西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8诚信经营

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 滑差调节器的作用和工作原理
       hl-2a托卡马克是我国的一个大型核聚变研究实验装置。该实验装置的供电系统是由电动机－飞轮－交流脉冲发电机组经过变压器和晶闸管变流器对负载线圈供电。对于这样的供电系统，若采用直接由电网供电的方式会对电网造成巨大的冲击和产生严重的电磁污染。因此，我们采用了国际上普遍的做法，利用装置的脉冲工作制，采取自电网取能经电动交流脉冲飞轮发电机组进行隔离、能量存储与转换、功率放大和释能的供电方式。也就是采用两套90mva交流飞轮发电机组（以下简称发电机组或机组）对该实验装置脉冲供电。整个机组由2500kw绕线式异步电动机、90吨飞轮、90mva发电机组成。其工作原理是通过6000v电网供电给电动机，当电动机转动时带动飞轮和发电机运转并达到电动机的额定转速1477r.p.m，之后自由加速。这时在励磁机的作用下，发电机将储存于飞轮的机械能转变为电能供hl-2a装置放电使用。
       实验装置中，液体转差率调节器（即滑差调节器）主要起两方面的作用。一、实现两套机组的起动过程。当机组经过盘车到转速12r.p.m时，接入6000v电网的真空开关合闸，滑差调节器投入工作。随后通过调节滑差调节器中活动电极的高度使具有280t-m2飞轮矩的机组恒电流（i=230a）加速到额定转速1477r.p.m，然后自由加速。二、实现机组的调速。当脉冲发电机要给实验装置脉冲供电时，整个装置的实验放电对2500kw的电动机而言是一个很大的脉冲负载，迫使机组的转速下降，机组释放出飞轮储存的机械能，帮助电动机克服尖峰负荷。为了保护电动机以及减少电动机脉冲工作时对电网的冲击，在装置的实验放电之前，必须在电动机转子回路串入一个适当的电阻，也就是将活动电极tigao到合适的高度（如图1中kb所示）。当实验放电完成之后，通过调节活动电极的高度使机组电流（i=230a）恒定，再加速到额定转速1477r.p.m，然后自由加速。如此重复调速过程，直到实验结束。
2滑差调节器控制的硬件设备

图1滑差调节器控制系统的硬件设备
        滑差调节器控制系统的硬件设备结构如图1所示,它主要由电流比为400/5a的lqj-10型电流互感器（图中101hl）、电流变送器、pid反馈控制调节板、稳压电源、plc组成。其中的plc采用的是日本三菱公司生产的fx-80mr型可编程序控制器，该plc具有40个输入点、40个输出点，其cpu、ram、通信功能等集成于一体，可扩展rom，通过手持编写器可方便地输入和更改程序，也可通过加密码来保证程序的安全。
        电流变送器将电流传感器输出的二次电流变换为直流电压输出。pid反馈控制调节板将给定值和电流变送器的输出信号相比较，通过pid控制直流调速电源的输出，从而控制电极tisheng电机的转速使液体电阻的活动电极随定子电流的变化而变化。整个控制系统实现了在电极下降过程中，当定子电流大于或等于230a时，活动电极静止；当定子电流小于230a时，活动电极下降，并且随着定子电流的减小，活动电极的下降速度也变快。
3滑差调节器的plc控制
3.1滑差调节器的plc控制概述
       滑差调节器的plc控制按照技术要求完成了对整个滑差调节系统的稳定、可靠运转的控制。其中包括控制两套机组的分时起动、分时再加速；对电极tisheng高度进行检测；与外界通信；对碱液循环泵进行过负荷、电源缺相的保护；对电极tisheng电机进行过负荷、励磁电流的欠流保护；对碱液进行温度监控等。
      滑差调节器的plc控制，利用了plc的输入/输出继电器、辅助继电器、定时器，采用了串联电路块的并联与多重输出电路等方法，完成了模块化的程序设计。每一模块独立完成一项具体任务。整个程序流程图如图2所示。程序的plc梯形图如图3所示。

