西门子6ES7223-1BF22-0XA8详细解读
本文以三菱PLC为例介绍了模拟量控制，并结合变频调速基本原理及特点，重点阐述了如何通过PLC模拟量控制来实现对变频器的速度调节。
1、引言
近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益提高，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。
通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。
2、变频器简介
交流电动机的转速n公式为：
式中:f—频率;
p—极对数;
s—转差率(0～3%或0～6%)。
由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，变频调速方式拥有广阔的发展前景。
3、PLC模拟量控制在变频调速的应用
PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。
在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。
下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。
图2为变频器的控制及动力部分，这里的变频器采用三菱S540型，PLC的模拟量速度控制信号由变频器的端子2、5输入。
3.1系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题
（1）模拟量模块输出信号的选择
通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。
（2）模拟量模块的增益及偏置调节
模块的增益可设定为任意值。如果要得到大12位的分辨率可使用0~4000。如图3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。
（3）模拟量模块与PLC的通讯
对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。
附表BFM的定义
从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：
#16为输出数据当前值。
#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。
b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始
（4）控制系统编程
对于上例控制系统的编写程序如图4所示。
在程序中：
1)当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时，通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时，通道2数字到模拟的转换开始执行。
2)通道1
将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);
将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;
使BFM#17的b2=1;
使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
使BFM#17的b1=1;
使BFM#17的b1由1→0，执行通道1的速度信号D/A转换。
3)通道2
将保存第二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);
将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;
使BFM#17的b2=1;
使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
使BFM#17的b0=1;
使BFM#17的b0由1→0，执行通道2的速度信号D/A转换。
4)程序中的K0为该数模转换模块的位置地址，在本控制系统中只用了一块模块，为K0，假如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块，则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。
（5）变频器主要参数的设置
根据控制要求，设置变频器的运行模式为外部运行模式，运行频率为外部运行频率设定方式，Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V，Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。
3.2注意事项
(1)FX2N-2DA采用电压输出时，应将IOUT与COM短路;
(2)速度控制信号应选用屏蔽线，配线安装时应与动力线分开。
4、结束语
上述控制在实际使用过程中运行良好，很好的将PLC易于编程与变频器结合起来，当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同，比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时，只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。
1. 引言
印花工序是将染料或颜料配置成色桨(染料＋糊料＋化学药剂)，在织物上按预先设定的花样图案上染，并进行织物烘燥，使其获得各色花纹图案的过程，常用印花设备有辊筒印花机、平网印花机和圆网印花机等。
