西门子模块6ES223-1PM22-0XA8原装代理

引言
        包封机是瓷介电容器生产过程中广泛应用的一种设备。山东清华同方鲁颖电子股份有限公司于1996年购入4台台湾PCOT-4型包封机，其控制系统采用传统继电器控制。由于设备运行环境差，环氧树脂包封料微粒极易进入继电器中，造成触点接触不良。另外，由于设备使用时间较长，继电器触点电弧烧蚀严重，故在产品包封过程中，设备经常出现误动作，造成产品报废。因此，有必要对原继电器控制系统进行改造，以提高产品质量和劳动生产率。

1 产品包封工艺及包封机控制要求
        瓷介电容器的生产过程要经过成型、烧结、刷银、焊接、包封、打印等工序，包封作为其中一道工序，对产品的绝缘性能和外观质量都起到很重要的作用。包封工艺流程如图1所示。操作人员将包封盘放到包封机的搁架上，然后按下启动按钮，机器自动运行。根据工艺要求，产品要包封3次，用计数器控制机器的自动运行，完成3次包封后，机器停在初试状态，操作人员取出包封盘。包封机的动作顺序功能图见图2。

2 控制系统设计及功能
2.1 控制系统的构成
        该设备采用机械、电气、气动等传动方式来完成产品的包封。由于设备运行环境对控制系统的可靠性和稳定性要求较高，因此，选用、功能强、速度快的日本三菱FX2N-24MR型PLC作为控制系统的核心。该系统的输入信号主要有按钮开关，限位开关，接近开关；执行元件主要有接触器和电磁阀。由此构成的以PLC为核心的电气控制系统框图见图3。

2.2 输入、输出地址分配
PLC的输入、输出点（I/O）分配见表1和表2。

2.3 软件编程[1]
        根据包封机的顺序功能图（图2）来设计梯形图，编程软件使用三菱的FXGP-WIN-C,在个人计算机上编程。采用三菱公司为FX系列PLC提供的步进梯形指令（STL和RET指令）可以很方便、容易的设计出梯形图，见图4。这种编程方式在转换实现时，对前级步的状态寄存器和由它驱动的输出继电器的复位是由系统程序完成的，而不是由用户程序在梯形图中完成的。因此，设计的梯形图程序比较短，执行速度较快。设计完成梯形图后，先在电脑上进行查错和模拟运行，无误后写入PLC的RAM中。

2.4 控制系统其他功能及特点
（1）为了节省输入、输出点，包封机预热箱的温控部分，热风循环及冷却水泵的控制信号不进入PLC，直接在外部控制其固态继电器或接触器。控制系统的手动操作由于用的比较少，也直接在外部通过按钮控制其接触器或电磁阀。

（2）刮料板左限位开关和预热箱后限位开关用双联开关，其常闭触点分别串联在PLC输出继电器Y2和Y11的电路中，这样在系统接通电源或运行过程中按下停止按钮，系统都将复位停在初始状态（即刮料板左限位和预热箱后限位）。

（3）为了提高PLC的抗干扰能力，在PLC的交流电源输入端加接低通滤波器和带屏蔽层的隔离变压器，屏蔽层可靠接地。由于PLC运行环境较差，设置了防震、防尘及散热装置。

（4）整个系统设有漏电保护器作为过载和短路保护，为方便处理突发情况，设有紧急停止按钮。

随着汽车工业的飞速发展，人们对轮胎的各项性能要求越来越高，这极大地促进了轮胎模制造技术的发展。过去轮胎模具表面花纹简单，而现在轮胎模具表面有许多形状相同的或不相同的单元凸块按一定的规律排列的花纹，由于轮胎模具上的花纹精度和质量将直接影响轮胎的质量和性能，因此在电火花成型机上加工轮胎模具时，为制造这些排列有规律的花纹，就必须对模具进行jingque分度。

2 工艺要求


该轮胎模电火花成型机可以生产轮胎模内径为500mm～1200mm，等分数为2～500朵花纹的各种轮胎模，工作台回转精度不小于7°。在对中模式(调整模具圆心与工作台圆心重合)时，工作台回转速度为 0～0.5rpm;在手动调整模式时，工作台回转速度为0～0.5rpm;在自动加工模式时，工作台回转速度为0～0.25rpm。所有工作参数均可以从人机操作界面中调整和设定。

3 自动分度系统、硬件配置及软硬件设计


3.1 自动分度系统
在保证达到测试要求的前提下，尽可能选择、运行可靠、开发周期短的方案。综合考虑后，采用触摸屏作为上位机、PLC作为下位机的设计方案。利用RS-232串口通讯完成数据传输。系统框图如图1所示:

触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表式或其它的一些简单控制PLC的设备，它功能强大，使用方便，抗干扰能力强，非常适合现代化工业越来越庞大的工作量及功能的需求，它日益成为现代化工业必不可少的设备之一。下位机可编程控制器具有扩展方便、控制简单、抗干扰能力强、价格低廉等优点;PLC作为下位机完成分度控制、加工控制和采集编码器反馈的数据等功能。
3.2 控制系统的硬件配置
根据性能要求，从经济角度出发，选择主要器件:
(1) 触摸屏采用EASYVIEW的MT508S。该系列人机界面除了拥有一般人机界面的功能外，还提供了许多特有的功能:
a) 可以同时开启6个弹出窗口。
b) 可以拥有和bbbbbbs95/98一样的任务栏和快选窗口。
c) 采用强大的32位RISC处理器(Inbbb的StrongARM), 使MT508拥有更快的处理速度。
(2) 旋转编码器采用日本NEMICON公司精度为5400P/R产品，它将工作台的位置信号反馈给PLC，再由PLC进行数据处理后，控制步进电机动作，从而达到jingque控制工作台位置的目的。
(3) PLC采用永宏公司的FB系列的FBE-20MC。采用该系列PLC主要有两个原因:a)采用硬件电路构成的硬件高速计数器(HHSC)，高计数频率20kHz，而且是32位的高速计数器。B)PLC的计数器自带4倍频电路，对编码器信号进行4细分，提高系统精度。

采用一组硬件高速计数器对编码器的反馈脉冲进行计数。FB-PLC的每组硬件高速计数器都有8种计数模式可供选择，我们选用了MD7，即输入信号为两路相位相差90°的脉冲信号，对两路信号的上升沿和下降沿分别计数，这样高速计数器就计数4个脉冲，如图2所示。原来编码器反馈的信号的精度为360°÷5400=0.067°，这显然达不到要求，但经过后继电路进行电平转换和PLC的4倍频电路细分后，在不增加任何硬件的前提下使编码器的分辨率提高到360°÷5400÷4=7°。在分度控制系统中，我们将编码器反馈的脉冲数与PLC计算出的目标脉冲数进行比较，如果反馈值小于或大于目标值，则说明工作台还没有到达目标位置，如果两值相等，则说明工作台已达到目标位置。用这种方法实现工作台位置的闭环控制。
(4) FBE-20MC是控制系统的核心器件，其输入输出信号分配如图3所示:

3.3 PLC程序流程图
PLC程序流程图如图4所示:

4 控制系统合理性和可靠性设计


本轮胎模电火花加工仪虽然测控对象数量不多,机械结构也并不复杂，但工作台体积大，转动惯量大，电火花加工时干扰很大。要让它能够高精度、高可靠性地完的控制任务,同时为了能给操作人员带来方便 ,我们作了如下考虑:
(1) 机械部分的合理设计
机械部分是控制系统的被控对象,是决定控制系统能否可靠工作的前提。我们采用了有合适过盈配合的蜗轮蜗杆传动结构，为工作台高回转精度和自锁提供了条件。
(2) 良好的人机界面
触摸屏构成人机界面从画面、提示语句、色彩等方面给人以轻松、醒目的感觉;各控制画面的设计是以各控制功能集中为原则,操作简便;触摸屏上显示出各种设定参数和系统运行状态，操作人员易于了解系统工作状况，操作也方便。
(3) 系统的抗干扰措施
该分度系统的控制器是选用高可靠性的PLC和传感器，从设备上保证了系统的可靠性;各控制柜在电路上完全隔离，各控制柜内模拟电路和数字电路也采取了分离屏蔽措施，尤其是电火花加工设备发出的电磁干扰;各控制柜也有良好的通风和散热措施。

1 、引言
在化工生产中，过程控制系统完成生产工艺参数的检测、显示、记录、调节、控制、报警等功能，它对提高化工生产线的作业率，改善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期起着极其重要的作用。其特点是对生产过程进行实时控制，控制过程复杂，监控参数多且数据变化快，数据处理及存储量大。根据过程控制系统的特点及不同生产工艺过程控制要求，应用不同的控制系统才可以既安全可靠又经济高效地完成生产任务。
目前，国内先进的大中型过程控制基本上以采用PLC和DCS为主，但是，FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。下面简要分析一下PLC、DCS及FCS在不同的化工生产过程控制中的应用特点及选型原则。

