西门子模块6GK7243-1GX00-0XE0产品规格

西门子模块6gk7243-1gx00-0xe0产品规格

 在烟草制品中，除烟叶可以加工烟丝外，加工过程中产生大量烟梗也可以利用，烟梗加工过程中需要去杂质，恢复柔韧性，才能利于烟梗切片加工，处理过程就需要烟梗回潮。水槽式烟梗回潮机是梗处理线上的一台主要设备，它利用循环恒水温介质将烟梗进行净化处理。设备主要由洗梗箱体、管路系统、输送网带和水分控制四部分。整个水分过程控制主要由水温、烟梗水中停留时间、压缩空气吹水量来控制水分达到工艺要求。
      根据设备工作的需要，我们设计基于dop人机界面的plc洗梗机控制系统必须保证洗梗机水份达到工艺要求，本系统dop人机界面作为触摸显示屏，采用s7-300 plc作为控制主机，组成控制系统，构成系统可以完成水温的模拟量闭环控制，水位的数字量闭环控制，循环水流速度可调节开环控制，上下游水位的联锁控制。系统工作稳定控制精度高，满足系统工艺要求。
1  控制系统的硬件组成
      洗梗机硬件系统主要由四部分组成，部分是人机界面，系统选用中达电通公司的dop—ae80thtd触摸屏，ae80触摸屏有65536色，32位risc微处理器，32m存储器，512k断电保持，usb编程。有3个串行通讯口，rs232/rs422/rs485三种通讯接口可供选择，考虑我们用s7-312c直接通讯，我们用rs485接口，触摸屏完成系统显示和控制以及系统控制参数调整，温度变化趋势图、故障报警等任务。第二部分过程控制部分的plc由s7-312-5boo-oabo完成，它有1o个数字量输入，个数字量输出，可以满足本系统的数字量需要，除cpu312c外需要通过硬件组态配置一个模拟量输入模块6es7331-7kfo2-oabo，它是8路12bit拟量a/d转换模块，12位控制精度可以满足本系统要求，8路输入可以可以配置成3路温度铂电阻pt100输入,0～10v电压输入供变频器输入速度信号，经转化量显示水流速度。一个模拟量输出模块6es7332-5hb01-oabo,它是4路12位模拟输出模块系统一路输出4～20ma控制气动薄膜调节阀，通过阀门开度控制水箱温度恒定。第三部分是系统输入检测器，数字量输入完成基本起停联锁以及水位控制。模拟量输入温度检测，由ptl00传感器完成3路温度信号检测，供水箱温度闭环控制。一路电压输入，输入变频器输出频率，经系统转化为数字信号供触摸屏显示水流速度。第四部分是执行器，主要控制系统上下游联锁输出信号，水流变频器起停。加水电磁阀控制水位，入水加温电磁阀控制入水温度。保温气动薄膜调节阀，完成水箱温度的恒温控制。具体组成见图1。

2  dop触摸屏与西门子plc通讯 
      西门子s7-312c plc通讯口只有mpi接口，不具有标准的rs232和rs485接口，通常触摸屏只连接西门子自己的触摸屏，用自己的mpi接口，但西门子触摸屏价格较高，有时考系统性价比，选用其它品牌，这样通讯协议设定就需要多一些技术，通常采用西门子公司pc-mpi转接电缆连接，这样简单可靠但成本较高，硬件安装多个转换盒，安装不方便。本系统采用直接连接，协议设定就尤其重要，具体设置过程如下：首先通讯速率：19200，8,even,1.（rs485）；然后plc站号：后是控制区/状态区：dbwo/dbw20。需要注意事项的有此驱动只能用于1台dop人机界面连1台plc；plc通讯速率需改为19200，（8,even,1.）；不可使用2个通讯口都用；dop站号需设为o～15，若超过此范围，则通讯协议自动改为15；没有接连接电缆时，dop人机界面约5s后，会显示error message。若接上连接电缆时，dop人机界面需重新送电，才能连上通讯成功；送电后，因dop需接受plc通知后方可连上。故第1次联机所需时间较长，正常情况下，应在5s内连上；此协议为多段来回的通讯（1个命令需dop hmi与plc通讯多次，方可完成）。故通讯速度较一般控制器慢。但与s7-300使用pc adapter速度基本相同。具体dop触摸屏与plc硬件接线如图2。

