西门子6ES7253-1AA22-0XA0使用说明

西门子6es7253-1aa22-0xa0使用说明

一、　设备概述

　随着我国城市化水平的tigao，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。

　为解决此类问题，当前均采用先进的全自动无负压供水设备，此供水设备可直接与自来水管网串接，通过负压消除器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此设备充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前先进新的二次供水方式。

二、　设备应用范围

1、　liuliang范围：1.5-1600吨/小时；

2、　扬程范围：21.6-225米;

3、　稳流罐：0.5立方-50立方；

4、　压力范围 0 ～ 2.5mpa

5、　压力调节精度：±兆帕；

6、　环境温度：0-40℃.

7、　相对湿度 90 % 以下（电控部分）

8、　电源 380v(1 ± 10 % ) ；50hz ± 2hz

9、 控制方式 单台，恒压

三、 设备方案：

　本设备主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。

1、在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生ec20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如下：

2、ec20控制器通过com0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过emerson protocol协议与可编程通讯，控制器为从站，通过modbus协议通讯。通过com1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。

3、通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、pid数值、切换时间、延时时间、超压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、 设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。

同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。

四、 控制部分：

1、本设备具有手动和自动两种控制方式。

2、在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。

3、pid调节：pid闭环调节实现水泵恒压运行。采用ec20的pid指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力低于用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。

4、零liuliang停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水直供，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果极其显著，可达20％-70％以上。

五、　plc程序要点

1、　压力调节：通过controlstar编程软件中pid指令向导，自动生成pid_set和pid_exe2个子程序，其中pid_set是参数设置程序，pid_exe是pid调用，见下图：

2、　变频器控制

　　　controlstar编程软件有专门的变频器指令，可实现ec20和艾默生变频器的无缝连接。

2.1 通过系统块界面设置ec20的通讯端口1的自由口协议参数，

包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位、帧间超时时间等。用户不需要复杂的编程。

2.2 通过“变频器连接表”可方便列出挂在端口1网络上的变频器设备。包括站号、型号、协议等。

2.3通过集成在controlstar编程软件中的专用变频器指令,包括frq(给定频率)、fwd(正转)、get(读变频器频率、电流、转速)、rev(反转)、stp(停止)，可以方便实现变频器的启停、读写频率

六、 总结：

在本案例中，我们采用艾默生高性能变频器以及先进的可编程控制器，满足了用户在无负压供水中的应用。

1、智能化程度高 微机控制全自动运行，性能稳定可靠，泵房可实现无人职守。

2、恒压：plc的pid闭环调节，恒压精度高，将水泵的运行严格遵照高效曲线执行，从而使得系统在接近理想状态下工作，压力输出值精度有效保证在±兆帕范围内。在水压波动下，具有过载、短路、过流等各种自动、保护功能。

3、节能变频器的零liuliang停机功能，使设备在管网压力达到设定值后，停机，处于休眠状态，待压力不足时，重新启动。真正实现节能功能。

4、良好的通讯方式，方便用户远距离监控、监测及控制设备和变频器等。同时利用通讯功能，不需再使用模拟量模块，安装维护方便，进一步节约成本。

前言：

　　　包钢带钢厂璇流井水系统是为轧线供生产用水，整个水系统是循环运行的。为保证璇流井内水位保证基本平衡，通过5#泵（110kw）将水池内循环水再抽到外面，防止水溢出。由于原有系统采用软启动启动，不能调节转速，水位的控制依靠人为值守，来通过开阀和关阀来控制。否则在低液位会造成水泵抽真空而损伤泵体（气蚀）；高液位则会淹没水泵房造成停电事故。为此，我们设计变频恒液位控制系统，液位检测采用超声波液位器（百特公司），通过变频器内部pid构成液位闭环，实现液位的自动恒定控制。
1、变频恒液位控制系统构成
　系统水泵电机为110kw，四级，转速1480r/min。设计采用ev2000-4t1100p系列通用变频器作为水泵电机控制核心。液位检测采用百特工控公司生产fbson-y-05-n系列超声波物位检测仪，供电电源为ac220v，一体式安装。量程大可达到5米，实际检测水位高1.85米。系统原理图附图一至三。
　采用一台ec20-1006bra作简单的继电连锁，除了和旧系统进行连锁（互锁），还有变频器的简单启动和停止及报警。本系统还另外装有一台ec20-1006bra，通过串口与一台数传电台相通讯（modbus）,来实现和另外一个水泵房（净环泵房）实现连锁。当璇流井有高液位报警时，通过plc及数传电台传送到净环泵房，由操作人员确定水泵的启动和停止（由于二者距离太远，且不适合电缆敷设，所以采用无线数传的方式）。其中璇流井内plc设置为主站，净环内plc为从站。数传电台采用深圳科立讯生产的pt6080无线数传电台是利用先进的单片机技术,无线射频技术,数字处理技术设计的功率较大,体积较小的模块式半双工数传电台,采用smt新工艺,选用高质量的元器件。抗干扰能力强，精致坚固，结构紧凑，安装方便。数话兼容，数传可优先。rs232、rs485及ttl多种接口可供选择，适应面宽。参见下面原理图：

