6ES7253-1AA22-0XA0原装库存

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 系统各站主要配置和功能

2.2.1 厂级控制层

（1）主控服务器计算机两套，以互为热备用方式工作，完成计算机监控系统的管理。

（2）操作员工作站设两套，每套工作站带两个显示器（双屏），两台工作站互为热备用方式，一台用于监控，一台用于监视。当监控工作站因故退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站。采集到的数据送服务器、模拟屏和总厂的数据库系统。

2.2.2 现场控制层

厂房内设有四套分站控制单元，采用罗克韦尔的PLC-5/40设备。各分站控制单元分别完成各自监控对象的数据采集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个控制分站具有独立的控制、调节和监视功能，配有键盘和监视器。当与上位机系统脱机时，仍可进行必要的控制调节和监视。分站控制单元由工控机和PLC及远程I/O等设备组成。整个系统的主计算机、分站控制单元及各辅助设备均通过罗克韦尔自动化的ControlNet网连接通信。

（1）取水分站

取水分站下挂两个子站，分别对取水吸水井上的格栅除污机进行控制，并接收吸水井上的仪表信号。吸水井上没有采用传统的差压检测仪，而是采用带有两个超声波探头的水位检测仪。该检测仪即可以检测吸水井格栅前后两个水位值，也可以将两个水位值作差值计算，输出水位差值。除污机的开停可以由水位差值来控制，也可以根据设定的时间周期来控制。格栅前后的水位差如果超过上限值，报警。

取水分站的主要控制对象除了吸水井以外，还有原水虹吸管抽真空系统，取水泵抽真空系统，取水泵，排水泵房及变配电系统。其中取水泵抽真空系统为进口设备，常保抽真空方式，它具有一套独立的控制系统，使取水泵内始终保持充满水的状态，因此设计中我们只将事故信号送至取水分站。另外将清水池水位信号送至取水分站用于控制取水泵的开停台数。

取水分站所检测的仪表信号有原水浊度、PH值、温度、清水池水位、取水吸水井水位及取水泵与电机温度、出口压力。

（2）加药分站

加药分站下挂两个控制子站，分别对设在近期和远期冲洗泵房的 用于加氯、加用的增压泵进行控制。

加药分站的主要控制对象除了增压泵以外，还有加矾系统、加氯系统、加系统、反应池排泥系统及配电系统。

加矾系统采用的是流动电流法混凝投药控制系统。在管道混合器后取样送入流动电流传感器即SCD中检测，作为反馈环节。在加药间内设置一台多功能控制柜，接收SCD输出的4~20mA信号和原水流量信号，经数据处理后控制计量泵的冲程与频率，从而调节加矾量。SCD设定值则根据待滤水浊度确定，这个设定值不是一个定值，它需要经过长期的生产实践经验和实际情况确定。

加氯系统包括前加氯与后加氯系统。前加氯是根据原水流量按比例投加；后加氯则根据滤后水流量进行投加，清水池余氯信号反馈调整。

加系统根据滤后水的加氯量按比例投加，一期没有安装。

反应池排泥系统具有现场手动和根据时间周期自动排泥两种控制方式。

加药分站所检测的仪表信号有：原水流量、待滤水浊度、清水池余氯、滤后水流量、SCD检测值、矾液池液位、计量泵出口压力及流量

（3）滤池单元

滤池分站的主要控制对象有平流沉淀池、气水反冲洗滤池、反冲洗泵、鼓风机、空压机及变配电系统。
滤池分站下挂10个单格滤池控制子站。每个控制子站控制一格滤池的过滤与冲洗。每格滤池装设一台超声波水位检测仪，用于控制该格滤池出水阀门的开度，使滤池在恒水位条件下工作。滤池的反冲洗可选择两种控制方式：单格滤池一步化控制和按过滤周期控制。滤池的冲洗程序为三段式冲洗：气冲、气水混合冲、水冲。在反冲洗泵、鼓风机房内共装设了三台冲洗泵，三台鼓风机，均为两用一备。气冲时两台鼓风机运行，气水混合冲时再加一台冲洗泵，水冲时仅两台冲洗泵运行。试运行期间，气冲时间为2分钟，气水混合冲时间为2分钟，水冲时间为6分钟，这些时间参数均为可调参数，通过长期的生产运行经验确定一个最佳参数。
滤池分站所检测的仪表信号有：冲洗泵、鼓风机出口压力、滤后水浊度。

（4）送水分站

送水分站的主要控制对象是送水泵、送水泵抽真空系统、出厂水及变配电系统。
送水泵抽真空系统与取水泵相同。送水泵的开停台数由公司调度室发信号给中心控制主站，由中心控制主站给出开停泵信号，由送水分站PLC完成水泵开停过程。送水吸水井水位开关则控制送水泵全开全停及报警。
送水分站所检测的仪表信号有送水泵出口压力、送水泵及电机温度，出厂水压力、流量、PH值、浊度和余氯值。
2.2.3设备控制层

