西门子6ES7513-1AL02-0AB0技术参数
建筑恒压供水 PLC 触摸屏
1 引言
系统用于酒店，小区高层供采暖/生活热水。系统采用循环控制自动调节，保证恒定温
度和压力。系统根据室外温度和设定的供水温度循环控制供热流量，根据管道回水压力波动，控制供水泵组中单台电机的转速或多台电机的投入及退出，使管网主干出口端压力始终保持恒定．以满足用户对高性能、高质量供水的要求，并使整个系统始终保持在高效节能的佳运行状态。
2 基于PLC技术的恒压供水系统设计
1.1供热机组自动控制技术要求
（1）供热机组自动显示功能：一次供水流量，压力和温度；一次回水压力和温度；二次供水压力和温度；二次回水压力和温度；水箱水位；循环泵，补水泵故障警报；二次供水压力和温度过高和过低报警；二次回水压力和温度过高和过低报警；水箱水位过高和过低报警。
（2）供热机组自动控制功能。根据二次供水温度和室外补偿温度调节，一次供水流量达到二次供水温度恒定；停电自动关闭一次供水；二次回水恒压运行；自动上水；系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可远程报警。
1.2生活热水机组自动控制
（1）运行功能。自动变频：用于水泵正常供水的工作状态；手动变频：用于系统调试，手动控制变频；手动工频：自动控制失灵。切换到手动，工频控制水泵；故障报警：系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可报警；显示：数码显示器可显示频率，压力，电流，电压等数字信号。变频运行定时切换：当一台水泵连续运行达到一定时间，自动变频启动另一台水泵，前一台水泵自动停机，保障每台水泵的磨损系数。如果系统主泵数大于2台，则此过程依次轮换。切换泵时候需要一定的延时，保证电气安全，防止电流冲击。
（2）恒压供水控制。循环方式控制水泵恒压运行；变频，工频自动转换：系统用水量
超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。当变频器控制的电机满足不了设定流量要求，此时变频器输出频率逐渐上升，直到工作在设定的上限频率，如压力仍达不到设定值，由可编程控制器，通过PID运算得到输出量给发出速度控制指令。如系统用水量超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。
供水系统结构参见图1。二次供水温度PID控制比例阀的开口（热水流量阀）回馈二次温度。二次回水压力，控制回水压力（变频器）回馈回水压力。
图1 生活热水系统结构
（3）系统特点。自动化控制避免用水高峰压力不足，用水量少时恒压防止管网压力
过高爆管，实现无人看守；可以利用变频技术显著节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大；安全卫生。系统实行循环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。
2系统电气设计
主控制器选用PLC,自动化程度高,简化了线路。开关量(包括启动停止按纽,限位,故障,频率检测等)输入24点;输出10点；模拟量检测11路(压力.温度,水位)；模拟量输出2路.分别控制变频器和比例阀,控制系统压力和流量。主控制电路如图2所示。
2.1 PLC控制电路设计
（1）配置设计。根据系统控制需求分析, 电气系统配置如图3所示。
（2）CPU单元设计。PLC选取台达CPU单元DVP48EH：24 IN/24 OUT，CPU单元控制电路如图4所示。
（3）扩展单元设计。1个4通道AD输入2通道AO输出模拟量扩展单元06XA-H，2个4通道AD模拟量扩展单元04AD-H ，模拟量控制电路如图5所示。
图2主控制电路
图3 电气系统配置
图5模拟量控制电路
2.2 人机界面设计
人机界面选取台达7.5”彩色触摸屏。人机界面（HMI）可显示工艺流程、工艺参数和设备状态，HMI图形接口友好，只需直接对图示进行手动点触操作，因此操作简便灵活。
具体画面规划如下:
（1）开机画面说明：系统上电后，在人机界面上显示如图6所示画面，按画面提示进入各个子画面界面。
图6 开机画面
（2）参数设定画面说明。可以设定二次供水温度，3位加一位小数；二次供水压力，1位加2位小数，单位MPA；同时可以设置温度和压力的高限和低限。
（3）控制画面说明。1#循环泵启动和停止，2#循环泵启动和停止；手动变频可以直接设速度，同时也可以用增加按钮和减小按钮来手动调节速度；校表功能可以调节各种表的系数；PID参数可以来调节系统的PID参数比例/积分/微分，积分饱和限制等。
其它画面包括：当前警报；历史警报；历史趋势；系统数据说明（图7）等。
3 结束语
系统均采用台达系列自动化技术控制，操作方便简单,实时检测,多种保护.该系统主要应用在设备档次及自动化要求比较高、智慧化比较高供水场合，系统运行稳定可靠，是传统控制系统的佳替代产品，代表未来恒压供水发展方向。
CNC （Computerized Numerical Control）是计算机数值控制系统的英文缩写，也称数控系统。在现代工业生产中得到了广泛的应用。