2、变频恒液位控制参数及工作原理：
2.1 ev2000 通用技术规格：

输入	额定电压；频率	三相，380v～440v；50hz/60hz
	允许电压工作范围	电压：320v～460v；电压失衡率：<3％；频率：±5％
输出	额定电压	380v
	频率	0hz～650hz
	过载能力	g型：150％额定电流1分钟，200％额定电流0.5秒； p型：110％额定电流1分钟；150％额定电流1秒
主要控制性能	调制方式	磁通矢量pwm调制
	调速范围	1：100
	起动转矩	0.50hz时180％额定转矩
	运行转速稳态精度	≤±0.5％额定同步转速
	频率精度	数字设定：高频率×±％；模拟设定：高频率×±0.2％
	频率分辨率	数字设定：hz；模拟设定：高频率×0.1％
	转矩tisheng	自动转矩tisheng，手动转矩tisheng0.1％～30.0％
	v/f曲线	四种方式：1种用户设定v/f曲线方式和3种降转矩特性曲线方式（2.0次幂、1.7次幂、1.2次幂）
	加减速曲线	三种方式：直线加减速、s曲线加减速及自动加减速方式；四种加减速时间，时间单位（分/秒）可选，长60小时
	直流制动	直流制动开始频率：0.20～60.00hz； 制动时间：0.0～30.0秒； 制动电流：g型：0.0～100.0％ p型：0.0～80.0％
	点动	点动频率范围：0.20hz～50.00hz；点动加减速时间0.1～60.0秒可设，点动间隔时间可设
	多段速运行	通过内置plc或控制端子实现多段速运行
	内置pi	可方便地构成闭环控制系统
	自动节能运行	根据负载情况，自动优化v/f曲线，实现节能运行
	自动电压调整（avr）	当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒定
	自动限流	对运行期间电流自动限制，防止频繁过流故障跳闸
	自动载波调整	根据负载特性，自动调整载波频率；可选
客户化功能	纺织摆频	纺织摆频控制，可实现中心频率可调的摆频功能
	定长控制	到达设定长度后变频器停机
	下垂控制	适用于多台变频器驱动同一负载的场合
	音调调节	调节电机运行时的音调
	瞬停不停机控制	瞬时掉电时，通过母线电压控制，实现不间断运行
	捆绑功能	运行命令通道与频率给定通道可以任意捆绑，同步切换
运行功能	运行命令通道	操作面板给定、控制端子给定、串行口给定，可通过多种方式切换
	频率给定通道	数字给定、模拟电压给定、模拟电流给定、脉冲给定、串行口给定，可通过多种方式随时切换
	辅助频率给定	实现灵活的辅助频率微调、频率合成
	脉冲输出端子	0～50khz的脉冲方波信号输出，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出
	模拟输出端子	2路模拟信号输出，分别可选0/4～20ma或0/2～10v，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出

2.2为实现璇流井内恒液位控制，我们采用给定电位计作为液位给定，反馈采用超声波液位仪（变送输出4-20ma）。通过变频器内部的pid调节器做压力闭环调节。变频器参数设置如下：
fp.01=0 参数写保护选择，全部参数允许改写
f0.00=3 给定为vci模拟给定
f0.03=1 端子运行
f0.04=0 转向为正向
f0.08=1 负载为风机类
f0.10=15 加速时间
f0.11=15 减速时间
f0.14=1 v/f曲线设定（2次幂，泵类负载特性）
f5.00=1 闭环运行有效
f5.01=1 给定为vci
f5.02=1 反馈为cci（注意要做调线改动）,超声波输出
f5.09=20 小给定量对应反馈（4ma ,相对于20ma为20%）
f5.12=0.10 比例增益
f5.13=0.05 积分时间
fh.00=4 四极电机
fh.01=110 功率110kw
变频器内部pid控制框图：