3  模拟量模块的设计 
3.1  模拟量模块的设置
      在洗梗机水分控制部分中，选用sm331，模拟量输入模块是将模拟信号转换为cpu内部处理用的数字信号，其主要组成是a/d转换器。一般模拟由变送器输出标准直流电压、直流电流信号。sm331可以直接连接不带变送器的温度传感器，这样不用温度变送器，不但节约硬件成本，而且减少故障点。但直接连接传感器需要对测量范围进行设置。s7331-7kfo2-oabo模拟量模块的输入类型用模块侧面的量程卡来设置。量程卡安装在模拟模块侧面，每2个通道一组，8个通道4个量程卡，当设定为温度时，2个通道为1路输入。供货时通常设置在默认的b位置（±10v）。需要设定3路温度检测，根据资料a为温度传感器输入。所以使用改锥，将量程卡从模拟量输入模块中松开，再将量程卡选好位置a指向模块标记点，插入量程卡。系统将3块量程卡设为a，第四块不变仍为b，这样完成3路温度、2路电压输入的量程卡设置。硬件设置完后要进行联机进入step7中硬件设置中选择模拟量量程，具体step7中模拟量输入模块量程设置如图3。

3.2  模拟值模块转换、循环和响应时间 
      转换时间由基本转换时问和模块的测试及监控处理时间组成。基本转换时间直接取决于模拟量输入模块的转换方法（积分方法，瞬时值转换）。模拟量输入通道的扫描时间，即模拟量输入值本次转换到下一次转换时所经历的时间，是指模拟量输入模块的所有激活模拟量输入通道的转换时间总和。模拟量输出通道的转换时间由两部分组成：数字量数值从cpu存储器传送到输出模块的时问和模拟量模块的数一模转换时间。模拟量输出通道也是顺序转换，即模拟量输出通道依次转换。扫描时间，即模拟量输出值本次转换到再次转换时所经历的时间，是指模拟量输出模块的所有激活的模拟量输出通道的转换时间总和，所以可以通过在step7中禁用所有没有使用的模拟量通道，来降低i/o扫描时间。
3.3  连接传感器至模拟量输入
      根据测量方法的不同，我们可以将电压或电阻等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。为了减少电磁干扰，对于模拟信号应使用屏蔽双绞电缆，并且模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。如果电缆两端存在电位差，将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰。在这种情况下，应该让电缆的屏蔽层一端接地。对于带隔离的模拟量输入模块，在cpu的m端和测量电路参考点mana（一般是端子10和11）之间没有电气连接。如果参考电压un和cpu的m端存在一个电位差uiso,必须选用隔离模拟输入模块。通过在mana端子和cpu的m端子之间使用一根等电位连接导线，可以确保uiso不会超过允许值。如果使用的传感器是非隔离传感器，在输入通道的测量线m-和测量电路的参考点maa之间会发生有限电位差ucm（共模电压）。为了防止超过允许值，在测量点之间必须使用等电势连接导线。
4  温度控制程序功能块设计
      step7程序允许在线和离线编辑程序，首先创建ob1系统组织块，然后创建定时中断组织块ob35,在ob35中调用温度控制功能块fb58，调用fb58前提是在step7中安装标准库（standard library）,调用过程是打开ob35→点击view→点击overview→点击右侧library→点击standard librar→点击pid control blocks→点击fb58温度控制功能块，在输入参数时，输入背景数据库db1。db1作为ob35背景数据库，背景数据库中的数据结构是由系统自动生成，用户不能修改，必须按标准库中的数据格式要求输入数据，在背景数据库中还有一些系统控制参数设定，有些控制参数也可以在背景数据库中修改，打开背景数据库db1,选择参数视图，就可以修改参数如：采样周期、pid参数、上下限、脉冲输出等。
      在ob35中调用fb58功能，输入响应控制量、数字量及模拟量等，当参数输入完成，系统就可以运行程序。在程序调用lad显示当中有十几个输入中可以选择必须的输入，有些必须输入，有些可以用系统默认值，在本系统启动后输出m6.0,启动fb58。设定值用变量sp＿int是浮点数格式必需输入，通过触摸屏输人数据mw2,mw2转化成浮点数md6中，md6作为sp＿int；过程变量输入用pv＿per（外围过程控制变量）输入外围设备（i/o）格式过程变量，即用s7—331—7kf02模拟量输入模块的piw258的数字值作为过程变量，如果将此数据转化为浮点数，即可输入pv＿in，梯形图中程序pv＿in和pv＿per输入1个即可，输入pv＿per即简单又减少转化控制程序的编写，在控制功能块中，一般常输入pv＿per在功能块中将pv＿per转化为浮点数pv＿in，用设定值sp＿int减去pv＿in就是误差。在系统中参与pid控制。功能块还有手动功能，当外界条件不满足自动工作条件可以用手动控制工作，具体是将其中man＿on设置为m1.o,当m1.0为1时，可以将设定触摸屏设定手动输出数据md10,设定mam为md10中，lmn＿per过程输出直接输出控制值。　
      控制器有7个输出可以作为系统控制的控制输出和显示用输出，其中主要利用pv格式化过程变量，可以作为蒸气调节阀阀开度显示。lmn＿per是i/o格式的控制量输出值，这里直接输出到pqw272，在模拟量输出端输出4～10ma控制气动薄膜调节阀。功能模块还有qlmn＿hlm、qlmn＿llm上下限报警。这样功能块程序设计基本完成。温度控制功能块编程界面如图4。

