6ES7223-1PH22-0XA8参数选型
1引言
某乙烯厂聚丙烯装置TS2/060-B2型氮气压缩机是意大利SIADMACCHINEIMPIANTI公司生产的往复式压缩机，主要用于对常压氮气增压以满足工艺系统需求。由于压缩机投用多年再加上恶劣的现场环境，原控制系统经常出现故障，严重影响了装置的正常运行，急需改造。
2工艺过程与旧控制系统老化问题
从界区来的常压氮气由级气缸吸入，被压缩，送入冷却器和冷凝分离器，在分离器中湿的气体由换热器除去冷凝水，冷凝水必须经合适的阀门进行周期性的排泄。压缩、冷却，干燥后气体送至下一级，同样的循环在每一级进行。常压氮气经氮气压缩机压缩后，高压氮气供主催化剂输送用，高高压氮气通过管线与工艺系统连通，供工艺系统气密用。高压氮气送入缓冲罐中，压力为1.0Mp。高高压氮气压力为3.7Mp。氮气压缩机必须在有润滑油润滑时工作，润滑油由润滑油泵提供，设定一个润滑油低压压力开关PSL646为3.5bar，低低压压力开关PSLL649为3bar,使压缩机不在无润滑油时工作。
机组控制系统主要由位于现场控制盘内的5块单片机电路板与部分继电器组成，完成机组的启动、停车、报警、联锁等。由于多年来一直未曾使用，控制系统中单片机电路板出现了部分锈蚀，元件运行极不稳定，如吸入口压力低报PSL640信号输入后，无输出报警信号；PALL641、PAHH645、PAHH643、TAHH642在无输入信号的情况下，偶尔出现报警，其报警会引起联锁停车，而原单片机电路板无法购买到，迫切需要改造。改造为性能稳定、成本低廉的S7-200PLC控制系统。
3PLC控制系统硬件配置
选用S7-200PLC的型号为CPU226DC/DC/DC24输入/16输出，订货号为6ES7216-2AD22-0XB0；选用扩展模块的型号为EM22324VDC数字组合8输入/8输出，订货号为6ES7223-1BH22-0XA0，继电器用原系统中已有的。利用STEP7-Micro/WINV4.0软件强大的功能编制程序，通过PC/PPI电缆将程序下载到S7-200PLC中。I/O地址分配如附表所示。
附表I/O地址分配
4PLC控制系统软件设计
根据原控制系统的逻辑关系在STEP7-Micro/WINV4.0环境下设计了PLC梯形图，下面说明了一些主要程序的设计方法。
4.1滑油压力信号、累积报警和停车程序
K24为一接通延时继电器，延时时间为15秒。当氮气压缩机停止时，继电器K24线圈断开，K24的常闭触点闭合，内部继电器M1.0、M1.1接通，M1.0、M1.1的常开触点闭合，由于原控制系统中的压力开关、温度开关都是触点断开报警，氮气压缩机停止时油泵润滑油的压力非常低，也不会产生报警，即PAL646、PALL649灯都是熄灭状态。当氮气压缩机运行时，K24接通，延时15秒后，K24常闭触点断开，M1.0线圈的通断由润滑油压力低报开关PSL646控制，M1.1线圈的通断由润滑油压力低低报开关PSLL649控制。在PLC上电后，正常状态下，PSL646、PSLL649的触点都是闭合的，M1.0、M1.0都是接通的，不会产生报警。当PSL646、PSLL649中有一个或都在报警状态时，报警开关的触点断开，就会产生报警。为此，内部继电器M1.0和M1.0的常开触点可以看作报警点来设计累积报警和联锁停车。
不会危机设备安全但设备已经在不正常状态下工作时的报警开关设置为累积报警，当这些报警开关中有一个产生报警，QA641断开，在DCS上产生累积报警；危机设备安全的报警开关设置为累积停车，当这些报警开关中有一个产生报警，QA642断开，在DCS上产生联锁停车。润滑油压力信号、累积报警和累积停车程序梯形图如图1所示。
图1油泵润滑油压力信号、累积报警和累积停车梯形图
4.2报警确认、试灯和消音程序
