西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0规格参数

西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0规格参数

对象：
①三菱PLC:　FX2N(V3.0以上版本)　+　FX2N-485-BD　+　FX2N-ROM-E1
②三菱变频器:　A500系列、E500系列、F500系列、F700系列、S500系列
FX2N-ROM-E1是一种功能扩展存储器，它是16K步的EEPROM存储器，当其用在FX2N系列V3.0或以上版本的PLC（对应的序列号为15****　或以后）上时，还可以使用扩展的EXTR(FNC.180)指令与三菱的变频器（多8台）很方便地进行485通讯（当然还需要有FX2N-485-BD通讯扩展板）。
当使用软件输入EXTR指令时，GX　Developer需要SW7或者以上版本，FX-PCS/WIN则需要3.10或者以上版本。
㈠　对PLC的D8120（通讯格式）设置如下：
0000　　　1100　　　1000　　　　0110
0　　　　　C　　　　　8　　　　　6
对应的含义是：波特率9600bps，7位数据位，1位停止位，偶校验。
㈡　对变频器中的相关通讯参数设定如下：

㈢　关于EXTR（FNC.180）指令的说明：
EXTR　K10:　变频器监视
EXTR　K11:　变频器运行控制
EXTR　K12:　读取变频器参数
EXTR　K13:　变频器参数写入

具体的梯形图程序如下：

当M1为ON时，马达正转。
当M2为ON时，马达反转。
D50中是当前变频器的运行频率。D51中是电流监视值。D52中是电压监视值。

1、概述
水轮机筒阀由法国NEYRPIC公司于1962年用于真机以来，通过一些中小水轮机的应用实践，逐步得到了完善。到1979年加拿大当时大的水电站LG-2，16台出力为338.5MW的大型混流式水轮机采用了圆筒阀之后，它的应用开始引起各国的注意，许多优点得到公认。被越来越多的水电站采用。它的主要优点有：1、安装在固定导水叶与活动导水叶之间，同安装在蜗壳前的球阀、蝶阀相比，缩短了整个厂房的纵向长度，降低了工程造价；2、密封性更好，能有效抑制了导叶漏水对导叶的磨损。3、开启、关闭时间短，能更好地适应电力系统对水电厂快速开机的要求并能有效地防止事故情况下的机组过速。4、能消除机前阀门进出口处的收缩和扩散段伸缩节的附加水力损失。5、圆筒阀启闭为直线运动，关闭时可根据水压上升率调整关闭速度。而在圆筒阀的应用实践中如何保证多只接力器的同步成为筒阀控制的关键技术问题。下面就这一问题阐述应用PLC技术实现同步的原理和方法。
2、筒阀的结构及同步机构原理
传统的解决同步问题的主要方法采用接力器驱动链条同步，在筒阀圆周尽可能多地均匀布置多支液压接力器，每支接力器动杆（活塞）下端连接固定在阀体上，活塞上下运动可以驱动阀门启闭。各活塞的同步移动有由可逆传动的滚动螺旋副实现，它是在活塞上固定的一只滚动螺旋传动的螺母，螺母连接传动丝杆，当活塞上下移动时丝杆做正反旋转，丝杆上端连接齿轮将筒阀的垂直运动变为齿轮的旋转，齿轮带动链条一起连动其它接力器的齿轮同速旋转并反作用于其丝杆而实现多只接力器的同步。此同步方案的缺点在于：1）、直径大的筒阀将布置数量较多的接力器，增加整个系统的投资。2）、接力器油缸进油口无调节能力，均由调定的节流阀控制liuliang，接力器运行速度的调节控制没有按调节规律运动的随动性。3）、链条同步对发生异步的的油缸矫正能力差，易发生链条张力矩过载甚至拉断，导致筒阀启闭失败。4）、由于油缸进油量由节流阀调整固定，筒阀只能定速启闭，丧失了筒阀直线运动可按程序指定启闭速度进行启闭的优势。
3、采用PLC输出控制比例阀液压随动系统实现同步
此方案采用接力器直接驱动筒阀并控制其同步，滚动螺旋副和链传动的同步机构可以取消或作为辅助同步手段和保护措施。接力器本身不需再设缓冲装置，缓冲功能由PLC控制程序实现。采用本方案与传统的同步控制系统相比有如下特点：1）、可以灵活地改变（修改控制程序）阀门关闭开启的运动规律，使之更符合机组运行之需要。例如：当事故紧急停机调速器主配拒动而需快速关闭筒阀是时，为了即快速又不致使蜗壳及压力钢管水压上升率过高可采用分段关闭的控制规律。2）、可以取消机械同步机构，大大简化控制操作机构从而精简筒阀的整体结构，节省机坑内空间，改善运行维护条件。3）、减少操作执行组件数量，降低工程造价。4）、利用计算机通讯技术，为实现计算机远方监控提供坚实的现场控制和数据采集单元。

