西门子6ES7231-0HF22-0XA0产品规格
引言
由于GDX2机投入生产已经十多年，接近其使用寿命，也进入了故障多发期，如何及时迅速的查找故障及进行零配件的备件工作，影响到整个企业的生产效益，成为技术人员面临的一大问题。由于当时技术的限制，部分机器的控制电路基本由继电器、接触器、分立元件的逻辑线路卡板等组成，电路复杂，故障检测比较麻烦，并且很多专用逻辑卡板在国内不宜买到，需要直接向意大利GD公司定购，前几年GD公司就已经通知烟厂不再提供老式电控系统备件，逻辑控制的机器不能进行数采联网，不能满足现代化生产管理的需要。早期GD包装机电控改造成为方向。随着技术的发展，可编程控制器(PLC)在分布式系统中得到了广泛的应用，技术也趋于成熟，非常适合于卷烟工业。
工业控制从早期的就地控制、集中控制，已经发展到现在的集散控制(DCS)，在过去的20年中，过程工业对DCS系统及相关的仪表装置进行了大量的投入，DCS系统的应用结果得到了用户的肯定。4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的本质特点，这是控制系统和仪表装置发展的一大进步。现在，数字化和网络化成为当今控制网络发展的主要方向。人们意识到传统的模拟信号只能提供原始的测量和控制信息，而智能变送器在4-20mA信号之上附加信息的能力又受其低通信速率的制约，对整个过程控制系统的机制进行数字化和网络化，应是其发展的必然趋势。
现场总线在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通信链接。现场总线的出现促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现场控制的功能更加强大。这一改进带来了过程控制系统的开放性，使系统成为具有测量、控制、执行和过程诊断的综合能力的控制网络。
在2000年1月宣布的IEC61158中，将八种总线(FF的H1、FF-HSE、PROFIBUS、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、ControlNet、SwiftNet)均列入，由于INTERBUS总线具有庞大的成员机构和良好的开放性，传输效率较高，并具有良好的故障诊断功能，决定选用此种总线作为现场总线。总线性能选型参见附表:
附表 总线性表选型表
2技改方案的实施
近期GD公司向国内相关烟厂推介早期GD包装机电控改造的方案，但改造工期较长，价格昂贵。国内也有系统集成商可以承担PLC电控改造工作，工期较短，价格低，这些公司PLC技术理论没有问题，但因为他们对设备原理和工艺流程不够熟悉，改造后不一定达到佳效果。针对该问题，由设备科和车间熟悉GD机的电气人员组成研讨小组，从成本、资金、技术力量、工程经验等多个角度进行综合考证，后选择南京大树智能科技公司来承担该项技改任务。
根据技改的目标和实际情况，决定对某些实时性要求高、响应快的传感单元采用点对点的网络结构，而大多数响应信号采用基于INTERBUS总线的网络结构。关于这两种结构的控制网络特点如图1和图2所示，改造后的PLC网络结构如图3所示。这种采用混合结构改造的工控网络实现了两者的优劣互补，高效的满足了实际生产的要求，为生产过程网络化奠定了基础。
图1 PLC点对点网络
图2 基于INTERBUS总线的网络结构
图3 改造后的控制网络结构
在改造的过程中，GDX2原先很多分离的控制系统得到了很好的集成或者改造，变化如下:
(1) 用S7-400 PLC作为控制系统核心，取代所有逻辑线路卡板及部分中间继电器。
(2)加装的质量在线检测装置玻璃纸偏移检测、玻璃纸松散、小包美容器、条盒美容器等由原先单独的微处理器控制更集中到PLC控制，有利于结构的简化和故障诊断。
(3) 将机器上加热管换成110V，取消温控器，由功能模块FM455S实现温度的PID控制。
(4)原来的GDX2下烟库机械触点式检测器更改为光电式检测器(ZN0239)，该传感器的大优点是非接触式，对烟支无拍打冲击，减少了空头烟支的发生机率，也减少了因机械接触可能对烟支造成的损坏。
(5)原先的机械式烟支检测器也更换为光电式烟支检测器(ZN0228)，由于该装置采用ATNEL公司的单片机89C52为控制核心，具备检测灵敏、采样速率高(单路信号可达到1.2μs)、调节方便等优点，可以检测空头、缺嘴、缺支及倒支。
