6ES7231-7PF22-0XA0原装代理
随着十一五规划的实施，城乡缺水将更加严重。我国人均水资源占有量只有世界人均水平的四分之一。一方面国家拨巨资进行建设，到2010年，将投入1250亿美元进行水厂扩建改建和污水冶理及环境改造，另一方面由于老一套的经济运转模式，存在严重的污染和浪费。综观当前国内水工业市场，绝大多数是老企业，设备陈旧，工艺及供电设备老化，自动化水平低下，水耗药耗材耗严重，先进控制技术极少采用。就是近几年来新建扩建改建的水处理工程，花了不少投资组建的FCS、DCS、PLC监控系统也不是名符其实的，不能进行网络化监控，造成许多资源白白浪费。更有许多处理厂站，存在先天性的不足，工艺设计不合理，工艺流程布局混乱，变电站远离负荷中心，使得电力电缆和控制电缆大多太长。特别是水泵机组的配置不够科学，使得给排水系统的电耗居高不下。吨水的单位电耗远远超过欧美、日本等国家。水工业的降耗节能到了克不容缓的地步。水工业各大系统节能降耗要做的文章大多了。要针对大量老水厂的技术改造和新水厂的节能降耗中的几个关键技术难题，进行科学的分析研究并提出对策。
2. 认真分析综合等效的水泵特性曲线来确定调速问题至关重要
对每个水厂都要从实际情况出发，对水源供水做深入细致的调查分析，对水管的平差压力必须做大量的科学的计算。一个大型的给水工程往往有1个或2个以上的取水泵站，几个中间加压泵站和综合的净配水厂组成。大、中型城市的供水系统，往往是多水源、多泵站、多管道、多用户组成。一个大型的水泵站，又是多台机组并联运行。装机容量是按不利的条件下，大时liuliang和所需扬程来决定的。只有采用水泵机组变频的无级调速技术，才能连续地改变各水泵机组的转速，来变更水泵的工况，使其综合的等效特性曲线适应特定管网用水量的变化，维护管网的压力恒定，大限度地tigao各水泵机组效率，达到理想的节能效果。下面举两个工程的设计实例，来分析要不要调速节能。
2.1 引英入连大型水源取水泵站（2800kw×5台并联变频调速）的实例分析：
水工艺专家们，对取水泵站选泵设计时，都是考虑供水保证率达到95～99%的低原水水位时泵站大出水量的供水规模。水泵站的装机是按不利条件下、大时liuliang和所需相应扬程决定的。而实际上每天只有很短时间能达到大时liuliang，大多数时间里，水泵站都处在小liuliang下工作。为了适应liuliang的变化，许多泵站在运行中采取关小出口闸门的办法来控制liuliang，从而造成出口闸门前后的压力差值（少则多米多则几十米）就白白地浪费于闸门阻力上（见图1）。
图1 用水泵出口闸门调节水泵运行工况 图2 调节水泵合数和出口闸门适应liuliang变化
当水泵台数足够多时，是可以很好地适应水量变化的，水泵型号是有限的，装机台数过多，不仅管理不便，会无谓地增大建筑面积，tigao工程造价，这样，也无法做到完全适应水量变化，还需要用调节阀来调节水量（见图2）很多水厂切削水泵叶轮适应工作点需要，因水泵工作点不连续照样有能量损失。为此，采用水泵机组无级调速技术，可连续地改变水泵转数，来变更水泵工况，使其liuliang与扬程适应于管网用水量的变化，tigao水泵机组效率，维持管网压力恒定，达到节能的效果。节能原理如图3所示。AB为全速泵特性曲线，AnBn为调速泵特性曲线，CBnB为管路特性曲线，CO为几何扬程（含地形差和自由水头），当用水量从Qmax减少到Qmin的过程中，全速泵的扬程将沿BA曲线上升，而管网所需扬程将沿BBn曲线下降，这两条曲线纵坐标的差值就意味着全速泵扬程的浪费。应用水泵调速技术时，当用水量从Qmax变动到Qmin的过程中，水泵转数随liuliang从额定位n降到n1n2n3……nn，水泵的Q—H特性曲线AB也相应变化为A1B1，A2B2，A3B3……AnBn。而这组平行的特性曲线AB—AnBn与管路特性曲线CB的交点轨迹BBn正在管路特性曲线上。这样就可使水泵工作点沿管路特性曲线滑动，使他扬程处处能与系统阻力相适应，做到没有多余压力的损失，且能保持管网供水压力恒定，根据水泵轴功率的计算公式，明显收到节能效果。
