变压器进行降温。必要时还可通过触摸hmi上按钮，手动启停风机。在hmi上设置超温报警及超温跳闸温度限定值。当变压器绕组温度过高，超过限定值时，plc将输出绕组超温报警信号和绕组超温跳闸信号，并在hmi上显示出具体信息。在hmi上可进行手动消音，手动跳闸操作。记录各种报警信息及故障发生时的各相温度值，必要时，可在hmi上输入时间条件进行查询，并根据需要随时进行打印。该系统中的数据采集处理、风机运行和故障报警由plc和hmi通过编制相应的软件来完成。
 
    2、系统的软件设计
    simaticprotool是西门子公司推出的组态软件，该软件由2部分组成：protool/lite、protool或protoolcs(组态系统)组态软件和用于过程可视化的运行系统软件(例如protool/pro rt)。2个系统均可以在bbbbbbs98se、bbbbbbs millenium、bbbbbbs2000和bbbbbbs nt4.0操作系统上运行。该软件具有报警记录、报表打印、趋势曲线等多种功能，并支持除siemens之外的第三方制造商的通讯协议。本系统在其基础上进行了画面设计、通讯组态、报警设置、安全保护设计等一系列应用开发。
    2.1 画面设计
   触摸屏画面设计不仅要求能实现所有的控制功能(输入及显示参数、存储纪录、报警、打印等)，而且要简单明了，易于操作人员正确的执行操作。考虑系统所需监控的过程变量和实际功能，共组态了8组画面，下面介绍几个基本画面。
 
    (1) 主画面
   设计的监控主画面如图2所示。主画面的中央是温度的数据显示。上半部分采用纯数字方式对变压器三相的铁心温度及高、低压绕组温度进行实时显示；下半部分采用模拟显示方式，突出变压器的高铁心温度和高绕组温度。在程序运行时，各温度值可动态显示。主画面的右部为口令输入域和触摸操作区，此处各按钮需输入不同级别的口令方可进入。主画面的下部为无需权限的触摸操作区。操作人员通过触摸按钮，可以切换到各监控子画面，进一步掌握系统的工作情况，或进行参数设定与修改。

监控主画面

 
                                         图2 监控主画面
    (2) 故障记录
   每当有报警信号产生，都会在触摸屏界面上弹出报警消息窗口，同时报警灯闪烁。将报警消息进行归档，再创建一画面组态消息视图，就可保存并显示系统运行以来的所有报警消息。提示报警号，报警产生的日期、时间，报警产生的原因，以及是否确认等信息。
    (3) 数据记录
   组态事件消息并归档，在每次产生报警时，对各相的铁心温度和绕组温度通过归档事件消息进行记录，以便将来查询。
    (4) 温度实时趋势图
   实时趋势图用于在线显示较慢而连续的过程变量。显示时，实时趋势在每个时间单位(时钟脉冲)内一次只从plc读取一个趋势值，并添加至操作单元上显示趋势。该程序中共组态3组实时趋势，每组显示一相的高压绕组、低压绕组及铁心温度3个变量的曲线，每个变量每10s读取一次，曲线同时显示100点。
    (5) 参数设定
   在本画面中，操作员可以对风机的自动启/停温度，绕组超温报警温度和绕组超温跳闸温度进行设定，调整。进入该画面后，若软键盘10s内无动作，系统将自动返回主画面。
    2.2 安全保护设计
   protool允许用户使用口令来阻止其他未授权人员使用控件，从而增加系统的安全性。protool提供的口令级别从0到9。口令级0不需输入口令；口令级1至8，根据功能的重要性进行分配；如用户分配到口令级4，则可执行口令级0到4的功能。口令级9仅授权于系统管理员。针对安全管理和操作的需要，该系统中定义了系统管理员级即9级和操作员1级两级口令。对参数设定和手动跳闸功能需使用系统管理员级口令，其他操作，如消音、手动启/停风机、查看历史记录等，也要先输入口令进行登陆。输入口令，触摸“登陆”按钮，再触摸其他功能按钮，便可进入等于或低于该口令级别的子画面。子画面操作完毕返回主画面后，触摸“退出”按钮，则口令失效，再次进入子画面需重新输入口令。若没有触摸“退出”按钮，系统将在1min后自动撤销口令。
 
