西门子6ES7231-7PF22-0XA0技术介绍1引言
现代燃油燃烧器多为自动控制式的燃烧器，适用燃料为：柴油、重油、渣油、及各种气体燃料，并可单烧油、单烧气、油气混烧，一般采用工业程序控制器、火焰检测器以及温度传感器等组成自动控制系统，对燃烧器燃烧火焰状况适时调节。我们将科威ESAY系列混合型PLC用作燃烧机控制器，取得了良好的效果。本文介绍2005年3月成功应用于河南南阳路德筑路机械厂的混合型PLC燃烧器控制系统。
2燃烧器控制系统概况
2.1燃烧器主要技术参数
1、供油压：1.2—1.8MPa
2、天然气压力不低于3000mmH20，热值8500大卡。
3、调节比： 1：5
4、喷出的火焰速度约50—60米／秒，火焰长度约1.5-2.5mm，火焰成束形，扩散角约15
5、火焰温度约1200℃。
6、在标定工况下，火焰中含C0、CH及烟气成份不大于0.1％，烟度不高于林格曼1级。
7、燃烧机整体噪音75-85分贝。
8、炉前重油油温必须到达100℃，渣油到达130℃，原油到达80℃。
2.2燃油燃烧器工艺流程图
2.3燃油燃烧器对控制的要求
1、控制器启动与停止均为一键式，有手动和自动两种控制方式，并能自由转换。
2、屏显内容包括：当前温度、风油门开度、目标值显示、故障自诊等。
3、在手动控制状态下能单独控制风机、油泵、油门大、油门小、风门大、风门小、电点火、电磁阀等设备。
4、温度控制能保证在目标值±3℃范围内，并具有超温报警保护措施（报警温度可由用户自由设定）。
5、控制器备有计算机通讯接口，能与沥青搅拌机联机操作。
6、控制器包含有温度、火焰等传感器及其检测系统。
3控制系统配置
3.1控制器选型说明
根据以上要求，从成本、性能、用户持续工艺改进及必要的产权保护考虑，选既有开关量又有模拟量的PLC——EASY-M0808R-A0404NB，可以很好的满足其工艺要求。
该混合型PLC如下功能：
1）、4路模拟信号输入，信号类型0-60毫伏，采用12位数值计数。
2）、4路模拟信号输出，信号类型0-20毫安，采用12位数值计数。
3）、8点开关量输入
4）、8点开关量输出
5）、具有梯形图编程接口，可连接计算机或人机界面。
6）、支持CANBUS和RS485网络，可作CAN网络或RS485的主站或从站。
7）、与远程模块Easy-FT配接，实现远程数据访问
3.2输入输出口定义
1、 E分度热电偶接：AX0+，AX0-
2、 油压信号接： AX1+，AX1-
3、风门调节阀接：AX2+，AX2-（0—1K反馈）—D11
4、油门调节阀接：AX3+，AX3-（0—1K反馈）—D12
5、风机控制接： Y0
6、油泵控制接： Y1
7、电磁阀控制接：Y2
8、点火控制接： Y3
9、风门正转： Y4
10、风门反转： Y5
11、油门正转： Y6
12、油门反转： Y7
13、火焰检测输入：X3 ON——亮，OFF——熄
14、启动： X1
15、停止： X2
16、手动/自动： X0
17、风门加： X4
18、风门减 X5
19、油门加 X6
20、油门减 X7
3.3硬件接线图
3.4 软件实现说明
3.4.1 自动部分：
结合工艺要求，主程序采用步进阶梯指令编程，实现工艺流程自动按要求完成燃烧全过程。
3.4.2 手动部分：
用来进行设备调试及应急处理，用通用梯形图指令编写。
3.4.3 相关子程序部分：
温度变换子程序
输出转换子程序
AD值采样滤波子程序。
温度控制自动调节子程序
3.4.4 人机界面程序及功能
手自动的调节
参数的设置
温度、压力信号的显示
燃烧器工艺流程显示
报警指示等
注：程序在此省略，对程序感兴趣者可以来电索取。
4、系统特点
4.1通用性强，开发成本低廉，工艺保密性好。混合型PLC既可以处理开关量信号又可以处理模拟量信号，节省了不必要的开支，大大降低了成本，同时还具有工艺保密性好，用户可以自己加密，自己编写程序，知识产权得到了保护。
4.2强大的网络功能
4.2.1混合型PLC选用CANbus作为现场组网总线，凡按该标准开发的CAN网络从站设备均可连入EASY为主站的CAN网络,从而拥有CAN网络带给的增值服务,如利用平台节点进行梯形图编程,将产品信息送到人机界面等。