东北市政设计院设计的供水工程水源泵站，2001年正式投产，其供水能力为66万m3/d，共5台2800kW的卧式离心水泵，变速电机电压为3kV，其中4台水泵机组选用SimovertMV电压源型变频器，采用三电平的磁场定向式矢量控制技术，逆变侧采用了大功率全控器件高压IGBT元件，因为IGBT元件的开通和关断过程都是连续可控的，无需附加其它电路，就能实现dv/dt控制，减小了电机和变压器上的dv/dt。由于采用了KTY84器件，可在线地得到高精度的转矩控制，SimovertMV是一种可靠性较高的变频器，4年来一直运转良好，其节电效果非常明显：每年节电452万kW.h，按0.6元/kW.h计算，则每年均能省电费536万元。而取水泵站的全部调速装置投资为800万元，不到2年，就收回了基建投资。
图3水泵机组无极调速适应liuliang变化
2.2北京第九水厂净配水处理厂送水泵房（2500kw×6台并联运行）的实例分析：
给水处理工艺流程，一般为进水、配水井、絮凝沉淀、过滤、清水池、配水泵房，送入配水管网；还有加药、加氯、加氨等辅助系统，中间还有回流泵房等。我们再深入分析一下水泵并联运转时工作机理。水泵相似定律：
Q／Q′／Q″＝n／n′／n″ ………………………………… （1）
H／H′／H″＝n2／n′2／n″2…………………… ……………（2）
N／N′／N″＝n3／n′3／n″3…………………… ……………（3）
N＝（1－s）f／P…………………………………… ……… … （4）
水泵工作扬程：H＝Hh＋Hf＝Hh＋CQ2…………… ……………（5）
（n为转子实际转速；S为电机转差率；f为定子频率；P为电机极对数；
Q为综合liuliang；H为水泵扬程；N为电机轴功率。）
如果选用变频调速，就是通过改变定子频率，来改变异步电动机转子的实际转速，又要满足电动机转矩的要求，达到水泵运转在高效率区域内。速度改变了，水泵的liuliang、扬程、功率都随着改变。
取水泵站的liuliang变化系数：
K取=Kd1/Kd2=1.4/0.6=2.33…………………………………………………（6）
（Kd1—高日系数，取1.4，Kd2—低日系数，取0.6）
Hh为水泵的几何高差，一般为常数；Hf =CQ2为管道摩阻水头，随liuliang平方而变化，Hf =Hfmax/Hfmin=Kd12/Kd22=5.4 ………………………………………… ……（7）。
净配水厂的liuliang变化系数：
K配=（Kd1•Kh1）/（Kd2•Kh2）=（1.4×1.4）/0.6×0.5=6.53…………（8）
（高时变化系数Kh1取1.4，低时系数Kh2取0.5。）
净配水厂比取水厂站的liuliang变化更大，给水处理厂更要考虑科学的调流降耗的措施。liuliang的千变万化，影响着整个处理系统的不断变化，如絮凝沉淀、各种过滤的处理程序，加氯、加氨、加药的随机变化，以及回流泵房等，都要采取各种先进监控技术来调节变化。这些先不提了，重点研究一下送水泵房大容量水泵机组的调节问题。见图4.
