6ES7223-1PH22-0XA8使用手册
0、引 言
随着社会的不断发展，自动旋转门越来越多，对旋转门控制系统的控制要求也就越来邀高。例如：当无人接近旋转门时，旋转门能自动停止；当进出旋转门的人比较多时，旋转门能自动加速旋转；当按下残疾人专用按键时，旋转门能启用残疾人专用旋转速度；当行人通过旋转门不慎被夹时，旋转门能迅速制动，待行人解脱后旋转门能自动恢复正常旋转速度；旋转门的全部运行状态都送入楼宇自动监控系统；等等。因此，要求旋转门控制系统在控制上具有更高的自动化和智能化。下面通过一实例详细介绍利用通用变频器和三菱FX系列可编程逻辑控制器(PLC)实现上述要求的控制方法。
1、系统硬件设计
图1是旋转门控制系统原理结构。该系统主要由旋转门、接近传感器、可编程序控制器和变频器组成。
1.1 旋转门及接近传感器
该旋转门由4扇玻璃门相互垂直地镶嵌在同一个轴柱上构成，电机通过减速机构带动旋转门的轴柱，从而产生门的旋转运动。
为了实现系统的全部自动化和智能化，系统在旋转门圆形框架的上端，安装了4个接近传感器，其中3个面向进门的行人(见图1中的A1)，一个面向出门的行人(见图1中的A2)；在门框外侧的边沿上分别安装了2套防夹传感器(见图1中的E1和E2)；在圆弧门框外侧的表面上，分别安装了暂停按键和残疾人专用换速按键(见图1中的B1、B2和C1、C2)；D1和D2是旋转门的定位或加减速起点行程开关。
1.2 FX2-32 PLC
该系统利用日本三菱公司的FX2系列PLC，作为该系统的控制指挥中心。该PLC把来自旋转门现场的检测信号、变频器的状态信号以及楼宇自动监控系统的指令，经过收集、处理后，完成对变频器的频率控制和对楼宇自动监控系统的信息反馈。当X0闭合时，启动该旋转门控制系统。
当xl闭合时，旋转门的转速不受客**多少的控制，以固定不变的转速旋转。反馈给楼宇自动监控系统的信息状态如表1所示。
注：表中“1”表示“ON”，“0”表示“OFF”。
1.3 变频器
由于旋转门处于公共场所，行人或物品阻碍旋转门正常旋转的现象时常发生，因此导致电动机的负载变化大、过电流现象发生频繁，所以选用通用FVR0l5E7s—7Ex型变频器。该变频器具有快速响应的电流限制功能，当负载波动相当大时，变频器不跳闸，能自动减速运行；当负载恢复正常时，变频器能自动升速到设定值。使用该变频器，电动机低速驱动能力强，起动转矩能达到额定值的150％。该变频器还具有电压自整定等一系列**功能。变频器接线原理见图1，所有动作都由PLC控制。
2、系统软件设计
2.1 变频器的主要控制参数
经过现场调试后，变频器的主要控制参数确定如下：
当客**比较小或Xl为“ON”时，变频器的工作频率为42 Hz(Y11为“ON”时)，电机起动时间6 s，制动时间15 s；当客**比较大时(X3、X4和X5都为“ON”时)，变频器的工作频率为50Hz(Y11和Y10同时为“ON”时)；当次按动换速键时，变频器的工作频率变为21 Hz(Y11和Y13同时为“ON”时)，当第二次按动换速键时，变频器的工作频率由其他现场状态控制；当有行人不慎被夹时，旋转门迅速制动并待行人解脱后，经过10 s的延迟，启用变频器第二“加／减速”选择，自动恢复到正常旋转速度(电机起动时间和制动时间均为25 s，实现方法是Y11和Y3同时为“ON”)。变频器主要控制端子与输出频率之间的关系如图2所示。
2.2 PLC控制变频器的程序
图3是根据系统要求编制的PLC程序。在编制PLC程序时，应注意如下几点：① 在旋转门机械抱闸开始前应先让变频器脱离电网，以避免变频器受损；② 当残疾人专用速度启用时，无论在门内还是门外，第二次按动此功能按键时应使变频器恢复正常运行速度。其中“M3”为防夹传感器动作时的互锁辅助触点。
2.3 旋转门运行状态诊断程序
楼宇自动监控系统除了使用摄像机获取旋转门的外部工作状态信息外，还需要使用PLC获取旋转门控制系统内部的工作状态信息。所以在编辑控制系统内部状态诊断程序时，不但要照顾到现场维护人员能利用PLC诊断故障，还照顾到楼宇自动监控系统准确、方便地使用PLC提供的诊断信息
0 概述
自80年代中期以来，集散型控制系统（DCS）在我国水泥工业中的应用越来越广泛，采用DCS系统的水泥企业在调度管理、生产技术和产品的产质量等方面都有较大**。