3.1控制系统基本原理
该系统主要由硬件和控制软件两部分组成，其中硬件部分包含可编程控制器（本方案PLC选用三菱公司的FX2N-80MT）及其配套的A/D模块、通讯模块、接力器行程测量组件（选用磁感应高精度、高速脉冲输出）、信号功率放大板、液压比例阀、电源、操作开关、按钮以及信号灯等组成；其系统硬件构成如图一所示。软件由三菱公司配套可在bbbbbbS下编程的FXGP-WIN-C开发而得。系统的基本控制策略如下：整个系统可视为以位移量偏差为负反馈的闭环电液随动系统，在多只接力器不同步的情况下，以其中一只为基准，在给定的启、闭规律基础上按经典PI控制算法，产生控制量作用到液压比例阀上，液压比例阀控制油liuliang大小校正发生的不同步的偏差以保证各油缸的同步运行，其基本控制原理框图如图二所示。

3.2各部分工作元器件特性
3.2.1控制运算部件PLC及其各功能模块
PLC（FX2N-80MT）是整个系统的核心控制部件，其丰富齐备的控制运算指令、优越的性能、现场编程调试的方便已成为实现各种控制的现场级设备。其主要性能指标有：运算速度：　0.08uS/步(基本指令)，　1.52uS—数100uS(应用指令)；用户程序内存容量：16K，系统程序内存容量：8K；应用指令：128种　298个；输入口：5组每组8个，其中高速记数口8个（X000—X007）；响应速度：8个点合计小于等于20KHZ，自带电源容量：24V600mA；输入电源：AC/DC170V—250V。各功能模块：1）模数转换模块FX2N-4AD：用于接收压力传感器输出的4-20mA电流信号，将其变为PLC程序可用的0-1000的十进制数。其性能指标如下：功耗：DC5V30mA，模拟量输入范围：电压DC-10V--+10V大-15V--+15V（输入阻抗200K），电流DC-20mA--+20mA大-32mA—+32mA（输入阻抗250），；输出数字范围：-2047--+2047；分辨率：电压5mV，电流20uA；线性度：±1％F.S，采样速度：普通通道15mS，高速通道：6mS；3）数模转换模块FX2N-2DA：将PLC运算得到的控制量数值转化为电压信号输入到比例阀放大板控制液压比例阀。其性能指标如下：DC5V30mA,数值输入范围：-2047—　+2047；模拟量电压输出：　-10V—　+10V，线性度：±1％F.S，分辨率：电压5mV（10V×1/2000），转化速度：普通通道18mS，高速通道：3.5mS；
3.2.2测量部件：位移传感器
选用美国MTS　Temposonics　III(PB/PH)非接触式位移传感器
原理：由询问信号的电流脉冲所产生的磁场（沿波导管运行）与位置磁铁产生的磁场相交产生一个应变脉冲信号，计算这个信号被探测所需的时间周期，便能换算出准确的位置。
性能及指标：分辨率：2um；响应速度：比其他测量方式：快4到20倍；提供网络数字输出SSI　　CANBUS　　PROFIBUS　　DEVICENET　；符合欧洲CE规格
3.2.3执行部件:比例阀（包括放大板）
此环节是电气控制信号与机械液压系统连接的关键部分，直接影响到控制系统性能的发挥，选用德国REXROTH的VT5005带阀芯位置反馈的自动式比例方向控制阀，其放大电路技术数据如下：电源电压DC24V，功率50VA，控制电压±9V，大输出电流：2.2A。
3.2.4操作显示终端
本系统选用三菱的GOT940触摸操作显示终端，其画面可通过配套的GT-DESIGE软件制作并通过专用通讯电缆AC30R-9SS与PC机连接进行数据传送及调试。安装此显示终端可丰富人机界面，监视多个参数，对即时分析筒阀开启、关闭的运行状态提供方便。
3.3、控制策略
利用三菱PLC丰富的指令编制控制程序，对于现场调试及不断完善、优化控制程序具有重大意义。整个控制程序的流程框图如图三所示。
3.3.1具有启闭运动规律的调节给定量
圆形筒阀在启闭过程中，根据其安装结构及位置可知：在运动到全行程的中间段时，各缸允许发生的偏差小，为了保证液压调节系统的调节品质，可将给定量降低，放慢筒阀运行速度。在动水关闭过程中，为了控制蜗壳水压上升率，筒阀关闭速度可分段进行设置。其他启闭规律可在筒阀的运行实践中得到，通过编制具有启闭运动规律的调节给定量实现。
3.3.2基准缸判断
把每一次开关动作完成后的慢及行程小的一缸作为下一次筒阀启闭运行的基准缸，因为此缸响应调节量的能力弱，让它只接收固定的给定输出，调节其它缸的输出量以适应基准缸。
3.3.3油压参与调节
　　　　当某缸油压上升速率超过设定值，说明此油缸侧运动受卡阻，此时应降低基准缸的给定值，使系统调节变得更加平缓，顺利完成启闭操作。
3.3.4保护及信号设置
　　　　油缸油压或四油缸油压之间的差值超过某一整定值油压保护动作；链条张力过载保护通过行程开关接点进行调整；全开、全关极限位置也是在相应位置安装行程开关实现。为了防止油路系统的油垂效应，在临近全开、全关位置时减小比例阀开度，并延时返回开启和关闭中间继电器。现场控制柜装设有以下信号：全开、全关、中间位置、1#-6#链条张力过载。
3.3.5相关参数显示
因为现场控制柜安装了操作显示终端，通过PLC算术指令的运算可以得到多个有关筒阀运行的参数并在一个画面内显示，如各缸的行程、各缸比例阀阀芯位置反馈电压、比例阀阀芯位置（占各阀全开的百分比）、油压、运行速度、筒阀下滑、每次开关经历时间以及各个故障信号、全开全关信号、中间位置信号、下滑信号以及各缸油压、控制量、比例阀开度与位移的关系曲线等。

