西门子6ES7212-1AB23-0XB8当天发货
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- 浔之漫智控技术-西门子PLC代理商
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- 聂航
- 所在地
- 上海市松江区石湖荡镇塔汇路755弄29号1幢一层A区213室
- 更新时间
- 2024-05-08 07:10
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传统的远程监控只具备数据采集功能,在需要实时控制和数据处理时,会显得力不从心。plc作为工业控制的核心部件,其在网络、通信等方面的能力越来越强,具备远程监控要求的数据采集、实时控制和数据处理功能。随着国产 plc市场占有量的tisheng,plc 的价格也比以前更具优势,使用 plc 做 das系统或者用 plc平台开发数据采集系统将是大势所趋或者说相当有吸引力的选择。德维森公司的 v80 小型 plc在供热、交通监控、楼宇监控等行业有许多的成功应用.
下面以其在东北某供热网监控为例说明 plc 在数据采集和远程监控行业中的应用。
2、远程监控系统
供热网远程监控系统的示意图如下:
图 1 供热网远程监控系统示意图
v80 系列 plc采集现场每个换热子站的温度、压力、liuliang,并根据采集数据进行供热liuliang的控制,以达到节能的目的。根据室外气温的变化,通过调节一级管网电动阀门的开度来及时控制二级管网的回水温度,通过调度给定的控制曲线,保证每个换热站的运行参数始终在给定的范围内。同时,中央监控室根据需要调度和遥控子站的电动阀门,调整运行参数。系统配置gprsdtu,可以实现温度的控制、补水泵变频的远程控制。上位机选用组态王组态软件,与数据库结合起来,对所有数据进行存储和分析,并可以配合优化软件进行优先控制。
图 2 v80 系统结构示意图
针对前面提到的各种问题,本文提出了一个更为优胜的方案,其特点如下:
1、 网络通信功能
v80 系列 plc 可同时支持 2 个以上的通信口,可利用 rs485 通信口组建控制网络,把多台 v80 小型 plc组进同一个现场总线网络内,主控 plc 上连接一个 gprsdtu 模块,为监控网络提供透明的上网通道。选用 gprs dtu代替无线 rtu 可以大大降低成本,在敷设了电话线的地方可选用 modem,使整个系统的造价达到优。
2、cpu 模块功能
m32dt 模块是 16 路数字量输入和 16 路晶体管输出的 cpu 模块,本身带有两个通信口,一个 rs232 和一个rs485,内部带 modbus 主从通信协议和 free 通信协议,可以与各种 hmi或者各种组态软件通信,通信协议库文件使各厂商自行开发上位机软件提供了诸多便利。
m32dt 内带 flash存储器,可将各种参数存储在本地,还带有掉电保持功能,从而保证使用的可靠性和便利性。高速运算速度和完备数学运算能力使其更适合通信和模拟量处理环境。
3、抗干扰能力强
整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在恶劣的环境中游刃有余,v80 系列产品已通过 ce 认证。
4、 编程简单方便
v80 系列 plc 的编程语言支持 iec61131-3标准,可以方便编程。同时,支持在线编程,也就是在运行态下可以进行程序修改和调试,为监控现场的在线升级和扩展提供方便。
5、
v80 系列 plc 比同样点数的数采模块具有价格优势,而且其图形化编程功能使其成为一个强有力的分布式监控平台。
4、结论
本文以供热网的远程监控为例,介绍了 v80 系列 plc 联网、通信协议与第三方产品集成特点,说明 v80 系列 plc在数据采集和远程监控行业中的应用,实际运行结果表明 v80系列 plc 是客户将采集、控制、远程监控合而为一的理想选择。
0引言
供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大,水质易污染,基建投资多,而主要的缺点是水压不能保持恒定,导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术,它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域,特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要,对恒压供水压力有着严格的要求,因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高,在泵站供水中可完成以下功能:(1)维持水压恒定;(2)控制系统可手动/自动运行;(3)多台泵自动切换运行;(4)系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时,系统处于睡眠状态,直至有用水需求时自动唤醒;(5)在线调整pid参数;(6)泵组及线路保护检测报警,信号显示等。
将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较,当管网压力不足时,变频器增大输出频率,水泵转速加快,供水量增加,迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢,供水量减小,管网压力下降,保持恒压供水。
1 系统硬件构成
系统采用压力传感器、plc和变频器作为中心控制装置,实现所需功能。
安装在管网干线上的压力传感器,用于检测管网的水压,将压力转化为4~20ma的电流信号,提供给plc与变频器。
变频器是水泵电机的控制设备,能按照水压恒定需要将0~50hz的频率信号供给水泵电机,调整其转速。acs变频器功能强大,预置了多种应用宏,即预先编置好的参数集,应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到小,参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用pid控制的应用宏,进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号:启动/停止(di1、di5)、模拟量给定(ai1)、实际值(ai2)、控制方式选择(di2)、恒速(di3)、允许运行(di4);3个输出信号:模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行);dip开关选择输入0~10v电压值或0~20ma电流值(系统采用电流值)。变频器根据给定值ai1和实际值ai2,即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号,利用pid控制宏自动调节,改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速,以保证管网压力恒定要求。
