6ES7211-0BA23-0XB0货期较快

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PLC在工控界中应用广泛，有许多优点和方便之处，很多同行都有共同的体会，在PLC系统中实现模拟量采集时价格十分昂贵，尤其实现热电阻温度、热电偶温度采集时，价格更是无法承受。
      本文介绍一种在PLC中实现低成本模拟量数据采集的方法，可以实现大量模拟量数据采集，每路模拟量输入的价格仅120元左右。
      系统连接如下图所示，PLC选用带有串行接口的（RS485），通过通讯接口与FCS900数据采集模块连接，实现大量模拟量数据采集，数量没有限制，通讯距离可以到1200米，从而实现低成本模拟量数据采集。
     FCS900是具有RS485接口的数据采集模块，支持MODBUS-RTU和自由口通讯协议，模块的型号和数量根据使用情况决定，通讯距离1200米。

FCS911可以实现16路模拟量数据采集，信号类型任意设置，可以混合信号输入，可以采集电压、电流、热电阻温度、热电偶温度。
FCS912可以实现16路热电阻温度采集，有6种类型的热电阻型号可以选择。
      FCS913可以实现15路热电偶温度采集，有6种类型的热电偶型号可以选择，冷端温度自动补偿。
所有模块的采集精度为0.1%，采集周期为1秒。
     当选用FCS921模块时，该方案也可以实现8路4~20mA电流输出功能，用同样的方法也可以实现DI、DO功能，有关使用方法及软件编程参见www.485bus.com。
该方案在西门子、莫迪康等PLC中，都被广泛应用。

一、      控制系统硬件构成：

     后石电厂前6台机组控制系统全部使用AB公司各系列的PLC，考虑全厂控制系统的兼容性和设备维护的统一性，电厂指定除渣系统控制依然选用AB公司的PLC。本套除渣系统需控制的设备共有18台套，主要为开关量信号。其中数字量输入（DI）点数为156点，数字量输出（DO）点数为52点，模拟量输入（AI）点数为5点，模拟量输出AO点数为1点。根据满足工程需要又留有适当余量的设计原则，PLC选型定为MICROLOGIX1500系列PLC，人机界面使用台湾EVIEW MT510触摸屏实现。控制系统主要清单如下：

二、      软件设计

     MICROLOGIX系列PLC具有很高的可靠性，上述所有硬件的平均无故障时间（MTBF）与同类工控产品相比高出了10多倍。满足了业主对本套控制系统高度可靠性的要求。通讯方面，所选CPU具有2个通讯口，一个用于连接触摸屏，一个连接以太网通讯模块，实现全厂控制系统以太网通讯连接。

硬件系统图如下所示：

1.     人机界面组态

     人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动`，并且可以减少操作上的失误，是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。MT510系列触摸屏是专门面向PLC应用的，人机界面的组态使用维纶公司的easybuilder2.7组态软件，该组态软件为全中文界面，具有比较全面的功能，除了一般人机功能如：指示灯、开关和数据显示和数据输入及报警功能外，它还有下列特有功能：

n       开启多个弹出窗口

n       可以制作和bbbbbbS系列操作系统一样的任务栏和快选窗口工作按钮

n       256色显示方式使触摸屏的表达更加丰富多彩，效果胜人一筹

上述功能在这个工程中都得到了充分应用。

后石电厂除渣系统工艺流程如下： 

依据上述工艺流程，人机界面主画面设计如下所示：

     在主画面上可以清晰掌握所有设备的当前情况，符合运行人员的操作习惯和设备状态显示习惯。设备按钮上方三盏指示灯为状态指示灯。盏状态指示灯显示红色表示设备运行，第二盏状态指示灯显示绿色表示设备停止。第三盏状态指示灯显示黄色表示设备故障。几个模拟量的实时显示如渣仓料位、捞渣机速度、水温、补水阀的开度。点击相应设备文字按钮进入该设备的控制界面。在设备控制界面内可以控制该设备或查看设备的状态和故障信息，如捞渣机控制界面如下：