本层包含了虹吸、碳水、增压、加矾、滤格等14个小控制箱，采用的罗克韦尔的SLC5/02设备。所有这些辅助设备都直接挂在A-B的DH-485工业局域网上。各个设备之间可独立运行，也可通过网络接受命令并进行相应处理。该局域网所有的主机和站点都可以共享辅助设备的信息，因此所有设备的工作情况等信息都可以第一时间显示在上层的主机监控画面上。

3系统配置及特点

系统的PLC软硬件都采用了罗克韦尔的产品，通讯软件采用RSLinx，梯形图编程软件采用RSLogix5和RSLogix500，人机界面采用Rockwell的RSView32来完成数据、记录、操作监控等任务，操作系统采用bbbbbbs中文NT系统，设置了用户安全管理体系，只有通过正确的口令和用户名才可能成功登录，同时系统软件自身采用实时数据库系统来进行分析和管理，数据库系统选用微软的SQL Server2000产品。

软件的各个功能块如下：

3.1 监控画面功能

（1）监控系统运行状态画面

画面显示监控系统继PLC和测量装置及主控工作站的工作状态和参数。

（2）电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

（3）各种运行和管理报表及表格画面。

（4）水厂的平面图、动画等显示。

3.2数据采集和处理功能

系统可自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机所有工作分站及子站的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理和分析，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量、脉冲量进行统计分析计算（含变位、越限等）作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动进行处理。

3.3 综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对水厂设备的运行进行全面监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高单元运行的安全性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。

3.4 安全运行监视及事件报警功能

（1）主要设备安全运行实时监视

计算机监控系统可以使运行人员通过主机兼操作员工作站显示器屏幕对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视，包括状态变化监视、越限检查、过程监视、历史趋势分析和监控系统异常监视。

（2）事件报警

故障报警记录

计算机监控系统周期性扫描故障信号，故障发生时，立即响应并处理，同时记录故障发生时间（时、分、秒）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印故障报警语句，发出声光报警信号，按故障发生的先后次序排列，形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表，可供值班人员查寻，并定时打印，也可召唤打印或显示。

参数越限、复限报警记录

计算机监控系统在设备运行参数超越其限值时，立即报警，越限值恢复正常值时，进行复限提示。参数越、复限时，记录发生时间（时、分、秒）、参数名称、参数值勤等信息，并显示打印故障报警语句，发出音响报警信号，形成全厂参数越看待线记录并存入数据库。

事件顺序检测

单元现地LCU自动检测本单元所监视的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状态变换时，对于事故信号自动产生中断，检测事件性质、发生时间，并顺序记录，上送电站控制层，计算机监控系统立即响应中为信号，同时记录事故发生时标（时、分、秒、）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印事故报警语句，发出声光报警信号，按事故发生的先后次序排列，形成事件记录并存入数据，可按设备进行搜索记录。

单元开、停机过程监视

单元开、停机时（命令发出），计算机监控系统自动推出相应单元的开、停机过程监视画面。画面包括：单元编号、自动/手动标记、开（停）机条件、用流程图表示的开（停）机步骤、每步操作的时间及总时间。实时显示全部开、停机过程中每一步骤及执行情况，并按设备实际动作状态自动改变步序框的颜色，以区分已操作、正在操作、待操作及操作受阻部位。并提示在开、停机过程受阻的受阻部位的原因，进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

4系统的智能性分析

自控系统的实用性实际上要求系统有较高的智能度或容错能力。开发大型的专家系统是比较困难的，但可以将平常的运行经验加入控制程序中，即加入若干个智能点。譬如可以通过出口压力信号或电机电流判断反冲洗水泵是否出水(因离心水泵空转时的电流比正常运转时的电流小得多)；又如当程控打开某滤池的排水阀时，其全开行程开关未动作，但此时滤池水位突然下降，由此判断排水阀已打开而不必终止程序执行。这些智能点的加入使系统的适应能力大大提高，PLC通过分析有限的信号量可以发现被控设备的故障。再譬如，可以通过计算液控蝶阀前后补油的时间间隙来判断其是否漏油，这种将运行人员经验化为智能控制的方法是传统继电控制或单回路调节仪表所无法比拟的。

5 过程控制及远程手动操作

水厂过程控制(如对加氯、加矾、恒水位控制等)具有惯性大、纯滞后时间长等特点。理论证明，对于具有Ke<;SUP>-τ/(1+T1;)(1+T2S)特性的控制对象，PID是一种最优控制，但当其纯滞后时间τ大于数分钟时，采用PID控制的效果不佳。对于加药系统来说，纯滞后时间由其投加点及采样点的距离决定。作为一个特例，滤后水加氯较为复杂，为了达到自动控制的目的，要求经充分混合后立即检查余氯值作为复合环控制的反馈信号。水厂的过滤后加氯采用了采样PID控制，通过控制其采样周期来补偿系统的纯滞后时间，效果很好，真正做到了自动投加。当然也可以利用PLC所提供的PID指令构成串级控制系统，其目的都是为了克服或补偿系统纯滞后时间太长对控制带来的影响。