上世纪八十年代中期，我院承担的北京市第九水厂设计中已充分认识了这个问题。从整个工艺流程到变配电设备选型，不是按高日高时的liuliang和其对应的压力为工作点来选水泵和水泵组合；而是在满足大设计水量的基础上，尽量使调速高效特性曲线接近系统的特性曲线，也就是说，尽量将各种调速泵组合的高效区能套入出现机率高的工作段或点上。调速水泵台数，应在全年内运行工况中开泵出现次数多的台数为需要的台数，而备用选泵用定速泵。北京第九水厂配水泵工作特性曲线图如图4。
图4 北京第九水厂配水泵房（2500kw，6台并联变频调速运行）特性曲线
由电算可知，首期2台2500kW转出现机率大，为3台运转，要考虑的是各种台数组合的系统曲线的高效区均能包入高日高时liuliang的基础上向右下方移动。由图可知，加大了额定liuliang，但降低了额定扬程，使多合配水泵综合的高效中心线介于两、三台水泵运转时的系统特性曲线之间，二期后运转需要4台的2500kW的水泵机组，再考虑日变系数和时变系数的变化率，设计中规定4台运转泵均采用变频调速装置，这样运转，为经济合理。如果按老套路设计，就会选更多的水泵机组，为了调节水量，就要选各种不同容量不同型号的水泵机组，或者只上1台调速装置去试一试。这样一来，水泵机组很多，泵房面积很大，土建投资更大；管理维修难度加大，水锤现象无法避免，更谈不上什么供水系统优化调度了，其电耗、水耗、药耗还是会居高不下。
北京水源九厂的送水泵房有4套西门子的变频调速装置，第三期又上了2套罗宾康的电压源型变频调速装置。现在6台2500kW的调速水泵机组并联运转。日供水量为150万m3/d，占了北京总供水量的2/3之多，其节能降耗的成果非常显著。顺便提一下，与水泵机组一一对应的变频器只是提供不同速度下的电能量而乙。
从上世纪80年代开始，水工业市场真正步入了变频调速时代。如北京水源九厂、深圳梅林水厂、深圳东湖泵站、北京第八水厂、长春第二水厂，上海原水公司，上海、广州、重庆、成都、長春、武汉、昆明、石家庄、大庆油田、厦门、福州、东莞、天津、苏州、沈阳、哈尔滨、西安自来水公司等几百个大中小型水厂的配水泵房都选用了变频调速装置。水泵电机单机容量从200kW到3000kW，采用了大容量的变频调速装置约2000台以上。200kW以下容量选用变频调速装置的就更多了。
2.3 创建科学的综合等效的理想的虚拟的特性曲线至关重要
每建一个多台大功率并联运行的泵站或改造一个大规模的综合的给水排水系统，都要把实际情况搞透，进行科学的水力计算，创建“泵站节电节水的高目标”的软件，使整个泵站的综合的运转特性曲线，由一条曲线扩大为一个工作面、工作点，由一个点变成沿管阻特性曲线的一个线段，将多台并联运行的调速泵组合为一台等效的理想特性曲线。从上面二个实例有力的证明，创建理想的综合等效的多台水泵并联运转的虚拟的特性曲线是多么的重要，见图4。就是说，变频调速，特别是在小liuliang的低速时，也能使泵站始终运行在高效区域内，真正平滑无级的运转在优化的组合上，保证水处理系统一直运转在低的电耗、药耗、水耗的目标上。
3. 佳调速方式的选择
3.1不同调速方式再比较
工程建完了，其水泵机组和管道就定了，如图1、图2、图3、图4所示。
要改变总的出水liuliang，采用古老的人工调阀门的方法，是不可行的；会产生巨大的水锤，会有巨大的破坏力，故障实例屡见不鲜。采用变频调速，电耗就会大幅度下降，达到调节水量的控制目的。
3.2各种方式调节liuliang的节电效果如图1、图2所示。
调节阀门，liuliang是变化了，但电机功率不变，电能并没有节省；过去常采用的液力耦合器，电能是节省一些，但电耗还是不小，好的办法就是采用变频无级调速技术，就很接近理想的控制曲线。当然在一些调速范围不很大的水厂，也可以采用软启动器设备，有一定范围的调节，简单、实用、价格更便宜，但其节电效果肯定不如变频调速装置。
4. 小单位电耗是我们孜孜不倦追求的奋斗目标