    2.3 人机界面与plc之间的通讯
   西门子人机界面与plc之间的通讯方式有3种：ppi(点到点)通讯方式，mpi(多点)通讯方式和profibusdp通讯方式。该温控系统中采用mpi(多点)通讯方式。
    s7-300plc上有一标准化的mpi接口，它既是编程接口，又是数据通讯接口，使用s7协议(主要用于较近距离的数据通讯)。由于mpi接口是rs485结构，plc与人机界面之间通过rs485线相连，其传输速率为187.5k波特率。一个mpi网可以有多个网络节点，其地址是在s7-300硬件组态中设置的。该系统中人机界面的mpi地址为“1”；cpu的mpi地址为“2”。
   人机界面与过程之间通过plc利用变量进行通讯。通常在plc和操作单元之间交换的数据为过程数据。为此在组态中创建指向plc上某个地址的变量。触摸屏从指定的地址中读取该数值并显示它。同样的，操作员可以在触摸屏上输入将被写入plc上某个地址的数据。
 
    3、结束语
   在110kv干式变压器温控系统中将plc和触摸显示屏结合在一起，并采用plc和触摸屏的相应软件对各采样值进行控制、处理，在温度的实时显示、数据记录、报警等方面具有很大的优越性。操作人员不仅能方便的观察和掌握变压器的实时运行温度，还可根据报警消息，快速的排除故障。

顺序控制就是使系统能按一定的顺序工作，常用于离散的生产过程控制。顺序控制又可以分为确定顺序控制和随机顺序控制，在生产机械运行中常为确定顺序控制，控制对象工作过程或顺序是确定的。用plc 进行顺序控制是 plc 的基本应用，也是plc 的优势所在，在生产机械的自动化控制领域中，plc顺序控制系统的应用很广泛。
　　
常用的生产机械顺序控制系统运行时，设备按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行。plc顺序控制系统的输入信号大多数是行程开关、接近开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关，有时也采用压力继电器、定时器等。
　　
fx 系列 plc 顺序控制程序的编程方法有很多，如状态转移图和步进梯形图编程、起动 - 保持 -停止电路编程、置位和复位指令编程、移位指令编程等。本文以三菱的 fx 系列 plc为例，说明实现顺序控制的常用四种程序设计方法。

1 状态转移图和步进梯形图编程
　　状态编程就是将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，明确各状态的任务、状态转移的条件以及转移的方向，然后再依据总的控制顺序要求，把这些状态组合形成状态转移图，后依一定的规则将状态转移图转绘为步进梯形图程序。因此步进梯形图和状态转移图是一一对应的，在进行编程时，我们首先是要根据设备的工艺过程控制要求，绘出状态转移图。
　　
状态法编程思想其实就是将复杂的顺序控制过程分解为若干个工作“状态”，然后分别进行编程，后再组合成整体程序。这种编程方法可以使编程工作程序化和规范化，是plc程序设计的重要方法。状态转移图是状态编程的工具，图中包含了顺序控制程序所需用的全部状态及各状态间的相互联系。对某一具体状态来说，状态转移图给出了该状态的驱动任务、状态转移的条件和状态转移的方向。因此，状态转移图可以非常清晰地表达出顺序控制的整个工艺流程，形象直观，可读性很强，特别在复杂的顺序控制程序中应用起来非常方便。
　
　例如，某 plc 控制的送料小车，小车原位停止时压下限位开关 sq1（x0），按下启动按钮sb（x2），y2接通小车前进，当运行到料斗下方时压下限位开关sq2（x1），y2 断开小车停止，同时 y0接通料斗门打开给小车加料，延时 10 秒后关闭料斗，y3 接通小车后退返回，当回到原位时压下限位开关sq1（x0），y3断开小车停止，y1 接通小车底门打开卸料，延时 8 秒后卸料结束，完成一次动作，并可以循环。
　　
该运料小车控制系统为典型的顺序控制，采用状态编程，其状态转移图如图 1 所示。 在负载驱动部分，y1 前面加 x1的常闭的作用是压下限位开关后，能让电动机的电源及时切断，确保准确定位，从而保证运料小车工作的可靠性。小车运动控制状态转移图可以转换成对应的步进梯形图，步进开始用stl指令，其具有主控和跳转功能，确保各状态驱动严格按顺序进行，步进结束用 ret 指令返回。