5  结束语　 
      dop人机界面美观大方、具有直观的图形化界面、操作简单、使用方便，把复杂生产线监控变得简单明了，大大减少了劳动强度，在洗梗机控制系统的生产实践表明，该系统各项功能满足生产需要，tigao了生产效率。应用dop人机界面完成的梗丝水温自动控制系统，从而保证梗丝的水份在合格范围内。

、前言 
　　
    我公司是一家主要生产乙肝疫苗的制药公司,由净化中央空调设备提供生产车间的洁净环境,使生产车间各个房间的温度、湿度和压差等均能达到国家gmp规定的要求。因为季节的变化，昼夜的变化，这样生产车间的各个房间对风量具有很明显的需求变化，而水泵风机的风量、水liuliang的调节是靠风门、节流阀的手动调节。当风量、水liuliang的需求减少时，风门、阀的开度减少；当风量、水liuliang的需求增加时，风门、阀的开度增大。这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源在风门、阀上作为代价的。而且该中央空调在正常工作时，大多数风门及阀的开度都在50%-60%，这说明现有中央空调水泵风机设计的容量要比实际需要高出很多，严重存在“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。近年来随着电力、电子技术、计算机技术的迅速发展，变频调速技术越来越成熟，因此我们对公司的中央空调水泵风机加装19台变频器进行了节能改造。又由于水泵风机分散性较大，为了减少值班人员的巡视工作强度，便于及时掌握水泵风机的工作状态和发现故障，我们通过plc及人机界面与变频器的通讯应用，在中央监控室增装变频监控系统，这样值班人员就可在人机界面上直接设定频率值与启停各台变频器，能实时监控水泵风机电机实际工作电流、电压、频率的大小，并具有报警等功能。 plc资料网
　　
二、中央空调水泵风机变频改造方案
　　
    1、改造前设备情况
    （1）、基因部空调设备情况
    ①制冷主机为日立机组，共三台。②冷冻泵：11kw，2极 全压启动4台，扬程30m，出水温度6℃,回水温度为10℃，出水压力为0.35mpa，每台电机额定电流为21.8a，正常工作电流为16.6a。一般情况下,开二台备二台。③冷却泵:15kw，2极 全压启动 4台，扬程30m，出水温度32.5℃,回水温度为28.2℃，出水压力为0.38mpa，每台电机额定电流为29.9a，正常工作电流为18.0a。一般情况下,开二台备二台。
    （2）、老二楼空调机房空调设备情况
    ①制冷主机为日立机组，共两台。②冷冻泵：15kw，2极 全压启动3台，扬程30m，出水温度6.1℃,回水温度为9.8℃，出水压力为0.36mpa，每台电机额定电流为29.9a，正常工作电流为21a。一般情况下,开一台备二台。③冷却泵:15kw，2极 全压启动 3台，扬程30m，出水温度31.8℃,回水温度为27.7℃，出水压力为0.41mpa，每台电机额定电流为29.9a，正常工作电流为20.6a。一般情况下,开一台备二台。