一个泵站随着水质和用水量的不断变化，如何在线的动态指挥各台调速水泵机组的运转，始终做到药耗、电耗、材耗低，这是我们追求了几十年的奋斗目标，可始终没有达到。由于没有一个好的监控网络和统一的通信协议，更重要的是没有一个专用的软件来完成这些工作。关于泵站量化节能的研究，我国金易奥科技公司创建了“泵站目标电耗节能”的有国家专利的研究项目，为达到小单位电耗目标做了有益的工作。
“泵站目标电耗设计测算软件”，借助于强大的计算机运算能力及其模块化结构，使得软件的应用极为简便，只需输入泵站中所用设备和工艺流程的动态要求，该软件就会自动给出泵站的目标低电耗的变化曲线。要达到广泛运用，此软件还要做大量的完善工作。
通过网络给出动态的liuliang就可在图中查出小的目标电耗值Wmin及控制运行策略,就能节约△W的电耗浪费,就能使多台调速水泵机组按优化的组合以及调速策略去运转,保证系统一直运转在低的单位电耗下。设计之初是很难用一个模式去适应千变万化的实际需求。泵站的吨水电耗计算公式：
W=Wmin+△W=H0(Q，t)/367/ηmax (Q,H)+{[ H0(Q，t)/367/ηmax (Q,H) ]×[△η(Q,H)/ (Q,H)]+[ △H(Q，t)/367/η(Q,H)]}…………………………………………… ………………（9）
式中Wmin= H0(Q，t)/367×ηmax (Q,H)为泵站所能实现的小吨水电耗………… （10）
△W=[ H0(Q，t)/367/ηmax (Q,H) ] ×[△η(Q,H)/ η(Q,H)]+[△H(Q，t)/367/η(Q,H)]= △W1+△W2……………………………………………………………………………………………………（11）
式中Wmin就是我们一直追求的小吨水电耗目标值；
△W1为多台水泵综合运行效率η(Q,H)偏离高综合效率ηmax (Q,H)时所产生的△η(Q,H)偏离的电能浪费；△W2为多台水泵运转时富裕扬程△H而造成的电能浪费。
该软件在国内许多地方都有实际应用。如哈尔滨第三水厂采用了该软件后，有明显的节电效果，保证了第三水厂始终处于省电的运行状态之中。
5. 谐波治理与无功功率动态补偿要有机的相结合
实践告诉我们，变频器就是一个谐波源，什么‘无谐波’，是一种美化了的神话。高次谐波危害极大，水厂设计之初就要将无功补偿和高次谐波治理综合考虑，无功功率补偿到全厂的综合的功率因素达到0.90以上，已被我们所认识，但谐波治理的重要性，我们的认识还远远不够。如我们设计的北京第九水厂，现在日供水量为150万吨，6台调速水泵机组都在运转。试运行后，我们邀请北京电力科学院做了多次谐波电流的测试工作。发现其高次谐波非常丰富，不仅偶次谐波超标，奇次谐波更是超标。不但产生特征谐波电流，而非特征谐波电流也很大。
谐波抑制的方法有几种：一种是增加变频器整流的相数，相数越多，主要的高次谐波就越小，线路复杂了，功率元器件很多；一种是采用滤波器，在变频器的输入和输出侧安装，LC无源滤波器目前还有采用，但采用有源电力滤波器是主要趋势。它串联或并联于主电路中，能实时产生一个与谐波电流大小相等，而方向的补偿电流。从而使电网电流只含基波电流分量，它不受电网阻抗的影响。
北京水源九厂前二期采用四套西门子的SIMOVERT “A”电流源型变频器，单台电机功率2500千瓦，采用12脉冲整流，又分主动变频器和从动变频器，启动脉冲会产生30度的相位移，这样3、5、7、9次的高次谐波数值是在允许值之内，但11、13等谐波电流均超标，加上变频器负载不一致，三相电源电压不很平衡，再加上控制回路触发角的误差，就会产生很多非特征性的谐波。第三期选用罗滨康的电压源型变频器，没有谐波消除问题。
我们根据电力科学院的谐波治理方案，一期和二期花了350万人民币来治理谐波和补偿无功功率，这样，6KV侧功率因素达到了0.96以上，各次谐波数值都在允许值之内。
6. 必须创建信息控制一体化的现场网络监控系统。
