西门子6ES7214-2BD23-0XB8详细解读
1 引言
水源热泵空调系统是一种利用自然水源作为冷热源的空调系统，其核心技术是水源热泵技术。所谓水源热泵技术，是利用地球表面浅层水源所吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。河水、湖水、地下水等地球表面浅层水源吸收了太阳辐射的能量，水源的温度十分稳定。在夏季，水源热泵空调系统将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，可以高效地带走热量。在冬季，水源热泵空调系统从水源中提取能量，根据热泵原理，通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常，水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。由于水源热泵空调系统具有高效、节能和环保等优点，近年来得到了越来越多的应用[1][2]。
空调系统的控制主要分为继电器控制系统、直接数字式控制器（DDC）系统和可编程序控制器（PLC）系统等级几种。由于故障率高、系统复杂、功耗高等明显的缺点，继电器控制系统已逐渐被淘汰。DDC控制系统在智能化方面有了很大的发展，但由于其本身抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，从而限制了其应用。PLC控制系统以其运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著的优点，在智能建筑中得到了广泛的应用。为了提高空调系统的经济性、可靠性和可维护性，目前空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的PLC来进行控制[3]。
本文介绍和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC在水源热泵空调控制系统中的成功应用，说明了HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC可以很好地实现中央空调智能化控制，达到减少无效能耗、提高能源利用效率和保护空调设备的目的。
2 空调系统介绍
北京市某单位的办公楼采用水源热泵中央空调系统，总建筑面积8550m2，建筑高度20.5m，其中空调面积约6840m2。地下1层为各种设备房和操作间，地上1层为职工食堂、大厅和会议室，地上2～6层为商业办公用房。
室内温度和相对湿度等技术参数的设计要求如表1所示。水源热泵中央空调系统的设计制冷量为860kW，制热量为950kW。空调的主机系统由四台压缩机组成，水源水系统由取水井、渗水井和水处理设备组成。
表1 室内技术参数的设计要求
3 控制系统硬件设计
该水源热泵中央空调系统主要是根据蒸发器和冷凝器进出水温度的变化来控制4台压缩机的启停，使水温稳定在设定的范围内。4台压缩机分成A和B两组，每组各有2台压缩机。系统的I/O点分配如表2所示，其中开关量输入点6个，模拟量输入点4个，开关量输出点5个，模拟量输出点1个。
表2 系统的I/O点分配表
根据输入和输出的要求，该水源热泵中央空调系统的控制器选用和利时公司具有自主知识产权的HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点。模拟量输入模块选用四通道热电阻输入模块LM3312，模拟量输出模块选用两通道模拟量输出模块LM3320。PLC的人机界面选用EView触摸屏。PLC控制系统及相关设备的组成如图1所示，这些配置完全能够满足系统的要求[4][5]。
4 控制系统软件设计
控制系统的主要功能是对热泵进行自动启停，显示温度、压力、流量等运行参数，显示压缩机的工作状态，记录设备的运行时间和故障原因，实现对水源热泵中央空调系统的智能控制。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序可读性和减少程序代码，PLC程序采用了主程序调用功能块、功能块调用函数的程序结构。PLC程序由1个主程序、11个功能块子程序和1个函数组成，其调用关系如图2所示。程序编译码占用空间为30K。
程序设计的思路是，当PLC上电后，一直进行温度、压力、流量等运行参数的检测，这些检测主要在检测程序、故障程序和A/B组故障停机程序中完成。如果相关参数均无异常，则开机功能块子程序运行，启动压缩机。在开机过程中，进行温度判断。如果温度达到了设定值，则进入调节功能块子程序，停止开机功能块子程序，完成开机。根据温度的变化，调节功能块子程序控制压缩机的启停。变频器的控制则是通过调用加载程序和降载程序来实现。
在这些程序中，为了满足压缩机的使用要求，调节功能块子程序是繁琐的，例如压缩机的启动时间要小于30秒、压缩机每小时的启动次数不要超过5次等。为了平衡压缩机的运行时间，增加空调的使用寿命，传统的程序设计采用先启先停、先停先启、开机过程中启动次序轮换等控制方法，来协调压缩机的运行时间。如果本系统采用这种方法，则仍然存在某一台压缩机运行时间过长的问题。决定对传统方法进行改进，采用随机启停的控制方法代替先启先停、先停先启的控制方法，解决了压缩机的运行时间不平衡的问题。
