6ES7241-1AA22-0XA0现货充足

2.2 Profibus-DP从站（远程I/O站）

远程I/O采用VIPA公司的VIPA 353-1DP01接口模块，并插入VIPA公司的300V系列的6个模块。其用法和西门子ET200M类似，但要安装VIPA公司提供的专用GSD文件用于Profibus组态，每个远程站多可组32个模块配置如下图：

图4

2.3 编程及组态

采用西门子Step7-V5.3就可以配置及对VIPA的PLC编程，其使用方法与西门子完全一致。硬件配置如图5所示。

图5 系统硬件组态图

2.4 一台工控机做工程师站

1台研华工控机做为工程师站；由于VIPA300S CPU都带有内置以太网接口，工程师站通过以太网与PLC通讯；还可通过此口对PLC组态与编程（PG/PC），省去了编程用的MPI适配器。工程师站软件采用西门子PRODAVE6或免费的Libnodave通过TCP/IP与PLC通讯。如图6所示。

图6

3、应用经验

使用VIPA公司的PLC，其编程平台使用西门子的STEP7-V5.3以上版本，和西门子PLC的编程方法完全一致。对VIPA公司的远程模块挂DP总线，要安装VIPA公司提供的GSD文件，其用法和西门子的远程站类似。VIPA 300S CPU带有内置CP-343-1以太网接口，采用SPEED7技术，运算速度比西门子400更快，有很高的性价比。并且通过以太网口就可对PLC编程及硬件组态，使用非常方便

1、前言

冶金行业中大量使用西门子公司的控制产品。我公司在冶金项目中，逐步引进了和西门子产品完全兼容、高性价比的德国VIPA公司的产品，取得了很好的效果，也提高了我公司在承接项目中的竞争力。

2、系统构成

在某电渣炉PLC控制系统中，我们使用了德国VIPA 公司300S系列的控制系统，其主要配置为：

    1） 1个VIPA 314-6CG03作为CPU模块；
    2） VIPA 300S CPU上都带有一个以太网通讯接口，功能相当于CP-343-1EX11，可直接与工控机连接。
    3） VIPA 300S CPU上都带有一个可配置的RS485通讯接口，用来和四块厦门宇电的温控表通讯；
    4）由于工艺设计要求PLC I/O模块要分别放在两个导轨上，通过西门子IM365扩充了第二个机架；
    5） 1台远程的 Profibus-DP从站，从站选用VIPA 353-1DP01接口模块；
    6）两个旋转编码器直接与CPU上自带的计数器接口连接，用来计算电极的位置。
    7）两台西门子的直流调速器6R7018用来控制慢速电机。
    8）两台ABB的变频器用来控制两臂的旋转。

系统结构方框图如图1所示。

图1 系统结构方框图

该系统已投入生产，满足设计要求，系统稳定可靠。整个控制系统从控制器到远程站都使用了VIPA公司的PLC产品。

2.1 主控站（机架1）

选用了VIPA 314-6CG03 CPU，它采用VIPA SPEED7技术，是目前基于Step7编程的快的PLC。它与西门子（6ES7 314-6CG03-0AB0 V2.0）兼容。但扩充了8 DIO，一个以太网接口模块及一个485PtP接口，而该VIPA型号在带有Profibus-DP接口的同时还能带有RS485 PtP接口, 特别适合在该项目上的应用。另外挂接了VIPA 300V系列的开关量输出模块VIPA 322-1BH00两块。其排列如图2所示。

图2

2.2 2.主控站（机架2）

通过西门子IM365扩充第二个机架，其它模块选用VIPA模块。由于VIPA的CPU可带32个I/O模块，所以VIPA公司没有西门子IM365的兼容产品。本设计由于工艺设计要求I/O模块要分别安装在两个导轨上。排列如图3所示。

图3

、系统配置

一台细纱机通常有250～400个纱锭，纺纱锭数一般用细纱机台数×40来表示。细纱机本身的纺纱能力用纱锭的转速表示。细纱机的运行模式分为高、低速两档。在启动开绕和绕满停车时，为了防止断纱而实行软启动和停车。系统中用了16台内置EMC滤波器的变频器和16台三相250W的电机。控制系统采用 PLC。所有的变频器都由PLC通过RS485串行通信口来控制。这样不仅增强了系统的控制性能，而且还减少了系统布线和调试的时间。控制系统的框图如图1所示。运行模式如图2所示。