1995年我们承担了郑州金龙水泥厂设计，在进行DCS选型的过程中，借鉴了玻璃企业应用国产DCS系统的成功经验，通过到玻璃企业调查了解HS1000系统的运行情况，又到北京和利时公司详细了解HS2000系统的硬件软件功能，坚定了我们采用国产DCS系统的信心。经与金龙水泥厂有关同志的充分讨论，决定在郑州金龙水泥厂的自动化设计中采用国产HS2000DCS系统。
郑州金龙水泥厂DCS系统由我院成套供货，并承担全部工程应用软件组态与整个系统的联机调试。自1997年8月起，DCS系统按照生料、烧成、制成三个工段与工艺设备同步投运，到1997年12月初全厂DCS系统都成功投入运行，并于1997年12月底与整条生产线一起通过竣工验收。自投产以来，经过一年多的运行考核，DCS系统基本运行正常，满足了水泥生产的需要。
1 HS2000系统的特点
1．1 HS2000系统的网络结构
HS2000系统网络为三层结构，每层完成其特定的功能。层为管理网MNET，主要完成不同装置间的协调与企业内部的管理通。第二层为系统网SNET，主要完成各控制站、操作站之间的通讯，为双冗余结构，采用工业令牌总线协议。第三层为控制网CNET，主要完成控制站内部各I／O模板与CPU模板之间的通讯，采用国际上较为成熟的CANBUS现场总线。这种三层网络结构，与国外流行的DCS系统结构基本一致。
1．2 HS2000系统的硬件特点
HS2000系统的操作员站采用标准工控机，一般采用研华或美国TM公司产品，配以触摸式键盘和轨迹球，这种配置价格较便宜，兼容性好，且易于获得备品备件。
HS2000系统现场控制站的设计吸取了国外集散系统的**经验，硬件具有可靠性高、分散度高和可冗余配置的技术特色。
控制站I／O模板均为智能模板，具有自诊断、自恢复功能；将传统的I／O模板分解为信号转换板、调理板和接线端子三部分，缩小了故障影响区域。系统的电源单元、CPU主控模板、各种I／O模板均可根据需要进行冗余配置；每块主控模板上背负两块SNET网络通讯模板，自然形成SNET网络冗余。由于各模板之间采用CNET网络通讯以及I／O模板全智能化，使得各模板均可在系统运行中带电拔插，减少了故障修复停机时间，采取这些措施大大**了系统的可靠性。
1．3 HS2000系统的软件特点
HS2000系统软件是在bbbbbbs3．X环境下组态与运行，全汉化软件，组态灵活，调试较方便。系统软件分为离线组态软件与在线软件两部分，任一操作站在安装了离线软件之后都可作为工程师站，进行系统应用软件组态。对模拟量控制提供功能块图组态，对开关量控制提供梯形图组态，模拟量组态与开关量组态可相互调用。图形生成主要是采用bbbbbbs3．X环境下的画板与剪贴板，由用户手绘生成，系统只提供了少量图形块，在用户手绘生成的图形中可加入动态点、软开关、热键等。系统软件具有较强的自诊断能力，在系统运行中周期性对系统网络及各模板的状态进行自诊断，提供状态显示报警。
2 金龙水泥厂DCS系统
2．1 DCS系统结构
金龙水泥厂DCS系统按照“分散控制、分散操作、集中调度管理”的要求进行设计。
整个DCS系统结构简图整个DCS系统按照生料、烧成和制成三个工段划分，分设在四个控制室和厂调度室内。生料和制成工段DCS设置在生料和水泥磨头控制室，分别设一台控制站、一台操作站和一台打印机。烧成工段DCS在窑尾喂料控制室设一台控制站，在窑头控制室设两台控制站、两台操作站和一台打印机。同时在窑头控制室还设有多媒体窑头看火计算机、窑筒体测温计算机等自动化设备。在厂调度室设置一台操作站，作为调度管理计算机。
2．2 DCS系统的硬件配置
生料、烧成和制成工段的操作站，均采用研华工控机，主板为486／66、8M内存、配20″彩显、专用触摸式键盘和轨迹球，另配有普通键盘作为组态用工程师键盘。为降低成本，调度室操作站采用普通商业机（国产长城机）配14″彩显、普通键盘和轨迹球。整个系统没有专设工程师站，各操作站都可兼作工程师站，进行系统组态、测试、修改和下装。
各控制站均为立式机柜，每个机柜内安装1～2个机架，配置CPU主控模板、电源单元、模拟量与开关量I／O接口板、I／O调理板及端子板等。控制站输入／输出的模拟量均为4～20mA信号，开关量均为AC220V信号。