图 1 状态转移图

2 使用启动- 保持 - 停止电路编程
　　
启动 - 保持 - 停止电路是基本的 plc控制电路，有关断优先和接通优先两种形式，一般采用关断优先控制，同时也可以衍生出许多常用控制电路程序。利用启动 - 保持 -停止电路思想，按照实际的控制逻辑，也可以很方便的设计出顺序控制程序。
　　
例如某设备工作循环为：x1 接通后 y1 接通—x2 接通后 y2 接通，同时 y1 断开—x3 接通后 y3 接通，同时 y2断开—x4 接通后 y1 接通，同时 y3 断开，自动循环。利用启动 - 保持 - 停止电路设计的控制梯形图如图 2所示，系统启动后能一直按顺序自动循环运行，若 x5 接通，则 y0-y3都断开，系统停止工作。控制梯形图利用常开常闭触点、线圈等来实现输出的顺序接通控制，控制逻辑也很直观，停止信号接通时，执行数据传送指令mov，使 y0-y3 都清零断开，实现设备停止。
起保停实现顺序控制

图2 起保停实现顺序控制
 
3 使用置位和复位指令编程
　　利用置位指令 set 和复位指令 rst 也可以实现顺序逻辑控制，图 3 所示的顺序控制可以改为利用set 和 rst来实现。由于作用于输出继电器这类位元件时，set 指令是实现接通并且保持，rst指令是断开并且保持。因此控制程序中就不再需要用输出继电器的常开触点来自锁，直接由触点逻辑条件来控制输出继电器的复位和接通就可以，这种编程方法的顺序转换关系明确，程序也很容易理解，常用于控制系统中手动控制程序的设计。
位移位指令顺序循环控制

图3 位移位指令顺序循环控制

4 使用移位指令编程
　　fx 系列 plc的移位指令常用的有循环移位指令和位移位指令。循环移位指令可以使数值或状态实现自动循环移位变换，使用简单，但是只能操作 16位或 32位数据，使用受到限制。位移位指令使用灵活，可以对范围内的任意位数据移位。用移位指令设计的梯形图看起来简洁，指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，在工业控制中较少使用，大多数应用于彩灯顺序控制电路中。如图3 所示的控制程序，利用位移位指令实现了 y0—y11 共 10 个输出继电器的顺序轮流接通。当 x0 接通时，y0—y11正序轮流接通 1 秒；当 x0 断开时，y0—y11 反序轮流接通 1秒，且能循环。如果输出接彩灯即可以实现彩灯的顺序自动控制。

5 结束语
　　plc的顺序控制程序设计方法很多，每种控制程序形式都有其优缺点，编程时可以根据具体控制对象特征来选用，终设计出优化、可靠的顺序控制程序。

温度是工业生产对象中主要的被控参数之一，本文以温度监测与控制系统为例，来说明plc在模拟量信号监测与控制中的应用。该系统具有广泛的应用范围：如大型家禽孵坊、电器生产行业和机械加工的某些工艺流程中……

一、控制要求

将被控系统的温度控制在某一范围之间，当温度低于下限或高于上限时，应能自动进行调整，如果调整一定时间后仍不能脱离不正常状态，则采用声光报警，来提醒操作人员注意，排除故障。
系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄三台指示灯来指示温度状态。当被控系统的温度在要求范围内，则绿灯亮，表示系统运行正常；当被控系统的温度超过上限或低于下限时，经调整且在设定时间内仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并伴有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。
该系统充分利用电气智能平台现有设备，引入plc和变频器于系统中，将硬件模拟和软件仿真有机结合，有效的运用了平台资源。本文通过对该系统的阐述，详细介绍了plc和变频器在模拟量信号监控中的运用。
 