人机界面选用EView触摸屏，首页如图3所示。输入密码后，点击功能菜单，在弹出的快捷窗口中，可以选择参数查询、运行时间、故障查询、运行状态、参数设定、调节显示、操作界面等子菜单，进行相关的操作和显示。
5 结论
采用传统的继电器控制系统来实现热泵的控制，由于机械接触点很多，接线复杂，参数调整不方便，机械接触点的工作频率低，容易损坏，可靠性差。采用直接数字式控制器（DDC）可以减少接线，可靠性有所提高，但由于DDC其本身的抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，越来越不能满足复杂多变的智能控制要求。
采用PLC来控制热泵系统，不仅可以通过编程实现复杂的逻辑控制，可以在很大程度上简化硬件接线，提高控制系统可靠性，用户操作界面友好，信息集程度高，便于实现智能控制。在热泵空调领域，PLC控制系统取代DDC控制系统是必然趋势。
一、概述
中国是纺织大国，纺织品靠，在国际上具有很强的竞争力，世界各地的消费者都喜欢中国产的纺织品。促成中国纺织品价廉物美有许多原因，其中，纺织机械性能优良，价格便宜，是重要原因之一。纺织机械厂在保证质量的情况下，挖潜、降成本，取得了许多可喜的成果。某纺织机械厂的FA609转杯纺纱机原采用国外品牌的PLC控制，成本很高，控制系统的成本一直降不下来。由于这两年，国产PLC突飞猛进的发展，从可靠性和性能方面都有了很大的进步。年初，该厂选用了国产品牌中不错的凯迪恩PLC应用在FA506型环锭细纱机，经过半年多的检验，客户反映很好。9月份，该厂又把凯迪恩PLC应用到FA609转杯纺纱机中，又获得成功。
二、工艺介绍
输送带启动，左转杯先启动，经过星三角切换后，左转杯启动完毕；再右转杯启动，经过星三角切换后，右转杯启动完毕；左右分梳辊启动，是引纱和喂棉启动，各设备都正常启动后，进入正常运行状态。停车时按停车按钮，左右纺杯，左右分梳，喂棉都停，延时，引纱停。引纱和喂棉要用变频器调速。
监测的参数有：左纺杯转速、右纺杯转速、左分梳转速、右分梳转速、引纱速度、喂棉速度。
通过监测到的参数，要计算出以下参数：牵伸倍数、细纱捻度、细纱号数。
设定的参数有：星角切换时间、喂棉预停时间、棉条号数。
三、控制介绍
经过对工艺过程的透切分析，输送带没进PLC，靠按钮控制，排杂是靠左右纺杯接触器的常开点控制。手动部分移到了文本屏上操作。这样PLC选用KDN-K306-24AR，I/O点正合适。省去了使用国外品牌加扩展的控制方式。文本屏选用KDN的文本屏。
FA609转杯纺纱机需要测6个速度。其中引纱速度、喂棉速度比较慢，使用普通的输入点就可以测出这两个速度。而四个速度比较快，需要高数计数，当时国外品牌PLC使用的是四个边沿中断进行计数的。纺织机械厂担心国产PLC是否具有处理四个边沿中断这种功能。凯迪恩工程技术人员给厂家演示了处理四个边沿中断这种功能，厂家很满意。经过凯迪恩技术人员与纺织机械厂技术人员的共同努力，编好程序，在FA609转杯纺纱机进行调试，获得成功。
四、控制系统的特点
l 该控制系统操作简单，手动操作放到文本屏操作。操作面板简捷，完全满足工艺要求。控制系统的成本比较低。
l 精度高，用到了四个边沿中断进行计数，计算准确。
l 程序运行稳定，可靠。
五、结束语
现在这批FA609转杯纺纱机已在纺织厂运转了两个多月，工作非常好。有意思的是这家纺织厂去年也购进了几台FA609转杯纺纱机，当时控制系统还是国外品牌，现在这批使用的已是国产品牌。前几台测的数据和后几台测的数据是一致的，后几台的文本显示已是四行汉字，比前几台两行汉字信息量又大了，操作便方便了。听着许多机器的轰鸣，看着挡车女工熟练工作。心中感慨：中国的纺织品世界水平，中国机械产品出口不断增长，中国有了自己的PLC，国产PLC有了很大发展，国产PLC不久的将来也会成为国人的骄傲。
引言
工业对发展中国家的经济的发展起到了不可磨灭的作用，特别是中国的，工业的发展带动了相关产业的高速发展，成为国民经济重要的支柱之一。经过工业迅猛发展的国家都明白，工业的发展也意味着自然环境的破坏，特别是对水源的严重污染，对水源的保护，污水的治理，水的净化就显得十分的重要。随着人们生活质量的不断提高，特别是医院、化工实验室等单位，对水的品质也提出了更高的要求，根据现状的需要，对更好的净化水的设备也提出了相应的需求。而此促进了净化设备公司的飞快成长，也对控制部分要求更稳定，更可靠！像目前一些净化水设备厂商加大资金与技术的投入，用PLC代替以前的单片机控制系统。
设备控制背景
系统构成：电源模组+以8051单片机为主，加扩展A/D及I/O芯片搭建的PCB控制板；
系统分析：系统采用单片机实现自动控制系统，由于电路的整体设计不能够很合理，尖峰等保护措施不好，很容量出现电路故障。这也增加了服务，也隐形的增加了产品的成本，影响公司市场的发展，用户很想用更可靠的系统来代替原有的系统，以减少服务量，减少综合成本。
原理说明
化学反应在专门的反应箱里，通过PLC控制两路加热信号并及时的采集PT100温度信号，使反应箱始终保持在设定的温度，再通过PLC发出脉冲对计量泵进行控制加入ClO2药剂量，使适当浓度的ClO2与水的发生化学反应，达到消毒的目的。
控制要求
1. 温度控制：系统反应需要在指定的温度下进行，需要保持反应箱水的温度恒定。