传统的FCS现场总线和传统的PLC控制器或PID控制器，没有一个好的符合水工艺流程的监控软件的智能控制，要在网络上做到快速的时间响应是不可能的。在水处理过程中，加药系统的在线的动态响应时间要求在几毫秒之内，有的要在1毫秒之内，其抖动时间要在1μS之内。现在的FCS现场总线和一般的工业以太网达不到这个要求。只有实时工业以太网才能满足大型水厂变频调速的要求。EtherCAT、Ethernetpowerbbbb、PROFinet、MODBUS-IDA、Ethernet/IP和EPA等六种实时工业以太网才能满足要求。在设备层和现场控制层只有PAC可编辑自动控制器，才能满足现代大型水厂的现代智能控制的要求，PAC具有PLC和IPC的诸多优点，还可以集成PLC、FCS、DCS等功能，是一个完全数字化的功能强大的开放的可编程自动控制器，PAC可以激活PLC、IPC、FCS系统的孤岛现象，现场像变频器一样的所有执行器、仪器仪表、传感器及所有电气设备都按有网络接口，都要遵守TCP/IP通讯协议，才能在网络中纵横的无距离的传递和处理各种信息，做到没有误差、快速适应，工程师们才能在网络上轻松自由的高精度的进行频率设定，准确的进行故障诊断，可在线的监控和维修变频器软硬件及电气、仪器仪表等设备。
要想做到水总调度中心的远程监控、诊断和维修，就必须创造一个科学的信息控制一体化的监控系统，即“Internet+RTE+TCP/IP协议+PAC”的完全开放的监控系统，才能“e”网到底，才能在网上即时调度所有变频器的运转，才能真正实现各种先进控制技术的智能控制。
7选择和应用大功率变频器的几个关健要素
当今大型水厂的节能降耗，大都选用大功率变频调速技术，选择好的符合水工艺流程要求的大功率变频器，如何科学的应用好变频器？是一个非常重要的课题，要从六个关键要素中去评选。
7.1选择绿色环保型的新型变频主电路 。
自上世纪70年代到现在，随着微电子技术的迅猛发展，主电路的功率元件经历了四代巨大的变革。由代的SCR晶闸管，第二代的GTR电力晶体管、MOSFET场效应晶体管，第三代的IGBT绝缘栅极双极晶体管，到第四代的智能功率集成模块PIC为代表的新型功率元件，将成为变频主电路的决定性因素。还有新的功率元件如IGCT、IEGT集成发射式门极晶闸管、GaAS砷化鎵管、SiC碳化硅复合器件管、光控IGBT管及超导功率器件管等不断的闪亮登场。
变频主电路的功率元件是变频器技术发展的主要的核心物质基础。主电路功率元件的工作过程就是能量的过渡过程，其可靠性、稳定性、jingque性决定了变频器的可靠性、稳定性和jingque性。中国荣信公司采用EUPEC公司的高性能IGBT模块功率元件，采用美国的德马考尔（Thermacore）公司的超导热管冷却专利技术，彻底解决了IGBT等功率器件散热的热岛问题使用筹命可超过30年，并免维修。客户希望其他公司像荣信公那样，一切为了用户，创造出更多集功率变换、驱动保护、数字监测、智能控制、筹命长、抗干扰性强、抗尖峰电压及电流冲击能力强、能自诊断、有自愈力等功能于一身，效率更高、功能更强、附加值更多的新一代绿色环保型变频器供客户任意挑选。
双PWM绿色变频主电路拓扑结抅，将是新型大功率变频调速技术发展的主要趋势。不仅逆变部分采用新的自关断器件，就是整流部分也采用新的PIC功率模块元件，一方面交流输入电流波形为正弦波，且功率因数接近于1；另一方面，实现能量向电网回馈，保证变频器能四象限运行。PWM整流回路还可以大大减小直接环节的滤波电容的容量。采用双PWM技术，对消除机械和电磁噪音是佳的方法。随着功率和频率的增加，PWM的开关损耗也会增加；在大功率和高频化方面还有大量技术要研究和突破。我们可以采用虚拟技术和嵌入式技术，随着微处理技术迅速发展，利用谐波技术，硬开关变软开关，采用标准化的PWM模式，来解决开关损耗问题。优化的PWM模式，即三次谐波叠加法和电压空间矢量PWM法，这两种方法具有计算简单实时控制容易、动态响应速度快、控制精度高、准确度高的全数字化和网络化的特点。
