西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8保内产品
1 引言
电杆成型离心机多采用三相并励式整流子电动机具有启动电流小、启动转矩大并能调速的特点。但整流子电动机结构复杂、换向困难、维修成本高，调试繁琐，空载电流曲线图调试不好时，会在换向器表面形成较大火花，影响电动机正常运行，缩短电动机运行寿命。
通过对某电杆厂现场的调研，我们发现以下问题:整流子电动机经过多年的运行，整流子磨损严重，平均无故障连续运行时间缩短，几乎每月都需对整流子和炭刷进行研磨和更换，绕组因整定调试不好也易烧坏，绕组烧坏大修成本和新购一台37kW鼠笼感应电动机相近;电杆成型操作流程与标准工艺流程存在一定差距，不同规格的电杆离心成型时，离心速度变换、离心成型的时间是靠操作者手工调动整流子电动机的变速机构完成，这样人为因素太高，给产品质量留下很大隐患，操作也存在很大的不安全因素。基于以上原因和厂家的要求，我们对混凝土电杆的配料、搅拌、电杆离心成型电气控制系统进行重新设计，本文主要阐述基于PLC电杆成型离心机自动调速系统取代原整流子电动机的控制系统的设计。
2 混凝土电杆成型工艺
当电动机带动钢模旋转产生的离心力等于或稍大于混凝土的自重力时，混凝土克服重力的影响，远离旋转中心产生沉降，并分布于杆模四周而不塌落，当速度继续升高时，离心力使混凝土混合物中的各种材料颗粒沿离心力的方向挤向杆壁四周，达到均匀密实成型。电杆离心成型的工艺步骤分为三步:低速阶段(分布阶段)2～3min，使混凝土分布钢模内壁四周而不塌落;中速阶段0.5～1min，防止离心过程混凝土结构受到破坏，是从低速到高速中间的一个短时过渡阶段;高速阶段(密实阶段)6～15min，将混凝土沿离心力方向挤向内模壁四周，达到均匀密实成型，并排除多余水分。各阶段运行速度图如图1所示。
图1 离心机运行速度图
各阶段的运行速度和运行时间视不同规格和型号的电杆而有所不同。转速太高、太低都不好，太低使混凝土不能克服自重而塌落，太高一开始便会使混凝土挤向模壁四周而失去流动性，不能均匀分布成型。例如在密实阶段，转速太低，混凝土不够密实，转速太高则加剧分层，影响其强度和密实度，甚至损坏设备造成事故。应严格控制各阶段转速，才能保证成型质量。按照工艺标准，分布阶段转速应为:
密实阶段转速为:
中速阶段的转速为:
式中r为电杆的平均半径，r1、r2为电杆内、外半径，p为离心压力，取p=0.3~0.7，理论计算的值需结合具体设备技术条件加以修正、整定。
3 自动调速控制系统的设计
针对原控制系统的弊端和生产工艺的分析，采用普通三相感应电动机取代整流子电动机，电动机的调速采用变频调速方案，多种规格的电杆以及它们不同阶段的离心速度、运行时间采用PLC控制变频器的自动调速控制方案。
3.1 交流电动机的选型
原整流子电动机的型号为JZS，功率40kW，为恒转矩变功率调速方式，速度从160～1400r/min变化，相应的功率从13.5～40kW变化。按整流子电动机负载运行实测电流以及离心机负载大静态阻转矩T、离心机的高旋转速度n、传动装置的效率η，由式 计算，所需交流感应电动机的功率小于并接近37kW，故选用Y225S-4，37kW(额定电流69.9A，额定电压380V，额定转速1480r/min，功率因数0.87)三相交流感应电动机取代原整流子电动机。
3.2 变频器的选择
按变频器的基本选用规则:变频器的容量大于负载所需的输出，变频器的容量不低于电动机的容量，变频器的电流大于电动机的电流，并经变频器容量选用公式
验算(Pl为负载功率，PN为电动机额定功率)，可选用37kW的变频器。考虑到改进设计方案的可行性、调速系统的稳定性及性价比，采用西门子MM440，37kW，额定电流为75A的通用变频器。该变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，具备超强的过载能力，可以控制电动机从静止到平滑起动期间提供200％3秒钟的过载能力，是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器[1]。