报警确认、试灯和消音按钮是本控制程序必不可少的，由于所有的报警点的程序设计方法一样，下面仅以PSL640为例分别介绍。
（1）报警确认与试灯程序的设计。应用西门子PLC内部定时器T33和T34产生一个闪烁信号，当PSL640报警后，PAL640闪烁，按下S9确认后，如果PSL640处于报警状态，则PAL640一直亮，报警恢复则灭；如果报警后未按下S9确认，无论是否还在报警状态，则PAL640一直闪烁，直到按以下S9。S8为试灯按钮，按下S8则灯亮。如图2所示。
图2报警确认和试灯梯形图
（2）报警与消音程序的设计。当PSL640报警后，K44输出，喇叭响，按下消音按钮S10后，停响；如果未按下S10，报警恢复正常，但喇叭仍响，直到按一下S10按钮才停响。见图3。
图3报警、消音梯形图
5结束语
西门子S7-200系列PLC功能强大，配置灵活，工程设计简单、方便，在恶劣的环境下能运行稳定，极适合在石油化工现场装置控制系统中应用。改造后的系统投入运行后可靠性高，故障率低，控制jingque，减少了维护人员的工作量，大大地tigao了经济效益。
二、 系统框图
根据宁波盈展精密薄板有限公司的实际情况及工艺要求，系统采用当今世界上流行的并成熟的由工作站计算机（IPC）与现场控制器（PLC）结合组成的集散控制系统。该系统的硬件和软件具有开放性、多层次性、模块化结构的特点和强大的扩充能力及容错性。系统由上位机工作站和现场PLC控制站二级组成，以实现集中监测管理和分散控制。这样克服了集中控制系统危险度集中、可靠性差、不易扩展和控制电缆用量大等缺陷,实现了信息、调度、管理上的集中和功能及控制危险上的分散。当上位工作站计算机出现故障，PLC站能独立、稳定工作，从根本上tigao了系统可靠性。
根据设备安装位置及工艺流程的要求,电气系统分上位机和下位机两大部分,上位机采用研华的工控机,下位机系统分为主控制柜和控制线路柜以及电力负荷开关柜.控制线路柜装有一台可编程序控制器用于监控各工艺流程、设备的实时运行情况及状态,对液位、压力、liuliang、水质等工艺参数的采集和显示以及控制参数的设定.控制线路柜装有可编程序控制器,用来作为对各点数据的采集并通过Modbus通讯协议与主控室的上位机和可编程控制器通讯,在主控室的上位机PC机通过组态软件（MCGS）对设备的现场状况进行显示，以达到异地控制模式人机互动的效果。
三、系统组成
1、工作站计算机
•；工作站计算机选用台湾研华（IP610P）工业计算机P42.8/80G/1G/19”LCD/CP202I。
•； 操作系统：中文MICROSOFT bbbbbbS/9X、bbbbbbS/NT；
•；工控组态软件：采用国产MCGS工控组态软件（1024点,开发运行WIN98/NT版）。
•；MCGS版工控组态软件是由用于系统监视、监控和数据采集的工控软件。它可以运行于WinNT平台下。MCGS优化了OLE、ODBC和DDE技术,并结合了微软技术。它提供了面向对象的动画功能、图象、开放的数据库格式和DBF历史数据储存，从而改进了传统MMI功能。
2、PLC控制器
本系统所选现场控制器为奥地利贝加莱工业自动化有限公司（PCC2005）系列可编程计算机控制器，PCC2005控制器有强大的运算及PID计算功能，保证精密计算及高速度控制要求。贝加莱（B&R）是一家总部设在奥地利萨尔堡，生产和提供自动化和工业控制设备的跨国公司。她在欧洲、美洲、非洲和亚洲的50多个国家里都设有跨国分部和众多的合作伙伴。凭借在自动化领域多年的专致投入和丰富经验及世界的成千上万的控制系统，B&R因其超越的性能及技术而享誉业界。
四、控制对象描述
1、循环水处理系统
2、脱盐水处理系统
五、控制功能描述
控制方式分为自动、手动和停止三种；
手动操作方式下，可以通过现场的各个泵的控制按钮对整个水处理系统的各个单体设备进行打开、停止等操作。
自动操作方式下:
循环水处理系统控制功能：
1、 控制系统由计算机工作站IPC和PLC控制站组成
2、PLC控制站采用高性能的B&R公司的PCC2005系列CP676作为主CPU，计算机工作站与PLC采用RS485方式组成工业通讯网络，进行数据采集和交换，用户可在计算机工作站进行上观察现场设备的状态和数据，对PLC主控站进行参数设置和运行模式选择。
3、 PID调节
A. 回水liuliang具有PID调节功能,参考量为循环水出水liuliang
B. 旁流liuliang具有PID调节功能,参考量为旁流泵的出水liuliang
C. 变频器A/B都可以实现与出水压力的PID自动调节
4、 原水泵：手动开关,具有过载热保功能
5、 原水电磁阀：与原水泵同步，只要有一只原水泵打开，原水电磁阀自动打开，同样原水泵全部关闭时，电磁阀关闭。
6、 柴油泵：在系统故障失电的情况下，6秒内柴油泵自动启动（系统设计）。
7、 循环泵C/D：采用一个软启动进行切换,不可以启动,必须先启动一台并正常运转后10S,再启动另一台循环泵。
8、 冷却塔风机：手动开关，具有过载热保功能。
9、 旁流泵：手动开关，具有过载热保功能。
10、 压力的监测：在原水泵出口/出水口进行出水压力的监测，并设定报警限定值；
11、 liuliang的控制：在原水泵出口/出水口进行出水liuliang的监测，并设定报警限定值；
12、 所有的设备均有现场手动与计算机工作站点动开启功能。
13、 所有泵的运行状态、开停反馈、故障信息均回馈到计算机工作。
脱盐水处理系统功能：
1、 控制系统由计算机工作站IPC和PLC控制站组成
2、PLC控制站采用高性能的B&R公司的PCC-2005系列CP476作为主CPU，计算机工作站与PLC采用RS485方式组成工业通讯网络，进行数据采集和交换，用户可在计算机工作站进行上观察现场设备的状态和数据,对PLC主控站进行参数设置和运行模式选择。
3、 所有的设备均有现场手动与计算机工作站远控开启功能
4、 所有的泵都具有过载保护功能
5、 液位/liuliang/压力/温度/电导率等都可设定量程，并可设定相应的上/下限报警值
6、 浓水排放阀在系统开动的条件下，可设定工作在定时排污方式，也可选择人工干预方式。
7、 出水liuliang具有累计/清0/初始值初定等功能。
8、 高压泵高压/低压报警，当条件成立5秒时，将高压泵/原水泵关闭并恢复到手动状态，报警。
9、 混床高压报警，当条件成立5秒时，将增压泵关闭并恢复到手动状态，报警。
10、 纯水泵出口高压时（极限参数可设定），5秒后，将纯水泵全部关闭，并报警。
11、 部分控制功能：（参数可设定，=0时关闭此功能）
1引言
plc和变频器是自动化设备上常见的部件。其初的控制型式大多是用plc的i/o点和模拟量模块直接控制变频器的启停和实现调速，但这种控制方式有两大弊端，大的弊端是占用plc的i/o点和需要增加昂贵的模拟量模块，造成控制成本的增加。当被控制的变频器数量较多时，此弊端更是明显。第二个弊端是模拟量控制容易受干扰，传输距离也容易受限制。
近几年来自动化产品不断更新换代，性能不断tisheng，功能日益强大。在小型plc方面这个变化更加明显，现在的小型plc不仅执行速度大大tigao，指令功能日益丰富，更重要的是大都支持多种通讯协议，并提供了更多的通讯接口。大多的变频器也具有了rs485接口，也能支持多种通讯协议，常见的就是modbus协议。这种技术的进步为plc和变频器通讯的实现，提供了软件上的协议和硬件上的物理接口，从而为低成本高性能的通讯控制的实现打下了良好的基础。
2 通讯相关的基础知识
2.1 通讯协议communications protocol
通信协议是指通信双方的一种约定。这个约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。也叫做通信控制规程，或称传输控制规程。