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    （3）、分包装空调机房空调设备情况
    ①制冷主机为日立机组，共两台。②冷冻泵：15kw，2极 全压启动3台，扬程30m，出水温度5.8℃,回水温度为9.3℃，出水压力为0.38mpa，每台电机额定电流为29.9a，正常工作电流为20.2a。一般情况下,开二台备一台。③冷却泵:15kw，2极 全压启动 3台，扬程30m，出水温度31.6℃,回水温度为27.3℃，出水压力为0.40mpa，每台电机额定电流为29.9a，正常工作电流为21.2a。一般情况下,开二台备一台。
    （4）、公司共有13台空调风柜。
    ①基因部空调风柜7台，其中22kw风机电机3台，11kw风机电机2台，15kw和18.5kw风机电机各1台。②老二楼空调风柜3台，其中15kw风机电机2台，11kw风机电机1台。③质检部空调风柜3台，其中11kw风机电机2台，7.5kw风机电机1台。
　　
    2、水泵变频改造方案
　 因为冷冻泵和冷却泵进出水温差都小于5℃，这说明冷冻水liuliang和冷却水liuliang还有余量，再加之，电机正常工作电流小于额定电流（5-12a），明显存在“大马拉小车”的现象。因此，我们对基因部的冷冻水系统和冷却水系统各自使用一台台达vfd-p11kw变频器和一台台达vfd-p15kw 变频器分别实施一拖三驱动（如图一所示）。根据需要由plc1分别控制3台冷冻水泵和3台冷却水泵轮流切换工作（但同一时刻一台变频器只能驱动一台水泵电机运转），使冷冻水量和冷却水量得到灵活、方便、适时、适量的自动控制，以满足生产工艺的需求。同样对老二楼空调机房及分包装空调机房的冷冻水系统和冷却水系统也各使用一台台达vfd-p15kw 变频器分别实施一拖三驱动，其控制方式与基因部的冷冻水系统和冷却水系统控制方式相同。下面以基因部冷冻水系统加以说明：

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    （1）、闭环控制
    基因部冷冻水系统采用全闭环自动温差控制。采用一台11kw变频器实施一拖三。具体方法是：先将中央空调水泵系统所有的风阀门完全打开，在保证冷冻机组冷冻水量和压力所需前提下，确定一个冷冻泵变频器工作的低工作频率（调试时确定为35hz），将其设定为下限频率并锁定。用两支温度传感器采集冷冻水主管道上的出水温度和回水温度，传送两者的温差信号至温差控制器，通过pid2调节将温差量变为模拟量反馈给变频器，当温差小于等于设定值5℃时，冷冻水liuliang可适当减少，这时变频器vvvf2降频运行，电机转速减慢；当温差大于设定值5℃时，这时变频器vvvf2升频运行，电机转速加快，水liuliang增加。冷冻泵的工作台数和增减由plc1控制。这样就能够根据系统实时需要，提供合适的liuliang，不会造成电能的浪费。
    （2）、开环控制
    将控制屏上的转换开关拨至开环位置，顺时针旋动电位器来改变冷冻水泵电机的转速快慢。
    （3）、工频/变频切换工作
　 在系统自动工作状态下，当变频器发生故障时，由plc1控制另一台备用水泵电机投入工频运行，同时发出声光报警，提醒值班人员及时发现和处理故障。也可将控制柜面板上的手动/自动转换开关拨至手动位置，按下相应的起动按钮来启动相应的水泵电机。