3.3 变频器控制及参数设置
变频器的控制采用模拟输入控制方式，为检测离心机运转情况设置点动检测按钮。离心机运转速度较高，是大惯性负载，在停车时为防止因惯性而产生的回馈制动使泵升电压过高的现象，加入制动电阻，限制回馈电流，并且将斜坡下降时间设定长一些。外接制动电阻的阻值和功率可按公式:
选取，式中Ud为变频器直流侧电压，IN为变频器的额定电流。本次设计采用西门子与37kW电动机配套的制动电阻4BD22-2EAO，1.5Ω，2.2kW。
参数P1300设置为无速度反馈的矢量控制方式，在这种方式下，用固有的滑差补偿对电动机的速度进行控制，可以得到大的转矩、改善瞬态响应特性、具有优良的速度稳定性，在低频时可以提高电动机的转矩。参数设置时应合理使用调试参数过滤器P0010和参数过滤器P0004，设置电机参数、端口功能参数，完成变频器参数设置。
3.4 PLC自动控制系统
混凝土电杆的配料、搅拌、离心成型三个环节采用一台PLC集中控制，根据输入和输出所需的点数、控制性能要求，选用西门子S7-200(CPU224)小型PLC外加数字量输入模块(EM221)和模拟输出模块(EM232)组成核心控制单元。
S7-200(CPU224)小型PLC有14个输入点，10个输出点，可带7个扩展模块，运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。[3]EM232模拟量输出模块有两个模拟量输出通道，每个通道模拟量的输出方式有电压信号、电流信号，本次设计采用电压输出方式。模拟量输出模块输出的模拟电压0～10V，对应的电压输出数据字格式为0～32000，可对应变频器输出电源的频率为0～50Hz、电动机的转速为0～1480r/min。
由PLC控制变频调速控制系统原理图如图2所示。运行开关合上使接触器KM闭合，接通变频器电源，变频器若发生故障KA线圈得电，KA常闭触点断开使接触器KM线圈失电，切断变频器电源并由KA触点接通报警信号电路。停止按钮为事故紧急停车按钮。按下起动按钮，Q0.0闭合，接通变频器使能端(Din1)。Q0.0闭合后，PLC根据所编运行程序，由EM232输出相应的模拟量电压信号控制变频器，变频器控制电动机在不同转速下运行，变频器给出运行指示。点动按钮控制Q0.1，作为离心机检测调整。
图2 PLC控制变频调速系统电气原理图
标准混凝土电杆的规格有12m、10m、9m、8m、7m、6m等规格，不同规格的电杆内外半径不同，按照工艺质量标准，它们在离心成型过程各阶段的速度、运行时间是不同的。在编程之初，先按工艺标准将所需各段的转速按照它们的比例关系换算为对应的数据字形式，在编程和程序初始化运行时将其输入到变量存储器VW中。程序采用主程序和子程序分段形式，理论计算的速度在运行调试时根据实测值转速值加以修正。PLC控制离心机程序流程图如图3所示。
4 结束语
将PLC与变频器结合用于整流子电机拖动的离心机改造，改造后的机组经运行表明:提高了机组运行平稳性，
图3 PLC控制离心机程序流程图
增加了工作可靠性，减轻了操作者劳动强度、提高了操作安全性;尤其是将多种规格电杆离心速度参数输入PLC程序中，使电杆成型工艺标准得以实施，避免了原手动调速的不安全性和随机性，提高了产品质量;以整流子电动机在佳运行曲线时的电流和采用变频调速时额定电流相比，可节电12%;由于将电杆的配料、搅拌、离心成型均采用一台PLC自动控制，自动化程度大幅提高，岗位定员额可减少1～2人。本次技改总投资5万元，但给企业产生的效益数倍与此。
1.概述
随着生活的不断改善，人们对住宅，办公环境质量的要求越来越高，例如在民用住宅里，物业需要对小区的灯光，给排水，电梯和车库等小区必备设备进行集中监控。时下，房地产行业正如火如荼的发展，给小型PLC在楼宇自动化的使用创造了契机。本文着重介绍施耐德PLCTwido系列在楼宇自动化里的一些应用，
2.应用描述
在楼宇自动化里，人们对分散控制，集中管理的要求越来越明显，主要体现在灯光，空调，给排水，电梯，门禁和灌溉等方面。在此，我们基于施耐德TwidoPLC，给出三个方案。