平网印花机由进布装置、对中装置、印花单元、水洗装置、导带驱动装置、机身提升装置、烘干机等组成，印花织物由进布装置粘贴在沿经向循环运行的印花导带上，经对中装置导入印花单元；印花时，导带静止，印花装置的筛网下降，刮印器刮印，刮印完毕，筛网提升，织物随导带向前移动一个花回(筛网中花纹的长度)，进入下一个印花单元；印花结束后，由水洗装置清洗导带，印好的织物由导带送入烘干机烘干后，以叠布方式导出落入布车。根据工艺和用户需求，每台平网印花联合机一般配有10～16套印花单元，印花台板的长度达20m以上。
双伺服传动平网印花机通过采用两套伺服系统分别传动印花导带的前后两个传动辊，在保证工艺要求的对花精度(0.1mm)基础上，大幅度提高了导带速度(高60m/min)，从而提高了印花效率；印花单元的传动系统采用变频器控制的交流电机驱动，经减速后驱动刮印器往复运动，其刮印速度、往返次数、以及刮印距离等均可调节，以满足工艺要求；印花单元相对于导带的间歇运动，需要及时完成筛网下降、刮印、筛网上升动作，以大地提高印花速度；贴布辊和烘房导带为连续工作方式，相对于间歇运动的印花导带，三者之间必须保持同步。
2. 控制系统方案
双伺服传动平网印花机控制系统采用施耐德电气公司的中型PLC－Premium为控制核心，通过TSXCAY22伺服控制模板控制Lexium伺服系统(驱动器和交流伺服电机)实现印花导带前后两个传动辊的同步运行和定位控制；通过模拟量输出信号控制Twin Line伺服系统实现对中装置的精密控制；每套印花单元采用Twido系列PLC、ATV31系列变频器以及TSX08 HMI文本图形显示器控制，Twido PLC与Premium PLC通过Modbus总线连接，整个系统采用10.4” Magelis XBT-G 彩色TFT触摸屏(XBT G5330)进行参数设定、显示等操作和系统监控。
3. 控制系统说明
Lexium伺服系统是施耐德电气公司推出的全数字伺服环控制解决方案，驱动器功率范围为1.5 ～75A，内置EMC滤波器和制动电阻，具有高闭环响应特性(转矩控制： 62.5us、速度/位置位置控制： 250us)，允许208 ～480VAC宽电压输入，具有Unibbbb Commissioning 软件自动配置闭环参数和负载示波器仿真等功能；伺服电机为高转矩、高惯量交流无刷电机，转矩范围：0.4～100Nm，具有IP65/67防护等级，内置解码器(可选SERCOS码盘)，可选制动器。
TSX CAY 22 是Premium PLC 2个独立轴(无限轴)位置控制伺服模板，是为满足机器制造中对兼具高性能运动控制和顺序控制要求而设计的，内置主/从功能、自动纠偏(Auto Offset) 、集成闭环控制器(阻止停车过位)等功能，反馈信号为250 kHz 增量式码盘/1M Hz 式码盘(SSI 协议)。通过PL7 Pro编程软件中的特定配置和调试窗口以及SMOVE运动控制命令，可以方便地实现预定的运动控制功能。
4. 同步控制方案
同步控制原理如下图所示：
5. Lexium伺服系统与Twin Line伺服系统的定位
一、系统输入
由于采用触摸屏作为人机介面，物理输入点较少。
1、一个光电开关，用于检测定长制袋标志,接I0.3作为上升沿触发中断控制定长。
2、设有急停开关，保护系统。
二、系统输出
1、控制五个汽缸的电磁阀。
Q0.4批号汽缸电磁阀
Q0.5切袋汽缸电磁阀
Q0.6封口汽缸电磁阀
Q0.7冲孔汽缸电磁阀
Q1.0贴纸汽缸电磁阀
Q1.1报警
2、控制两台步进电机
Q0.0拉膜电机脉冲
Q0.2拉膜电机方向
Q0.1拉纸电机脉冲
Q0.3拉纸电机方向
三、工艺流程及要求
步骤A：
1、1、调整薄膜位置与光电开关灵敏度。
2、2、按下触摸屏上的启动按钮后，拉膜电机与拉纸电机正转前进，拉纸长度到达时，拉纸电机停止。由于薄膜上有很多印制文字拉膜电机在拉膜长度快结束时，光电开关才可检测定长制袋标志，这时若光电开关发出信号拉膜电机停止。
3、3、拉膜电机与拉纸电机均停止后，五个汽缸电磁阀通电，按不同的定时时间断电。
4、4、5个定时均结束，即5个气缸电磁阀均断电，气缸抬起延时结束，拉膜电机与拉纸电机正转前进，启动新循环。
步骤B：
1、1、触摸屏上设有“透明/有色”开关，用于选择有无光电检测。
2、2、触摸屏上设有“手动/自动”开关，手动时五只汽缸电磁阀可单独动作。拉膜电机与拉纸电机均可正反转点动。
3、3、制袋数量到达预警值时报警，到达设定值时报警结束，清计数值重新计数。显示制袋计数总产量。
4、4、在触摸屏上按自动转手动时或按停止时，应立即停止运转。
5、5、可设定拉膜与拉纸长度（毫米）与速度（毫米/秒）。
拉膜与拉纸的胶辊直径、电机每转脉冲数变化时，PLC内部应能自动换算。五个汽缸电磁阀定时时间设定。
四、系统
1、由于系统中涉及步进电机、触摸屏通讯、感性电磁阀等设备，柜内布线时应注意各种线缆的走线，以避免干扰。
2、应正确选择步进电机与驱动器。
3、应注意机械部分的协调性及光电开关灵敏度。
一、前言
中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。
随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。
二、问题的提出
1、原系统简介
我酒店的中央空调系统的主要设备和控制方式：100冷吨冷气主机2台，型号为三洋溴化锂蒸汽机组，平时一备一用,高峰时两台并联运行；冷却水泵2台,扬程28米,配用功率45KW,冷水泵有3台，由于经过几次调整，型号较乱,一台为扬程32米，配用功率37KW, 一台为扬程32米，配用功率55KW,一台为扬程50米，配用功率45KW。冷却塔6台，风扇电机5.5KW，并联运行。