(6)GDX2采用的直流碳刷电机改为交流变频控制电机，减少了设备维护工作量，并且运行性能有了tigao，将原来凸轮装置检测相位机构更换为值式光电编码器进行相位检测，采用9位格雷码，分辨精度达到0.7°。
(7)烟库搅拌电机改为NTL-M系列稀土永磁无刷伺服电机，该电机采用高性能稀土永磁(SMCO)，具有定位jingque、调速范围宽、过载能力强、高效节能的特点。
INTERBUS总线具有现场诊断功能，这也是采用该种总线的缘由之一。在外界设备模块(PCP)出现故障时，总线适配器会停止运行，启动诊断程序，采用主控访问模式，对外围网络发送诊断数据测试每个PCP是否正常，如果检测到某个PCP出现故障时，适配器会显示该PCP的设备号，如图4所示:
图4 INTERBUS适调器的检测功能
3结束语
GDX2在PLC技改后，经过五个月的运行，生产状况良好，平稳性能有tigao，故障率降低，现将技改后的效果如下，以供同行参考。
系统的电气维护工作简化。改造前系统有两个电柜，改造后只有一个电柜，各种线路大大简化:大量的逻辑运算、定时、脉冲电路被转化为PLC内部的软件处理，控制柜中所有的专用卡板、温控表也被PLC取代，技改后的电柜变得简洁有序，控制逻辑清晰，并且INTERBUS总线和PLC模块都具有诊断功能，这些诊断信息有利于故障的快速定位与诊断。故障检查思路自然比较清晰明了，基本可以遵循以下思路:检查线路通讯是否正常，检查相关的传感器和执行器是否正常，后检查PLC程序。
配件工作简化。电柜的配件由原来的几百种简化为现在的7大类(PLC模块、制动电阻、编码器、光耦、接触器、滤波器、变压器、空气开关、继电器、断路器)，很多原先国内不方便购买的卡板被取代，技改后的原配件在国内都可以采购。
机器工作的可靠性tigao。因为系统采用PLC为控制核心，它不存在磨损和消耗问题，执行速度和灵敏度也得到了电气级的保证。
系统的联网监控和整个工厂联网变得易于实施。PLC模块可以方便的通过接口卡连入INTERNET网络，为以后的数据交换提供了方便
一，前沿
商场营业厅等大型公众室内建筑空调新风系统为人群提供舒适健康购物环境，但也会消耗着大量的能源。如何有效地解决这个问题，就需将环境对人的影响进行分析。资料显示，室内空调计算温度与耗能量有直接的关系，通过合理的设定室内空调的运行参数，既可以满足人体对环境健康性要求的又可以达到节能的目的，降低空调系统运行时间，节约费用。其中二氧化碳CO2是衡量空气质量的重要指标，为了在节能的提供适宜空气环境，需对CO2进行监测与调节。本文以某3层商场中央空调系统作为设计案例。
商场中央空调系统主要负责卖场楼层的冷暖供给，其中下层主要为商铺和车库，其它楼层为卖场区域。因卖场商品分区摆放，各区域功能不同，造成人流密度分布不均，导致各区域温度与CO2浓度差异，考虑到超市空调为悬挂式安装，冷（暖）风分区供给、就地回风，本系统采用通过DeviceNet现场总线网络进行区域控制、局部微调、集中管理的控制策略。商场的特点是不间、不段人liuliang差异较大，温度以及CO2浓度也伴随人liuliang的变化而变化，如人liuliang在、节假日增多，温度、CO2浓度也相对较高，平时相对较少。项目设计要求控制系统根据现场环境对温度、CO2 浓度自动调节。
2 商场中央空调自动化系统
2.1总体结构设计
项目选用台达机电自动化技术平台集成实现。根据空调机组分布特点，对于CO2浓度和室内温度采用区域控制。冷（热）水和风机采用VWV（变水量空调系统）、VAV（变风量空调系统）混合控制模式，由此达到舒适和节能目的。整个大楼共分为三层，一层3台AHU（空调机组），二层3台AHU，三层2台AHU、1台PAH，每层都由不同的功能区域组成。所有AHU和PAH（柜式空气处理机组）由1台总控制器来负责整体控制。每台AHU、PAH都有1台各自独立的控制箱。整体架构如图1所示。
图1 空调自动化系统整体结构
2.2 总控制器结构
总控制器主要由台达触摸屏、PLC以及DVPDNET主站模块构成。总控制器通过台达的DeviceNet总线与现场控制器通讯，进行数据交换。触摸屏通过RS485总线以MODBUS协议与总控制器通讯，监视各台AHU的运行状态。现场控制器的温度与CO2浓度可以通过总控制器的触摸屏来设定，设定好的数据通过DeviceNet通讯分发给各现场控制器。通过台达DVPDNET主站模块对整个网络进行管理，并通过人机界面显示各网络节点的状态。当网络上的节点发生异常时，相应的指示灯点亮。实时显示主站模块的状态，当主站模块发生错误时，显示主站模块的错误代码。
