6ES7221-1BF22-0XA8库存充足
一、前言
在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。太原市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖太原市总采暖面积的60%，所有热力站均采用间连型热力换热站。
在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及liuliang均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及补水泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与补水泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的jingque调整均受到极大限制。
太原热力公司自99年起，开始逐步对太原集中供热热网的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统一增加自控仪表、PLC及变频设备；对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制jingque化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。
二、热力站自控系统构成
间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，liuliang计，电动调节阀，循环泵及补水泵；按控制回路分，则可分为：一次网liuliang控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。
在热力站自控系统中，一次网liuliang控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补水泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及补水泵变频器转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。
热力站自控系统结构如下图。
图1典型热力站系统结构图
三、系统控制思想
在集中供热工程中由于各用户的建筑面积、暖气片性能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。
在太原各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度中心都加设了全网平衡系统，调度中心通过与个热力站进行通讯，获取热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。
各热力站从控制中心获取对应的二次网供回水平均温度，站内系统将独立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网liuliang控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网liuliang的设定值，调节阀门开度使liuliang达到设定值。
站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及补水泵进行调速，
系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总liuliang和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小liuliang大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把liuliang、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统超调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100％时还不满足要求，则启动第二台泵。系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。
控制系统的二网供、回水压力是热网安全运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂；供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的佳方案是对补水泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不超出某一范围即可，也可以采用开关补水控制方案。
四、热力站控制系统的实现
1、一网回路控制：
热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的liuliang。在全网控制系统中，全网控制中心根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制中心下发的指令，调节一次网liuliang调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。
一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度；一网控制的对象为一次网调节阀；控制目的为提供热力站必须的供暖热量。
2、二次网循环泵控制：
热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。
传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的liuliang无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。
目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网liuliang以满足供热需求，从而减少浪费。
在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。
热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需tigao循环泵转速，加大二网liuliang，tigao二网回水温度，改善供热效果；当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的liuliang，实现小liuliang大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能取得可观的效果。
3、二网定压补水控制：
二次网的补水控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的补水系统压力加大，补水频繁。而传统的工频补水泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。
在热负荷较大的系统中，我们采用补水泵变频控制，对补水系统进行jingque的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免补水泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。
4.现场人机界面
在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：一、二次网供回水温度及温差，变频器大小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。
五、热力站自控系统的优点
在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。
通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大liuliang运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接tigao了热网的供热效果。
1 引言
