6ES7223-1BL22-0XA8程序安装

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一、概述

   在商用制冷系统中压缩机的控制大都采用机械式控制，众所周知，机械式控制存在着许多不足，如：体积庞大，接线麻烦，不易维护，控制精度差，致使制冷系统中制冷剂的压力波动太大，造成制冷效果差，冷藏食品解冻受损，给用户造成巨大的经济损失。

   近年来市场上也出现了一些采用单片机，工控机控制的控制器。采用单片机开发的控制器由于抗干扰能力差，人机界面不够友好，操作繁琐，给用户带来了很多麻烦，也没有得到普及。而采用工控机控制的控制器由于大多是国外引进的产品，全英文界面，不仅操作繁琐，价格昂贵，大多数用户不能接受。也得不到推广，本文介绍的控制器正好填补了这一空白。它不仅体积小，接线简单，人机界面友好，维护方便；控制精度高，运行可靠，使制冷系统中制冷剂的压力波动很小，制冷效果好，冷藏品得到了很好的保护；近用于冷链中广泛使用的并联机组，对冷量变化的jingque调节和压缩机运行寿命的均匀调节，非常适合并联机组的实际使用情况；并且，价格适中，受到了广大用户的普遍欢迎。五年来全国累计四十多套投入运行，运行情况良好。

   二、系统的控制原理

   本控制器主机采用三菱公司的PLC,型号为：FX2N—48MR,数据采集部分采用三菱公司的数据采集模块，型号为：FX2N—4A/D,现场监视的人机界面采用三菱公司的图形操作终端，型号为：F940GOT。由主机，调制解调器，公用电话网，计算机，SCADA软件组成远程监控系统。

   系统的工作原理：通过FX2N—4A/D采集系统压力，电压，温度以及设备的保护等信号，并对模拟信号进行数字滤波，抗干扰滤波，进行模拟量的量化和标度变换，与设定参数进行比较判断，根据比较结果和保护信号控制压缩机的启动与停止。当需要开机时，根据所有压缩机的开机时间，判断哪一台压缩机开机时间短，判断其保护信号是否正常？如果正常，则开机，否则判断下一台压缩机，……直到后一台。当需要停机时，根据所有压缩机的开机时间判断哪一台压缩机开机时间长，输出停机控制信号。

   正常工作情况下，任何一台压缩机的保护信号出现故障，主机一旦检测到故障信号，立即输出停机信号，停止相对应的压缩机，并发出报警信号，告诉值班人员系统出现故障，需要人工监视。主机一旦检测到故障的恢复信号，也会立即输出开机信号，启动相对应的压缩机。

   F940GOT是人机接口图形操作终端，通过它可以输入系统运行参数，可以手动操作，例如：手动启动或停止压缩机等等。它可以显示系统运行的各种参数及系统运行的各种状态。压缩机的各种保护信号可以通过主机的开关量输入端输入PLC作为压缩机的开机条件。安装了SCADA软件的计算机通过调制解调器，公用电话网与PLC连接，可以实时读取系统运行参数及设备运行状态从而进行实时的远程监控。采用本系统可以预防系统即将出现的故障，并及时采取补救措施，从而为客户挽回不必要的经济损失。

   三、系统的硬件框图

图1系统硬件组成

    输入部分：输入部分包括模拟信号输入和开关信号输入两部分组成。

   模拟信号包括：安装在吸气集管上的吸气压力传感器（0~200PSIG），和安装在排气集管上的排气压力传感器(0~500PSIG)和温度传感器。还有监视系统供电电压的电压传感器。

   开关信号包括：安装在压缩机上的电子热保护（温度探头安装在电机绕组内），安装在压缩机吸气侧的低压开关，安装在压缩机排气侧的高压开关，油位控制器，油压差控制器.电子热保护根据安装在电机绕组内的温度探头感知的绕组温度的高低，发出一个开关信号，当温度高于设定值时断开控制回路，则接通控制回路，主要防止因绕组温度过高而导致的压缩机故障。安装在压缩机吸气侧的低压开关主要用于：当系统进入机械后备状态时，根据吸气压力的高低来控制压缩机的开/停。安装在压缩机排气侧的高压开关则用于：当排气压力超过上限设定值时断开控制回路，停止压缩机的运行，防止由于排气压力过高而造成的压缩机故障。油位控制器：当压缩机的瑞滑油供应不上时（系统油位低于某一设定值时）断开控制回路，停止压缩机的运行，可以有效防止压缩机因缺油干磨导致的损坏。油压差控制器.用于监测半封闭压缩机高低压腔油压差，当油压差太小时将出现润滑油供应不上，影响压缩机的润滑，将导致压缩机干磨。还有监视系统供电电源的相序保护器。