图1 系统框图

图2 系统运行模式

纺纱过程中由电机来带动纱锭（线轴）工作。电机在变频器的控制下运转而带动纱锭进行纺纱。纺纱的质量取决于变频器能否在负载变化时保持稳定的运行。系统中采用欧姆龙3G3JV变频器来控制纱锭电机的运行，3G3JV变频器具有很高的动态性能容许负载快速变化，其FCC控制功能可以提供非常平稳的运行速度，从而减少了断纱，提高了纺纱的质量。3G3JV变频器具有快速的捕捉再启动功能，当电网故障时可以快速地再同步纱锭速度，以避免断纱的产生。 3G3JV变频器可以控制电机在负载变化时从静止到输出650Hz平稳地运行。所有的变频器和电机的参数，如电机的实际速度、电机电流、电机的输出力矩以及变频器和电机的运行状态都可以通过串行口来访问。

细纱机的运行模式分为高速和低速两档。在系统开绕到低速以及由低速到高速的加速过渡过程中，电机带动纱锭在变频器的控制下在设定的时间内均匀加速。在由高速到低速以及由低速到绕满停车的减速过渡过程中，电机在变频器的控制下在设定的时间内均匀减速，如系统的运行模式图所示。在启动开绕和绕满停车时，变频器实行软启动和停车，以避免断纱的出现。低速和高速的持续时间由PLC控制，而具体的运行速度是通过对变频器的设定来确定的。

接通电源后，吸风电动机开始工作。同时，钢领板升降电动机正转，钢领板上升。当钢领板升到了始纺位置时，其复位开关动作，电动机停止。按下低速起动按钮，主机开始低速运行，进行细纱接头。按下高速起动按钮，转换为高速运转，全机进入正常纺纱阶段。

纺纱满管后，钢领板复位开关动作，满管信号灯亮。进入工作位置，主机停止开关接通，此时，主机高速接触器释放，钢领板升降中间继电器吸合，主机断电保持惯性回转。随后，钢领板升降电动机反转，钢领板开始下降，降到极限位置时，钢领板下降限位开关动作，停止下降。撑爪电磁铁吸合时，将撑爪打开，主轴制动电磁铁吸合，主轴制动刹车。经过一段延时后，切断控制电源，落纱完毕。

需要中途停车时，按下中途停车按钮，主机即可停车，并自行制动。需要提前落纱时，按下中途落纱按钮即可。当机器发生意外时，按下紧急停车择钮，可使全机立即停车。

在程序中设置了各个过程、设备之间的联锁保护，使生产过程更加安全、合理。

5、结束语

系统中采用的3G3JV变频器的防护等级为IP20，为了保证变频器长期可靠地运行，在系统工作过程中需要注意以下几个方面：

（1）由于纺织生产本身的工艺要求，要保持车间一定的温度和湿度，在炎热的夏季一定要注意变频器柜体的温度不要超限，要确保柜体的通风。

（2）由于纺纱车间的粉尘较多，如果变频器的柜体设计密封程度不够，粉尘进入变频器内堆积，吸附在电力、电子元件上，将会导致绝缘降低，引起变频器故障。因此在设计柜体时要注意防尘，并定期清理柜子的过滤器。

（3）由于供电质量低以及同一电网连接多台变频器，故需考虑在每台变频器的输入端加进线电抗器，以保护变频器长久地正常运行。

一、背景

数据采集与监视控制系统，其应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在早些年代建造的一些工厂，各个设备仪表控制器等都是独立的系统，它们各自运作，彼此不发生关系。而随着自动化、计算机、网络通讯等各学科的迅猛发展，人们逐渐意识到有必要把生产过程中的所有设备数据集中管理，以便对整个生产过程做以分析、统计、查询。从而开始着手组建数据采集与监视控制系统。

而工厂先前运作的各种设备，由于当初设计时没有考虑到日后数据的统一管理，给设备的联网造成了诸多不便。使组建数据采集监控系统产生了很大的障碍。

二、问题

以西门子PLC S7-300为例，参数下图作以说明。

未进行设备组网之前，各个设备都是独立个体，一台PLC和一个触摸屏是一个基本单元。对于一些进口设备来说，PLC的设备地址和触摸屏的设备地址都是出厂时已经设置好的。

而这些成品设备，一般情况下使用者都不会都改变里面的程序及硬件配置，否则就会使PLC和上位触摸屏的通讯中断。

这样就会产生这样一种现象。如果这样的很多个单元想组网时，就会在一条总线上出现很多个设备地址相同的设备，通讯必然会产生异常。

三、解决方案

要解决此问题，需要增加一些必要的硬件设备，还要针对通讯协议开发一个驱动程序。

这里我们在每一台PLC上增加了一个网关，把通讯介质从前的MPI线缆转成了以太网。在计算机端装好网关的驱动，这样可以对各个网关的运行参数进行配置。把每台PLC上连接的网关都设成不同的IP地址。注意要把计算机的IP地址设成和网关相同的网段。