图2滑差调节器控制系统的程序流程图

图3滑差调节器程序梯形图
3.2滑差调节器的plc控制方式
       该plc控制系统为了满足调试和实验两方面的要求，设计了就地控制和远程控制两套方案。当调试时，采用就地控制方案。当进行聚变反应实验时，采用远程控制方案。 
        按照电机机组起动的技术要求，当1#机组起动或再加速完毕，2#机组才能进行起动或再加速过程。而对于1#、2#机组的提电极过程需要同时进行。该plc控制系统的程序设计完全满足了上述技术要求。
      该plc控制系统还实现了滑差调节器部分的相对独立以及与装置其他部分的协调合作。当进行滑差调节器内部自检工作时，通过plc程序断开滑差调节器部分与外界的通信，避免了与外部设备间的相互干扰。当进行聚变反应实验时，又通过plc程序接通滑差调节器部分与外界的通信。此时，对于中心控制室的输入信号，通过plc编程控制相应按钮及指示灯的互锁来确保提电极和再加速信号的准确、无误；对于输出信号，通过独立的继电器触点给出信号，避免了外部设备的干扰。以上所述都是通过plc编程配上转换开关来切换和实现的。
3.3滑差调节器的事故保护
      当2500kw电动机的转子回路的电流过大时，循环碱液温度过高，以至冷却循环水无法带走转子回路释放的多余热量，此时通过温度传感器、plc以及电铃，发出报警；当碱液温度达到70℃时，该控制系统的热继电器动作，整个机组停止起动。
当电极tisheng电机或碱液循环泵过热时，相应的热继电器动作，整个机组也将停止起动。
3.4实际问题的解决
      由于滑差调节器的控制在初设计时，只考虑了当真空开关合闸，手动按动控制活动电极下降的按钮一次后，电极自动下降一种方案，当调试时，这一方案突然失灵。为了能够对付这种突发事件，以及更进一步地实现自动控制，该控制系统补充了两种方案与已有方案并存。种方案实现了当真空开关合闸，滑差调节器控制系统自动进入活动电极下降程序。第二种方案考虑了意外情况，对电机的下降完全采用手动下降操作。
       真空开关合闸瞬间，机组的一次回路中的电流从0开始上升，这时如果使电流变送器动作，pid模块接收到的电流信号将从0开始上升，这样经过pid算法，测量值远小于给定值，使得滑差调节器的活动电极急速下降，这是一种严重的误动作。为了躲过一次回路中电流上升这一暂态过程，滑差调节器控制系统利用了plc的定时器延时5秒使电流变送器动作。
4总结
　
       我们所设计的基于plc的滑差调节器的控制系统经历了hl-2a装置运行实验的检验，实验记录表明在机组的整个起动和再加速过程中，绕线式异步电动机定子电流的稳定度达到1%以下,满足了实验的要求。根据实验数据所绘出的2500kw电动机定子电流与时间关系图如图5。从图中可见，发电机组在刚起动期间，起动电流以低于设定电流值（230a）

图5发电机组电动机定子电流与时间关系图
       开始上升并超过设定值，然后才缓慢降到设定值。对上述现象的解释如下：起动开始时绕线式异步电动机的绕组阻碍了起动电流的增大，因此机组起动的初一段时间，起动电流经历了上升的暂态过程。为躲过这一暂态过程，前边所述的plc定时器延时5秒所选时间太长，致使起动电流超过了设定值，然后才在pid反馈控制的作用下缓慢下降到设定值。因此，我们需要进一步的调试或计算来得到plc定时器的准确延时值。
5结束语
       hl-2a装置的滑差调节控制系统是在经费不充裕的条件下完成的，因此，没有考虑它的计算机实时显示以及触摸屏方式。希望在条件合适的时候，我们设计的该控制系统能够在这两方面得到改进。

　在大型机械加工行业尤其是汽车行业中往往用到较多的能源站房及其他站房，如制冷站、循环水站、热交换站、空压站、以及污水处理站等。他们就像人体的心脏、肾脏等重要器官，在工厂的能源（压缩空气、热水、高温蒸气等）供应、循环、回收等过程中起着极为重要的作用。因此，对上述站房系统的监测管理及控制也就成为工厂自动化（fa）的重要组成部分，通过对这些站房实现自动监测控制，可以起到大量节约资源，节省人工的作用。因此，对上述站房的自动监控，也将越来越广泛地得到应用。
　　 本文主要介绍制冷站、热交换站、循环水站的监控系统。

1、综合站房工艺流程
综合站房工艺流程示意图
如图一：

　　 本站房主要完成给用户提供冷源、热源的功能，主要用于剧院、医院、大型办公场所、恒温厂房的中央空调系统等。
冷冻水监控系统
　　本系统以制冷机的监控为主，制冷机为大连三洋蒸汽式溴冷机，该机自带plc和rc-232串口，经转换成rs485口后可方便地与上位机通信，从而很方便地获得制冷机的运行参数。根据冷冻水给、回水温度差及总liuliang判断用户冷负荷状况，确定冷冻机开启台数及阀门大小，保证冷源的合理使用，达到佳的节能及运行效果。
　　冷却水监控系统
　　冷却水系统通过冷却塔和冷却水泵向制冷机提供冷却水，保证制冷机有足够的冷却水通过，并根据气候及冷负荷调整冷却水运行工况，在冷却水温和水量满足要求的情况，使系统合理运行。
　　采暖监控系统
　　采暖系统通过热交换器为中央空调提供热水，监控系统的主要任务为控制热交换过程以保证要求的热水温度和liuliang。根据热水给、回水温度差及总liuliang判断用户热负荷状况，确定热交换器开启台数及阀门大小，保证热源的合理使用，达到佳的节能及运行效果。
　　循环供水监控系统
　　因为采暖和制冷不可能同时使用，为节约成本，本综合站房只采用一套供水系统分冬、夏两季对用户提供热、冷源。冷、热源的切换由电动阀自动切换。
　　 本系统实际上是一套相对独立的恒压供水系统。主要由变频器和plc组成，其电气原理图如图二所示：