(!)方案1－RS485，适用于小范围，对通信速度要求不高
通过RS485串行连接，Modbus 串行协议实现，
模块配置：本体 TWDLCAA24DRF
通信扩展 TWDNAC485T
通信参数：波特率19.2k，8位数据位，奇/偶/无 校验，1位停止位。
点击看原图
优点：组网简单，成本低。
缺点：通信速率慢，监控计算机与远一个从站距离超过200米时需要加中继
(2)方案2－以太网，适用于对通信速度较高场合
通过以太网，Modbus TCP/IP 协议实现
模块配置： 本体 TWDLCAE40DRF 或者 其他Twido本体加 TwidoPORT以太网模块
通信参数：波特率10M或100M
优点：通信速度快，网络节点个数不受限制，决定于网络方案。
缺点：普通HUB或交换机端口到节点的长度不能超过100米，假如需要扩大长度的话，需要对网络进行优化，这样就要求工程师具有较深的网络知识。
(3)方案3－无线网络，适用于对通信速度要求不高，但有无线通信要求
通过以太网，Modbus TCP/IP, CDMA 或GPRS 实现。
模块配置：本体 TWDLCAE40DRF 或者 其他Twido本体加 TwidoPORT以太网模块＋INROOTER路由器
优点：实现无线通信，可以用以多个小区甚至多个城市的集中管理
缺点：相对于方案2速度较慢，需要附加CDMA或者GPRS的通信费用，需要购买INROOTER路由器。
3.结束语
施耐德Twido PLC已经在上海某小区得到了成功的应用，随着国家对基础建设的大力投入，还可以拓展到其他基建设施领域里，比如无人煤气抄表，加油站监控，移动公司基站监控等等。
某市自来水公司为解决市区的部分供水，引进德国的资金和设备建立了一套供水工程系统.
原有系统构成：
（1）本地中心站,采集水厂的设备状态,采用西门子S5-115U.
（2）取水和1号加压泵站，采用西门子S5-115U
（3）2号加压泵站控制系统，采用西门子S5-115U
（4）在市内的东南西北和高处和低处安装了测量水管压力站，采用西门子S5-100U。用抄表的人工方式来记录设备状态
用户需求：
随着时代的进步，和对工艺的的要求，要实时对各个站的管道压力、流量及各个的阀门开关的状态进行监视和控制，从而降低了故障率和提高了对此系统的反应时间，更好保证城市供水。并把各个站的所有设备的数据送到中心监控站里，进行监控，和电子统计。
实现方案：
在水处理厂中心站与各个泵站和测压站之间，由于距离较远达几十公里，我们决定采用无线电通讯方式，并且因为大山的阻碍，在取水1号加压泵站，2号加压泵站控到中心站之间，设立了中继站进行转发。而水处理厂中心站与6个市内的测压站之间由于距离较近直接通过无线电通讯。
这个项目的主要问题是无线电通讯的任务，如何在已有的S5系列的设备上，加上无线电通讯呢。根据现有的实际情况，在不动原有西门子S5-115U的基础上，决定在此基础上加入西门子的Sinaut产品的ST1系列模块来实行无线电通讯。SinautST1是基于SIMATICS5的程序控制的系统，由硬件模块和软件软件模块组成。适用各种自动化的任务，完整的无线电通讯方式，允许数据传输到或近或远的地方。数据能够通过专线，或者各种PTT网络（GSM,ISDN,拨号Modem,无线电通讯等）等方式传送。
Sinaut ST1硬件包括，TIM模块(遥控接口模块，即S5-PLC通讯功能模块)，modem（用于数字量和模拟量相互转换）,无线电台（无线电发射装置）。软件是SinautTD1软件包。这样我们在STEP5的基础上，用TD1这个扩展软件包进行对硬件TIM板编程。把水处理厂中心站作为主站，其他站作为从站。以直接轮巡的方式逐个采集各个从站的信息，并且这样的方式只有当从站发生数据发生变化时，才进行数据的传递，大大的加快了数据的更新速度和硬件设备的使用寿命。
系统图如下：
上位机显示:
我们采用监控组态软件，从中心站的PLC中采集数据，实时的反映整个系统（本地站，无线电远程站）的状态。主要显示部分包括：水厂控制工艺图、运行状态表、报警和历史数据的查询，统计报表、趋势图。控制工艺图反映水厂的各个泵站的运行状态，并且以动态的图形、数据和实时的现场保持一致，运行状态表中反映主要设备的开关状态、现场仪表的参数、累计值（流量，水位，浊度，温度,PH,压力等）。报表，每天打印一份主要设备的状态的日报。除了在显示器上显示外，并且把主要数据显示在电子显示屏上。此系统投运以来一直正常工作，达到了预期的实施效果。
OPEN_2000 处理器采用先进的32位CPU，配置嵌入式实时多任务操作系统，支持模块网络热备冗余、热插拔技术，功能强大的CPU模块拥有超大存储容量，并可支持多种通信接口RS232、RS485、以太网。可实现采集、运算、逻辑、定时、控制、通讯等功能，其程序开发方便，可与上位机组成控制系统，实现集散控制，与常用的可编程控制器PLC相比，它在处理速度上显著提高，硬件冗余CPU 同步速率更快。
OPEN_2000 CPU 和I/O模块的组合可以形成多种工作方式，本地、扩展、远程工作方式分别对应于小、中、大型控制系统均有其完备的解决方案，可广泛应用于电力、冶金、机械、化工自动化控制。
系统运行在bbbbbbS2000 环境下，组态软件采用OPENVIEW3.6,上位机与下位机OPEN_2000 通讯使用Modicon modbus TCP/IP驱动，数据库与下位机通讯采用PORTserver 方式，SERVER 与下位机进行数据交换，两台CLIENT 读取SERVER的状态数据，以提高上位机与下位机的网络通讯速度。系统架构：攀钢球团厂自动控制系统的网络架构图如下图所示：
整个控制系统包括总线为全冗余式设计，本系统采用了5 套OPEN_2000 处理器，6 台监控站（其中3 台为热备监控站），2 台工程师站，2 台交换机（互为热备），双以太网地址总线；按现场控制室位置分为本地和远程控制站，其中本地控制站在主控制室车间，远程控制站在干配控制室车间，本地和远程控制站之间采用光纤通讯，按被控信号主要分为数字量信号控制和模拟量信号控制。
两套监控站均设置在主控室，每套监控站中有一台作为SERVER，两台为CLIENT上位机监控由OPEN VIEW 软件实现。
PLC 站配置
本系统共架设10 个PLC控制站，分别在造球控制室和原料准备控制室，如下图所示：
CAB1-10 为控制柜体编号；原料准备控制室CAB1、CAB2，造球控制室CAB3-CAB10。
系统配置
监控站：研华工控机PⅣ2.0G，512M 内存，80G 硬盘，19″LED 显示器
工程师站：DELL1.8G 笔记本两台
控制系统：OPEN_2000 控制系统
操作系统：bbbbbbS2000
组态软件：OPEN VIEW 组态软件8 套
激光打印机一台
3COM 交换机两台
工艺流程
以下为工艺设备流程图：
控制系统划分
Y 原料系统
P 干配系统
Q 造球焙烧系统
R 润磨系统
C 成品系统
S 灰尘输送系统
D 电除尘系统
F 风机系统
H 回热风除尘系统
攀钢球团控制系统分为以上9个子系统，涉及画面多达80多个，在此就不一一赘述，以下简单介绍系统的基本功能如下：
系统功能
1．开关量数据采集与处理，按系统实现联锁控制，如：顺序启动、顺序停车、紧急停车、故障停车等功能。
2．仪表量数据采集与计算，模拟量的显示、控制，如：温度、压力、流量、热电偶、热电阻等，模拟量的智能PID 控制，如变频设备等。
3．重要参数显示实时趋势曲线及历史趋势曲线；
4．过程变量数值的报警、记录及打印；
5．生产数据报表打印
6．系统自诊断，对现有OPEN_2000 架构的所有硬件设备进行实时监控；
结束语
攀钢球团控制系统自投运以来运行稳定，由于拥有较高的自动化程度，实现了全自动化生产，日产量4000 吨左右，OPEN_2000 完善的架构和多种接口的通讯使得系统的维护更加方便，操作界面简单明了，操作工能在短时间内轻松驾驭，支持多种编程语言使得开发更加灵活实用，目前OPEN_2000 系统有多种包括大、中、小型控制系统的解决方案，，曾多次成功应用于烧结、选矿等控制领域