     在捞渣机控制画面内，根据设备状态，确认没有各种故障后，选择“手动”模式，就可以起动捞渣机，捞渣机刮板转动动力来自液压站。液压站提供高压动力油驱动液压马达旋转继而带动捞渣机刮板转动。动力站油泵运行后，在人机界面上设置运行速度0%-，PLC对应输出4-20mA线性信号给比例放大板，比例放大板根据调速信号控制比例阀的开度，调节单位时间进入液压马达内腔的油量，实现液压马达的无级变速。运行中如果捞渣机链条故障，捞渣机停机，故障信息列表内的“链条故障”指示灯显示黄色并且闪动，提示运行人员故障发生点。液压站的其他故障都有相应的指示，界面接单明了。

2.     PLC程序的编制

     除渣系统PLC的程序编制使用AB公司的RSLogix500编程软件，根据上述工艺，设备控制主要为顺序控制和一般连锁控制。根据运行人员现场要求和程序编制简单易读的原则，编程语言使用梯形图。梯形图语言是一种逻辑电路语言，通俗易懂，具有逻辑电路知识和电气控制知识的人员都能读懂程序。为了使程序清晰易读PLC的程序设计包含一个主程序和八个子程序，主程序作用是调用7各子程序。7个子程序分别是：捞渣机控制子程序，碎渣机和12号推杆控制子程序，123级皮带机和渣仓控制子程序，水系统控制子程序，故障处理子程序，顺序控制子程序，上位机通讯子程序。主要子程序的功能叙述如下：

n       捞渣机控制子程序流程如下：

n       链条自动张紧控制子程序流程：

n       顺序控制子程序流程：

n       通讯子程序内将设备故障字、状态字及控制字映射到上位机组态软件的相应字中，实现就地PLC与上位机的通讯连接。从而在上位机上可以操作设备，监视设备状态，显示设备故障信息。

三、      系统的通讯介绍

       MICROLOGIX1500 PLC具有强大的通讯功能，自带两个硬件电气特性为RS-232的通讯口，两个通讯口支持多种通讯协议。

n       DF1全双工通讯协议

n       DF1半双工通讯协议

n       DH-485通讯协议，通过ACI+转换器

n        ModbusRTU从通讯协议

n       ASCII通讯协议

n       EtherNet/IP通讯协议,通过以太网模块

     触摸屏与PLC的通讯使用AB公司的DF1全双工通讯协议,触摸屏自身集成了支持这种通讯协议的驱动程序。在组态人机界面时，触摸屏的协议选择DF1全双工通讯协议,波特率、停止位，校验位选择与PLC通讯设置相同并下载至触摸屏后。二者就可轻松实现通讯。

      PLC与上位机的通讯使用EtherNet/IP通讯协议通过以太网模块实现，以太网模块的通讯参数设置使用ENI/ENIW配置软件，该软件在ABguanfangwangzhan可以免费获得。配置软件中TCP/IP参数设置包括IP地址，子网掩码和网关，下载到以太网模块中就可以实现与上位机的通讯。通讯连接后可以在上位机编程、下载和上载程序，十分方便。

结束语：

      触摸屏和MICROLOGIX 1500PLC在后石除渣系统的应用达到了设计目的，对比日本提供的前六台机组除渣系统控制系统：系统硬件上使用一台触摸屏代替了上位机控制计算机，使用MICTOLOGIX系列小型PLC取代原来中型PLC。节省了上位机开发版和运行版组态软件，三项节省投资近20万元，控制功能和系统可靠性却丝毫没有减少，使用到现在一年的时间内没有发生过任何问题，华阳电厂运行人员十分满意。

为了提高电厂的综合自动化水平，提高机组运行的稳定性和可靠性，黑河象山水电厂和南宁瑞能自控技术有限公司合作，于2001年10月对3#发电机的励磁装置进行技术改造。技改工作的主内容是取消原来的常规调节器，采用PCC 微机励磁调节器。

3#发电机励磁装置的技改工作顺利完成，设备运行良好，于是在2002年6月我们又以相同的方式完成了1#、2#机励磁装置的技改工作。投运后，我们两家单位会同黑龙江省电科院，对励磁系统进了一系列试验，包括起励、并网、甩负荷、零起升压、跟踪网压、进相等等，结果各项技术指标符合国家有关规范，令人满意。

技改后，三台电机组的微机励磁装置使用至今，一直运行良好。PCC微机励磁调节器体现出稳定性好、可靠性高、结构简单，操作方便的特点。象山水电厂PCC微机励磁装置的技改工作获得成功。

