西门子赣州PLC模块代理商

水处理设备对电气控制系统的要求

　　(1) 层流冷却给水泵为N1泵组，P = 132kW，~380V，4台，带电动阀，3用1备。

　　(2) 层流冷却过滤给水泵为N2泵组，P = 160kW，~380V，4台，带电动阀，3用1备。

　　(3) 粗、精轧冷却给水泵为N3泵组，P = 132kW，~380V，4台，带电动阀，3用1备。

　　(4) 粗、精轧过滤冷却给水泵为N4泵组，P = 160kW，~380V，4台，带电动阀，3用1备。

　　(5) 反冲洗给水泵为N5泵组，P = 75kW，~380V，2台，带电动阀，1用1备。

　　(6) 中压浊循环给水泵为N6泵组，P = 630kW，~6kV，6台，带电动阀，5用1备。

　　(7) 低压浊循环给水泵为N7泵组，P = 300kW，~6kV，4台，带电动阀，3用1备。

　　(8) 层流冷却泵为N8泵组，P = 115kW，~380V，5台，带电动阀，4用1备。

　　以上泵组操作方式为自动、集中操作、现场操作。

2 电气自动控制系统的硬件配置

　　水处理设备电气控制系统中配置了SG-8可编程序控制器，该机具有从顺序控制到模拟量控制、计数控制、逻辑运算等各种控制功能，适应于广泛需要的丰富的指令体系，可自由地构成上位通信、PC通信、远程I/O通信和分散远程I/O通信网络。硬件为模拟结构，从电源模板、扩展板、CPU、存储器到I/O模板都可分别拔插。PLC硬件配置如图1所示。

图1 硬件配置示意图

　　输入为384点数字量信号，采用光电隔离的24VDC输入模板G-01N共24块，每块16点输入。主要用于操作方式的选择，水泵运行、压力、水位、电动阀限位的信号输入。

　　输出为206点，采用光电隔离的24VDC输出模板G-01T共16块，每块16点输出。通过中间继电器柜控制水泵的起停，电动阀的开闭，备用水泵的投入，模拟屏信号的显示和事故报警。

3 应用功能

　　(1) 自动方式 由PLC来完成，首先根据生产用水要求发出起泵指令，水泵起动后，当压力达到给定值时电动阀门打开（若超过3min电动阀门仍打不开，报警并停该泵，备用泵自动投入）。当吸水井水位在低线（▽-1.000m）时，报警并延时逐台停泵。水位回升后，水泵继续工作。水泵运行过程中某台泵发生故障，则停该泵，相应的电动阀门自动关闭，备用泵自动投入。每个泵组的备用泵可任意指定。

　　反冲洗水泵（N5泵组）除有上述功能外，还要满足下列要求：

　　1) 泥浆二沉池水位高于给定值（▽+0.85m）时不能起动反冲洗泵。

　　2) 反冲洗泵吸水井水位低于给定值（▽+1.85m）时不能起动反冲洗泵。

　　层流冷却泵（N8泵组）运行和高位稳压水池水位联锁运行制度如下。

　　当水池水位L（高位稳压水池底部距地标高▽+7.8m）：

　　8.15m ≤ L＜8.30m 4台泵工作

　　8.30m ≤ L＜8.40m 3台泵工作

　　8.40m ≤ L＜8.55m 2台泵工作

　　8.55m ≤ L＜8.65m 1台泵工作

　　L≥8.65m N8泵组全部停止工作

　　(2) 集中和现场操作规程 此功能没有联锁，只作为调试，检修，处理故障用。

4 软件设计

　　PLC的软件是用梯形图编制的，为使软件在编制、调试过程中，简单明了，将热连轧水处理PLC控制的电气设备按工艺要求分成如下两大类。

　　第1类为N1~N7泵组，软件框图见图2。主程序是根据输入指令和吸水井的水位来控制各泵组的工作。各泵组的水泵所带电动阀的开闭方式是一样的，故电动阀的编程采用子程序调用的方法较为方便。其作用就是在控制水泵满足开闭电动阀的逻辑关系时，直接调用电动阀的子程序即可。