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图一 中央空调水泵变频改造原理图

　　
    3、风机变频改造方案
　 因为所有风柜的风机均处于全开、正常负荷运行状态，恒温调节时，是由冷风出风阀来调节风量。如果生产车间房间内的温度偏高，则风阀开大，加大冷风量，使生产车间房间内的温度降低。如果生产车间房间内的温度偏低，则需关闭一部分风阀开度，减少冷风量，来维持生产车间房间的冷热平衡。因此，送入生产车间内部的风量是可调节的、变化的。特别是到了夜班时，人员很少，且很少出入、走动等活动，系统负荷很轻，对空调冷量的要求也大大降低，只需少量的冷风量就能维持生产车间房间的正压与冷量的需求了，故对13台风机全部进行了变频节能改造，利用变频器来对风量进行调节。
　　
    中央空调风机变频改造原理图如图二所示，在原有工频控制的基础上，增加7个变频控制柜，采用13台台达vfd-p系列变频器驱动13台风机电机，变频/工频可以相互切换。在工频方式下运行时，不改变原来的操作方式，在变频方式下运行时，变频器在不同的时间段自动输出不同的频率。即13台变频器受时控开关的程序控制，在周一至周五的7：30-23：00设定变频器在45hz下运行，在周一至周五的23：00后至第二天的7：30及周六、周日设定变频器在35hz下运行（其运行的频率可根据需要来设定），以改变风机的转速，同时13台变频器与中央监控室的人机界面和plc实行联机通讯，可以实现远程人机监控。

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图二  中央空调风机变频改造原理图

　　
三、中央空调水泵风机变频节能改造效果
　　
    为了能直观体现变频改造后的节能效果，我们做了如下的测试：以1#日立机组冷却水泵14#（15kw）和k4风柜4#（22kw）为对象，在它们各自的主回路上加装电度表，先工频运行一星期，每天定时记录电表读数，再变频运行一星期，进行同样的工作，其数据如表1和表2所示。
　　

表1：1#日立机组冷却水泵节能数据统计

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    1、表1的数据分析：在工频运行时，水泵的负荷变化不是很大，其日用电量在298度左右。变频运行时，由于受外界的环境温度影响较大，故每天的用电量差别较大，但可以看出，变频运行时的日用电量明显要小于工频时的数值。我们以一个星期的总用电量来计算，工频时为2580-891=1689，变频时为5248-4121=1127，则1#日立机组冷却水泵的节电率为：（1689-1127）/1689=33%
　　
    2、表2的数据分析：由于风机每天的负荷变化不大，故其用电量比较稳定。可以看出，工频运行时日用电量在350度左右。变频运行时，日用电量在220度左右。以350和220来计算，则k4风柜电机的节电率为：（350-220）/350 = 37%
由上述计算可知：水泵和风机变频改造后平均节能率为35%，在实际使用中，节电效果会更好。
　　
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表2：k4风柜节能数据统计