1  可编程计算机控制器PCC 介绍

可编程计算机控制器PCC作为一个全新的概念，是奥地利贝加莱自动化公司于1994年在工控界提出的。它将工业控制计算机（IPC）与常规可编程控制器PLC的特点结合起来。无论是从内部的硬件功能，还是从外部的编程、开发环境的简便而言，它都比常规可编程控制器PLC有较大进步。

1.1 PCC 的硬件和软件具有如下特点：

CPU的速度起着决定性的作用。PCC 的CPU运算速度很快，例如2010型的每条指令执行时间为0.125us。要提高整个系统的速度就要考虑CPU 模块的多处器结构。PCC 的CPU模块上有三个处理器，它们各司其职，协调工作，即互相独立，又互相关联，从而使CPU的资源得到了合理使用，大限度地提高了整个系统的速度。

1.2 定性的多任务分时操作系统

多任务分时操作系统来源于大型计算机，如UNIX机。它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，每个任务等级可包括多个具体任务，在这些任务中间可再细分优先权的高低。这样整个控制系统便得了优化，具有较好的实时性。这对要求响应快的闭环控制系统是一个有力的工具。

1.3 编程语言化

梯形图和指令表这两种编程方式是比较常见和传统的。除此以外，PCC还提供了语言（VC、VB语言）以方便编程，方便描述一个复杂的程序和构思。这样一来，编程效率提高，新产品的研制周期大大缩短。

1.4 较大的程序存储空间

能较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间，足够的存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义说明了其硬件系统的先进程度。PCC有足够的程序存储空间供用户下载任务程序。

2  全可编程微机的PCC励磁调节器

2.1励磁系统是发电机的自动控制系统，它是一个需要高速响应的闭环控制系统。励磁系统的性能，直接决定了发电机是否能够正常运行。工作可靠、性能优良的励磁系统，能有效地提高机组及电网的稳定性。具有优良的调节品质、丰富而实用的附加功能等特点，而在工业领域增减励信号中得到广泛应用。可编程计算机控制器PCC的MTBF（平均故障间隔时间）大于50万小

时。具有如此高的可靠性，工业上称为“无故障设备”。

我们采用PCC作为励磁调节器的硬件，与现代控制理论相结合而设计的PCC微机励磁装置，采用模块化的硬件及软件结构，极大的提高了励磁系统的性能、稳定性、可靠性、智能化程度。PCC励磁调节器原理框图如下：
 

2.2 软件（应用程序）

除励磁调节器的硬件PCC模块外，其软件也采用模块化。共有电压调节模块、功率因数调节模块、甩负荷模块、零起升压模块、跟踪网压模块等等，用户可以通过不同的模块组合以实行不同的运行要求，而不需要更改硬件配置。这样，功能的增减和程序的优化等工作变得轻松易行。整个励磁系统调节的软件流程图如下：

3  技术

3.1 PCC微机励磁装置软、硬件均采用模块化结构，功能齐全，操作简便，工作可靠，调节平衡。特别是电压调节，功率因数调节，零起升压，跟踪网压等软件模块，使得整套励磁装置的自动化程度高，智能化程度高，可以满足无人职守电站的要求，体现了计算机控制的优越性。

3.2 采用PCC 作为调节器硬件，其故障间隔时间（MTBF）大于50万小时，励磁系统的可靠性极高。由于PCC的运算速度很快，满足了励磁系统反应快速的要求，各项技术指标均符合国家标准。

由于PCC本身即专为工业控制所设计，整套励磁装置抗干扰的能力很强，不存在其他种类的微机（如单片微机等）易受电磁干扰的问题，对使用环境没有特殊要求，安装方便，使用面较广。

3.3控制方式采用一种非线性理论：现代智能筛控制策略，励磁装置即可以按照用户指定的调节方式工作；在异常情况下，或者运行工况突然改变时（如机组突然甩负荷），它由会自动转入合理的控制方式运行。整套励磁装置体现出很高的智能性。

4  结束语

由黑河象山水电厂和南宁瑞能自控技术有限公司合作完成的励磁技改项目，经过一年多的运行考验，证明取得了成功。PCC微机励磁装置，不仅在成套机组的配套中应用良好，在老机组的技术改造中效果不错，也值得推广。