    输出部分：通过中间继电器控制压缩机和报警。

    一方面，主机通过RS422接口与触模屏（图形操作终端F940GOT）连接，触模屏作为一种人机接口，可以通过它进行系统参数的设定，系统运行工况的监视等等。另一方面，主机通过RS232接口与调制解调器连接，通过公用电话网，把系统参数，系统运行工况传送到远方的计算机以便于进行远程的监控和远程维护。

   四、控制软件的编制思路

   在控制软件编制之前，要搞清楚影响压缩机运行的各种因素，以及各种因素本身的特性和它们之间的相互关系，结合本控制器，影响压缩机运行的各种因素如下：

• 系统的吸气压力

• 系统的供电电压

• 三相电源的相序保护

• 压缩机的电子热保护

• 压缩机的低压开关

• 压缩机的高压开关

• 压缩机的油位控制器

• 压缩机的油压差控制器

   正常情况下，在设备安装完毕后应校正三相电源的相序，保证三相电源的相序是正确的；系统的供电电压应处于正常范围内（线电压为交流380V±15%）。当压缩机的电子热保护探测到的绕组温度正常，压缩机的排气压力低于设定值，压缩机的油位正常，压缩机的油压差控制在必要的范围内，此时当系统的吸气压力高于设定值时，压缩机即可以开机运行。

   在设备运行过程中，三相电源的相序是不变的，当系统的供电电压超出正常范围（线电压为交流380V±15%）时，控制器将发出电压故障报警信号，将停止所有正在运行的压缩机，提醒值班人员检查系统电源供电情况，直到解除故障。

   在设备运行过程中，无论压缩机的电子热保护，压缩机的高压开关，压缩机的油位控制器，压缩机的油压差控制器那一个出现故障，都可以随时停止相应的压缩机；当故障解除后，相应的压缩机即可根据控制器的需要随时投入运行。

   压缩机的低压开关主要用于机械后备。当主控制器故障时将让出控制权，由压缩机的低压开关控制系统继续运行，以保持制冷系统正常工作，避免因主控制器故障而导致整个制冷系统停止工作。

   五、人机界面的设计

   人机界面采用三菱公司的图形操作终端：F940GOT—LWD。在进行人机界面的画面设计之前应该了解系统要监视和操作的内容，这里我们要监视系统的吸气压力，压缩机的运行状况（即目前压缩机是运行状态还是停机状态，自动运行状态还是强制运行状态），系统电源电压，各台压缩机运行时间等等。还要设计运行参数设置的画面和手动操作的画面，以及系统故障后的报警画面和报警解除画面，报警记录和运行记录的清除画面。

   在主菜单画面中，显示了系统操作的一级菜单，它包括厂商信息，运行显示，运行记录，报警记录，参数设置，系统维护等画面。

    在厂商信息画面中，记录了本软件的研发背景和公司的简单介绍。

   在运行显示画面中，可以监视系统的吸气压力，压缩机的运行工况，系统电源电压及系统时间，日期，还可以显示系统目前是自动运行状态还是强制运行状态。

   在运行记录画面中，记录了低温系统和中温系统中各台压缩机详细的运行时间和本记录开始时间。本记录开始时间以年，月，日，时，分，的形式显示，压缩机的运行时间以 时，分，的形式显示。

   在报警记录画面中，记录了报警的历史记录和当前正在进行的报警，以及各种报警的频率和报警提示信号，在此画面中可以解除正在进行的报警的音响信号。

   在参数设置画面中，可以对系统运行的基本参数进行设置，它包括调试阶段部报警的时间，压力和电压报警的延时时间，故障判断时间，压缩机的开机间隔时间；压缩机的台数，系统压力设定点，系统压力波动范围和压力上下限报警设定值等等。

   在系统维护画面中，可以对系统运行进行人工干预（强制操作），可以强制开启某一台压缩机，或者强制停止某一台压缩机；在系统维护画面中，还可以对系统运行记录和报警记录进行清除操作。在此画面中为了防止误操作，特意设置了防误程序。还设计了三级密码，用以限制用户的越级操作。

    由于本软件采用中文界面，语言简洁，操作简单方便，受到了广大用户的好评。

   六、SCADA监控软件的设计

   监控软件的设计有二种方案：一种是通过RS485与主机连接实现设备的当地监控，另一种是通过调制解调器（MODEM），公用电话网，调制解调器（MODEM）与主机连接实现设备的远程监控。当地监控主要用于用户的日常监控，远程监控主要用于设备隐患的预防和设备故障的快速定位及修复。监控画面的设计与人机界面的设计类似。用全中文共控组态软件MCGS做开发平台。