电机分批自启动技术在石油化工等连续生产企业中有着广泛的用途。以PLC为核心控制单元的电机分批自启动系统具有以下功能及特点：

(1)能够实时地监控电机的运行状态；

(2)记忆电网波动前电机的运行状态，只有在电网波动前处于运行状态而且在电网波动时停机的电机才具备电机自启动条件；

(3)准确及时地捕获电网电压信息。

(4)分批自启动的电机按照工艺流程需要，在PLC中预先设置，同时为避免多台电机在自启动中对电网的影响、电机分批自启动中采用分批延时处理方式；

(5)具有多路输入和多路输出功能，实现多台电机自启动集中控制；

(6)具备远程通信接口，实现与上位机或DCS系统的通信，在上位机或DCS系统中方便地对该系统进行监控和维护。

洛阳石油化工总厂的2套PLC电机分批自启动设备，采用西门于S7。300系列PLC，它以CPU313为中央处理单元，每执行1000条二进制指令约需0．7ms。S7—300同时具备128点数字量输入／输出和32路模拟量输入／输出，12KB的RAM，20KB的负载存储器；完全能够满足电机状态和系统电压的实时监控和及时实现电机分批自启动的要求。

l.系统组成

2.套PLC电机分批自启动系统根据变电所供电方式，每一段低压母线采用l台PIC。系统硬件主要分为外围电路和核心单元2部分。外围电路主要完成母线电压、电机运行状态等信号的采集、处理和转换以及电机启动指令的驱动等。核心单元(即PLC)主要完成信号处理，发出电机驱动指令。

1.1.外围电路

外围电路主要包括以下几个部分：

(1)母线电压采样监测。它通过1个电流型电压变送器将0—380V交流母线电压转换为4*20mA直流信号。

(2)电机运行状态信号监控。电机运行状态信号通过电机控制回路中的1个干接点输入到PLC的输入模块。所有信号的输入都经过光藕隔离，以提高抗干扰能力。

(3)电机驱动单元。电机启动信号由PLC发出，输出单元不直接驱动电机，而是通过1个220V、10A AC的中间继电器带动电机操作回路。这样一方面提高了驱动能力，另一方面使得电气操作回路和PLC控制回路分隔，提高了系统的安全可靠性。

1．2.核心单元

根据系统的要求，其核心PLC主要有以下几部分：

(1)CPU313及系统软件。它完成电压和电机运行状态监测，实时进行逻辑判断，发出电机分批自启动指令。CPU313有4种操作选择：RUN—P、RUN、STOP和MRES运行方式。

(2)模拟量输入模块SM331(8路输入)。它把电压变送器输入的4。20mA的模拟量转换为数字信号，并将数字信号送到PI，C的控制单元，以供PLC做出电压判断。

(3)数字量输入模块SM321。16路输入2个，32路输入1个，完成62台电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行、调试状态监侧，电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器辅助接点接至该模块。

(4)数字量输出模块SM322(输出8路)。

接受PLC控制单元的指令，完成电机驱动信号输出，通过出口中间继电器，驱动电机操作回路，完成电机分批自启动。

3.系统软件设计

电机分批自启动系统软件主要任务为：

(1)完成系统初始化；

(2)正常状态下的数据监测；

(3)电网电压出现波动后，即电网电压降至70％，所有电机都会因为电气保护装置而强制退出运行，在此之前，程序已经做出判断并锁存电机状态信号；

(4)当电力系统恢复正常(3s内，母线电压恢复至95％)时，程序依据故障前保存的电机状态信号、对具备白启动条件的电机。按照顺序分批发出启动信号，使其恢复运行；

(5)无论在正常状态下或是在电机自启动过程中，PLC均实时监侧母线电压；

(6)通信接口程序。包括系统监测数据和故障信息，PLC将采集的母线电压信息、电机启动状态信息传输到上位机或DCS系统，便于维护人员实时了解设备运行状况。

1 引言

在电梯控制系统中，采用PLC构成的系统具有故障率低，可靠性高，维修方便等优点。在本实验室中就是采用OMRON的PLC作为电梯教学模型的控制装置。

电梯模型控制系统可分为逻辑控制部分和调速部分。逻辑部分选用高可靠性的PLC，利用软件逻辑控制，具有硬件简单、工作可靠等特点。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，该教学模型调速部分是通过高性能的变频器控制电梯升降电机来实现的，变频器的频率输出和正反转则由PLC的输出来控制。

2 系统结构

整个硬件系统由一个8层电梯教学模型、一个与之相配套的专用实验操作箱、变频器、以及用作控制装置的PLC组成。系统的硬件构成如图1所示。

我们所用的电梯模型为8层，它由轿箱、开关门机构、升降电机、以及模型本身的控制系统组成。为了突出电梯运行控制这一重点，该电梯模型实验装置的楼层显示，电梯轿箱内楼层指示灯，均已由电梯模型实验箱完成,而各楼层电梯操作面板上的按钮指示灯则需由用户控制，这就是为了适合1台控制器同时控制多台电梯模型运行的情况。升降电机以给定的速度和转向运转。

图1 系统的硬件组成

此模型共需有34点指令信号和20点以上的控制输出信号，他们分别是:

