呼和浩特德国西门子输入模块EM223

概述

    这个示例程序控制三相感应电动机的星形—三角形起动过程。例如，一旦星形起动器出现故障，起动的反馈电路就有发现它。在5秒钟延时之后，SIMATIC S7-200就小切换到三角形连接，这样就能避免可能造成的破坏。

   与输入点I0.0相连的开机点动开关(ON)接通后，电动机绕组接成星形工作方式起动。与输出点Q0.3相连的信号灯指示各种可能出现的故障。

程序和注释

当输入点l0.0相连的开机开关(0N)动作后，电动机绕组接成星形工作方式起动。如果没有起动器故障信号，电动机绕组将在5秒钟后切换到三角形连接方式。故障信号山与输出点Q0.3相连的信号灯指示。当故障排除后，操作员按与输入点I0.6相连的确认键，即可消除故障信号。起动器反馈信号通过输入点I0.3、I0.4和I0.5引入。

当关机点动开关或电动机电路断路器(分别与输入点I0.1和I0.2连接)动作时，电动机关机。如果开机开关和关机开关同时动作，电动机仍然处于关机状态。

“接通星形起动器”、“起动定时器”和“接通主电源起动器”部分增加了一个条件:只有在无故障信号(Q0.3)出版时才动作。除此之外，为相关的起动器

设置下述的存储器标志位:星形起动器（Q0.1 ），主电源起动器（Q0.0），以及起动定时器(T37)。

“起动器反馈”部分是新的。从原理上讲，反馈就是将输出信号和表示起动器实际状态的输入信号相比较。

输出信号的状态分别和下述反馈输入信号比较:主电源起动器的状态(I0.3)，星形起动器的状态(I0.4)，三角形起动器的状态(I0.5)。如果有差异就起动定时器T38，T38的预置时问为2秒。这段延迟时问对应起动器动作的较长时间。

如果T38溢出后，状态仍小同，故障指示输出点Q0.3被置位。这个故障信号可以用与输

入点I0.6相连的反馈确认键复位。

该程序的长度为70个字。

SIMATIC CPU 214能与基于Windows的程序，如SoftwareWedge for Windows之类的软件相联系。所以，来自CPU 214的信息能显示在任何Windows应用程序中，同时信息也能从Windows应用程序写到CPU 214中。

目前，SoftwareWedge不允许发送来自小同输入的信息，在小同的时间显示和更新屏幕的小同部分。然而，从CPU 214发送来的各种信息，可以显示在小同位置，每个部分必须显示在SoftwareWedge自己的区域里，每个区域被发送来的某个字段分界符分隔开。这些字符可以是用户任意要求的。此外，每次发送结束，必须有一个或多个“结束”字符，它也可由用户*。

装载完SoftwareWedge软件包后，选择DDE服务器方式，*DDE应用名、题目及适用的项目，接着把通信u设定为9600波特，没有奇偶校验，每个字符8位，1个停n位。记住所设定的通信日是好的。较后，要输入的记录结构必须定义。在下面程序中，从收到任一字符作为记录的开始，收到一个回车和换行作为记录的结束，选择多个数据字段，用3作为字段的较大数目，用“:" (ASCII码为58)号作为字段分界符。较后，在Windows应用中，用拷贝/粘贴联接命令把小同数据字段粘贴在屏幕上所要求的部分。

选择:在它进入另一个Windows应用前SoftwareWedge提供了取消变量格式的自动转换。

(1)正常生产过程中，2台压缩机应至少有1台运行，即使在相互切换时，也不允许发生两台机器全部停止的现象。

    (2)保持压缩机出口压力在预定值上。

    (3)能实现对压缩机运行状态进行分析，以实现预测性检修。

    二 系统控制原理

    (1)工艺专业设定压缩机管网正常出口压力为P1，而现场实际测定压力为P2，根据ΔP(=P2-P1)值大小由PLC内PID功能模块进行PID运算，控制变频器来改变电动机转速，达到所要求的压力。当ΔP＞0时，现场压力偏高，则提高变频器输出频率，使电动机转速加快，提高实际风压；当ΔP＜0时，现场压力偏低，则使转速降低，ΔP减小。这样不断调整，使ΔP趋于0，现场实际压力在设定压力附近波动，保证压力稳定。系统结构如图1。