根据泵站供水实际情况与需求,利用一台变频器控制3台水泵,因此除改变水泵电机转速外,还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定,当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时,要投入下一台泵运行。反之,当变频器输出频率降至小,压力仍过高时,要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制,还需数据处理能力,采用fx-4ad(4模拟量入)获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由plc自动采样,随时将模拟量转换为数字量,放在数据寄存器中,由数据处理指令调用,并将计算结果随时放在指定的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量,提供给plc[1>,与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险,必须保证其频率不低于20hz,因此频率上限设为工频50hz,下限设为20hz)进行比较,实现泵的切换与转速的变化。
系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能快,以保证供水的连续性,水压波动尽可能小,从而tigao供水质量。但元件动作过程太快,会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生,硬件上必须设置闭锁保护,即1q与4q,2q与5q,3q与6q不能同时闭合。
2 系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制,主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。
当变频器输出频率达到频率上限,供水压力未达到预设值时,发出加泵信号,投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值,变频器输出频率降到频率下限时,发出减泵信号,切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时,情况简单,首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂,任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行,而其他泵则可能在变频器控制下运行,因此必须预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后,按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序优先考虑。获得减泵信号后,按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序优先考虑。
为了防止故障的发生,软件上也必须设置保护程序,保证1q与4q、2q与5q、3q与6q不能同时闭合。在加减泵时必须设置元件动作顺序及延时,防止误动作发生。系统切换泵流程见图3。
考虑到系统工作环境对运行状态的影响,在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数,当模拟输入信号变化时,63%的变化发生在所定义的时间常数中;软件上采用数字滤波的方式,系统采用平均值的方法[2>。
计算近10次采样的平均值,其计算公式如下:
3 系统参数的确定
系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数量很大的参数群,初始情况下,只有所谓的基本参数可以看到。只需设定简单的几个参数,变频器就可以工作。
plc资料网
除基本参数外,还必须对完整参数进行设定。
完整参数的设定主要是pid参数的整定,它是按照工艺对控制性能的要求,决定调节器的参数kp,ti,td。控制表达式为:
变频器根据偏差调节pid的参数,当运行参数远离目标参数时,调节幅度加快,随着偏差的逐步接近,跟踪的幅度逐渐减小,近似相等时,系统达到一个动态平衡,维持系统的恒压稳定状态[3、4>。
4 试验结果
由于系统的显示和通讯功能,可以对系统工作情况进行监测。考虑到管网覆盖面积大,泵站海拔高度相对低,远端供水压力需维持3kg,因此泵站出水口压力必须维持5kg。试验条件为管网初始无压力,电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。获得的数据经matlab进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线[5>。
试验记录的数据显示,系统在未进行滤波和pid控制时,响应速度特别慢、误差大、振荡严重,见图5。在未进行滤波而引入数字pid控制时,响应速度明显加快,但振荡问题未能得到解决,这是由于喘振现象的存在;当管道压力与设定值近似相当时,水锤效应影响明显,压力波动异常,pid的参数跟踪整定,形成恶性循环,管道中空气的存在也会导致振荡问题。plc资料网
该系统是按照工业生产需求设计的,实现了预定的一系列功能,保证了系统的稳定和安全性,在长时间运行中取得了良好的效果。只需作相应修改就可推广到相关供水系统中
1.概述
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的,而呼叫是随机的,电梯实际上是一个人机交互式的控制系统,单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的,因此,电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(plc)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式,其原因在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高;而plc可靠性高,程序设计方便灵活,抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点,所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。
2.电梯理想运行曲线
根据大量的研究和实验表明,人可接受的大加速度为am≤1.5m/s2,加速度变化率ρm≤3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形,由于正弦波形加速度曲线实现较为困难,而三角形曲线大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线,即+ρm跳变到-ρm或由-ρm跳变到+ρm的加速度变化率,故很少采用,因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标,故被广泛采用,采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线如图1所示:
智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器,可配用通用的三相异步电动机,并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷,而且能自动实现单多层功能,并具有自动优化减速曲线的功能,由其组成的调速系统的爬行时间少,平层距离短,不论是双绕组电动机,还是单绕组电动机均可适用,其高设计速度可达4m/s,其独特的电脑监控软件,可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。
变频器构成的电梯系统,当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号,变频器依据设定的速度及加速度值,启动电动机,达到大速度后,匀速运行,在到达目的层的减速点时,控制器发出切断高速度信号,变频器以设定的减速度将大速度减至爬行速度,在减速运行过程中,变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离,并计算出优化曲线,从而能够按优化曲线运行,使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时,变频器增大低速度值或减少制动斜坡值,反之则减少低速度值或增大制动斜坡值,在电梯到距平层位置4—10cm时,有平层开关自动断开低速信号,系统按优化曲线实现高精度的平层,从而达到平层的准确可靠。
3.电梯速度曲线
电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a和加速度变化率p的大小,过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时,为保证电梯的运行效率,a、p的值不宜过小。能保证a、p佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线应是抛物线-直线综合速度曲线,即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想,直接影响实际的运行曲线。
3.1速度曲线产生方法
采用的fx2-64mrplc,并考虑输入输出点要求增加了fx-8eyt、fx-16eyr、fx-8eyr三个扩展模块和fx2-40aw双绞线通信适配器,fx2-40aw用于系统串行通信。利用plc扩展功能模块d/a模块实现速度理想曲线输出,事先将数字化的理想速度曲线存入plc寄存器,程序运行时,通过查表方式写入d/a,由d/a转换成模拟量后将速度理想曲线输出。
3.2加速给定曲线的产生
8位d/a输出0~5v/0~10v,对应数字值为16进制数00~ff,共255级。若电梯加速时间在2.5~3秒之间。按保守值计算,电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms。 plc
由于电梯逻辑控制部分程序大,而plc运行采用周期扫描机制,因而采用通常的查表方法,每次查表的指令时间间隔过长,不能满足给定曲线的精度要求。在plc运行过程中,其cpu与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的,每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期,基本要完成六个步骤的工作,包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内,cpu对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面,但实时性差。过长的扫描时间,直接影响系统对信号响应的效果,在保证控制功能的前提下,大限度地缩短cpu的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms,尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法,但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时,制动段曲线采用按距离原则,每段距离到的响应时间也不宜超过10ms。为满足系统的实时性要求,在速度曲线的产生方式中,采用中断方法,从而有效地克服了plc扫描机制的限制。
起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关,一旦设定,就一直按设定时间间隔循环中断,所以,起动运行条件需放在中断服务程序中,在不满足运行条件时,中断即返回。
3.3减速制动曲线的产生
为保证制动过程的完成,需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前,电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成,加速到对应模式的大值之后,加速程序运行条件不再满足,每次中断后,不再执行加速程序,直接从中断返回。电梯以对应模式的大值运行,在该模式减速点到后,产生高速计数中断,执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件,保证下次中断执行。
在plc的内部寄存器中,减速曲线表的数值由大到小排列,每次中断都执行一次“表指针加1”操作,则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出,以保证减速过程的可靠性。
4.电梯控制系统
4.1电梯控制系统特性
在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制,对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈,根据电动机的力矩方程式:m—mz=Δm=j(dn/dt),可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化,控制加速度就控制系统的动态转距Δm=m—mz。故在此段采用加速度的时间控制原则,当启动上升段速度达到稳态值的90%时,将系统由加速度控制切换到速度控制,因为在稳速段,速度为恒值控制波动较小,加速度变化不大,且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度,为制动段的jingque平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用pi调节器控制,但两段的pi参数是不同的,以tigao系统的动态响应指标。