至此，硬件连接部分的工作已经全部完成。再建设备时，用专门为此开发的驱动，设备定义对话框处将不在出现设备地址的文本框，而连接方式也变成了网络TCP。设备定义处的IP地址，填写连接各设备的网关IP地址，端口号要设置成和配置软件中设置的一致。至此完成了设备的组态

在点组态时，配置对话框还和西门子PLC S7-300点连接对话框一样。继续完成数据连接，

画面组态等工作。

四、总结

针对现场特殊情况，设备地址冲突，又不能随便改动设备地址的情况，采用增加硬件，软件配合的方式，完美解决了不能正常通讯的问题。虽然增加了一些硬件成本，但综合考虑整个系统稳定性及长期的可维护性，这不失为一个良好的方案

在程序中：

S41是“送空管上升”过程的控制，X17 是送空管机构上升限位位置检测点，X30是棉卷夹盘左合到位检测点，X31是棉卷夹盘右合到位检测点，M131继电器是实现对送空管机构上升动作的过程控制，程序中行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构没有上升到上升限位点而且左右夹盘均没有处于闭合状态的条件下执行送空管机构上升的动作。程序中第二行的M132继电器实现对送空管机构下降的控制，第二行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构已上升到上升限位点时实现对送空管机构下降的控制。第三行程序的指令是当送空管机构已上升到上升限位点时程序进入S42步进程序段即夹盘上升1mm步进段。

S42是“夹盘上升1mm”过程的控制，X16是送空管机构下降限位位置检测点，第四行程序实现的指令是当送空管机构复位时将送空管机构下降的动作复位；第五行程序实现的指令是通过Y7来控制相应的电磁阀以便实现棉卷夹盘上升1mm的控制；第六行中的X33是棉卷支架上升1mm和下降限位的检测点，第六行实现的指令是棉卷夹盘上升1mm后进入S43步进程序段。

S43是“上升1mm后夹空管”过程的控制，第七行中的M129继电器实现松开棉卷夹盘的控制功能，第七行实现的指令是对松开棉卷夹盘动作进行复位。第八行中的M124继电器实现的是闭合棉卷夹盘的控制功能，本行的指令实现的是实现控制闭合棉卷夹盘的命令；第九行实现的指令是当左右棉卷夹盘闭合时进入S44步进程序段。

S44是“棉卷支架上升、落空管”过程的控制，在第十行的程序中M513继电器实现的是运行状态下棉卷支架保持的的控制功能；第十一行中的M134继电器实现的是空管仓落空管命令；第十三行执行的是延时2秒后翻空管命令。第十四行中X25是弹簧板处空管检测点，本行指令执行的命令是弹簧板处有空管时进入S45程序步进段。

S45是“换卷后启动”过程的控制，第十五行执行的是启动低速运行控制指令。

PLC通过对各个自动动作的限位点的检测来实现对各个汽缸动作执行的协调，气缸是通过电磁阀控制的压缩空气来驱动的，具体动作执行的是否到位是通过传感器的检测来确定的。汽缸的运行速度则是通过调节节流阀来实现调节的。

2.4 控制电磁阀的人机界面程序设计概述

在HXFA368型条并卷联合机上为了便捷的实现对各种自动动作的分立调试在此应用了台达DOP-AE10THTD型人机界面。通过人机界面可以方便的实现操作人员对各个电磁阀的实时控制，大大的方便了对各个自动动作的调试。

2.4.1 HXFA368型条并卷联合机上通过人机界面控制和调试电磁阀执行动作的界面设计。

界面设计

图3 界面设计

在此界面中通过对打开棉卷夹盘，推棉卷，翻空管一次等触摸键的操作可以实现对相应电磁阀的控制，电磁阀通过对压缩空气的控制来实现压缩空气对气缸活塞的驱动进而实现相应的汽缸动作。在设备的调试过程中调试人员先通过调试设定界面中的触摸键来控制单步动作的执行，然后根据实际操作的需要来调整节流阀，以此实现对气缸运行速度的调节。