　　 变频器选用适于泵类的fujig9变频器，分别对五台循环水泵进行变频控制，并通过plc的逻辑控制功能，实现对整个供水系统的恒压变liuliang控制，为确保系统的稳定运行，整个系统设有过流、过压、过载、自诊断等多种保护功能。
　　本系统接收上位机或本地发出的启动信号后，启动水泵1变频运行，plc根据接收到的压力和liuliang信号控制变频器调节水泵转速，使供水管网水压恒定。当水泵1工作频率达到工频时，若管网水压仍达不到要求，将此泵切换到工频运行，变频器切换到水泵2，使其变频运行。此后，如果水压仍达不到要求，则继续切换下去至满足要求。反之，若管网水压大于设定值，plc控制变频器频率，使水泵转速降低，当低至设定低频率时，依据先开先停原则，自动切换掉已投入运行的工频泵，使管网水压始终保持恒定。这样，五台水泵轮流循环运行，避免某台泵长期运行，延长设备使用寿命。本系统由闭环pi控制即可满足要求,pi算法由plc实现：ui=ui-1+Δu=ui-1+k[ei-ei-1+(t/ti)ei]。
　　综合站房监控系统的组成
　　本监控系统采用由plc组成的分布式监控系统的形式。plc作为下位机使用，用来完成各子系统的数据采集、输出控制及状态判别等工作，上位机采用研华公司的工业计算机，接收plc采集的现场数据，并将数据存入动态数据库，完成报警、实时曲线、历史曲线、分析系统运行状态、打印输出、并根据控制室控制人员要求控制各系统的运行状态等功能。
　　plc采用omron公司的sysmacα系列的c200he,它是一种价格适中、性价比较高的中型机，配有较强的指令系统，并增加了许多特殊功能指令，还配备了丰富的特殊功能模块和强大的通信模板，这些都足以实现现代工厂自动化的多级要求。系统主要选型如表一所示：
　　表一：plc硬件配置
　　本系统网络为单级网络，系统中通信主要采用适配器结构形式的rs422上位连接方式。监控系统的网络结构如图三所示：

　　由于采用一对四的通信方式，需要为设备设置地址，因此在下位机采用rs422标准，在每台plc上都安装了一块lk202hostbbbb模块，各plc通过三端口rs422适配器相连，然后通过rs422转rs232适配器转换后连接到上位机的串行口。
　　hostbbbb的内部驻留了通信软件，通信协议已固化，只有几个参数需要用户根据现场应用进行设置。c200h-lk202上位连接单元的面板上有4个参数设置开关sw1~4,sw1、sw2用于设置该上位连接单元的设备号（也称站号），取值范围为00~31。sw3选择波特率。sw4用来设置命令级，奇偶校验格式。
　　网络中的所有plc通过公用lr区实现数据传送，在lr区中每个plc均分配一个写区和若干读区。数据传送时plc将数据写入到公用lr区中分配给自己的写区，其他plc则通过plc链接单元从lr区对应区域读数据，从而使系统中的plc相互交换信息。
　　2、系统软件设计
　　上位机监控软件利用组态王（kingview5.1）工控组态软件。它能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。该软件把每一台下位机看作是一台外部设备，在编程过程中根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接功能。在运行期间，组态王通过驱动程序和这
些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每个驱动程序都是一个com对象，这种方式使通信程序和组态王软件构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效运行，也可扩大系统的规模。其与下位机通信原理如图四所示：

　　 组态王与omron plc之间的通信采用的是omronhostbbbb通信协议。组态王通过串行口与plc进行通信，访问plc相关的寄存器地址，以获得plc所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。组态王监控软件还可实现显示工艺流程图、各种参数实时测量值，实时修改下位机所需的各种参数值，上、下位机之间的通信管理，实时故障报警画面，实时数据库和历史数据库管理，系统日志报表和各种生产报表等功能。
　　在主监控站上建立网络数据库，将过程监控站中的各类实时数据、画面、图表等信息存入本地网络服务器中，利用asp技术生成动态网页，进行实时发布，可实现现场数据的web浏览，为将来工厂全面的intranet管理留下基础。
　　下位机软件设计采用模块化结构，每一个模块作为一个子程序。根据系统功能划分，程序由多个模块组成，每个模块的程序量都不大，所以整个程序的编制、调试和维护比较方便。各子系统的下位机软件模块框图如图五：

　　3、结束语
　　 经过精心设计，认真调试，该系统在东风汽车公司某大型综合站房的实际运行中，取得良好的效果，并获得用户的。
　　 （1）该系统节能效果显著，自投入运行以来冬夏两季日均节电约30％。
　　 （2）该系统大大降低了操作工人的操作难度，减少了运行故障率，减少了检修次数。
　　 （3）能合理地应用设备，tigao整个系统的运行效率，tigao设备运行寿命。