对于惯性大、纯滞后时间长的系统采用手动控制是很有效的，一个熟练的操作工人并不需要频繁的操作就能将余氯、清水池水位等控制得很好。如果中控室有人值班并可通过网络进行手动操作，则该方式至少可以作为自动控制的一种后备或补充，使系统更加可靠、实用。这里的关键问题是怎样实现两种控制方式的方便切换。最好的方式是直接利用PLC提供的PID指令进行控制，这样一方面可取消仪表的PID控制器，大大节约了费用；另一方面，利用PLC的功能指令，能方便地实现自动和手动控制的无扰动切换，利用上位电脑的图形界面，值班工人可以很方便地执行这些操作。

一、系统概述

艾默生PLC和变频器在浆纱机上的应用，此电气系统采用PLC集中管理，分散控制，系统集中化，简约化，易控性强，更好的降低故障率。

PLC系统由艾默生EC202416BAR主模块，16点的数字量输入模块和4路模拟量输出模块组成。

操作界面采用工业级液晶触摸屏，可动态修改控制参数，方便显示当前速度，当前匹长、匹数及系统的动态运行状态。

边轴电机变频器采用高性能通用型的EV2000系列，织轴收卷TD3300 22KW张力变频器。此变频器是张力专用变频器，内置张力控制功能。采用独立变频模式，结构简单，维护方便，稳定度高，保收卷的张力及线速度，在小卷到大卷的变化过程中稳定可靠。在加减速中的自动补偿控制，使加减速中张力更稳，更有上卷防断纱程序，使上卷起机时便于操作。

本系统的优点：

Ø 张力设定在人机上设定，人性化的操作;

Ø 使用先进的控制算法：卷径的递归运算;空心卷径时张力的线性递加;张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等;

Ø 卷径的实时计算，精确度非常高，保收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值;

Ø 因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果操作人员进行加速、减速、停车、再时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好;

在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造，基本上两三天就能安装调试完成;

Ø 克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便维护设备。

Ø 机台上的所有操作部分全部采用36V以下的安全电，以保证操作中的使用安全。

三、张力控制原理

所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转矩。真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到像真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响产品的质量。

变频收卷的实质是要完成张力控制，即能控制电机的运行电流，因为三相异步电机的输出转矩T=CmφmIa，与电流成正比。并且当负载有突变时能够保证电机的机械特性曲线比较硬。所以必须用矢量变频器，而且必须要加编码器闭环控制。用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转距要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿。即小卷启动的瞬间，加速，减速，停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。

Ø 卷径的计算原理

根据V1=V2来计算收卷的卷径。因为V1=ω1×R1， V2=ω2×Rx。因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt，Δn1×C1=Δn2×C2/i

（Δn1---单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i---减速比）

Δn1×π×D1=Δn2×π×D2/i

D2=Δn1×D1×i/Δn2，因为Δn2=ΔP2/P2

（ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的圈数）。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即测长辊转一圈，由编码器接到PLC。那么D2=D1×i×P2/ΔP2，这样收卷盘头的卷径就得到了

Ø 收卷的动态过程分析

要能保收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、、停车都能保证张力的恒定。需要进行转矩的补偿。整个系统要起来，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在的瞬间起作用;正常运行时要克服滑动摩擦力产生地滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿，系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系。在不同车速的时候，补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、转矩;克服了这些因素，还要克服负载转矩，通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过减速比折算到电机轴。这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。

总结：电机的输出转矩=静摩擦转矩（瞬间）+滑动摩擦转矩+负载转矩。

Ø 转矩的补偿标准

1） 静摩擦转矩的补偿

因为静摩擦转矩只在的瞬间存在，在系统后就消失了。因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。

2） 滑动摩擦转矩的补偿

滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的。补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准。补偿量的大小与运行的速度有关系。所以在程序中处理时，要分段进行补偿。

3） 加减速、停车转矩的补偿

补偿硬一收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。

相关的计算公式

四、调试过程

（1）先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。

（2）将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的圈数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近波动的。

（3）在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。通过卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量（P2）和最低脉冲量（P2）。通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对最高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。最低脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转矩特性很差，会出现抖动的现象。

（4）通过分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转矩补偿。补偿的大小，以电机额定转距的百分比来设定。