4、设手动调节功能，保证控制系统的可靠性
当链条张力过载筒阀卡死在中间位置或PLC控制系统故障时，可将“手动/自动”切换开关置“手动”位，各缸比例阀直接由功放输入给定电位器调整。
5、与计算机监控系统通讯，提供现场更多信息。
为了与计算机监控系统各机组LCU的工控机通讯，特在PLC内开辟一个连续的数椐寄存器与中间继电器寄存器区，将要上装的数据和状态变量放在一起，以便工控机快速读取。工控机与PLC的通讯协议是MITSUBISHI　　PLC通讯协议；数据传输格式：RS422　　异步；通讯速率：9600bps；转送的字符：ASCII字符，其中1个起始位，7个数据位，1个奇偶校验位，　1个停止位；字符奇偶校验：偶校验偶数据；数据转送结果校验方式：和校验。
6、结束语
PLC控制技术运用于筒阀的控制，有效地解决了筒阀多只油缸的同步问题，tigao了系统的可靠性，减少了油缸数量，节省了投资，充分发挥了筒阀在水轮机运用上的多方面优势，实现了与计算机的通讯，为计算机远方监控提供了功能完善的现场单元

　一、项目背景

　　2000年邯钢从德国克虏伯公司拆回二手设备燃气轮机，主要消耗能源为混合煤气。第九煤气加压站5#、6#加压机将焦炉煤气加压到0.2Mpa，经与高炉煤气混合后向燃气轮机提供热值在3500±50KJ/cm3的混合高压煤气，推动燃气轮机做功，向热风炉输送一定压力和liuliang的冷风。计算机控制系统选用了美国ROCKWELL公司的ControlLogixL5550系列产品，它具有良好的稳定性、扩展性、软硬件的开放性以及友好的人机界面。其它主要设备有鞍山UNION公司热值仪，德国西门子变频器等。


　　二、硬件构成

　　1、系统构成

　　图中，1756-CNBR为ControlNet冗余通讯模板。R是redundance（冗余）的缩写。1784-KTCX15为安装在工控机内的通讯卡，具有双通道信号输入。1786-CP为通讯电缆，1786-TPR为同轴电缆分支器。


　　2、PLC组成

1756-PA72：电源模板1756-L55M14：CPU模板
1756-CNBR：冗余通讯模板1756-IF16：模拟量输入模板
1756-IR6I：热电阻输入模板1756-OF8：模拟量输出模板
1756-IB32：数字量输入模板1756-OB32：数字量输出模板

　　I/O模板种类繁多，具有可拆卸端子、带电插拔、分变则报、自诊断、时间标记、模块
标识、闪存升级、电子保险、单独隔离等功能。

　　3、网络组成

　　Logix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等网络结构。煤气加压站采用了ControlNet冗余通讯网络，它具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，冗余、开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率达5MB/S。ControlNet能够可靠预测数据何时发送，具有高度的确定性。