modbus协议是工业控制器中使用较普遍的一种网络协议。通过此协议，各种控制器之间（比如plc、变频器、伺服驱动器、各种智能仪表）、控制器通过其它网络（比如以太网）和其它设备之间都可以通信交换信息。该协议定义了一个控制器可以识别的信息架构，从而使不同厂商生产的支持此协议的各种工控产品可以连接到一个网络上进行集中控制和信息交换。
2.2 rs485接口的特点
rs485接口是在大家熟知的rs232接口的基础上推出的性能更优的一种串口。由于rs485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站功能等优点，它成为应用越来越广泛的串行接口。rs485接口组成的半双工网络一般只需二根屏蔽双绞电线，这为长距离的通讯线路节省了很多配线，降低了系统的成本。
3台达plc和变频器通讯功能的特点
台达的dvp系列plc都具有两个通讯口，com1是rs232，com2是rs485，支持modbusascii/rtu通讯格式，通讯速率高可达115200bps，两通讯口可以使用。无需用任何扩展模块就可以实现既可连接用于参数设置的人机界面又可用通讯的方式控制变频器等其它设备。并且dvp系列plc提供了针对modbusascii/rtu模式的专用通讯指令，这样在编写通讯程序时就可以大大简化，无需像用串行数据传送指令rs那样要进行复杂的校验码计算和遵循复杂的指令格式。
台达的vfd系列变频器内建有单独的rs485串联通讯界面，并且也遵循modbusascii/rtu通讯格式（vfd-a系列除外）。基与以上特点，台达的plc和变频器之间可以有三种方式的通讯控制。一是用串行通讯rs指令，但这种通讯方式要遵守特定的指令格式和进行复杂的校验计算，比较繁杂，本文不作说明。二是利用dvp系列plc提供的modbus专用通讯指令实现，这个功能适用于全系列的dvp系列plc。三是利用dvp系列plc的easyplcbbbb功能来实现，这个功能适用除es/ex/ss外的其它系列plc。本文就讲述以后两种方式的通讯功能的实现。
4实现plc和变频器通讯时的准备工作
4.1 plc相关通讯口通讯格式的设置方法
台达dvp系列plc的每一个通讯口都对应有相关的特殊寄存器d和特殊继电器m，以进行通讯相关的参数设置和信息的传送。本文中要使用的com2对应的主要特d特m及其意义见表1。
表1 特殊寄存器和特殊继电器的意义
表1中的d1120是16位的寄存器，通过程序设置此寄存器的数值，以便使plc的通讯协议与待通讯的从机协议一致。d1120中各数据位代表的意义如表2所示，使用delta的专用modbus通讯指令时d1120高8位的数据可以不设置，可以看作全为0。比如我们要用的通讯格式为：7位数据长、偶数、1位停止位（亦即常说的协议为：7e1），通讯速率为9600，则通过此图表我们可以知道d1120中的数据为：00000000 1000 0110，即d1120=h86。这样在编通讯程序时把h86写入d1120，set m1120，就设定好了plccom2口的通讯协议。
表2 d1120中各数据位代表
4.2 进行通讯时变频器需要设定的相关参数及需要使用的通迅地址
变频器需要设定的参数及说明见图表3。如果进行变频器的通讯控制时必需设定这些参数，并且设定值要和plc的d1120值设置一致。
表3 变频器需设置参数表
当plc对变频器通讯进行数据的写入和读出时，就需要知道变频器所定义的相关功能的地址。依据这些地址进行数据写入和读出，才能实现对变频器的控制和得到变频器的当前信息。vfd-m系列变频器定义的本通讯实例中需用到的字址及其意义如表4所示。根据此表可以知道，当需要变频器以20hz正向运转时，就只需在变频器通讯相关的参数字址2000h写入：00000000 0001 0010，即十六进制的h12或十进制的k18；在2001h中写入k2000。