2.3超声波参数设置
a、测量模式选择：距离测量

b、测量范围：0-185cm
c、响应速度选择：慢速
d、安全物位：保持超声波工作电压220vac，输出信号为4-20ma为可靠检测液位，使用超声波变送器必须使其响应速度较慢。这是因为过快的响应速度，会造成外界干扰信号的扰动，使液位信号变化太快，影响了正常的设备运行。降低速度，可以使信号综合平均后输出实际稳定电流信号。
3、实际运行效果
　　经过现场一段时间的运行，变频恒液位运行效果非常好。当用电位计设定一个液位高度后，变频器以恒液位控制方式运行。当液位设定为70cm，实际检测璇流井内的液位基本在60-80cm之间恒定。当液位低于70cm，变频器频率降低，直到后停止在低运行频率（20hz）。这是因为如果变频器运行频率过低，水泵的扬程不够，电机功率白白损耗掉，不利于节能运行。设置低运行频率，能够使水泵扬程达到要求（璇流井内循环水不会造成在低的运行功率下导致液位过低而水泵抽真空）。变频器的频率一般在生产的时候达到35-45hz左右，这样的节能率是非常高的（40%左右），而且恒液位控制大大的降低了操作人员的劳动强度。当由于某种原因造成液位过高时，通过ec20plc和数传电台还可以为上级泵站提供信号，实现泵站水系统的连锁控制，保证了正常的生产供水要求，同时也大大地节约了电能（35%以上），为包钢节能降耗工程作了一个工程。
附原理图如下:

1引言

　　　数控机床是典型的机电一体化系统。plc工程现场界面涉及光、机、电、气、液等复杂的输入输出信令，加之plc对于信号的逻辑处理具有的抽象运算特征，使得工业现场故障处理工作通常是相当的复杂困难，plc机电系统现场故障往往使得缺少工程经验的设备管理者们束手无策，较长时间的故障处理处理可以大幅度降低产能，严重影响生产。本文以就事论事的方式平铺直叙具体的机电工程现场故障处理案例，保留住故障处理经验中珍贵的分析判断过程。

2数控机床故障诊断案例

2.1 甄别plc内外部故障实例

　　　配备820数控系统的某加工中心，产生7035号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回落。在sinumerik810／820s数控系统中，7字头报警为plc操作信息或机床厂设定的报警，指示cnc系统外的机床侧状态不正常。处理方法是，针对故障的信息，调出plc输入/输出状态与拷贝清单对照。
　　工作台分度盘的回落是由工作台下面的接近开关sq25、sq28来检测的，其中sq28检测工作台分度盘旋转到位，对应plc输入接口110.6，sq25检测工作台分度盘回落到位，对应plc输入接口110.0。工作台分度盘的回落是由输出接口q4.7通过继电器ka32驱动电磁阀yv06动作来完成。

　　从plcstatus中观察，110.6为“1”，表明工作台分度盘旋转到位，i10.0为“0”,表明工作台分度盘未回落，再观察q4.7为“0”，ka32继电器不得电，yv06电磁阀不动作，因而工作台分度盘不回落产生报警。

处理方法：手动yv06电磁阀，观察工作台分度盘是否回落，以区别故障在输出回路还是在plc内部。

2.2 诊断接近开关故障实例

某立式加工中心自动换刀故障。

故障现象：换刀臂平移到位时，无拔刀动作。

　　atc动作的起始状态是：（1）主轴保持要交换的旧刀具。（2）换刀臂在b位置。（3）换刀臂在上部位置。（4）刀库已将要交换的新刀具定位。

　　自动换刀的顺序为：换刀臂左移（b→a）→换刀臂下降（从刀库拔刀）→换刀臂右移（a→b）→换刀臂上升→换刀臂右移（b→c，抓住主轴中刀具）→主轴液压缸下降（松刀）→换刀臂下降（从主轴拔刀）→换刀臂旋转180°（两刀具交换位置）→换刀臂上升（装刀）→主轴液压缸上升（抓刀）→换刀臂左移（c→b）→刀库转动（找出旧刀具位置）→换刀臂左移（b→a，返回旧刀具给刀库）→换刀臂右移（a→b）→刀库转动（找下把刀具）。换刀臂平移至c位置时，无拔刀动作，分析原因，有几种可能：

（1）sq2无信号，使松刀电磁阀yv2未激磁，主轴仍处抓刀状态，换刀臂不能下移。
（2）松刀接近开关sq4无信号，则换刀臂升降电磁阀yv1状态不变，换刀臂不下降。
（3）电磁阀有故障，给予信号也不能动作。

　　逐步检查，发现sq4未发信号，进一步对sq4检查，发现感应间隙过大，导致接近开关无信号输出，产生动作障碍。

2.3 诊断压力开关故障实例

配备fanuc 0t系统的某数控车床。

故障现象：当脚踏尾座开关使套筒顶紧工件时，系统产生报紧。

　　在系统诊断状态下，调出plc输入信号，发现脚踏向前开关输入x04.2为“1”，尾座套筒转换开关输入x17.3为“l”，润滑油供给正常使液位开关输入x17.6为“1̶1;。调出plc输出信号，当脚踏向前开关时，输出y49.0为“1”，同时，电磁阀yv4.1也得电，这说明系统plc输入/输出状态均正常，分析尾座套筒液压系统。