虹吸式离心机是一种特殊结构的离心机，它是在刮刀离心机的转鼓上增加了转动虹吸装置，从而具有普通刮刀离心机没有的优势，即tigao了过滤推动力及过滤效率，增加了生产能力，延长了有效周期[1]。虹吸式离心机优势的正常发挥是以准确操作控制离心机为前提条件。虹吸式离心机是连续运转、循环工作的，各工序间严格以时间或条件为控制依据，每个阀门的开、关控制及虹吸管的协调工作不能在一般的人工操作条件下达到要求。
可编程控制器（PLC）是常用于工业现场的计算机控制装备[2]，随着其扩展功能和通信能力的增强，越来越多的应用于复杂的分布式计算机控制系统。本文利用可编程控制器的通信功能，来控制多台虹吸式离心机的运行，不仅能够准确分散地控制每一台离心机正常、高效工作，能够通过上位机集中采集、显示、修改每一台离心机的运行参数，起到控制及风险分散，显示和操作集中的目的。
2 系统的组成
系统的组成如图（1）所示。
图（1）多台离心机控制系统的组成框图
（一）PLC的功能模块
PLC作为控制系统的基本控制器。PLC向下采集信号以及控制工业现场的离心机。一台PLC控制一台虹吸式离心机。包括控制离心机的主电机的启停、各个电磁阀的动作、虹吸管的进退、显示和报警的控制等。PLC在每一个采样周期采集模拟信号，包括主电机的电流信号、主机前后轴承的温度、振动信号。PLC向上通过数据通道传输现场信号，并接收上位机来的信号。PLC作为整个控制系统的主体，它的性能及可靠性起着关键的作用。我们选择光洋电子公司的S系列可编程控制器。它的模块组成如表（1）所示。
表（1） 可编程控制器模块的组成
CPU选用SZ-4，可安装128个输入输出点数，指令的平均处理速度为1-2.5µs，有2个通用的通讯端口。Z-4AD2是4通道电压型模拟量输入模块，输入DC0-5v分辨率为12位，主要采集电流、温度及振动4个模拟信号。Z-16ND2是16点DC24v输入模块，输入启停按钮及限位开关等的开关量信号。2个输出模块选用Z-16TD2，为16点集电极开路输出，输出控制电机启停的接触器、离心机运行所需各电磁阀、指示灯及报警的开关信号。Z-01DM是通讯模块，便于与上位机进行信号传送。Z-05B是可装5个输入输出模块的电源框架，额定供给电源为AC100-200v50/60HZ，输出电流为2.6A。通过计算框架上所有模块功耗的合计值，没有超过电源框架提供的电源容量，可安全使用[3]。
（二）离心机的工艺流程
离心机主要由螺旋组件、门盖组件、转鼓组件、机座壳体组件、虹吸管组件、传动装置、液压系统和电气控制系统等组成。离心机的工艺流程图如图（2）所示。
图（2）离心机的工艺流程图
离心机的每个循环的各个操作都是在电气-液压系统控制下自动完成的，在机器的调试阶段可以使用手动操作。
（三）通讯系统
上位通讯是通过数据通讯模块Z-01DM在CCM网络上进行。CCM协议使通讯主机保持通讯的主动权，从机只能响应对其的呼叫。而通讯的局号、传送方式、奇偶校验方式的设定由系统参数来定。连接时用变换器D-01CV转换连接上位机的RS-232C电缆和连接PLC通讯模块的RS-422电缆。
（四）上位计算机
由上位机对基本控制器PLC传达或收集离心机运行信息，由上位机对PLC进行维护和管理。上位计算机用工控机实现，用组态软件实现图形监控和人机界面。
3 控制流程图
PLC的控制流程框图如图（3）所示。
PLC上电后进行系统自检，包括对CPU模块的检查、运行状态的检查、电池系统的检查、I/O模块的检查、通讯功能的检查等。系统正常进行模拟信号的周期采样，超过上限值输出报警。系统可以进行手动或自动操作，自动运行按照离心机工艺流程，按工序顺序执行，以时间或条件作为每一个工序的开始或结束。
图（3）系统控制流程图
4 结束语
由于可编程控制器在模拟信号处理、操作指令、控制规律、通讯功能等方面的发展，拓宽了它在工业强电现场控制中的应用领域。虹吸式离心机作为一种具有独特结构的分离设备，考虑它的工艺的特点及操作控制要求，可编程控制器非常适用于作为它的控制装备，以充分发挥虹吸离心机的高效优势。
随着经济和工业的快速发展，中国已经成为全球的制造中心。小型PLC在制造业，尤其是OEM制造业中，成为大部分控制系统的核心，OEM厂商越来越关注PLC的性能和价格。在工业自动化传感器领域具有地位的美国邦纳公司，顺应中国的发展趋势和用户需求，从“工业传感器专家”向“传感|检测|自动化技术专家”全面转型，日前成功发布了SHP系列小型PLC家族的新成员—SHP一体式控制器，凭借简单、经济和高效三大理念，立刻吸引住了所有OEM制造商的目光，以下以纺织机械行业为例介绍邦纳SHP一体式控制器在纺机上的应用。
背景：
纺织生产是从纺织原料加工到生产出高质量纺织产品的复杂过程，应用的纺织机械达2千多个品种、5万多种型号，归纳起来大体可分为三个主要加工过程和五大类纺织机械。以下以图示表示纺织机械的分类：
系统概述：
细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则tigao约10％，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的tigao，不仅可以降低加工成本，可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。
紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的tigao、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
控制系统结构
在紧密纺细纱机的控制系统，采用了三套伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用1台变频器控制主传动电机，采用1台变频器控制风机；整个系统采用邦纳SHP一体式控制器进行控制和监控，SHP一体式控制器与变频器及伺服间采用高速CANopen总线进行通讯，采用SHP集成的触摸屏进行系统操作和监控。
控制要点：
1． 可编程控制器：由邦纳SHP一体式控制器实现整机的逻辑控制和参数计算，实现整机的优控制。
SHP控制器是与传统的控制产品不同，新型的邦纳SHP控制器可以完成PLC和触摸屏的功能，集成I/O和网络接口人机界面，成本大大低于同性能PLC与人机界面组合，此款设备包括控制器，人机界面，内置I/O，网络和可移动的大容量数据存储器，成为一个一体化单元，是一款功能强大，可信赖的控制产品，画面和控制程序用同一个工业级软件BAPS完成。由SHP一体式集成的触摸屏实现纺纱参数的设定、显示和故障监控。
2． 细纱的成形：由伺服控制钢领板升降。
应用伺服控制器的电子凸轮功能，预先下载两条曲线至伺服驱动器，在机器启动后，伺服接受信号输入启动凸轮曲线后两条曲线交替切换工作。用户可从人机界面上输入相关参数，通过通讯传到伺服相关参数可以修正曲线以适应不同的产品需求。关于停电后恢复生产的功能，电子凸轮提供实时读取当前主轴位置的功能，TLC6的内存区内可以提供若干断电记忆的变量区间，我们利用这些功能将断电前瞬间的位置记住，在恢复电源之后重新进行生产过程。
3． 自动落纱:由位置型伺服实现细纱的高速、、全自动落纱。
应用伺服控制器的(位置型)点到点jingque定位，应用伺服控制器的内置编程功能实现停电时的位置记忆。
4． SHP一体式集成触摸屏：
清晰的操作屏幕：12” TFT， 800 x 600像素，实现32768色彩色控制和监视；
5． 现场总线通讯：速率高达1M的CANopen总线。
CANopen总线是基于CANBUS的高层协议，秉承了CAN总线的抗干扰性强、高速、实时的优点，CANopen应用PDO、SDO、NMT等通讯对象，方便了总线的管理和应用。邦纳SHP一体式控制器具有强大通讯能力：内置10/100M以太网接口，支持3个串口，可用Modbus/RTUmaster或slave,Modbus/TCP,ASCII读写和调制解调器，除支持CANopen通迅之外还支持Profibus通讯。SHP一体式控制器的采用不仅可获得高性能的总线通讯，非常经济。
作为自动化行业的者，美国邦纳将利用几十年产品研发与应用经验，结合邦纳传统的优势产品：无线网络产品DX70/80、超声波T30UX传感器系列、工业智能指示灯系列、EZ-SCEEN光幕系列等等，与邦纳SHP控制器相集成，配合这些检测、信号传输等产品，为用户提供简易完整、强大稳定、可靠安全、灵活开放的解决方案，广泛应用在水处理、冶金、石油天然气、煤矿，水泥、印包、钢铁、电子、汽车、地铁、纺机等要求苛刻的现场环境中，为广大机器制造商和终用户提供完整、简易，开放，集成和灵活的自动化解决方案。