PWM控制技术现在正处在不断完善，不断创新的大好阶段，将推动更多更好的绿色环保型变频器的创新。
7.2大功率变频器要有过硬的消谐措施
现在的大功率变频器，上面配有隔离变压器，二次线圈供电，功率单元和线圈相互绝缘，线圈之间有一个小的相位差，可清除各单元产生的大多数谐波电流，使基波电流尽量接近正弦波，而功率因数可在0.95以上。这样，就可直接和普通电机配套，不增加噪音和发热，不产生转矩脉动，变频器的效率高于0.97以上。
7.3变频器的dv/dt.值要小于500v/μs以下，当然越小越好。
IGBT、IGCT的开关频率高，开断速度快，对大功率的水泵电机绝缘不利，还要增加电动机的损耗。我们知道，有许多厂家变频器的dv/dt值大大超过500v/μs,有的高达1500v/μs之上。希望厂商要为用户着想，在功率单元电路上设置LRC电路，其电感的铁芯要选用超微晶新材料，进出电缆要屏蔽，电缆敷设必须严格按设计规范去做，保证dv/dt尽量小于500v/μs之下。dv/dt越小，就越有利于电动机绕组的绝缘，减小电动机的附加损耗，也可降低高次谐波分量。
7.4选择高质量长寿命的滤波电容。
当今变频器大都要配置电容，为了打价格战，大多选用电解电容。无数实践告诉我们，这种电解电容耐压低，要多个串联，其均压问题不好解决，致使电容发热严重，不能自愈，极易引起外壳炸裂，寿命极短，就是进口的电解电容每五年也要全部更换，变频器的维护重
点就是电解电容，运行维护价格很高，使客户望而却步。建议厂商为客户着想，也为自己的信誉着想，配置寿命长，具有高可靠性的无极性滤波电容或低感性的电力电容。这种电容，耐压高（比电解电容高4倍左右）、容量大，寄生电感小，有自愈功能，寿命可达20~30年。
7.5变频器要真正做到全数字化、智能化和网络化。
变频调控系统包含多学科的技术领域，是一个快速监控的系统，需要存储和处理大量的多种数据，并在网络上要快速实时的处理，传递大量的信息。水泵机组配套的变频器是一个执行器，在大型的水系统中，变频器就工作在工艺流程非常复杂，工作环境不好，要不断接受指令变速运行，长时间运转的工况中。泵站和净化处理厂相距遥远，加上无人值守，长期高负荷运转，出现故障的机率就很高。变频器必须数字化、智能化和网络化，才能在网络上进行快速的工作、诊断和维修。
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各专家、同仁学者，我们必须加强变频器在实践应用中的技术研究，对实践中出现的技术难题，更要共同攻关和协力研究，巧妙运用虚似技术、嵌入式技术、网络技术、高端的微处理器技术和现代化智能控制理论去研发新型的绿色环保型的高端的成本低廉的变频器，使客户有更多挑选的余地。水工业系统的大量传统企业面临改造和扩建，大量的新建水企业都要大量选用好的变频器。其他工业系统也一样面临这个课题。这是一个挑战，也是一个绝好的发展机遇。巨大的实践客户群和国内外的变频器制造商，都必须树立“创新是硬道理”的“科学发展观”，将变频调速节能降耗的基本国策落实到实处。
1、引言
用PLC做控制系统核心，成本较低，稳定性很高，程序编写调试方便，但PLC在人机对话、故障判断、在线修改等方面有一些不便，需要对编程非常熟悉的人员进行操作。并且，要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化必须选择一个上位机来配合PLC，才能组成较好的自动控制系统。本系统采用触摸屏与PLC通信，共同组成生产监控系统。
