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1控制系统组成

1.1 系统组成

控制柜由PLC模块(主要有CPU模块、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块和串口通信模块)、开关电源、防雷模块(电源防雷、信号防雷和通信防雷)、安全栅、无线通信设备、继电器和蓄电池组成。

1.1.1 PLC模块

图1 PLC模块

PLC模块主要有CPU模块、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块和串口通信模块。CPU模块用于控制程序的存储和运行。

AI模块用于采集温度变送器、压力/差压变送器、泄露探测器、阀位变送器等信号。

AO模块用于控制阀门位置和加臭流量。

DI模块用于采集阀门状态、泄露报警和其他设备运行状态等。

DO模块用于控制阀门开关、输出报警、其他设备运行等。

串口通信模块用于流量计、流量计算机、加臭设备、消防报警控制器和泄露控制器等的设备的通信。

1.1.2开关电源

图2 开关电源

开关电源用于提供控制柜内和现场设备的24VDC供电,在220VAC正常情况下,开关电源可以给蓄电池充电,一般设置充电电压是27VDC。在220VAC失电情况下,开关电源可以释放蓄电池的电,保持控制柜持续正常运行2个小时左右。

1.1.3 防雷模块

防雷模块主要由电源防雷、信号防雷(开关量和模拟量)和通信防雷。再以类型区分,电源防雷,开关量防雷,模拟量防雷,表示通信防雷。

图3 电源防雷

图4 信号防雷

电源防雷有220VAC和24VDC两种,其中220VAC防雷用于防止瞬间高电压烧坏控制柜的重要元器件,24VDC防雷用于将瞬间过电压限制在设备或系统所能承受的范围内。

信号防雷用于保护控制柜侧的元器件不会因为现场危险侧的瞬间过压或过流而导致的控制柜重要元器件顺坏。

1.1.4 安全栅

安全栅应用在本安防雷系统中,通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量,从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路。

图5 安全栅

1.1.5 无线通信设备

无线通信设备有DTU和ROUTE两种,又根据不同的网络供应商分为移动、联通和电信等不同版本。

DTU支持4G网络,与设备的接口是串口,RS232,RS422或者RS485。ROUTE支持3G/4G网络,与设备的接口是以太网。

图6 DTU

图7 ROUTE

1.1.6 继电器

继电器分为220VAC继电器和24VDC继电器。220VAC继电器用于监测控制柜220VAC的供电状态。24VDC继电器用于DO模块连接,目的是将其他设备信号与控制柜隔离,避免不同因电势差烧毁DO模块。

图8 继电器

1.1.7 蓄电池

蓄电池具有充放电功能,在控制柜外供电正常情况下,通过开关电源可以给蓄电池充电。当外供电断开时,蓄电池可以通过开关电源给控制柜供电,保持控制柜持续正常运行2个小时左右。每个控制柜配备2节蓄电池。

图9 蓄电池

2.1.1两线制变送器的供电和信号使用同一组电缆(见图10),三线制变送器的供电和信号共负端(见图11),四线制变送器的供电和信号电缆分开(见图12)。

图10 两线制变送器接线示意图

图11 三线制变送器接线示意图

图12 四线制变送器接线示意图

一般变送器的正常供电是24VDC,反馈电流正常范围是4-20mA。由于线缆长度、变送器精度等因素影响,最终AI模块通道的输入电流会有偏差±0.5%属于正常现象。如图10,U1/I1、U2/I2和U3/I3标示出了重要的测量点。电流值与工程量的转换公式如下:过程值=(电流值-4mA)÷16×(量程高限-量程低限)+量程低限。

2.1.2 DI模块

DI通道采用漏型输入接法,即公共端接“-”,如下图:

图13 DI模块接线图

在控制柜端子上,每个DI通道都接了24VDC+作为信号源,所以现场设备不能带电。如果现场设备的输出带有电压,则必须通过继电器将信号转换成无源。每一个DI通道对应一个状态指示灯,当信号接通即信号为1时,指示灯亮起。

2.1.3 DO模块

DO通道的命令输出至继电器形成回路,继电器的触点与现场执行器形成回路,所以DO的输出可分为有源(当信号为1时,输出端子有电压)和无源(当信号为0或1时,输出端子之间处于导通状态)。

每一个DO通道对应一个状态指示灯和一只带有指示灯的继电器,指示灯亮起表明DO通道输出为1正常。

2.1.4 通信模块

    S7-1200的通信模块分两种,通信板卡和通信模块。其中,通信板卡可直接安装在CPU模块的插槽上,通信模块安装与CPU左侧。

图14 通讯板卡

图15 通信模块

通信板卡和通信模块上都有LED来指示通讯状态:TX代表数据正在通过通信口传送,RX代表数据正在通过通信口接收。通讯模块上还有诊断LED灯:红闪代表CPU未识别到通信模块,绿闪代表CPU已经识别到通信模块,绿灯代表CPU已经识别到通信模块且配置已经下载到CPU。

如果现场设备是本安型,控制柜内部安装通信防雷和安全栅。

通信板卡或通信模块的工作方式有两种:主站和从站。对于流量计、流量计算机、色谱分析仪、加臭控制器等设备,一般作为主站使用。对于触摸屏、上位机、SCADA系统等,一般作为从站使用。作为主站时,通信板卡或通信模块先发送数据帧,如果设备端正常回复,LED灯先TX后RX交替闪烁。作为从站时,通信板卡或通信模块先收到正常数据帧后回复,LED灯



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