西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8正规授权

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一般情况下,通过ClO2与水的反应达到净水的目的，但如果ClO2过多则会形成二次污染，中达电通的净水方案采用台达PLC进行系统自动控制，代替以前用单片机系统，增加了可靠性，功能性，达到了很好的效果。

关键词：净水设备、可编程控制器(PLC)、人机界面


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，特别是中国的今天，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。但是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，所以对水源的保护，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，所以根据现状的需要，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，也的增加了产品的成本，影响公司市场的发展，所以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剂量，使适当浓度的ClO2与水的发生化学反应，达到的目的。

控制要求：



1. 温度控制：系统反应需要在指定的温度下进行，所以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时再次加热，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，又不会太多形成二次污染，所以对的控制精度要求极高。



具体方法是ClO2的投加量根据待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。根据最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，最大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0~100%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，所以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，而且销售情况整体较好，厂商也忙得不亦乐乎，所以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，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。所以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。

一、目前存在的问题

随着电力电子技术的发展,变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而得到广泛应用;但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压跳闸。低电压通常都是短时的,对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低压跳闸导致电机停止，影响生产。
变频器低电压主要是指中间直流回路的低电压，一般能引起中间直流回路的低电压的原因来自两个方面：
（1）、来自电源输入侧的低电压
正常情况下的电源电压380V，允许误差为-5%~+10%，经三相桥式全波整流后中间直流的电压值为513V，个别情况下电源线电压较小的电压波动，也不会造成变频器的低电压跳闸。电源输入侧的低电压主要是由于电网电压的波动或主电力线切换；雷击使电源正弦波幅值受影响；电厂本身的变压器超载、负荷不平衡。
（2）、来自负载侧的低电压
大型设备启动和应用；
线路过载；
启动大型电动机等；
从电源输入侧和负载侧来解决此问题是不现实的，我们从变频器本身着手，
采用直流支撑技术(在变频器直流侧加不间断直流电源提高变频器的低电压跨越能力)来解决目前工厂面临的问题。采用此技术可确保：
(1)、厂用交流电源低电压时,变频器还能正常工作。
(2)、备自投切换过程中确保变频器正常工作。
二、技术关键:
变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究，变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。一般td都在15～25ms,只要电源“晃电”较为强烈，to都在几秒钟以上，变频器自我保护停止运行，使电动机停止运行。
从电压跌落到变频器恢复正常运行，时间至少几十秒钟，此过程中电机会停止运行，严重影响工厂的正常运行,针对该问题我们采用直流支撑技术，通过整流装置、蓄电池组和各直流回路，对各变频器的直流母线供电，并通过PT传感器、开关量数据采集等输入PLC，编程控制各直流回路的开合、静态开关的导通等，当电网发生晃电甚至停电时，保障变频器连续、稳定、安全运行一定的时间，从而大幅度减少电网电压波动对变频器产生的影响，进而保障整个工厂电气设备安全度过晃电期。
1、直流支撑系统的原理
1)、单台电机工作原理图：

VVVF:变频器，由AC/DC整流器、DC/AC逆变器等组成
系统由电池组、充电器、静态开关、控制器等组成
SS:静态开关
M:电动机
针对工厂的实际情况,我们决定采用多台电机工作模式
2）、下图是多台电机的工作模式图
多台电机工作模式：
M1，M2，M3同时设计于同一控制系统中为低压电机群的工作模式；

检修模式：
以下为检修模式的示意图

VVVF1检修，VVVF2和VVVF3处于工作模式，直流由SS和直流熔断器等隔离。

2、本系统的工作模式
本系统有三种工作模式：
1)、正常工作模式：由电网通过具有双变换及软起动功能的VVVF驱动电动机，充电器对电池浮充电。
2)、断电工作模式：静态开关导通，电池通过VVVF驱动电动机；电网恢复，系统自动恢复正常工作。转换过程不断电。
3)、检修工作模式：每个回路相对独立，n台PLC分路独立管理n台VVVF，并对直流系统监控。
在工作现场通常都是电机群，我们只需设计一套系统就可以解决问题。
3、本系统的控制逻辑：
( 　 　   电话：   手机： ) 