　　当电磁阀yv4.1通电后，液压油经溢流阀、liuliang控制阀和单向阀进入尾座套筒液压缸，使其向前顶紧工件。松开脚踏开关后，电磁换向阀处于中间位置，油路停止供油，由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持，该油压使压力继电器常开触点接通，在系统plc输入信号中x00.2为“l”。但检查系统plc输入信号x00.2则为“0”，说明压力继电器有问题，其触点开关损坏。

故障原因：因压力继电器sp4.1触点开关损坏，油压信号无法接通，从而造成plc输入信号为“0”，故系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。

解决方法：更换新的压力继电器，调整触点压力，使其在向前脚踏开关动作后接通并保持到压力取消，故障排除。

2.4 诊断中间继电器故障实例
　　　某数控机床出现防护门关不上，自动加工不能进行的故障，而且无故障显示。该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由plc输出q2.0控制电磁阀yv2.0来实现。检查q2.0的状态，其状态为“1”，但电磁阀yv2.0却没有得电，由于plc输出q2.0是通过中间继电器ka2.0来控制电磁阀yv2.0的，检查发现，中间继电器损坏引起故障，更换继电器，故障被排除。

　　另外一种简单实用的方法，就是将数控机床的输入/输出状态列表，通过比较通常状态和故障状态，就能迅速诊断出故障的部位。

2.5 根据梯形图逻辑诊断di点故障实例

　　配备sinumerik810数控系统的加工中心，出现分度工作台不分度的故障且无故障报警。根据工作原理，分度时首先将分度的齿条与齿轮啮合，这个动作是靠液压装置来完成的，由plc输出q1.4控制电磁阀yvl4来执行，plc梯形图如下图所示。

　　通过数控系统的diagnosis能中的“statusplc”软键，实时查看q1.4的状态，发现其状态为“0”，由plc梯形图查看f123.0也为“0”，按梯形图逐个检查，发现f105.2为“0”导致f123.0也为“0”，根据梯形图，查看statusplc中的输入信号，发现i10.2为“0”，从而导致f105.2为“0”。i9.3、i9.4、i10.2和i10.3为四个接近开关的检测信号，以检测齿条和齿轮是否啮合。分度时，这四个接近开关都应有信号，即i9.3、i9.4、i10.2和i10.3应闭合，现i10.2未闭合，处理方法：（1）检查机械传动部分。（2）检查接近开关是否损坏。

2.6 根据梯形图逻辑诊断do点故障实例

　　　配备sinumerik 810数控系统的双工位、双主轴数控机床。

故障现象：机床在automatic方式下运行，工件在一工位加工完，一工位主轴还没有退到位且旋转工作台正要旋转时，二工位主轴停转，自动循环中断，并出现报警且报警内容表示二工位主轴速度不正常。

　　　两个主轴分别由b1、b2两个传感器来检测转速，通过对主轴传动系统的检查，没发现问题。用机外编程器观察梯形图的状态。
　　　f112.0为二工位主轴起动标志位，f111.7为二工位主轴起动条件，q32.0为二工位主轴起动输出，i21.1为二工位主轴刀具卡紧检测输入，f115.1为二工位刀具卡紧标志位。

　　　在编程器上观察梯形图的状态，出现故障时，f112.0和q32.0状态都为“0”，因此主轴停转，而f112.0为“0”是由于bl、b2检测主轴速度不正常所致。动态观察q32.0的变化，发现故障没有出现时，f112.0和f111.7都闭合，而当出现故障时，f111.7瞬间断开，之后又马上闭合，q32.0随f111.7瞬间断开其状态变为“0”，在flll.7闭合的同时，f112.0的状态也变成了“0”，这样q32.0的状态保持为“0”，主轴停转。bl、b2由于q32.0随f111.7瞬间断开测得速度不正常而使f112.0状态变为“0”。主轴起动的条件f111.7受多方面因素的制约，从梯形图上观察，发现f111.6的瞬间变“0”引起flll.7的变化，向下检查梯形图pb8.3，发现刀具卡紧标志f115.1瞬间变“0”，促使flll.6发生变化，继续跟踪梯形图pb13.7，观察发现，在出故障时，i21.1瞬间断开，使f115.1瞬间变“0”，后使主轴停转。i21.1是刀具液压卡紧压力检测开关信号，它的断开指示刀具卡紧力不够。由此诊断故障的根本原因是刀具液压卡紧力波动，调整液压使之正常，故障排除。