结束语：技术更新越来越快，我们必须提高产品性能，使我们的产品能够适应我们的工艺要求。

低电阻测凰仪按其测试电流的大小可分为两类：一类测试电流较大，主要用于接插件、开关、导体等产品的直流低电阻的测量，另-类测试电流很小（一般为1mA左右），用于电、点火具或其他危险易爆场合的接插件、开关等元器件的直流低电阻的测量。该种测量仪对安全性能要求很高，必须增加多种保护电路。在PCB吸设计布线时也要考虑安全性和可靠性。89年至今，我们不断改进完善电路设计，设计生产了四个型号的低电阻测量仪，这里介绍的是最新的DZC-4型智能旺电阻测量仪。

1 总体方案和技术指标

仪器由5个部分组成：电源供应、精密恒流源、精密电压放大器、A/D 转换器、单片机控制器。

其主要技术指标如下：

测试范围：0～20Ω0～200Ω0～2 k（三挡量程自动切换）；

最高分辨力：0.001；

测试电流：0.5mA；

测试精度：±（0.2%+2）；

整机耗电：《30mA 。

2硬件设计

（1）电源部分

整机采用6节5号镍氢电池供电（7.2 V）及通用DC/DC变换器，将电池电压转换成稳定的±5 V直流电压。该部分还有电池电压监测电路和充电电路，电池充满电 可以供仪器连续使用约50小时。

（2）恒流源

由精密基准电压源和高性能运放组成，向被测电阻提供精确的测试电流。测试电流选为0.5mA。

由于精密电流源部分是整个仪器安全性能的薄弱环节，必须考虑各种内部和外部的可能因素对仪器造成的损坏，从而影响安全性能。主要采取了以下措施：

限制电流利用结型场效应管的恒流特性限制测试电流ITEST大小，一般取IDSS≈2*ITEST。为增加可靠性，采用两只场效应管串联 。

限制电压采用稳压二极管并联于测试端限压。

（3）精密放大器

由斩波稳零运放做测试信号的同相放大，因为A/D转换器的满量程电压为2V，测试电流0．5mA，对应20，200。2k三个量程的同相放大倍数为200，20，2。在负反馈回路接入两个由单片机控制的模拟电子开关SW1、SW2，用于三个量程不同放大倍数的切换：当量程为20 Ω时SWl、SW2均关闭，200Ω时SWl开启，2KΩ时SWl、SW2均开启。仪器校验时应从低量程开始，否则不能校准所有的量程，另外，Ri、Rl、R2、R3应选用精密电阻和精密电位器，使温度的影响降至最低。

（4）A/D转换器

采用4 1／2位的ICL7135芯片，将它接成满量程为2V的电压表的模式。ICL7135用5位BCD码的形式向单片机提供数据，并提供过量程（OV）和欠量程（UN）信号给单片机用于量程自动切换。ICL7135的时钟频率来自T5（CD4060）的Q5端，频率为125KHz，正好是工频50Hz的整数倍，能提高仪器抗工频干扰的能力。A／D转换频率约为：3．3次／秒。T5的COUT端还提供4MHz的时钟频率给单片机。

（5）单片机控制器

此部分的功能有：数据采集、处理、显示、量程切换、电压监控等。本机显示模块有两片74LSl64分别用于LED数码管的位驱动和段驱动，共有5位数码显示。单片机T2的25脚用于关闭显示模块的显示，以免数码管在过程中显示乱码。T2的24脚是电池欠压检测输入，T2的23、22脚控制精密放大器的模拟电子开关，产生需要的放大倍数。

3 软件设计

本仪器最大特点是用软件实现自动调零和量程转换，省去故障率较高的电位器和量程切换 开关。软件调零的方法是：开机后单片机进行自检，如果系统工作正常就读取A/D转换的。当连续读取5个A/D转换后，判断它们是否都小于0.2Ω，否则，就认为操作者没有 将测试棒可靠短路，仪器继续显示调零提示符。如果连续5个值都小于0.2Ω，这时就找出其中最小值作为初始值，以后每次的测量结果都要减去初始值。

根据A/D转换芯片ICL7135的过量程和欠量程信号，由单片机自动进行量程切换。量程切换 要 完成3项工作：首先是切换精密放大器的放大倍率，再是调整初值的有效位数，最后是调整 小数点的位置。

PIC16C57单片机没有中断功能，采用查询的方法与A/D转换器通讯，利用A/D转换的间隙显示数据。

PIC单片机与显示模块中的74LS164采用串行数据通讯，每次只显示1位数据，为防止显示 发生闪烁，刷新率应大于30Hz。

4 结语

仪器与被测电阻采用4线制接线法，能接插件电阻的影响。此外，由于仪器分辨力很 高，所以要求测试夹具进行镀银处理，这一点很重要，否则会造成测试结果漂移不定。

仪器批量生产的测试结果表明：仪器的技术指标达到设计要求，能够满足生产、科研的需 要。如果仪器稍加改进，可以当作高灵敏的直流电压表和电流表使用。

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