4.2.2 混合型PLC的另一通信网络是RS485网络,其物理接口是串口1,在串口1上,在运行模式下加载了三菱FX2N计算机链接格式1协议的子集,即只对数据寄存器D进行读写操作,但嵌入式PLC既可为该协议的主站,也可作为该协议的从站。RS485网络通信速度规定为9600 BPS,但主从站的设置,通信报文数及报文长度的设定,报文发送频率控制等网络通信控制,由梯形图完成。
5、结束语
用作燃烧控制器的混合型PLC，提供了如下多种控制方式：手动控制、自动控制、风门段火控制、变频段火控制、风门调节比例控制、变频调节比例控制、触摸屏数字变频比例控制，可实现自动点火、熄火保护、火力自动调节的功能，具有节能、安全、稳定可靠、网络互联等特点。
圆网印花机、嵌入式PLC芯片组、梯形图语言、脉冲分频、SPI通讯、运动控制器
圆网印花机是一种印染后处理机电设备，对织物进行上色印花并烘干，其关键部位是印花单元。早期印花采取机械传动控制，印花精度低，机械传动噪音大，使用寿命短。20世纪90年代末，国产圆网印花机开始采用分电机独立传动控制模式，印花精度和速度大为提高。与之配套的控制系统构成方式多种多样，有单片机多机控制、计算机分布式控制、PLC控制及CAN现场总线等控制方式。
黄石市科威自控有限公司运用嵌入式PLC芯片组，生产的EASY-KP3-M0506R型运动控制器是集PLC功能、CAN总线功能于一体的运动控制部件，与步进驱动器或伺服驱动器配套使用，具有对步进电机或伺服电机进行点动、定位、脉冲正反插补、脉冲分频等功能，多个运动控制器通过CAN通讯接口互连，其中一台运动控制器作为主站，接人机界面，实现工艺集中显示、控制和管理，如配备Web服务器还可实现控制系统的远程监控和诊断。
1、 运动控制器功能要求：
· 脉冲输入：高100KHz差分电平
· 脉冲输出：a、路差分输出，与输入脉冲频率相同，用于与其它运动控制器或其它设备进行串极控制。
b、第二路差分输出，频率= 输入脉冲频率/ K，其中4.000 ≤ K < ∞，小数点后有效数字为3位。
· 开关量输入输出：五路DI和6路DO。
· UART0：梯形图监控和下载接口，可接字符屏或人机界面。
· UART1：与其它设备互连或接操作终端。
· CAN：高速网络互连接口，波特率160Kbit/s。
2、 设计方案
主控制器采用嵌入式PLC芯片组，完成开关量输入输出、UART0、UART1、CAN功能。从控制器采用C8051F330单片机，指令运算速度高达25MIPS。从控制器对输入脉冲采样，接受主控制器发送的命令并进行相应的处理，输入脉冲经过分频后，输出相应频率的脉冲，并将有关信息发送给主控制器。主、从控制器之间以SPI接口连接，SPI通讯速率为1Mbit/s，这样有利于提高系统实时性。
3、 硬件总体框图
3．1、主控制器及外围电路框图
3．2、从控制器及外围接口电路框图
4、硬件功能说明
4．1、嵌入式PLC芯片组
嵌入式PLC芯片组是一种内部加载嵌入式PLC实时内核，具备PLC功能和CAN、RS232/485通讯功能，能够完成常规过程控制（如IO、AD、DA、高速输入输出）的控制模块。过程控制功能的实现使用梯形图语言编程，通讯功能只需简单设置便可完成，其它接口信号的输入输出使用汇编语言或C语言编程，大大简化了产品的设计过程。
4．2、开关量输入输出
采集开关量输入信号，输出控制信号，所有信号必须隔离，提高抗干扰性能。所有开关量输入输出信号在梯形图中都可以编程，用户根据实际需要定义每个IO点的功能和用途。
4．3、UART0
完成梯形图下载、监控、接字符屏或人机界面。
4．4、UART1
支持三菱FX2N计算机链接方式格式1的部分主从站协议，具体协议格式请参见科威公司《EASY原理及应用》一书，按照此协议可实现其它设备或操作终端与运动控制器互连，完成信息交换、参数设置、易地操作等功能。
4．5、CAN接口
加载科威公司嵌入式PLC CAN应用层协议，使用CANSET软件进行简单设置，就可实现不同运动控制器之间的互连，其它设备按照此协议也可进行互连。
4．6、从控制器及外围接口
CPU采用C8051F330，输入脉冲经过隔离、整形后进入外部中断输入口，CPU按照用户梯形图设置的分频系数，对输入脉冲进行分频，然后输出对应频率的脉冲控制步进或伺服电机。用户根据实际系统的需要，应用梯形图编程，产生相应的控制信息，如点动、定位、插补、改变分频系数等。从控制器通过SPI接口接收相应的命令后，执行相应的程序。
4．7、SPI接口