具体方法是设定一温度D414，设定回差D410，超温设定D535。当采集温度D310小于D414时，开始加热，当温度达到D414+D410时停止加热，温度降到D414时加热，使温度在设定回差内徘徊，达到恒温的目的。如果温度超过超温设定D535则停止加热并报警。
2. ClO2投加量控制：系统控制需要严格控制加入反应器里的ClO2的浓度，能够使水充分的消毒，又不会太多形成二次污染，对氯气的控制精度要求极高。
具体方法是ClO2的投加量根据待消毒水流量和单位投加量计算，尔后，感测器将水中的余氯量反馈到控制器(PLC)，将余氯量与设定值(目标值)进行比较并根据二者的差值确定单位投加量的纠正的速度和幅度，计算出新的单位投加量，从而将投加量控制在合理的范围内，
◆ 水流量×ClO2单位投加量→计量泵的输出频率
◆ 余氯高于设定值(即目标值)后，减小单位投加量，减小量由差值大小控制。
◆ 余氯低于设定值(即目标值)后，增大单位投加量，增大量由差值大小控制。
◆ 检测到的流量信号，经延时后参与运算，延时长短在0~150分钟内可设，经运算后得到控制泵的频率(即控制投加ClO2的量)
◆ 输出控制计量泵的频率计算公式：
3. 报警控制：
◆ 压力水欠压、负压系统超压、缺原料--------报警，停计量泵
◆ 缺水、超温、高温-----报警，停止加热
器件选型
1.控制器：采用台达DVP14SS11T2+DVP04PT-S+ DVP06XA-S。主机DVP14SS11T2负责反应箱两路加热信号；并控制计量泵的频率达到控制加入反应箱的ClO2的药量。DVP04PT-S采集反应箱的2路温度信号；
2.显示部分：采用台达DOPA-A57GSTD及TP04终端显示器。根据终用户的不同选择采用不同的显示幕。
3.米顿罗（MILTON ROY）LMI电磁驱动隔膜计量泵：（型号P766-y/流量0.08~7.6L/H/压力3.5bar）
供给反应器ClO2，计量泵受PLC脉冲的控制，PLC每发一个脉冲，计量泵动作一次，输出一个冲程的ClO2，大100次/分钟；计量泵的冲程可以手动调整，即计量泵每动作一次能够输出的液体的量，可设定0~范围。
4.氯酸纳、盐酸采用电磁阀开关进行供给。
5.反应箱的温度采集采用标准Pt100，用台达DVP04PT-S
直接采集并转换，十分方便。
6.ClO2浓度采集采用德国普罗名特流体控制（中国）有限公司的CDE 2-mA-2ppm型专用ClO2感测器，可以直接输出4~20mA到DVP06XA-S模块进行采集。
市场分析
随着人民日常生活的提高，对生产产品时的用水就特别关注，如果水源不洁，又怎幺能够生产出让人放心的产品乃至食品呢？没有好的水，对于化学实验又怎幺能够分析准确呢？没有好的清洁水，医院怎幺能够对病人有足够的保证呢？在很多行业里，都是需要有较好的水来保障下一步骤的顺利进行，净化设备将会日益俱增。从国内一些净化厂商来看，目前都有加注资金投入情况，销售情况整体较好，厂商也忙得不亦乐乎，水处理行业是一个自动化厂商配套的很有前景的一个行业。
小结
净化水设备厂商的崛起，对于台达PLC来说无疑是一个很好的机会。根据目前接触的几家厂商来看，技术人员对自动化电气实现功能理解还不深刻，需要进行交流培养，也更需要有耐心去推广我们的PLC。在此种小型设备上，台达PLC具有先天优势，体积小，功能强，轻松实现其要求的功能。净化水设备是一个设备配套较有潜力的行业，应该把台达的PLC技术应用到更多的净化水设备当中，提高净水设备自动化控制水平，提高控制精度。
自1889年美国奥梯斯升降机公司推出一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑bukehuoque的代步工具；作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。
一、电梯控制系统组成
电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLD）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。
十层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。
（一）电梯的三个工作状态
1．电梯的自检状态
将程序下载到AB公司的MicroLogix1000型PLC后上电，PLC中的程序已开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为：为先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯电梯门处于关闭状态，电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。
2．电梯的正常工作状态
电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：
（1）电梯在检测到门厅或轿箱的呼叫信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。
（2）电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。