 虚线框内为直流支撑系统
 上图为直流支撑系统与变频器控制逻辑简图
 逻辑控制说明
1． 变频器启动；停止控制逻辑
根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指令后，即可投入运行。在变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。变频器运行调速指令由DCS 或PLC 送来的4－20mA 模拟信号实现。
2．直流支撑系统与变频器的逻辑配合
（1）直流支撑系统的组成
a. 直流电源 b. 回路保护开关 c. 回路静态开关
d. 回路直流接触器 e. 控制PLC f. 母线电压监测继电器
（2）该系统的PLC 控制逻辑
a. 控制PLC 输入逻辑条件有：变频器运行状态接点信号，母线电压监测信号。同时可能还有现场的一些闭锁信号。
b. 控制PLC 输出逻辑条件有：变频器运行正常且一些闭锁信号未给出保护动作信号时,直流接触器合上,直流支撑系统处于热备用状态,否则直流接触器断开，直流支撑系统处于冷备用。变频器运行正常时，母线电压<350VAC(可调节)且闭锁信号未给出保护动作信号时,PLC向静态开关送出24VDC控制电压,静态开关导通；母线电压恢复时，PLC撤出静态开关闭锁指令。
c. 母线电压正常条件下直流支撑系统投入过程
变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU 准备运行；控制设备，DCS 或PLC 或控制继电器送来启动运行指令。电机按模拟控制4－20mA 电流决定变频器拖动电机的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。
直流支撑系统控制PLC 接受到变频器运行状态指令后，向直流接触器 MF 发出合闸指令，如果该回路的空开QF 合闸，这时该回路在热备份状态。本次操作结束。
d. 变频器电源失电，PLC 及静态开关都测到变频器失电信息。
1） PLC 测到了母线电压＜350VAC 信号而发出静态开关合闸指令。
2） 静态开关测到变频器直流母线电压＜460VAC 而快速导通。
变频器电力迅速由母线供电转入直流支撑系统供电。变频器保持连续不间断运行。
e. 变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升；母线电压恢复使得PLC 重新得到电压正常信号而撤出静态开关闭锁指令。当变频器直流母线电压>直流支撑系统母线电压，并且PLC撤出闭锁指令后静态开关立即关闭。电机在这一过程中仍然保持不间断运行。在充电器作用下对放过电的电池组补充电。
f. 母线电压连续在85％（该值可以重新设定）上下波动。母线电压一旦 <350VAC（>85％）直流支撑系统即自动投入,由蓄电池直接向变频器的直流母线供电。母线恢复正常值后PLC 延时2s 才撤出静态开关闭锁信号。
g. 根据用户工艺条件，在蓄电池供电数秒钟后PLC自行切断直流接触器，具体延时多长时间可在调试时确定。
3． 系统安全性
1）直流支撑系统与变频器组成的电机不停电系统具有可靠的系统安全性。该供电系统与变频器是分布式结构，该供电系统应用后完全不影响原有变频器的使用方式及性能，在母线电压正常时该系统仅作为后备电源。这时候直流支撑系统的退出，投入不会对原变频器产生任何影响。
2）该系统与变频器之间有十分可靠的隔离保护设计，当一台变频器出现故障，不会影响其它变频器正常运行。
3）在检测维修时，每回路直流支撑系统均可单独与母线分离，以便于维修。
4）HMI上备有保护变频器母线电压晃电、失电、充电压实时纪录，
运行工程师可在事后在HMI 上查询纪录精度在秒。
² 控制部分我们可以根据用户的要求采用RTU模块,来采集现场信号和控制我们的DC-BANK系统。同时RTU还有多种电动机的微机保护功能，可以实现对电动机的多重保护。
利用RTU来实现智能控制系统可以实现以下几个功能
1、进行线路的监测，实现遥控（分合、启停、正反转等）、遥测（电压、电流、功率、频率、功率因数等）、遥信（反映各种开关量状态）等功能。通过RS485和上位机软件一起构建SA系统。
2、进行三相电动机微机保护，实时监测电机运行状态（如启停、正反转、电流、电压、功率、功率因数、频率、温度等），对电机进行多种保护（过流、过压、过载、欠压、堵转、零序、负序等保护）。
3、GPS对时：接入GPS时钟信号，统一系统时钟，并向控制终端发送对时命令；可支持多种通讯规约、多种通讯通道。
4、具有SOE功能
采用RTU来实现控制系统，功能齐全、方案简洁，具有高可靠性、高集成度，分布式安装和控制，易扩展、开放性好。

4、性能特点
结构合理可靠
该系统直接向VVVF提供直流电源。和传统的UPS相比，减少了AC/DC、DC/AC 两次变换，硬件费用减少，可靠性提高。
常规UPS整流充电器与变频器处于串联状态，既要对电池充电，还须向逆变器提供额定直流功率，而此系统的充电器处于并联状态，平时只对电池浮充电，，可靠性高。
直流支撑系统不影响原来设备的全部工作状态。
电动机享有VVVF的软启动、调速等功能，并具备短路、接地故障和过载等保护特性。
充电器具有稳压、限流功能。
直流支撑系统的相关参数可以记录、储存和显示。
采用方便检修维护的模块化结构，并联使用。系统各回路完全独立，检修某回路VVVF及其控制保护电路等，不影响其他回路工作。
系统相关部件采用IGBT逆变功率器件和微处理器控制。
静态开关采用在线跟踪和电压自动监控，保证主电源电压波动和失电时，系统瞬时切换到电池供电,变频器的输出频率没有变化。

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