   七、结束语

    本文旨在探讨和研究用PLC,触模屏，计算机构成的网络之间的数据通讯和商用制冷系统的监视与控制方案，为同类系统的设计和实现提供了一种方便，快捷的工程组态方案。

一、 引言

在现代工业控制系统中，PLC和变频器的综合应用为普遍。比较传统的应用一般是使用PLC的输出接点驱动中间继电器来控制变频器的启动、停止或是多段速，采用PLC加D/A扩展模块控制变频器的频率。采用D/A扩展模块控制变频器的频率时，容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。从经济的角度来考虑，当需要控制多台变频器时，如果采用D/A扩展模块，成本将是使用RS-485通讯的多倍，例如：一块FX2N-2DA（两路模拟量输出模块）价格在1000元以上，而一块FX2N-485BD（FX系列的485通讯板）价格在200元左右。而使用RS-485通讯控制，很容易实现多变频器之间的同步和比例联动运行。该系统具有成本低、信号精度高（可达变频器高分辨率）、传输距离远、抗干扰性强等特点。

二、系统配置

　　胶辊机械控制系统共使用3台变频器，分别控制行走小车，主轴，挤出机的速度。要求分为自动/手动控制，触摸屏界面为开机界面手动、自动和手动/自动选择四个界面；自动　状态时通过在触摸屏上选择不同的比例来控制3台变频器的频率和起停；手动状态时可以单独操作三台变频器的正反转和频率。

三、系统硬件组成和连接

　　根据该系统的控制要求，选用以下器件：

　　1． PLC选用日本三菱公司FX1N-14MR；

　　2． PLC485通讯扩展板FX1N-485-BD（同变频器作通讯用）；

　　3． 触摸屏为WEINVIEW MT500 5.7寸256色触摸屏；

　　4． 触摸屏同的PLC连接电缆；

　　5． 变频器采用我公司自主研发的正弦SINE003系列变频器，具有低频转距大，带载　　　　　　　　

　　　　能力强，保护功能完善等特点；

四、通讯协议

　　正弦变频器内置标准RS-485通讯接口，其通讯协议格式如下表：

表1 发送、接收数据包格式

协议格式解释：

数据包头：02H（数据包头的起始字节）

从机地址：变频器为从机，变频器的本机地址即为PLC通讯的从机地址，由变频器的参数设定（主机为工控计算机或PLC可编程序控制器等）。

状态代码：从机变频器的状态代码。即参数设定状态、运行状态、停车状态、故障状态和 工厂测试状态。

状态代码：主机发送的命令代码，对从机进行相应的操作，如点动、启动、停车、读数据、写数据、清除故障等。。

数据地址：即变频器功能代码的地址（通讯）编号。

数据信息：数据信息的定义，范围：0-32000。无小数点，如：若功能代码内容为10.00，发送的数据为1000，若为50.0则为500。发送方式：先发高字节，再发低字节，将数据信息双字节的高4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送。

异或校验：数据含义：数据帧从机地址至数据信息的异或结果。既第2字节第3字节异或的结果与，再与第4字节异或，以此类推至第13字节。处理结果：当校验结果小于等于1FH，则校验结果加20H。

数据包尾：03H（数据包的结束字节）

（从机地址、状态代码、状态代码、异或校验的发送方式：将命令代码的高 4位和低4位拆分并转换为ASCII码，先高后低发送）

五、采用三菱FX1N系列PLC的通讯程序实例如下：

图3 PLC通讯程序实例

六、变频器参数设定

　　1． 控制小车的变频器：

F1.01=2（端子控制正/反转，RUN端子ON/OFF控制正转/停止，F/R端子控制反转/停止）。

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=1（本机通讯站号设为1#）

　　2． 控制主轴的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=2（本机通讯站号设为2#）

　　3． 控制小车的变频器：

F1.02=13（485计算机输入有效），F4.11=3（本机通讯站号设为3#）

七、结束语

　　采用PLC同变频器通讯，具有接线简单，控制精度高，成本低等特点，特别适合对多台变频器的同步、比例联动以及对变频器频率精度要求比较高的场合。

　　参考文献：1．三菱微型可编程控制器FX系列编程手册。

　2．三菱微型可编程控制器FX通讯用户手册。

　3．正弦SINE003系列变频器使用说明书。

　4．正弦SINE003系列变频器计算机通讯协议。

 在制造业现代化高速发展的，生产的高效率和产品的高质量要求使得一些高精度电气系统和高性能自动控制系统应运而生，也使许多普通电气控制系统难以解决的问题变得相对的简单一些，并且在很大程度上增加了自动控制系统的稳定性。三菱电机有限公司目前推出的Q系列PLC以及Q系列运动控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是专门针对需要高精度电气控制的产品。下面对Q系列PLC以及Q系列运动控制器系统和三菱驱动伺服（MR-J2S-口B）以及机械结构介绍如下:

连轴压模设备工艺
工艺简介
    该设备是压模生产厂家自行开发的三轴伺服高速高精度同步连轴压模机组。但根据加工不同产品和相应的工艺以及控制精度的需要，该设备实际由5个伺服轴和1个变频主轴组成。中间3个伺服轴为连轴同步轴。在中间三轴伺服同步连轴压模机组前后分别有1个伺服放料轴和伺服收料控制轴，分别用于在自动控制过程中的放料动作和收料动作。压模的模具由变频主轴直接驱动，由于压模模具下压进行压模加工动作时，被加工的物料必须静止地保持在加工台面上才能保证加工物料的高精度和高稳定性。系统的生产过程中，被加工的物料动作并不是连续的;而是断续的。经过一高速高精度定位后就静止停在被加工台面上等待压模动作。这样一来加工的物料之间有张力但很难被准确检测出来，这就增加了控制的难度。于是在三轴伺服同步连轴压模机组前后的伺服放料轴和伺服收料控制轴分别加了位置检测开关，用来模糊控制放料和收料之间的张力，而没有采用压力传感器来检测压力进行控制张力。其系统工艺控制图如图1:

图1 系统工艺控制图

工艺动作说明
    如图1，当整个系统初启动时，变频主轴得到启动命令旋转起来，并负责给模具一和模具二直接提供动力驱动。在变频主轴的轴承上套轴连接了一个高速光电位置检测开关，用于检测变频主轴的旋转次数，也就说变频主轴每旋转一转，高速光电位置检测开关就给出一个高速脉冲信号给Q-PLC。Q-PLC将其传送给运动控制器。运动控制器利用这一个高速光电脉冲信号作为同步一、二、三轴的位置同步控制启动信号。进行高速同步定位控制，高速同步定位控完成后。由Q-PLC程序控制过程中输出一个定位完成信号，定位完成信号作为模具一和模具二的向下压模动作启动信号，压模动作动作完成后，模具一和模具二自动返回。等待下一个周期的到来。
系统控制部分启动时时序图
    系统控制部分启动时时序图见图2所示

图2  系统控制部分启动时时序图

放料轴收料轴控制
    放料轴和收料轴则采用速度控制，放料轴检测到物带在检测一位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测二位置时，则停止速度控制。收料轴也采用速度控制，收料轴检测到物带在检测二位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测一位置时，则停止速度控制。利用这样方式可以不考虑放料和收料轴的半径的改变。

系统硬件配置
    该系统采用了三菱公司的Q系列PLC（Q02CPU）和MOTION运动控制器（Q172CPUN）作为整个系统的电气控制部分。Q02CPU主要用于协调整个控制程序的运行和管理，Q172CPUN运动控制器作为系统的运动控制处理器，协调和控制整个系统的运动定位控制。A970GOT-TBA-CH人机界面主要用于控制数据的输入和显示。如图3所示。

图3  系统硬件配置图

    伺服放大器采用了三菱电机MR-J2S-40B，该伺服放大器具有SSCNET高速串行总线通讯完全同步功能，控制器和伺服放大器之间的通讯循环时间长为0.888ms。这样一来可以确保整个系统的高速响应和控制精度。

Q系列的运动控制器的功能
    Q系列的运动控制器采用运动SFC专用编程软件编程，如图4所示。该软件采用流程图形式编程。编程介面形象、直观、易懂。十分适合初学者使用。并且其功能强大。主要分为实模式和虚模式二种形式。  

图4  SFC专用编程软件系统配置图 

实模式
    实模式下提供了6种原点回归方式:
    近点DOG型;计数型;数据设置型;DOG支架型;停止器停止型;限位开关混合型。
    在实模式下还有各轴JOG操作功能以及多种速度控制功能和多种定位控制功能，并且实现多四轴插补控制。

虚模式
    虚模式下提供了多种传递模块和输出模块。其中传递模块有以下四种:
    齿轮输入模块;离合器输入模块;变速机输入模块;变速齿轮输入模块。

输出模块有以下四种:
    滚简输出模块;滚珠丝杆输出模块; 回转台输出模块;凸轮输出模块。
    在虚模式下可以设置虚模电机进行多轴同步控制。其控制图如如图5所示:

图5 三轴同步虚模式机械控制图

    图5中V.1电机为虚拟电机。可以通过虚模式程式对其进行速度控制和定位控制，从而实现其虚轴上的3个电机的高速高精度同步控制。
    在Q系列运动控制器的SFC专用编程软件编程过程中实模式和虚模式很容易地被用户切换。可以灵活地现实多功能的复杂控制。

调试和用户反馈
    当客户将电气设备和机械设备安装完毕后，经检查无接线错误后次上电，伺服电机动作并不是很理想，个别电机有轻微的抖动。可以用SETUP161E调试软件进行细致的调试。增加其滤波功能，提高伺服电机的响应频率。确保整个系统高速、稳定地运行。