（3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。
（4）平层后，经过一定延时后开门，直至碰到开关到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿箱所在楼层。
3．电梯强制工作状态
当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上的消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，按下强迫上行（下行）按钮，电梯上行（下行）；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。
（二）电梯控制系统原理框图
电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。
图1 电梯控制系统原理框图
（三）电梯控制系统的硬件组成
电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。为减少PLC输入输出点数，采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC。
图2 电梯控制系统硬件结构框图
1．系统输入部分
系统输入部分分为两个部分，一是直接输入到PLC输入口的开关量信号部分，包括：控制台上的启动按钮、恢复正常工作按钮、消防/检修按钮、强迫上行（下行）按钮部分以及开关门行程到位开关。二是按钮编码输入信号部分。本系统为十层电梯系统，在轿箱内的选层按钮和门厅旁的向上、向下呼叫按钮共有28个之多，采用优先编码的方法将31个按钮信号编为五位二进制码。这里采用四片8位优先编码器4532和五个四二输入端或门4072组成32级优先编码器。
2．系统输出部分
系统的输出部分包括发光二极管记忆灯电路、PWM控制调速电路、轿箱开关门电路和七段数码管楼层显示电路等。
在PWM控制直流电机无线调速电路中，PWM产生电路接收来自PLC的八位二进制码，随着码值的改变，其输出的脉冲占空比也相应改变。轿箱开关门电路使用两个继电器、两个行程开关、直流电动机、功率反相器2003等构成控制电路。在七段数码管楼层显示电路中，七段数据管不经专用驱动芯片驱动而由PLC提供特定的二进制码直接输入。
二、系统的软件设计
（一）软件流程
软件流程图如图3和图4所示。
图3 电梯控制主程序流程图
图4 楼层现实程序流程图
（二）模块化编程
本系统是集选式控制系统，控制比较复杂，适合采用模块化编程方法。要将各个输出信号的属性分类，模块与模块之间的衔接可以用中间寄存位来传递信息。如：门厅呼叫电路和轿箱内指层电路均要求读入按钮呼叫信号，并保持至呼叫被响应完成为止。将门厅呼叫按钮、箱内指层按钮、箱内开关门按钮、报警按钮等通过32级优先编码电路编码后输入PLC，在软件上就形成了读按钮编码电路模块。
系统软件大致分为八个模块：读按钮编码电路模块、楼层检测电路模块、控制七段数码管显示楼层电路模块、电梯选向电路模块和系统非正常工作状态及电机调速拖动电路模块、减速点信号产生电路模块、电梯轿箱开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块。
楼层检测电路模块主要是读入楼层编码并将该记忆信号存入对应的中间寄存位，直到楼层改变为止。
控制七段数码管显示楼层电路模块主要控制两片七段数码管的显示。
电梯的选向模块主要是完成电梯在响应呼叫时作出的向上运行还是向下运行的判断。该模块有两个对系统来说特别重要的中间量输出，即上行中间寄存位和下行中间寄存位。
系统正常工作状态及电机调速拖动电路模块将系统初始化过程、强制工作过程及电机调速拖动过程合并为一个模块。
减速点信号产生电路模块完成将减速点信号通知系统的任务。电梯在运行到目标楼层检测点时要进入减速状态，而电梯在运行过程中会碰到很多的楼层检测点，只有到目标楼层的检测点时才会发出减速通知，电梯在经过目标楼层检测点时接到这个信号就开始减速了。
电梯轿箱开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块是为了便于控制组成的模块，分别控制轿箱的并关门和按钮接过之后需要记忆显示的发光二极管电路。
（三）系统调试
电梯系统为模拟实用旅客电梯系统的教学实验装置。它能实现实际旅客电梯系统的绝大部分功能，包括：门厅召唤功能、轿箱内选层功能、顺向截梯功能、智能呼叫保持功能、电梯自动开关门功能、电梯手动开关门功能、清除无效指令功能、智能初始化功能、消除/检修功能、楼层显示功能和电梯平滑变速功能。
本电梯控制系统已能满足基本的电梯运行要求，但仍有许多需要改进的地方：
1．增加与微机通信的接口，实现联网控制，多台电梯的综合控制由微机完成。
2．优化电梯的选向功能，使之能随客流量的变化而改变，达到高效运送乘客的目的。
3．增加出现紧急情况时的电梯处理办法。
4．需输入密码才能乘电梯到达特殊档层功能，且响应该楼层呼叫时不响应其他楼层呼叫。
5．设置电容感应装置，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。