采用SPI一主一从通讯模式，ASCII码传输。
主站采用定时发送/接收模式，嵌入程序初始化时，启动SPI发送，定时时间到，先接收一字节数据，然后发送下一字节数据。当所有报文发送完成后，暂停发送等待主程序处理报文，报文处理完后启动下一轮发送。
从站采用中断接收/发送模式，进入中断服务程序后，先接收一字节数据，然后发送一字节数据，当所有报文接收完成后，对应的有相同字节的报文发送完成。此时从站停止接收报文，等待主程序处理接收到的报文，报文处理完后，才启动下一轮报文接收过程。
报文结构：STX+报文内容+ETX+CRC
STX：报文起始代码，固定为02H
报文内容：起始2个字节为命令字对应的ASCII码，以区别不同的报文，后面为报文实际数据，全部采用ASCII码
ETX：报文结束代码，固定为03H
CRC：校验和，报文内容所有字节相加后再加ETX的数值，然后转换成ASCII码。
5、软件功能
5．1、主控制器软件
由梯形图软件和嵌入程序组成，梯形图软件由用户根据功能要求编制，嵌入程序由产品设计人员编写，基本软件框架由以下七个子程序组成。
INIT-CONFIG：端口初始化程序，完成输入输出端口配置，中间变量初始化，启动SPI。
INIT-START：上电初始化程序，复位所有输出口。
INIT-SET：设置初始化程序，复位所有输出口。
INIT-RUN：运行初始化程序。
STEP：指令周期扫描程序
TMS：2.5MS周期扫描程序，采样输入口状态，刷新输出口状态，SPI通讯报文的发送和接收。
SCAN：演算周期扫描程序，输入口状态滤波，SPI通讯报文的解读。
具体请参考科威公司《EASY原理及应用》，
5．2、从控制器软件
从控制器的作用相当于一个执行机构，它接受主控制器的命令执行不同的动作，并把执行的状态反馈给主控制器，主要由以下5个功能程序组成。
START：上电复位初始化程序，输入输出端口配置，复位中间变量单元，启动SPI、INT0中断。
INT-INT0：外部中断0服务程序，对输入脉冲进行分频处理及脉冲插补。
INT-SPI：SPI中断服务程序，SPI通讯报文的接收和发送。
INT-T3：定时器T3中断服务程序，监控SPI通讯状态和主程序执行状态。
MAIN：主程序，解读SPI通讯报文，完成脉冲点动、定位功能。
6、 设计总结
本文提出了一种运用嵌入式PLC芯片组和其它高速单片机进行组合设计的思路，充分利用嵌入式PLC芯片组自身所固有的许多优越性能，设计者只专注于接口部件的软硬件设计，使产品设计流程缩短2/3的时间，可靠性易于保证。虽然该运动控制器是针对圆网印花机系统定型设计，但由于用户可采用梯形图进行编程，以实现不同的功能，所以也可运用于其它运动控制系统。运用嵌入式PLC芯片组进行组合设计是一种全新的产品设计思路，嵌入式PLC芯片组给广大的产品设计人员带来一种快捷、高效、可靠 的设计方法
PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成。输入部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的核心，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，由输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。据中国变频器维修网的工作人员介绍：一般PLC本身的故障可能性极小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：
1、输入故障，即操作人员的操作失误；
2、传感器故障；
3、执行器故障；
4、PLC软件故障
5、这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
PLC控制系统故障的宏观诊断
故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。首先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障：然后检查PLC的I/O模板是否有故障：后检查PLC的CPU是否有故障。在检查PLC本身故障时，可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计