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四、中央空调水泵风机变频监控系统
　　
    1、 系统硬件组成
　 中央空调水泵风机变频监控系统的硬件结构图如图三所示，它由公司自来水恒压泵、分包装部二楼冷冻泵、质检部老二楼空调机房水泵风机和基因部水泵风机四个子系统组成，对分布在不同部门的19台变频器实施远程监控。各部分说明如下：①、变频器选用台达vfd-p系列变频器，该系列变频器具有高可靠性，低噪声，高节能，保护功能完善，内建功能强大的rs-485串行通讯接口，且rs-485串行通讯协议对用户公开等特点。②、plc作为控制单元，是整个系统的控制核心，选用台达dvp24es01r。利用其通讯指令编好程序，下载到plc，然后将它与变频器的rs-485串行通讯接口相连接，就可实现与变频器的实时通讯。③、人机界面采用hitech公司的pws-3760，彩色10.4寸。它是新一代高科技可编程终端，专为plc而设计的互动式工作站，具备与各品牌plc连线监控能力，适于在恶劣的工业环境中应用，可代替普通或工控计算机。其主要特点有：画面容量大，可达255个画面，画面规划简单；使用adp3全中文操作软件，适用于bbbbbbs95/bbbbbbs98环境，巨集指令丰富，编程简单；具有交互性好，抗干扰能力强，通讯可靠性高；自动化程度高，操作简单方便，故障率低，寿命长，维修量少。其主要功能有：设计者可依需要编辑出各种画面，实时显示设备状态或系统的操作指示信息；人机界面上的触摸按键可产生相应的开关信号，或输入数值、字符给plc进行数据交换，从而产生相应的动作控制设备的运行；可多幅画面重叠或切换显示，显示文字、数字、图形、字符串、警报信息、动作流程、统计资料、历史记录、趋势图、简易报表等。④、rs-485串行通讯方式：rs-485采用平衡发送接收方式，它具有传输距离长、抗干扰能力强和多站能力的优点。 plc

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图三 变频监控系统硬件结构图

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    2、人机界面画面设计
　 本系统人机界面所有画面均由adp3全中文软件进行设计，有主画面、参数设定、运转设定、参数显示、状态信息、报警信息和帮助等画面，经adp3软件编译无误后，从个人电脑中下载到人机界面即可使用。人机界面与plc之间通过rs232通讯电缆以主从方式进行连接。由plc对人机界面的状态控制区和通知区进行读写达到两者之间的信息交互。plc读人机界面状态通知区中的数据，得到当前画面号，而通过写人机界面状态控制区的数据，强制切换画面。参数显示画面之一如图四所示。

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图四 基因部中央空调风机水泵1#监控画面

    用户需要监视19台水泵风机的电压、电流以及频率的大小。因此为它们分别设置三组数值显示区，分别显示电压、电流与频率值，这是利用元件中的数值显示功能实现的。系统启动后，19台变频器周期性地向plc回复其工作状态，经plc处理后送人机界面，这样人机界面就可以实时显示这三组数值。数值的格式、位数和精度等根据实际情况在数值显示的属性框中设置。
　　
    3、系统控制方法
　 本系统要求对分布在不同部门、距离较远的19台变频器实施远程监控，能在中央监控室的人机界面上自动/手动设定、修改和写入频率值与启停各台变频器，可实时监测到中央空调水泵风机电机实际工作电压、电流、频率的大小，并具有声光报警等功能。具体控制方法是：采用一台dvp-plc、一台人机界面pws-3760和19台vfd-p系列变频器通过rs-485串行通讯方式组成一个实时通信网络（如图三所示）,在现场设定好19台变频器的通信参数，如控制方式为rs-485通讯指令，通讯地址：1-19，波特率为9600，通讯资料格式等；设计系统plc程序，程序流程图如图五所示。要求手动控制有即时设定、修改和写入频率值与启停各台变频器等功能，自动控制采用二个时段控制，可以随时设定二个时段值和对应的二个频率值，现使用时段值一：7：30对应频率一 45hz，时段值二：23：00对应频率二 35hz。程序设计参照vfd-p变频器通讯协议，采用plc与变频器间的一些rs-485通讯指令实现系统的远程监控，还可通过打印机实现报表的打印。 plc资料网

图五 系统程序流程图

　　
五、结束语
　　
    采用交流变频调速器对中央空调系统的水泵、风机进行节能改造，不但操作简单方便、节约电能降低生产成本，而且大大地改善水泵风机的运行条件，减少水泵、风机、阀门等的维护量。本变频改造项目及监控系统自2002年5月投运以来，已连续运行二年多，系统运行可靠平稳，通讯数据准确及时，使设备管理规范化，tigao了工作效率，需要在线改变的量为时段与频率的设定值，采用人机界面作为人机交互工具，简单直观，便于操作。plc作为中央处理单元，两者在变频监控系统中结合使用，实现了该系统的远程监控、手动即时变频和自动分时段变频等功能，在实际使用中取得良好的效果，值得推广到其他行业应用。