    (2)压缩机长期运行，造成各部件间隙变大，这样引起的振动会越来越大，容易造成压缩机各部件的损坏。由PLC对现场振动情况进行判断分析，可提前对压缩机进行计划性维护保养，这样可大大延长设备的使用寿命，提高设备运行可靠性，减少设备故障引起的非计划性停车。

    三 设计方案

    该方案主要由1台Siemens ECO1-7500/3变频器、1台S7-200型PLC(CPU215/216，配套EM235扩展模块)以及接触器、操作按钮、1台现场压力变送器和2台振动测量装置(振动变送器)组成，用PLC实现压缩机出口压力单回路闭环PID控制以及压缩机起动、停止、切换、故障处理等各种电气控制功能，由振动变送器对压缩机状态进行监控分析，以实现预测性维护维修。主回路如图2。

    (1)PID运算功能的实现

    S7-200系列中CPU215/216具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令等特殊功能。使用时，只需在PLC内存中填写1张PID控制参数表(见下表)，再执行指令：PID TABLE, LOOP，即可完成PID运算。其中操作数TABLE使用变量存储器VBx，用来指明控制环的起始地址；操作数LOOP是控制环号(常数，0～7)。编号为2、4、5、6、7的参数固定不变，可在PLC主程序中设定；编号为1、3、8、9的参数具有实时性，须在调用PID指令时填入。

    由于S7-200输入和输出为开关量，而变频器、压力变送器和振动变送器的信号为模拟量，因此EM235模块要实现D/A转换。一个EM235模块可同时扩展3路模拟量输入通道(接1路压力信号，2路振动信号)和1路模拟量输出通道(接至变频器)。

    (2)起动

    M1和M2各有两种起动方式，可通过转换开关选择变频/工频起动方式。

    (3)运行

    正常情况下，电动机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机备用状态。现场压力变送器检测管网出口压力(4～20mA模拟量信号)，并与预定值相比较，经PLC内部**PID指令进行运算，得到变频器所需频率信号，自动调节电动机转速，达到所需管网压力。

    (4)停止

    按下“停止按钮”，PLC控制所有接触器断开，变频器停止工作。

    (5)切换

    当需从电动机M1切换到M2时，接触器KM2断开，KM1闭合，此时电动机M1工作在工频下，在变频器完全停止后，KM4闭合，变频器重新起动，电动机M2在变频器驱动下起动；完全起动后，KM1断开，电动机M1停止，切换操作结束。电动机M2切换到M1过程类似。

    (6)报警及故障自诊断

    通过PLC内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障立即停止相应操作并报警。对于故障自诊断功能，考虑到成本问题，未设计上位机，只设置相应故障代码，通过4位数码管显示，使维修人员可根据故障信息方便查找到故障点。如：(a)压缩机油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接送至PLC，由PLC控制实现声光报警和延时停车；(b)增设现场振动传感器，并将信号送至PLC，对压缩机运行状况进行显示和诊断。

    四 几点体会和设计中应注意的问题

    (1)采用变频控制后，实现了压缩机的软起动，减小了起动电流对电网的冲击；节电效果明显，1年内可回收全部投资。

    (2)采用PLC后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行更加稳定可靠。

    (3)变频器、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远控操作，方式简单灵活。

    (4)系统可扩展性较好。若有多台压缩机在变频/工频供电方式下运行时，只需将增加信息或信号引至PLC，即可实现整个系统的自动控制；若生产需要，本系统也可方便接入DCS或上位机，建立人机界面的监控系统等。

    (5)预测性维护检修可大大延长压缩机使用寿命，提高可靠性，减少停车损失，降低运行费用。

    (6)PLC控制电动机在变频/工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。

    (7)PLC须实现KM2和KM4间的互锁，以防止2台电动机同时变频起动，使变频器因过载而损坏。

    (8)因2台电动机会在短时间内分别在工频和变频下同时运行，故变频控制柜的总电源开关需按2台电动机负载量考虑。