AFB1224HHE

AFB1224HHE AFB1224HHE AFB1224HHE 嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组
1、嵌入式PLC系统软件
嵌入式PLC系统软件将PLC语言(梯形图语言)、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。 **台达风扇---------代理 销售**
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该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式PLC内核： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
②二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；
③终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序 
2、嵌入式PLC芯片组
EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和PLC。
1）芯片组基本性能：
① 供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。
② CPU： C8051F040。
③ 嵌入扩展能力
32 I/O：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。
4 AD： 12位精度，100 KPS。
2 DA： 12位精度，100 KPS。
④ 通信接口
CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。
UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。
2）芯片组原理框图：


二、应用开发
基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计
硬件整体结构图如下：


AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。

（1）信号采集电路
用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。


（2）信号选择电路
选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即个AD转换通道。


 
2、软件开发
嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。【1】由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。
（1）程序规划
T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序
USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。
AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的AD转换。
PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。
（2）程序代码
INIT_AD: ;AD初始化
 MOV  SFRPAGE,  #ADC0_PAGE
 MOV  REF0CN,  #07H ;内部参考电压/输出到VERF
         ;启动内部温度传感器
 MOV  AMX0CF,  #00H ;单极性输入
 MOV  ADC0CF,  #0B8H ;D7--D3=SYSCLK/采样时钟-1
         ;采样转换时钟=1US
         ;D2--D0=GAIN
         ;000 GAIN=1
 MOV  ADC0CN,  #90H ;启动AD采样
 MOV  AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0
MOV  AD_COUNT,  #00H ;16次采样次数计数。初值为0 
RET 
SAMPLE_AD:         ;AD采样开始
MOV  SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页     
MOV  A,  AD_CHANNEL  ;采样值的累加和是一个字基地址         ;为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL
   RL  A
  
   MOV  DPTR,  #XAI  ;XAI存放16次采样值的累加和
   ADD  A,   DPL   ;低字节相加
   MOV  DPL,  A
   MOVX A,   @DPTR
   MOV  B,   A
   MOV  A,   ADC0L
   CLR  C
   ADDC A,   B
   MOVX @DPTR,  A

   INC  DPTR     ;高字节相加
   MOVX A,   @DPTR
   MOV  B,   A
   MOV  A,   ADC0H
   ANL  A,   #0FH
   ADDC A,   B
   MOVX @DPTR,  A   ;#XAI中存放格式为低字节、高字节

   MOV  SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
   MOV  ADC0CN, #090H  ;启动下次AD采样 
   
   INC  AD_COUNT
   MOV  A,   AD_COUNT
   CLR  C
   SUBB A,   #16  
  JNC  FILL_XAI_XAD   ;当16次采样完成后,把XAI中16          ;个采样和（2字节）存放到XAD
RET
3、驱动程序的嵌入
在KEIL C51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。
三、功能介绍
基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。
嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。


四、结束语
笔者利用嵌入式PLC芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。

本文结合混铁炉转炉除尘风机的生产工艺，综述了高压变频器的性能特点及系统原理，同时详细说明了整体施工方案，从而证实了变频器在杭钢有着很大的节电效果。
【关键词】混铁炉 高压变频器 交钥匙工程 节能降耗
 
一、 引言
    杭州钢铁集团转炉炼钢厂设置两座600T混铁炉，且有一个倾翻工位和一个大包倒小包工位。每座混铁炉设有一个进铁口和一个出铁口，倾翻工位相当于混铁炉进铁口。当混铁炉进铁或出铁时，高温的铁水会同空气发生剧烈的化学反应，产生大量的烟气。一方面对现场操作的工人不利，另一方面也对环境造成了巨大的污染。混铁炉多种进出铁工况条件下风量随时变化，因此该除尘风机需要多种速度来适应。在以前的运行过程中，由于一方面液力耦合器不能适应频繁的调速，另一方面原设计现场阀门信号与风机调速控制分属两个控制系统，两者之间没有信号联系。因此原有除尘风机运行方式基本为恒速运行，其运行转速保持在约680rpm左右，运行电流约在150A，仅通过现场阀门及炉盖开启来达到除尘效果，同时为防止阀门全部关闭造成风机振动过大，其中一台大包倒小包阀门始终打开，大量风量直接排空，导致大量有功功率浪费。此外液力耦合器低速运行时效率低下，为了提高风机的运行效率，节能降耗，必须对风机调速控制进行改进。   
    近几年随着国内高压变频器技术的进步，变频器的和稳定性有很大幅度的提升，经过考察，我厂终选择了北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVEST-A系列高压变频器对风机进行调速控制。该项目采用节能还款合同形式，由杭州亚泰投资公司投资，整体项目为交钥匙工程，于2006年12月份安装调试完毕投入运行，至今已稳定运行近四个月，给我厂带来了巨大的效益。 