在橡塑机械生产制造业，生产现场情况复杂，油污多。普通的工业触摸屏的稳定性很难保证。而选用进口的触摸屏，性能较好，但在复杂环境中，寿命大大减短，其价格昂贵，必然增加生产成本。LEODO人机界面是由32位嵌入式微处理器、WinCE．net操作系统和组态软件构成的新颖的人机界面产品，适用于工业现场环境，安全可靠，可广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，它与传统的人机界面相比又增添了信息处理和网络功能。LEODO人机界面，功耗低，温升小，热稳定性相对较高，并且不怕遇到断电情况。
在工业测控软件中，组态软件能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线等功能。并可运用PC机丰富的软硬件资源进行二次开发，方便地生成各种报表，为应用程序的开发提供了十分方便的平台，它在工业控制中运用越来越广泛。
在本系统中，利用ET组态软件构成监控画面。通过串行口与PLC进行通信，这样可实现对各种信号的监测以及现场数据的采集和处理。
2、系统配置
本控制系统由14路开关量和62路模拟量组成，人机界面与西门子200系列PLC通过人机界面上的串口COM1口连接实现通信，PLC与工业现场变频器通过PLC智能模块连接实现通信。系统整体配置如图1所示。
图1 系统配置简图
在ET组态软件中定义了串口类设备S7200PLC，串口号为COM1。设备定义结束后，定义62个I／0实型变量，分别与设备模拟量输入寄存器V连接，实现模拟量的采集。定义l4个I／0离散变量，分别与串口设备的输出寄存器连接，实现开关量的控制。
3、系统特点
本系统具有实时数据采集与监控显示功能。对于来自现场的三辊(上，中，下辊)主机状态，主机电流，主机速度，导开，卷取，冷却，贴合，喂料，摆料状态和速度等信号，进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生产现场的信号变化隋况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。本系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照制定的格式保存到ET组态软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形式查询数据，并打印查询结果。
本系统可通过加密、设定用户权限等形式对一些操作进行限制，只要用户定义了记录报警和事件文件，系统将自动记录操作员的操作过程。
在线修改工程流程时也非常容易。
LEODO嵌入式人机界面内置bbbbbbsCE．net操作系统，它是一种紧凑，高效，可伸缩的操作系统，主要面向各种嵌入式系统和产品。bbbbbbsCE．net继承传统bbbbbbs系统的风格，具有多线程，多任务，完全抢占式的特点，专为严格资源限制的硬件系统所设计。其内嵌的ET1．0版嵌入式组态软件可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个系统的运行隋况、包括速度，浮辊位置，电流等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，并向PLC发出相应动作指令，保存并记}乙故障发生的时间、原因等原始数据。
4、ET软件的设计
ET嵌入版1．0中用“工程”来表示组态软件组态生成的应用系统。创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统。建立工程的一般步骤为：构造数据库(定义变量)，定义设备，设计图形界面，建立动画连接，运行和调试。在进行设计的时候，它们不是独立的，而是交替进行的，需要综合考虑。
创建一个新工程，定义路径和名称，在设备选项中选定一个COM口，进行PLC连接。ET提供的设备连接向导对话框列出了工业生产常用的一些硬件设备(如PLC、板卡、智能仪表、变频器等)，并且已经根据这些常用设备各自的通信协议制作了相应的通信协议，使应用人员从繁琐的底层驱动程序中解脱出来。选择了西门子公司$7200系列PLC后，选择通信方式，并给定设备名称和地址，还要设置采样时间和通信参数。