，随着计算机信息技术和生产技术的迅猛发展，制造业对产品生产制造也提出了更高的目标和要求：产品制造周期要求越来越短，零部件的生产效率和柔性化生产的程度越来越高，产品的加工质量和性能也要求更高、更稳定。CNC系统也从一般的产品的零部件加工控制（如车削、铣削、高速切削、等标准CNC数控机床）被逐步发展应用到产品的组装、包装乃至产品的运输（如焊接、点胶、封装，工业机器人、等CNC产业机械）等整个生产制造过程中去。
本文以一台齿轮淬火机床CNC系统应用开发为例，详述了如何利用中达电通PUTNC-H4通用系列CNC、台达 DELTA交流伺服系统，并结合客户产品加工的工艺特点，为产业机械打造出客制化的CNC控制方案。
2 齿轮淬火机床对控制系统的要求
机械设计
机械设计为3轴伺服控制和1轴变频器控制：
（1）Y轴为旋转轴，传动机构会根据加工零件类型时的转速要求而有所不同，分为伺服和变频器拖动异步电动机两种传动方式，当加工齿轮类零件时，伺服电机经过减速机和齿轮盘两级减速机构，带动被加工齿轮做分度运动。当加工零件为光轴类零件时，Y轴伺服电机停止工作，传动结构改变为变频器拖动异步电动机经过同步带，带动光轴零件高速旋转。设计解决了伺服电机经过两级减速后，Y轴转盘速度无法满足光轴类零件的淬火工艺要求的问题。两种传动方式通过电气互锁，确保安全。
（2）Z轴为垂直轴，通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火加热感应器上下运动，
（3）X轴为水平轴，同样通过伺服电机直接驱动滚珠丝杆，带动淬火感应器前后进给。其中Y轴伺服和Z轴伺服要求具有两轴插补功能，这样可以实现斜齿轮类和人字形齿轮类零件的淬火加工，而X轴伺服单动即可。
机械结构简图如图1所示。
图1 淬火机床机械结构
2.2 零件加工的工艺要求
（1）机床要求能够加工直齿轮、斜齿轮、人字形齿轮、阶梯齿轮的淬火加工。齿轮的加工大直径2米，齿顶高0.8米。大齿数100齿。
（2）机床在更换淬火感应器靠模后，还可以实现光轴类零件的淬火要求。
（3）配合不同的淬火感应器靠模设计，能够实现的淬火方式：连续淬火、同时淬火、分段连续淬火（分段淬火通过程序设定，不需行程开关）、分段同时淬火。
（4）齿轮淬火加工顺序要求间隔加工，以便留有足够冷却时间，保证齿轮小的加工热变形，以齿数10为例，即按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10淬火顺序加工。
（5）要求各伺服轴，空行程速度F0和淬火加工速度F1分段可调，齿轮分度旋转时速度稳定。
（6）连续零件自动加工时，应保证足够的精度，不会产生累计误差。
2.3 控制系统要求
机床操作上要求有手动模式和自动模式，以及程式编辑模式三种基本工作状态。
（1）在手动调试模式下：CNC系统可以通过操作面板控制伺服轴，快速JOG移动和MPG
手轮移动，方便操作工人调节感应器靠模和齿轮工件的位置；手动情况下可以通过外部的按钮来实现Y轴变频电机旋转ON/OFF、淬火感应器加热ON/OFF、喷液电磁阀ON/OFF、辅助喷液电磁阀ON/OFF控制，方便操作者调机测试使用。（I/O规划参见方案的制定和实施）
（2）在自动运行模式下：CNC系统可以按照预先选用的程序控制伺服电机运动，
完成齿轮零件的全部淬火加工过程；可以使用自定义M代码来实现Y轴变频电机旋转ON/OFF、淬火感应器加热ON/OFF、喷液电磁阀ON/OFF、辅助喷液电磁阀ON/OFF，I/O控制(M代码规划参见方案的制定和实施)；自动加工过程中可以实现任意暂停，单节测试等操作功能。
（3）在程序编辑模式下：要求系统能够存储至少500组不同零件加工程式，并可以
对程式内容进行编辑；在加工标准的直齿和斜齿齿轮时，控制系统可以根据齿轮工艺参数自动生成加工程式；加工光轴类零件时，可以通过标准的G代码实现零件程序设计；加工阶梯轴类零件时，不需要增加外部的行程开关，可以通过多个程序组合来完成一个零件的分段淬火加工；在该模式下还可以对淬火的辅助工艺参数进行设定，如感应器加热延时时间，喷液延时时间，齿轮加工空行程时的速度以及淬火加工时的速度设定。
3 中达电通PUTNC-H4通用系统介绍
PUTNC-H4数控系统是中达电通公司针对产业机械的运动控制需求开发的一款通用型CNC数控系统。该CNC系统大的特点就是开放的系统架构，其CNC的状态信号S bit含义、内置PLC的指令信号C bit含义、系统特殊寄存器R含义、以及系统内部特殊变量V定义，被完全开放给机床制造商使用，设计者只需配合专用的PLC编辑软件和LCD画面编辑软件就可以对产品进行二次开发，从而打造出符合产业机械工艺要求和终用户操作要求的客制化CNC系统，如图2所示。
图2 PUTNC-H4数控系统
PUTNC-H4通用系统的特点：开放式的系统架构，內含嵌入式 PLC ，可应用各类产业机械和自动化设备。高清晰LCD液晶显示，用户可以自行规划画面内容。配合PLC开发，可面板自定义按键功能，使操作更灵活。大4轴伺服接口, 响应可达500Kpps。 解析度可设定至 7 位数，全闭环控制架构，控制精度更高。大提供2组D/A输出、A/D输入。提供标准的24点输入和16点输出，可选配I/O扩展单元，56点输入，64点输出。具有主仆模式功能和被动ENCODER反馈功能，轻松构建主从追随和同步裁剪功能。支持标准G代码，提供变量表格编程和教导程序输入功能，编程更灵活。更具有MACRO宏指令，可以进行数学、逻辑运算，NC编程功能更强大。程序存储容量 512K byte，NC程序组别高达1000组。提供RS232C标准接口，可连接个人电脑（PC）实现DNC 在线加工功能。