3 HXFA368型条并卷联合机气动控制系统中常见故障及解决方法

3.1 电磁阀故障

电磁阀做为一种执行元件受控于PLC控制器，由于棉纺织设备长时间处于24小时运作状态电磁阀长期动作易造成电磁阀吸合不到位或者彻底损坏两种情况，电磁阀吸合不到位在HXFA368型条并卷联合机上体现出来的状态是间歇性动作故障，进而引起设备间歇性故障停车，在此种状况下当对单个电磁阀进行检测时又不好判断出阀体埙坏，需要根据具体情况进行综合判断；在电磁阀彻底埙坏的情况下体现出来的故障情况是某个动作不执行，在此情况下可以根据实际情况更换相应的电磁阀来解决问题。

3.2 传感器故障

在设备自动动作执行的过程中需要用传感器对气缸动作的执行进行限位检测以便PLC对设备的自动动作进行逻辑上的协调控制，检测传感器的选用一般有磁感应传感器和接近开关两种类型，检测传感器一旦损坏就会导致自动动作停留在某个动作位停止而不继续往下执行下一步动作。遇到这种故障情况时就应当根据自动动作执行的情况来查找个并更换相应受损的传感器。

3.3 气缸故障

作为一种重要的执行部件气缸通常会因为长时间的运作而导致气缸内部的活塞出现漏气现象，这种故障情况下气缸所表现出的现象是在压缩空气送入气缸后气缸不动作或者动作力度及行程达不到相应的要求，遇到这种情况时就应当对损坏的气缸进行维修或者更换气缸。

4 结论语

HXFA368型条并卷联合机是一种自动化程度比较高的棉纺织设备，该设备是为棉纺织企业前纺工段中的精梳工序做准备的一种高效能棉纺设备，该型纺机设备经过多年来的改进提升总体性能和效率已经完全可以替代国外同类纺机设备如瑞士立达公司生产的E32型和E35型条并卷联合机，而其价位却仅为后者的三分之一左右，为国家节约了大量外汇。目前HXFA368型条并卷联合机已经广泛的应用在山东、河北、河南、陕西、甘肃以及湖南等多数棉纺织企业，其优良的性能已经得到了棉纺织企业用户的

1 引言

随着科技的飞速发展，纺织机械设备制造业也迎来了革命性的发展，当前纺机设备的发展特点主要体现在：触摸式人机界面（HMI），可编程逻辑控制器（PLC）以及各种气动控制元件的广泛应用；目前不断提高纺机设备的自动化程度以减轻操作者的劳动强度和提高纺织厂的生产效率成为纺织机械生产厂家的一个重要的研发设计宗旨。而自动化动作的实现则普遍需要通过用PLC来控制电磁阀以及气缸等执行部件来实现。条并卷联合机是前纺中精梳准备工艺中生产效率高的一种设备，HXFA368型条并卷联合机的自动化动作的实现需要通过压缩空气驱动气缸来实现，而压缩空气则是由PLC控制电磁阀来实现控制的。HXFA368型条并卷联合机采用了亚德客的电磁阀和气缸等气动元件来实现自动动作的执行。

2 应用设计

2.1 HXFA368型条并卷联合机的气动控制系统概述

一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。 HXFA368型条并卷联合机选用亚德客的电磁阀、气缸、压力表以及管接头做为标准配置，主气源进气处先通过三连件后再进入主气路，各个电磁阀用来作为相应动作单元上压缩空气通断的控制，电磁阀则由PLC控制器来实现逻辑上的控制，气缸的选用根据具体机械动作的实现来确定，气缸运动的速度根据相应的节流阀来进行调节。

2.2 HXFA368型条并卷联合机的动作流程概述

HXFA368型条并卷联合机的部分动作流程图

图1 HXFA368型条并卷联合机的部分动作流程图

HXFA368型条并卷联合机在当设定的棉网长度到时主电机转为低速，电磁离合器分、扯断棉网，主电机停，此时棉架快速上升，上升到位时打开夹盘，棉架暂停在高位，开前门，前门打开后推棉卷，棉卷推出后推卷机构返回，推卷机构返回后关闭前门，前门关闭后棉卷架快速下降到低位，然后再进入上空管的步骤；棉卷推出后执行翻棉卷到小车的动作，翻棉卷机构返回后小车前进一步，推小车机构返回。