二、混铁炉除尘工艺工况及主电机参数介绍
    1.混铁炉除尘风机工况：
    混铁炉系统除尘设计风量：66万m3/h
    风道漏风损耗率设计： 10％
    进铁水（或大包倒小包）除尘需要风量：25万m3/h
    出铁水除尘需要风量： 6万m3/h
    进铁水除尘需要时间：约10分钟/次
    出铁水除尘需要时间：约3分钟/次
    日出铁水次数：约180次
    日进铁水次数：约120次
    进铁时，当捕集罩关到位后，相应的阀门打开。出铁时，混铁炉离开零位后，相应的出铁口阀门打开。
    2.混铁炉除尘风机主电机的技术参数如下：
    电机型号：Y710－8
    额定功率：1600kW       
    额定电压：6300V
    额定电流：183.2A
    功率因数：0.84
    3.工艺要求：
    现场提供具体工作情况分为以下6种：
    1）一个进铁口工作需要25万m3/h；
    2）一个出铁口工作需要6万m3/h；
    3）两个出铁口同时打开需要风量12万m3/h ；
    4）一个进铁口一个出铁口同时打开需要风量31万m3/h；
    5）一个进铁口两个出铁口同时打开需要风量37万m3/h；
    6）两个进铁口同时打开需要风量50万m3/h。 
 
三、高压变频调速系统改造方案：
   1.HARSVERT-A高压变频器的原理:
    采用高-高电压源型单元串联多电平技术。电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，1600kW/6kV高压变频器每相由5个功率单元串联而成，输出相电压高可达3500V，线电压达6kV左右。每个功率单元承受全部的电机电流，但只提供1/5相电压和1/15的输出功率，为单相输出的交直交PWM电压源型逆变结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。
    每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。给功率单元供电的二次绕组每3个一组，分为5个不同的相位组，互差12度电角度，形成30脉冲的整流电路结构。
    2.本项目共配置1台高压变频器，其详细参数如下：
变频器型号
HARSVERT-A06/200
适配电机功率
1600kW/6.3kV
额定输出电流
200A
输入功率因数
0.95(带负载20%以上)
变频器效率
额定负载下＞0.96
输出频率范围
0.5 Hz到50 Hz
输出频率分辨率
0.01 Hz
过载能力
120﹪1min，150﹪1min
模拟量输入
1～10V/4～20mA，任意设定
模拟量输出
1～10V/4～20mA，可选
加、减速时间
0.1～3000s
控制开关量输入/输出
4路输出/4路输入
冷却方式
风冷
柜体防护等级
IP31
 
    3.变频器主回路方案：
    由于风机进风口没有风门，因此这次改造没有安装工频旁路柜。即用户电网直接接高压变频器，然后接电机。
    4.根据混铁炉的工艺要求，我们在满足除尘环保要求的前提下，为简化控制逻辑，现场PLC直接根据出铁口、进铁口的炉盖位置开关状态来控制变频器的转速，变频器预设3个速度点，根据现场所需风量不同自动调节电机转速。
    现场送6个开关量信号进PLC，在程序内编程以达到变频器高、中、低速运行。
状态
转速
1号炉进铁风口
1号炉出铁风口
2号炉进铁风口
2号炉出铁风口
1号炉大包到小包
2号炉大
包到小包
备注
低速
300 rpm
0
0
0
0
0
0
无设备工作
中速
520 rpm
0
1
0
——
0
0
 
0
——
0
1
0
0
高速
680 rpm
1
——
——
——
——
——
 
——
——
1
——
——
——
——
——
——
——
1
——
——
——
——
——
——
1
    状态说明：0：风口关闭
           1：风口打开
        ——：任意状态
    5.加装变频器后，由于变频器自身带有电机的过流保护、过载保护、缺相保护、过电压保护、接地保护、短路保护、频保护、反相保护等，变频运行时上口高压柜保护为备用保护，除变频器输入侧采用移相变压器外（其励磁涌流为额定电流的6-8倍），对上口保护无其它特殊要求；因此高压开关柜继电保护只对变频器工频旁路时起主要保护，其整定值可按正常电机保护进行整定。旁路运行时如将进气口阀门全部关闭，启动过程启动电流应在电机额定电流的6-8倍左右，如果电网或上级变压器容量较大能承受此瞬间冲击，可以不外加任何启动设备进行直接工频启动，如果不能承受则可考虑在变频器工频旁路系统前方加装水阻或电抗器，以防工频启动时无法启动。本项目工频时采用直接启动方式。
四、交钥匙工程整体施工方案：
    1.由于目前设备使用液力耦合器，考虑到风机运行的稳定性，因此拆除液力耦合器，将电机向前移位采用直接连接方式；对电机移位后与风机直联的磨擦片接手重新定制，重新制作钢底座作为电机基础，同时为确保设备投运后的安全，应确保的安装精度，保证电机与风机之间的同心度≦0.05mm。
    2.高压变频器主设备安装在风机值班室内，原高压柜至电机的高压电缆用做改造时高压柜至变频器进线电缆，变频器至电机高压电缆重新敷设，同时敷设现场PLC柜至变频器控制柜3根屏蔽控制电缆用于变频器的远程启动、停车，采集现场阀门状态信号，实现变频器三段速的自动调节及变频器信号的反馈。此外还需敷设一根高压柜至变频器的控制电缆，用于高压柜合闸允许和高压柜紧急分闸控制。
    3.由于高压变频器的IGBT等功率元器件对环境温度要求比较高，同时本项目变频器功率较大，为了防止因温度高而引起变频器的保护停机，我厂采用以下三种措施来防止室温过高：
   （1）柜顶加装排风管，使变频器自身产生的大部分热量通过排风系统释放到室外；
   （2）改装现有的窗户，进行双层玻璃保温；
   （3）加装一台10匹的工业风冷空调。