二、控制系统原理及框图

该系统共涉及四大部分，包括温度传感器、变送器、plc温度监控系统和外部温度调节设备。首先，选取监控对象，在其内部（比如孵坊）选取四个采样点，利用四个温度传感器分别采集这四点温度后；通过变送器将采集到的四点温度的采样值转换为模拟量电压信号，从而得到四个采样点所对应的电压值，输入到plc的四个模拟量输入端口；plc温度监控系统将这四点温度读入后，取其平均值，作为被控系统的实际温度值，将其与预先设定的正常温度范围上下限相比较，得出系统所处状态，并向外部温度调节设备输出模拟量控制信号；外部温度调节设备根据输出的模拟量的大小来调节温度的上升与下降或保持恒温状态。
本文以0～10v来对应温度0～100℃，设置40～60℃为系统的正常温度范围，对应的模拟量电压为4～6v，也即40℃（4v）为下限，60℃（6v）为上限，调节时间设定为20s。其中，50℃（5v）为我们的温度（电压）基准值。这样，我们就将plc温度控制系统对温度的监测与控制转变成了plc对模拟量电压的输入与输出的控制。当被控系统的实际温度低于设定的下限（40℃）时，plc温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5-10v的电压，而且输出的电压会根据被控系统实际温度值的降低而升高，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。同理，当被控系统的实际温度高于设定的上限（60℃）时，plc温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出0~5v的电压，而且输出的电压会根据被控系统实际温度值的升高而降低，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。而当被控系统的实际温度处于设定的温度正常范围（40—60℃）时，plc温度监控系统经过比较后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5v恒定的电压，即输出电压的调节基准量，使温度调节设备保持恒温状态。
 

 

三、控制算法的原理及流程图
plc温度控制系统规定模拟量输入端取值范围为0～10v，本文设定其对应于温度0～100℃。要求被控系统的温度控制在40～60°c之间，也就是对应模拟量输入端口的电压范围是4～6v。同时，根据控制的需要，首先设定50℃（对应模拟量输入端口的电压为5v）作为被控系统温度的基准值，对应设定一个输出的电压调节基准量5v。
plc顺序扫描梯形图程序，扫描的结果有以下几种情形。假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后大于上限60℃（比如70℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（20℃），也即对应2v，然后用输出的电压调节基准量5v与之相减，从而得到3v作为控制信号来控制外部的温度调节（降温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20s）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，红灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后小于下限40℃（比如20℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（30℃），也即对应3v，然后用输出的电压调节基准量5v与之相加，从而得到8v作为控制信号来控制外部的温度调节（升温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20s）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，黄灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后处于设定的正常范围40-60℃（比如45℃），则输出调节电压的基准量5v，使被控系统保持恒温状态，绿灯亮，然后进入下一个扫描周期。
 

 

四、i/o分配表

输入
输入开关量

功能

%i0.6
实验台/计算机控制切换
 

%i0.1（%m1）

启动开关
 

%i0.2（%m2）

停止开关
输出
 

 

输出开关量

 

功能

 

%q0.1（%m7）

 

过低

 

%q0.2（%m8）

 

正常

 

%q0.3（%m9）

 

过高

 

%q0.4

 

过低警鸣

 

%q0.5

 

过高警鸣

 

%q0.7

 

变频器的逻辑输入

 

五、程序（plc梯形图）

 

 

六、硬件接线图

 

 

 

七、组态王仿真画面

本系统不仅可以通过硬件操作来了解系统的工作原理，同时也可以通过仿真软件的监控画面来生动、直观的了解系统的工作过程。
 

 

八、变频器部分

本系统中的变频器是用来代替外部实际的温度调节设备，目的一是介绍变频器的使用；目的二是可以直观的看到，plc温控系统根据输入温度值的改变同时也在改变输出的模拟量控制信号。系统中对变频器的应用过程，实际上是应用变频器根据外控电压的变化来改变输出频率的特性。
为了让其可以根据外控电压来改变频率，其参数设置如下：
i—o 菜单中tcc设为“2c”
i—o 菜单中ao设为“rfr”
drc 菜单中opl设为“no”
sup 设为“rfr”
应用plc的模拟量检测与控制能力，实现对被控过程的温度监测和控制具有广泛的应用场合。本文以工业生产中常见的温度监测、报警与控制功能的实现为例，介绍plc模拟量控制系统的构成、温度控制流程及程序的设计方法。