2.3 现场控制器
现场控制器主要由台达MODBUS/DeviceNet转换模块DNA02、PLC、变频器、接触器等部件构成。现场控制器接受总控制器的温度、CO2浓度设定指令。现场控制器之间还可以通过总控制器实现数据共享，将采集到的温度、CO2浓度等信号传送给与该区域相关的其他现场控制器。现场控制器控制AHU、PAH空调机的风机转速、冷（热）水阀门开度和新风阀开度来调节室内温度和CO2浓度。
2.4 AHU的控制流程
空调机组AHU操作箱可以选择自动控制或手动控制。自动控制时，现场温度及CO2浓度由台达PLC智能控制在允许的设定范围内；当操作箱出现故障时（如传感器损坏、出现通讯故障等），可以选择将变频器以固定频率运行或者工频运行，以便检修。
2.5 对于CO2的浓度和人liuliang的处理
在卖场中，根据空间区域布置CO2传感器位置，主要在人员集中密集处采集CO2浓度值。CO2传感器就近接线于现场控制箱的PLC，此信号经过集中控制器发送给本区域相关的空气处理机组的控制器，由各台AHU通过调整新风阀门开度来引进新风量，调节室内CO2浓度。新风阀门的开度的大小是通过CO2浓度、室外温度的目标值依据其权重的大小来进行PID控制的。
2.6 火警连锁
系统与安防系统连动，当发生火警时，总控制器上人机出现报警画面，空调机停止工作，水阀、风阀关闭，排烟系统启动，排出烟雾。本系统提供一个干接点与安防系统连动。
3 DeviceNet网络配置设计
按照表1分别对网络上的节点进行设置。使用DeviceNet网络配置工具配置网络。
表1 网络节点设置
3.1 DeviceNet从站配置
（1）打开DeviceNetBuilder软件，软件界面如下所示。 （3）在此对计算机与SV主机的通讯参数进行设置。如”通讯端口”、”通讯地址”、”通讯速率”、”通讯格式”。设置正确后，点击『确定』按钮，返回主界面。
（4）选择『网络（N）』菜单点『在线』指令。
（5）弹出下所示窗口：
（9）在此对VFD-F变频器的识别参数以及IO信息进行确认。确认配置无误后，点击『确定』按钮。返回主界面。
其它从站（如PLC等）的配置与节点1操作步骤类似，这里不再赘述。
3.2 DVPDNET主站模块（主站）的配置
（1）双击DNET Scanner（节点0）的图标，弹出” 主站模块配置…”对话框，可以看到左边的列表里有当前可用节点VFD-FDrives 230V 50HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-F Drives 230V20HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-M Drives 230V 5HP，DVP-SS/SA/EH PLC……。右边有一个空的”扫描列表”：
DeviceNet从站→DVPDNET-SL主站模块
当扫描列表中的节点正常时，相应的位为OFF状态，当扫描列表中的节点发生异常时，相应的位为ON状态。用户通过监控D6036的内容实时获取主站模块的状态信息。当主站模块正常工作时，D6036的内容为0；当主站模块处于初始化时，D6036高字节内容为1，低字节内容为0；当主站模块发生错误时，D6036高字节内容为2，错误的详细信息参考D6036低字节的错误代码：
4.4 DeviceNet现场总线控制系统特点
与传统的控制系统相比，基于现场总线产品的空调系统具有以下特点：
（1）布线简单，节省安装费用。DeviceNet通过一根通讯线实现整个网络各节点之间的通讯，相对于传统的点对点控制系统，节省大量的电缆，缩短的安装时间，降低了安装费用。
（2）可靠性高。DeviceNet通过一根通讯线控制整个网络。主站模块对整个网络实时监控，通过监控主站模块，能够迅速的获知发生故障的节点设备，便于快速排除故障；当网络上的某一节点发生故障，不会影响其它节点的正常工作。
5 结束语
中央空调系统采用DeviceNet现场总线控制技术，便于安装和调试，极大tigao了控制系统的可靠性和实时性。DeviceNet现场总线适用于电器设备和控制设备的设备级网络控制。现场总线的显著优点决定着其广泛应用将成为未来控制领域的发展趋势。