全厂DCS系统的通讯网为冗余配置，各控制站的系统电源单元和通道电源单元均为冗余配置。
2．3 DCS系统的主要功能
金龙水泥厂DCS系统的主要控制功能包括过程参数检测控制和工艺线机电设备起停控制两部分。按照工艺联锁开机顺序控制机电设备起停，当发生故障时联锁停机。系统检测各热工参数，并给定控制风、料、煤、窑速等重要参数，稳定工艺生产过程。
HS2000系统任一操作站都可对全系统进行操作，比较适合全厂集中操作方式。对于金龙水泥厂分散操作的要求，我们在编制操作站组态软件时，根据每个操作站的控制范围，组态相应的控制画面，保证每个操作站只响应本工段内的控制操作信息。各工段操作站显示流程图画面、分组起停画面、分组控制画面、报警画面和分组趋势记录画面等，满足各工段操作员的控制操作与生产监视要求。
厂调度室操作站组态取消了全部操作功能，只显示全厂各工段的过程参数及设备开停信息，做到只监视不操作。
3 金龙水泥厂DCS系统的工程实践
3．1 DCS系统的调试
在设备组装与拷机阶段，我们多次派人去和利时公司检查监制，出厂前进行了设备验收，确保系统质量。同时我们组织金龙水泥厂软件技术人员去和利时公司进行技术培训，之后又组织金龙水泥厂技术人员与仪表工来我院进行技术培训，通过培训使他们对DCS系统与全厂自动化装备有了较全面的了解。
在设备安装阶段，由于安装公司自动化力量薄弱，造成大量接线错误，因此对DCS系统所有I／O点进行了检查，并对接线错误逐一纠正，只有接线检查正确才允许通电调试。由于检查调试的时间紧任务重，我们采用分组检查，分组调试的办法，在较短的时间里完成了调试任务。
3．2 DCS系统的投运
金龙水泥厂生产线是按照工艺顺序分段投产，所以DCS系统也是按照生料、烧成、制成至全厂调度室的顺序分段投运。每一工段DCS的投运，都要**行无负荷联动试车与联锁停机试验考核，考核合格才能进行带负荷运行。
DCS系统的分段投运就要求系统网络分段扩展，系统组态与数据库组态等也要分段扩展，HS2000系统网络联接与软件修改下装都较简单，每次进行网络扩展都可在几小时内完成，对生产影响较小。
系统投运初期，HS2000系统多次发生死机，之后和利时公司派人对各控制站更换了新的软件版本，更换版本后DCS系统几乎未发生死机现象。
3．3 几项技术措施
我们对DCS系统与全数字式直流调速柜之间的模拟信号加装了信号隔离器，避免相互间干扰。由于HS2000系统开关量端子板为继电器隔离，固态继电器的驱动电流有限，我们设计采用中间继电器来驱动接触器起停电机。固态继电器的漏电流对线圈电压为AC220V的中间继电器无影响，但对线圈电压为DC24V的中间继电器有影响，会产生误动作，我们在固态继电器与直流继电器之间，又加了一级交流中间继电器，解决了这个问题。
在安装DCS系统的各控制室，分别设置安全接地与屏蔽接地，屏蔽接地用铜板制作单独接地极，接地电阻小于1Ω，并与交流接地隔离。
我们对DCS主机与I／O通道的交流电源采用分别供电，防止当通道电源故障时影响主机，并且这样设计可以保证在不停主机的状态下检修I／O通道。
为了禁止岗位工在操作站上玩游戏，我们删除了bbbbbbs软件中附带的游戏。并且操作站计算机钥匙由专人管理，较好地避免了各种不良软件进入计算机。
4 几点体会
1）HS2000DCS系统在金龙水泥厂的成功应用，证明国产DCS系统的性能已达到或接近国外同类产品的水平，可以满足水泥厂生产控制的要求，并且采用国产系统在技术培训、售后服务及提供备品备件等方面，都比国外系统更为方便。
2）我国有大量的中小水泥厂面临着技术改造，我们认为DCS系统采用“分散控制、分散操作、集中调度管理”的模式，比较适合中小水泥厂现有的操作管理习惯，并且可省去中央控制室，降低改造费用。目前我们正在设计的某湿法水泥厂与某立窑技改项目，都是采用这种模式。
3）DCS系统的设计中要加强信号隔离，特别是要加强与直流调速装置、变频调速装置及随设备配套的小型PLC之间的信号隔离，防止相互干扰。
4）为了保证DCS系统的长期可靠运行，对用户的岗位操作人员和系统维护技术人员的技术培训尤为重要，除了在DCS供应商处进行培训外，更重要的是由设计人员在现场进行培训，通过与用户技术人员一起进行DCS系统的安装、查线、调试、投运以及故障处理，让用户真正掌握DCS应用技术。