HXFA368型条并卷联合机各种动作的实现均是通过气动执行元件来实现的，在气动控制系统中将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动的元件，称为气动执行元件。在条并卷联合机中是采用电磁阀来控制气缸来执行动作的，而电磁阀的动作则由PLC来控制，在本设备的控制系统中采用了中达电通有限公司的DVP60ES型PLC来控制整个系统工作；电磁阀及气缸则均选用亚德客有限公司的产品。

2.3 HXFA368型条并卷联合机的自动动作的实现

HXFA368型条并卷联合机具有机电一体化程度较高的特点，其主动力由11KW的变频电机通过变频来实现变频调速控制，各个分步动作的实现主要由电磁阀控制压缩空气驱动气缸来实现动作控制，上下空管、翻棉卷、棉卷支架上升下降、推棉卷、小车前进、前防护门开合、空管仓落空管以及送空管机构上升下降等动作都对应着相应的电磁阀和气缸，而整个动作的协调运作则有PLC控制器来实现控制功能，在此只做一个简单的概述。

2.4 控制电磁阀的PLC程序设计概述

HXFA368型条并卷联合机上的各种自动动作的实现是通过用PLC控制电磁阀来实现的，下面是一段对部分动作进行控制的步进程序。

步进程序

图2 步进程序

本程序设计了四个串口可供选择，只有在选择串口之后才可进行“打开串口，关闭串口”的操作，当打开串口以后，就可以对PLC进行相应的操作了，为了使界面整洁干净，特别设计了“清空发送区”和“清空接收区”选项，当发送数据和接收数据放满编辑框时只需点击这两个按钮，数据就会清空。且实现代码相当简单，m_sSend．Empty()、m_sReceive．Empty()就可轻松实现这一任务。

PC机与PLC的通讯程序流程图如图3所示。

PC机与PLC的通讯流程图

图3 PC机与PLC的通讯流程图

系统通信控制程序采用了MSComm控件。此控件提供了两种通信方法：①文件驱动，即用MSComm控件的OnComm文件捕获并处理通信事件和错误，它是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法；②查询方式，通过查询串口属性来获得事件和错误，实质上还是属于事件驱动，但在有些情况下显得更为便捷。MSComm6.0控件的属性：①CommPort，设置或返回通信端口号；②Settings，以字符串的形式设置或返回波特率、奇偶校验、数据位和停止位；③PortOpen，设置或返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口；④bbbbb，返回和删除接收缓冲区中的字符；⑤bbbbbMode，设置或返回bbbbb属性取回的数据的类型，数据取回的形式为字符串或二进制数据的数组；⑥CommEvent返回近的通信事件或错误的数字代码，通信程序设计时可以根据该属性值执行不同的操作，在运行时为只写；⑦Output，将字符串写入发送缓冲区。

MSComm6.0控件只有一个事件，即Oncomm事件。在通信时如果发生错误或者事件，将会引发Oneomm事件并且改变其属性值，通过GetCommEvent()可获得Oncomm产生事件或错误的代码。在与PLC进行通信的过程中，使用MSComm6.0控件可以自动完成PLC对计算机发送信息的接收，终实现PC机对PLC的状态检测。

软件实现过程：FX2N系列的PLC与计算机之间的通信采用RS-232C标准，其传输速率固定为9 600bps，奇偶校验位采用偶校验。数据以帧为单位发送和接收。PC机向PLC中写数据时首先需对串口进行初始化，并对波特率、校验位等进行设置，然后根据通信协议对PLC进行相应的读写、复位、置位等操作，PLC根据PC机送来的控制字进行相应的操作。数据发送，采用专用发送指令XMT TABLE，CommPort，其中TABLE为发送缓冲区的首地址，首地址中保存要发送的字节数，即数据长度，大为255，其后的地址中保存要发送的数据，CommPort指定用于发送的端口。对于数据接收，使用接收指令RCV TABLE，CommPort，接收指令激活初始化或结束接收信息，通过制定端口接收信息并存储于数据缓冲区中，数据缓冲区的个数据指明了接收的字节数。

3 系统功能验证

将计算机用通讯电缆与PLC相连后，首先发送请求05H以后，验证计算机与PLC是否可以正常通信，接收区显示06，表示PLC对ENQ的确定回答，即PLC已准备好，可以进行下面的操作，具体如图4和图5。