2 、各种控制系统的特点
（1）PLC系统的主要特点是：工作可靠，运行速度快；积木式结构，组合灵活；良好的兼容性；程序编制及生成简单、丰富；网络功能强。
PLC系统能很好地完成工业实时顺序控制、条件控制、计数控制、步进控制等功能；能够完成模/数（A/D）数/模（D/A）转换、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。

（2）DCS具有以下主要特点：功能全；采用网络通讯技术；完备的开放系统；可靠性高；具有综合性和性；实现了人机对话技术；系统扩展灵活；管理能力强。

（3）FCS主要有以下特点：FCS系统的核心是总线协议，即总线标准，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。开放的现场总线控制系统具有高度的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。FCS系统的基础是数字智能现场装置，系统结构具有高度的分散性；通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。因此，系统安全性高，扩展灵活，可大大降低安装成本。

3、 控制系统的选择
随着微电子技术尤其是个人计算机技术的飞速发展，PLC和DCS的性能都有了较大的改进，PLC大大提高了数据处理能力和监控功能，DCS系统向开放性发展，操作站采用工控机，操作系统采用通用的bbbbbbs NT或bbbbbbs2000操作平台，PC机丰富的软件资源得以应用，因而大大降低了系统的繁琐程度和价格，提高了系统的性价比。PLC和DCS在抢占市场的过程中，两者相互借鉴、渗透、融合，极大地增加了用户在设计和使用中的选择性。同时，由于各种控制系统生产制造厂较多，产品更新换代快，也给系统选择带来了一定困难。而走向实用化的FCS，也正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上新型的控制系统。下面依据PLC、 DCS和FCS的不同特点，针对化工新项目建设和老项目改造，对控制系统的设计选型和应用归纳总结以下原则进行选择。

3.1 按过程控制系统的控制规模及复杂程度
不同的化工生产过程，过程控制系统规模与复杂程度不同，通常在过程控制系统规模较大、复杂程度较高时优先选择DCS。因为该系统是根据过程控制系统的特点发展而来，它对大量的模拟量数据信息能较好地进行处理、分析、运算，能完成各种复杂的、繁琐的调节控制计算，因此能完成规模大、复杂程度高的过程控制系统的工作。1994年在我厂的合成氨扩建和第二套尿素工程设计中，根据此项原则，过程控制系统选用了美国罗斯蒙特公司的RS3 DCS系统，取得了较好效果，系统配置如图一所示。 RS3系统和其他DCS系统一样，包括以下几个部分：控制单元、操作单元、I/O单元、数据总线。

3.2 按投资规模和项目经济效率合理选择
在一些小型化工项目中，特别是一些中小型改造项目，投资较少，规模较小的仪控系统应优选选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。如在2003年，我厂新上一套化工废水处理系统，根据此项原则选用了西门子公司生产的S7-300系列PLC系统，也取得了较好效果。该系统配置如图二所示。

3.3 考虑系统连续性、兼容性及通讯性能
在一些化工改造项目中，如果原项目中已有计算机控制系统，则要考虑系统的连续性、兼容性及技术的连续性。1996年，我厂新建甲醛生产装置，控制系统采用美国罗斯蒙特公司的RS3，1999年系统扩建，新上有机胺生产线，考虑到系统使用年限较长，个别卡件已明显老化，并且备件价格较高，部分卡件已停止生产，故对系统进行升级换代，新增ROS系统，保证了系统的先进性、连续性、兼容性，方便了各工序间的通讯联系和化工生产管理网络的建设，减少了控制软件组态重复繁琐的劳动，降低了库存备品备件的成本。系统结构如图三所示：
改造后系统结构的特点：在这种结构中，通讯网络采用冗余技术，可大大减低系统硬件故障给系统带来的影响，因为，只要系统的两个分支有一个工作正常，就至少能保证两个操作站能够正常工作，从而使由于硬件的故障造成的对工艺的影响降到低。

图二

3.4 考虑系统生产厂家技术服务性
目前在中国PLC系统和DCS系统的销售市场，国外生产厂家占有比例很大，并且一般在中国设有产品宣传和技术服务机构。由于国外公司经常进行重组合并或兼并，并且各公司产品结构、销售策略、市场占有方向各不相同，合并或兼并后，在中国市场的技术宣传和服务方面将有些变化，多多少少对企业用户产生一些不良影响因此，我们在选择系统时，应充分掌握信息，考虑系统生产厂家的技术服务性，以保证所选系统的先进性、发展性，以保证具有充分的技术支持和备品备件供应。

3.5 考虑系统先进性、发展性
FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。由此而得出结论，“FCS将取代DCS”，似乎也是顺理成章之事。为保证所选系统的先进性、发展性，我们在选择系统时，特别是一些大型化工项目，可优先考虑采用FCS。