2、原系统的运行及存在问题
我酒店是一间三星级酒店。因酒店是一个比较特殊的场所，对客人的舒适度要求比较高，且酒店大部分空间自然通风效果不好，对夏季冷气质量的要求较高。
由于中央空调系统设计时必须按天气热、负荷大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。
为了解决以上问题，我们打算利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵、冷却塔进行改造，以节约电能。
三、节能改造的可行性分析
改造方案是通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，根据冷却水温度的高低，自动切投冷却塔散热风机，以达到节能效果。以下是分析过程：
1、 中央空调系统简介
中央空调系统结构图
在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统大负荷再增加10%—20%余量作为设计系数。根据计算中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的25%—30%，冷却塔的用电占8%—10%。实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。
2、泵的转速调节
根据异步电动机原理
n=60f/p(1-s)
式中：n:转速 f:频率 p:电机磁极对数 s:转差率
由上式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。改变频率而改变转速的方法方便有效。
3、冷却塔的控制
以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至PLC，由PLC经计算后对冷却塔风机依次开启，以28℃为基数，温度每上升2℃，开启两台散热风机，每下降2℃，延时5分钟后停止2台风机，以达到节能效果。
四、节能改造的具体方案
1、主电路的控制设计
根据具体情况，考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行，使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将一台扬程较高的冷水泵作为备用。
以下为冷冻水泵与冷却水泵一次接线图：
2、功能控制方式
工作流程：
开机：开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。
停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。
保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。
五、变频节能技术框图及改造原理分析
下图为变频节能系统示意图
1、对冷冻泵进行变频改造
控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；
2、对冷却泵进行变频改造
由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。
六、实际调试注意事项
1、整改设备安装完毕后，先将编好的程序写入PLC，设定变频器参数，检查电器部分并逐级通电调试。
2、投入试运行时，人为地减少负荷，观察流量是否因频率的降低而减小，并找到制冷机报警时的低变频器频率，以及流量降低后管道末端的循环情况，使变频器工作在一个低的稳定工作点。
3、用温度计及时检测各点温度，以便检验温度传感器的jingque度及校验各工况状态。
七、技术改造后的运行效果比较
1、节能效果及投资回报
进行技术改造后，系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。根据以往运行参数的统计与改造后的节能预测，平均节能应在20－30%以上。经济效益十分显著。改造后投入运行一年即可收回成本，以后每年可为酒店节约用电约12万元。
2、对系统的正面影响
由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停，消除了原来启动时大电流对电网的冲击，用电环境得到了改善；消除了启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害;消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击，电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少，机械部件的使用寿命得到延长；由于水泵大多数时间运行在额定转速以下，电机的噪声、温升及震动都大大减少，电气故障也比原来降低，电机使用寿命也相应延长。
由于采用了温差闭环变频调速，提高了冷冻机组的工作效率，提高了自动化水平。减少了人为因数的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量。
八、结论
一次性投资较大，但从长远的经济利益来看是值得的。这里我们也借鉴了其它一些酒店改造的经验和实际效果，验正了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是可行的。可以达到我们当初设计的预期效果。
九、结束语
在科技日新月异的，积极推广高新技术的应用，使其转化为生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。