表4 变频器的通讯参数字址定义
4.3 plc和变频器间的通信线的连接
变频器通讯接口各脚分布及定义如图1所示。当与plc进行rs485通讯时，仅需使用编号为3和4的脚，其中3脚和plc的rs485接口的－相连，4脚与rs485口的+相连即可。变频器接口为rj－11接口，和常用的电话机的接口是相同的，而plc端是普通接线端子埠，通讯线的制作非常简单，无需用专用接口焊接通讯线。笔者曾用从电话机上拆下的一段电话线实现了plc与变频器间的通讯。
图1 变频器rs-485接口各脚定义
5用modrw指令实现plc对变频器的通讯控制
modrw指令是dvp系列plc提供的modbus数据读写指令，此指令适于dvp全系列plc。可以利用低端的es主机完成与变频器的通讯控制，实现控制系统的佳性价比配合。本通讯实例就以es系列plc控制vfd-m变频器，以实现多段速的调速操作。
modrw指令格式为：modrw s1 s2 s3 sn。s1为联机装置的地址，与变频器通讯时即为参数p88的设置值。s2为通讯功能码，此指令支持三个功能码，即h03(读取多笔命令)、h06(单笔数据写入命令)、h10(多笔数据写入命令)。s3为欲读写的通讯从机的地址。s为欲读写的数据的存储地址。n是欲读写的数据长度，es系列plc当为ascii模式时此值设定范围是k1-k8，当为rtu模式时为k1-k16。
本通讯实例是利用plc对变频器进行多段速调速控制，以实现一个单轴定位操作。其实现过程是这样的，自动动作开始时，plc以通讯的方式让变频器带动电机高速运转，用plc的高速计数器接收机械运转的位置信息，通过对位置信息的判断，实现在接近设定位置时变频器带动电机减速运动，直到后位置到达时停止，以实现定位功能。实现此功能的plc程序主要分三个部分，其一是高速计数程序及比较输出，其二是根据高速计数器的比较输出准备待通讯的数据，其三就是通讯程序。部分不是本文讨论范围，第二部分和第三部分的例子程序见图2、图3。
图2 待通讯数据写入程序
图3 通讯程序
6 用easyplc bbbb功能实现plc与变频器的通讯
台达的plcbbbb功能是以modbus通讯协议为基础来进行数据读写，其特点是进行数据读写时不需要特殊应用指令，只需用mov指令进行数据交换。eh/eh2/svplc作主站时支持m1353=on，可启动32台bbbb功能及超过16笔读写功能；sa/sx/sc主机仅支持16台bbbb功能及16笔读写功能。但能控制16台主机的能力就足以应付大多简单控制系统。用plc实现bbbb功能时同样需要让主从设备的通讯口的通讯格式设置一致，所设置的方法同前文所述。
进行plc bbbb读写从站数据时，作为主站的plc其它需要设置的项目如表5所示。
表5 plc bbbb时需设置的寄存器
知道上述这些需要设置的数据，就可以编写plc与从机间实现bbbb功能的程序了。本例以saplc作主机控制vfd-m变频器实现上例所述之多段速控制功能。例子程序如图4、图5所示，变频器的设置及通讯线的连接和上例相同。图4为待通讯数据的写入，与上例一样，通过对高速计数器接收的位置信息的比较结果，写入相应数据，以调节变频器的输出频率和动作。图5为bbbb相关程序，其中m1351 on是启动bbbb为自动模式，m1350 on为bbbb功能开始。
图4 bbbb时待写入数据准备程序
图5 bbbb通讯程序
7 结束语
从两个通讯实例可以看出，台达的plc和变频器间实现高性能的通讯控制非常简单容易，且性价比极高，值得推广应用。但需要注意的是由于rs485口是半双工工作模式，当程序中有多条通讯程序段时，一定不能出现两个或以上的通讯程序被执行的情况