(1) 每层楼上、下请求按钮指令信号，共14点(除去1楼下请求和8楼上请求)。

(2) 每层楼的楼层限位开关指令信号，共8点

(3) 轿箱内8层楼楼层按钮指令信号，共8点。

(4) 开、关门按钮指令信号，共2点。

(5) 上下请求指示灯信号，共14点(除去1楼下请求和8楼上请求)。

(6) 开、关门控制信号，共2点。

(7) 变频器正、反转信号，变频器频率选择信号，共4点。

其中(1)～(4)为输入信号，(5)～(7)是输出信号。

PLC根据现场信号的状态决定开门、关门，并决定发给调速系统(变频器)的速度选择信号。在进行PLC控制系统硬件设计时，首先是确定现场输入、输出信号的类型、作用和数量，再选择PLC的型号，在这里我们选择了日本OMRON公司C200Hα的PLC来对电梯教学模型进行控制。

3 电梯定向逻辑

电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的解决该问题。

3.1 状态转换方式

电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的新呼叫信号。

图2 电梯的状态转换

从上面的分析可以看出，由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:

(1) 电梯处于上升状态

在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。

(2) 电梯处于下降状态

在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。

(3) 电梯处于停止状态

在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状态。

3.2 电梯定向逻辑

电梯定向逻辑在程序处理上使用OMRON的C系列的PLC所具有的逻辑运算功能可以大大简化程序的开发过程，并使程序的运行更加有效。将DM0000作为电梯上行的记忆信号。将它低8位中的一位用作表示该层有没有上行请求信号产生且被接纳。位代表电梯1楼上行请求信号，第二位代表电梯2楼的上行请求信号，依此类推。程序开始时首先将DM0000的低8位全部置为“0”，然后判断在每一层是否又有上行请求信号，如果有，就将该层对应的位置为“1”，否则就置该层对应的位为“0”。同理可以将电梯的下行信号记忆到DM0001的低8位中，将电梯当前的位置保存在DM0002的低8位中，将电梯的轿箱内的请求信号保存在DM0003的低8位中。

电梯处于上升状态时方向判断相对简单，只需将保存当前电梯位置DM0002与DM0000(记忆上行请求)、M0001(记忆下行请求)、DM0003(记忆轿箱内楼层请求)作比较就可以简单的判断在当前楼层之上有无上行请求、下行请求或者轿箱内楼层请求是否在当前层之上，从而决定电梯是否继续上升。

当电梯处于下降状态和停止状态时的方向判断则比较复杂一些，以下只以电梯处于下降状态时为例来进行说明。为了判断电梯在当前楼层以下是否有请求，在程序中用到了另外一个DM单元(DM0004)来保存电梯的当前位置，但该单元的存储方式则与DM0002完全不同。

电梯当前所处的楼层和DM0004的低8位数据的对应关系如附表。DM0004与DM0000作“与”操作，则可以屏蔽当前楼层以上的所有上行请求，而保留当前楼层以下的所有上行请求。 若“与”后的结果不为零，则表示在当前楼层的下面仍然有上行请求存在，若“与”后的结果为零，则表示当前楼层以下已经没有上行请求存在了，程序如图3所示。用相同的方法可以判断在当前楼层的下面是否存在下行请求和轿箱内的楼层请求信号。综合以上3个判断结果就可以判断电梯是否继续处于下降状态。若电梯继续下降的条件不成立，则电梯经过一段定时后进入停止状态。

附表 电梯当前所处楼层与DM0004低8位的对应关系电梯处于停止状态时的方向判断的程序编制方法与电梯处于下降时有很大的相视之处，限于文章的篇幅就不在详细叙述。

4 电梯调速

在电梯控制系统中，电梯速度的控制是一个重要而难以解决的问题。电梯的速度控制对乘坐者的舒适感影响很大，又影响电梯的jingque定位。在该电梯教学模型的控制系统中选用日本Panasonic交流马达变频调速器V700T750B1来控制电梯的速度。当PLC完成定向后，向变频器发出方向使能的速度信号，变频器依据设定的速度及加速度值启动电机，达到大速度后匀速运行。当电梯响应呼叫，到达目的层的减速点时，PLC切断高速度信号输出，此时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，变频器的调速器能够自动计算出减速点到限位点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行。

图3 判断当前楼层下有无上行请求的程序、

使用PLC、变频器来控制电梯还有一种比较好的速度控制方法可以使用，就是利用PLC的D/A模块来实现。事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，在电梯的运行过程中PLC通过查表找出对应的速度值写入D/A模块，再由D/A模块转换成模拟量后控制变频器的频率输出。

4 结束语

经过一段时间的实验证明，本系统能成功的对电梯完成自动控制，能准确地、及时地到达指定楼层，能按规定的频率曲线完成对电梯的速度控制。采用PLC控制电梯有明显的优越性，是一个改善电梯性能的有效方法。