在系统的制动段,即要对减速度进行必要的控制,以保证舒适感,又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制,以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前,为了使两者得到兼顾,采取以加速度对时间控制为主,同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离l处,速度应降为vm/s,而实际转速高为v′m/s,则说明所加的制动转距不够,因此计算出此处的给定减速度值-ag后,使其再加上一个负偏差ε,即使此处的减速度给定值修正为-(ag+ε)使给定减速度与实际速度负偏差加大,从而加大了制动转距,使速度很快降到标准值,当电动机的转速降到120r/min以后,此时轿厢距平层只有十几厘米,电梯的运行速度很低,为防止未到平层区就停车的现象出现,以使电梯能较快地进入平层区,在此段采用比例调节,并采用时间优化控制,以保证电梯准确及时地进入平层区,以达到准确可靠平层。
4.2电梯控制构成
由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制,而楼层和轿厢的呼叫是随机的,因此,系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上,根据随机的输入信号,以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外,轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定,并送plc的计数器来进行控制。同时,每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。
为便于观察,对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示,采用led和发光管显示,而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。
1 引言
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(plc)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式,其原因在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高;而plc可靠性高,程序设计方便灵活。本设计在用plc控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上,在不增加硬件设备的条件下,实现电流、速度、位移三环控制。
2 硬件电路
系统硬件结构图如图1 所示,其各部分功能说明如下。
q1——三相电源断路图
plc资料网
vs——变频器
bu——制动单元
rb——能耗制动电阻
m——主拖动曳引电机
2.1 主电路
主电路由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器,在电梯位势负载作用下,制动时回馈的能量不能馈送回电网,为限制泵升电压,采用受控能耗制动方式。
2.2 plc控制电路
选用omron公司c系列60p型plc。plc接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号,经程序判断与运算实现电梯的集选控制。plc在输出显示和监控信号的同时,向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。
2.3 电流、速度双闭环电路
采用yasakwa公司的vs-616g5 cimrg5a4022变频器。变频器本身设有电流检测装置,由此构成电流闭环;通过和电机同轴联接的旋转编码器,产生a、b两相脉冲进入变频器,在确认方向的同时,利用脉冲计数构成速度闭环。
2.4 位移控制电路
电梯作为一种载人工具,在位势负载状态下,除要求安全可靠外,还要求运行平稳,乘坐舒适,停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求,但和国外高性能电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法,利用现有旋转编码器构成速度环的同时,通过变频器的pg卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数,将其引入plc的高速计数输入端口0000,通过累计脉冲数,经世式(1)计算出脉冲当量,由此确定电梯位置。电梯位移
h=si plc资料网
式中 i——累计脉冲数
s——脉冲当量
s = lpd / (pr) (1)
本系统采用的减速机,其减速比l = 1/32,曳引轮直径d =580mm,电机额定转速ned = 1450r/min,旋转编码器每转对应的脉冲数p = 1024,pg卡分频比r =1/18,代入式(1)得
s = 1.0mm / 脉冲
3 程序设计
利用变频器pg卡输出端(ta2.1)将脉冲信号引入plc的高速计数输入端0000,构成位置反馈。高速计数器(cnt47)累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较,由此判断电梯的运行距离、换速点、平层电和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在±1个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下,电梯的平层精度可达±5mm内,大大低于国标±15mm的标准,满足电梯起制动平滑,运行平稳,平层准确的要求。电梯在运行过程中,通过位置信号检测,软件实时计算以下位置信号:电梯所在楼层位置、快速换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置,大大减少井道检测元件和信号连线,降低成本。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数、快速换速、中速换速、门区和平层信号5个子程序进行介绍。
3.1 楼层计数
本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式,测出相应楼层高度脉冲数,对应17层电梯分别存入16个内存单元dm06 ~dm21。
楼层计数器(cnt46)为一双向计数器,当到达各层的楼层计数点时,根据运行方向进行加1或减1计数。楼层计数程序流程图如图2所示。
运行中,高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较,相等时发出楼层计数信号,上行加1,下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数,采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器