进行动画画面的设计和变量的定义。双击数据词典，定义和编写系统所有变量。变量可以设为只读、只写和读写模式。对于既要采集PLC状态，又要实现对PLC的远程控制的变量设置为读写模式，而不需要向PLC发送命令的变量设置为只读，这样可以节省PLC扫描时间，加快系统进程，tigaoPLC效率。绘制图形画面时，双击画面选项，在弹出的绘图环境下绘制与橡塑三辊压延生产线相对应的监控画面。系统监控的设备较多，为更清楚明了地显示不同设备的各个参数，需要绘制多副画面，既方便显示，又方便现场操作员进行控制。主画面里利用ShowPicture(“画面名”)函数实现对其他画面的调用。绘制完流程画面后，将系统与要监控的参数和画面中的变量一一对应起来。这样HMI组态基本完成。
5、画面功能介绍
在ET组态软件中编制系统的组态界面。根据本系统的特点及实际使用情况，界面设计由系统生产线流程、配方、浮辊指示、主机状态、主机电流、主机速度、急停指示、卷取、导开、贴合、冷却、喂料、摆料及登陆标题栏等13个画面组成。
5.1 生产线流程图
从流程图上可观察生产过程，主要运行参数及输出控制参数。(图略)
在系统开始运行后，ET组态软件读取PLC监测到的三辊压延生产线的运行状态、控制各电机变频器的信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个三辊生产线的运行情况、包括整个系统的浮辊位置、模拟量示值、实时趋势曲线等，系统以数值及曲线两种方式反映数据的变化，LEODO人机界面内置硬盘，使得触摸屏在画面显示的还可以保存历史数据，方便了现场应用，并可以定时、实时打印数据或者整个画面。
生产线流程图下面的三个按钮下隐藏了三个按钮，都是停止按钮，只有当控制电机启动后才有效。启动、停止按钮通过命令语言函数BitSet()实现交替出现。
5.2 主机电流，速度和状态图
由三个画面共同描述，画面中的实时趋势曲线中的坐标并不表示实际值，而是将实际值放大或缩小的比例值，曲线只是描绘了参数的变化趋势，生动地体现主机可能存在的扰动和实际值对设定值的跟随隋况。
图2 主机电流界面
5.3 配方画面
在监控组态软件中，配方就是一个二维参数表，行表示变量的一组取值，列表示一组配方，即各变量的一种取值可能。可以通过名称访问已经定义好的配方，也可以在线修改，定制新配方，保存下载。对同一个生产过程可以通过改变其配方来生产不同批号的产品。配方变量一般设置为内存变量，保存在触摸屏系统硬件里。
5.4 急停指示
当有报警发生时，会自动弹出报警系统对话框，我们只有触摸复位按钮才能结束报警，以便继续工作。
图3 急停指示画面
5.5 卷取画面
卷取、导开，贴合，冷却，接取、摆料、喂料等画面设置相同。它们都是由卷径，电流和实际速度实时趋势曲线和离散数值描述的。
每幅画面都有设置用户登陆权限的标题栏，画面随时显示登陆用户名及用户登陆权限， 加强系统的安全性。
6、系统调试及运行情况
连接PC机和HMI，在PC机上运行ET，打开工程浏览器菜单“工具”下拉菜单“远程安装与调试”将组态工程下载到HMI，特别注意下载路径。用专用通信线PPI连接HMI和PLC，实现PLC与HMI通信。根据不同的设备逐一反复调整系统参数的配置使之达到佳工作状态，因为不同的设备对采集速率有不同的要求。重要的控制功能由稳定可靠的PLC去完成，当操作台发生故障时，不会影响控制，进而不会影响生产。制作HMI画面时，一定要符合用户的操作需求和习惯。
一年来的实际应用结果表明，采用LEODO人机界面，简化了控制系统结构，增加了许多功能，通过了用户苛刻的检验。ET组态软件能方便的实现复杂友好图形界面的编制，其本身与I／O设备通讯程序构成一个完整的系统，不需工程人员自行编制设备的通讯程序，这种方式既保证了运行系统的高效率，也方便了工程应用，是一种简便高效的工程应用系统。本监控系统大大tigao