　　工控机内安装通讯卡，型号为1784-KTCX，与PLC之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx软件可以方便地设定内存地址、站地址、中断号等参数。加压站的实时控制网通过1784-KTCX网卡与1756-CNBR/D通讯模板互相连接。1756-CNBR/D冗余模板联结两条网络主干线，通讯模板随时监听两条传输通道上的数据传输并检验。


　　三、软件

　　1、系统软件：操作系统为bbbbbbs NT6.0中文版+SP6a，监控组态软件为RSView326.3中文版，编程软件为Rslogix5000 V11.11，网络通讯软件为RSLinxV2.2，利用它所提供的OPC接口进行采集数据。

　　2、应用软件

　　2.1、RSView326.3提供了建立有效监视以及管理系统的全套工具，它是以MFC（微软
基础类库），COM（组件对象模型）组件技术的软件包。它具有绘图及动画、安全防护功能、报警功能、记录功能、趋势功能、事件检测功能、与先进的OPC规约完全兼容、ActiveX、VBAbbbbbb(脚本)语言等丰富的功能，使得软件设计人员开发功能完善、控制内容灵活的人机界面游刃有余。

　　煤气加压站操作站主要功能包括：工艺流程图、实时数据表、控制调节画面、实时趋势、历史趋势、报警画面、数据报表以及屏幕打印等。主要监控画面如下：

　　2.2、RSLogix5000梯形图软件编程包，有灵活易用的编辑功能，通用的操作画面，诊断和纠错工具。程序数据库中有控制器标签Controllertag和程序Programtag标签两种。与以往的SLC500系列产品相比，所有数据采集无须编程，直接读取模板地址即可。

　　2.3、RSLinx软件实现上下位数据库之间的连接，ControlNet网络连通后，以OPC数据交换方式在RSLinx软件中建立TOPIC，选定相应的TOPIC建立上位数据库，RSView32软件所有人机交互功能即可实现。


　　四、主要控制功能

　　1、煤气热值自动控制
热值是主要质量指标之一。煤气混合加压站以高炉煤气为主，以焦炉煤气为辅，高炉煤气热值约750KJ/m3，焦炉煤气热值约4000KJ/m3。

　　煤气热值自动控制为串级、交叉限幅调节系统。以热值调节为主环，焦炉煤气liuliang调节为副环，加入了高焦煤气单交叉限幅。焦炉煤气liuliang的设定值不单单取决于热值调节器输出信号MV，受到高炉煤气liuliang的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气liuliang值，乘以1.05和0.95作为MV的上、下限幅值MH1、ML1。

　　该控制思想一则使焦炉煤气liuliang调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；二则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。

PLCAO模板输出4-20mA信号给变频器，控制交流变频电机转速调节热值。


　　2、高炉煤气压力自动调节控制

　　3、焦炉煤气压力自动调节控制

　　4、回流阀自动调节

　　上述3个自动调节都是单回路PID控制系统。当测量值与设定值有偏差时，PLC经计
算输出一个4-20mA控制信号，控制调节阀的开度。

　　五、系统调试

　　1、在工控机内安装好网卡，设定好所有参数。将与PLC的通讯线接好，通过RSLinx
软件检测在线节点。

　　2、下载梯形图程序，初始调试阶段，PLC会出现故障信息，在RSLogix5000中的
Controllerproperties 中的Major faults/Miniorfaults中会出现错误信息，可以帮助快速处理故障。

　　3、在PID功能块的调试中，Loop Update Time不能为零，否则下载程序肯定出错。

　　4、调试中要灵活运用AFI和TND指令。前者可以暂时中断所在行执行，后者可以使
控制器停止扫描所在梯级后面程序。

　　5、对于压力、liuliang等被调参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化
较快，这时微分作用和积分作用都要引起振荡，对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律。高炉煤气压力自动调节控制、焦炉煤气压力自动调节控制、回流阀自动调节都采用PI调节。P值越大，比例调节作用越强，I值越小，积分作用越强。

　　6、对于温度、成分等测量通道和调节通道的时间常数较大的系统来说，采用微分规律

　　这种超前作用能够起到较好的效果。由于热值检测的惯性滞后，PID中加入了微分调节规律。


　　六、结束语

　　该系统自投运以来，在生产正常的情况下，热值稳定在3500左右，压力稳定在13.5KPa左右，完全满足了用户的要求，变频运行于30-40Hz左右，泄放阀一般处于关闭状态，大大减少了泄放煤气量和净焦