西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8型号齐全
1 引言
随着国内外基建行业技术水平的迅猛发展，市场对金刚石粉末锯片、砂轮、磨料等人造金刚石制品的需求量越来越大。随之而来的是生产人造金刚石的设备走俏市场，其中，六面顶金刚石压机以其操作简便、生产成本相对较低等优点占据了的较大份额。
人造金刚石是利用石墨可在高温、高压的环境中，在触媒的催化作用下，其原子结构发生改变，合成人造金刚石这一机理来实现的。六面顶金刚石压机可以利用机械、液压装置从六个方向向主机中心加压，在主机中心硬质合金顶锤的作用下使生产原料形成一个密封的正方体超高压容腔，同时通过的电加热装置对该腔体加热，该腔体就可以产生合成人造金刚石所需的高温、高压条件。整个设备的工作过程需要由电控系统与机械、液压系统相配合完成一系列工作。其中，电控系统主要通过对由大、小柱塞泵和二十余个电磁阀组成的液压系统以及电加热装置等的控制来完成自动、分段、调整等不同模式下的工作。整个设备可以说是一种典型的机、电、液一体化集成产品。
2 压机电控系统的硬件设计
传统的金刚石压机电控系统由近三十个中间继电器、时间继电器、接触器等不同型号规格的低压电器组成逻辑控制线路，不仅故障率高且维修不便。当生产工艺进行调整，需要改变控制逻辑时必须改变硬件接线，变动起来十分麻烦。目前，整个压机的机械、液压系统从原材料到零部件都已经有了很大的改进，相比之下落后的电控系统已成为阻碍生产发展的“瓶颈”问题。
七十年代初，美国汽车工业为了适应生产的进一步发展，首先将可编程序控制器应用于生产线的自动控制中并获得了成功。到八十年代，微处理器被应用到PLC中，使其功能变的更完善、更优越，且做到了小型化甚至超小型化。现在，PLC己被广泛应用于各个行业。综合各项指标，系统选用了日立公司E系列的E-64HR型PLC作为主控单元设计了压机新的电控模式。E-64HR共有64个I/O口，其中40个开关量输入口，24个输出口，内置式电擦除EEPROM可以保证用户方便的完成程序和参数的修改和储存。PLC根据各输入口所接按钮、行程开关、电接点压力表、接触器等电器的信号的状态以及用户编制的软件程序自动控制各泵、电磁阀以及加热装置的动作完成整个生产过程。
E-64HR各输入口的内部线路图如图l所示，采用光电耦合方式有效的防止了外部干扰的窜入。输入电压DC21.6~26.4V、输入电流l0mA，在七年来数百台压机的跟踪服务统计中，没有发现由于输入单元自身故障出现误报，其线路工作还是可靠的。其输出口内部线路图如图2所示，选用继电器接点输出方式时继电器线圈电压DC21V~27V、耗电10mA、触点容量2A、平均寿命20万次以上，可直接驱动接触器线圈、电磁阀线圈及指示灯等低功耗元件。
为了输出继电器的可靠工作，设计中在所有线圈负载上均并联了阻容吸收装置。在对用户送回来的故障PLC的检修中，我们发现70%以上的故障仍出现在输出单元，一类是机内压敏电阻烧穿，另一类是输出继电器触点烧毁。经现场考察及分析发现，部分乡镇企业电源质量较差，原设计中输出口所需AC220V直接采用电网任意一相供电，电源波动大，直接导致了上述硬件故障。后改为采用加热装置中的交流稳压电源兼向输出口驱动电源供电，有效的减少了该类故障的发生。
总结不同地区、类型用户的使用情况，一些经验和教训是共性的PLC优越的性能、良好的抗干扰性已被大家所认同，发挥这一优势的前提条件是对其供电电源和屏蔽接地点的合理设计。PLC采用AC220V直接供电，其内部电源部分的稳、压、整流、滤波电路设置是比较完善的。但设计中仍需采用隔离变压器对其供电电源进行隔离，以保证工况恶劣的场合下干扰不由电源窜入，提高系统可靠性，一般可采用BKC-220/220V（60-100VA）的隔离变压器。其次，应引起注意的是所有厂家的PLC均有一个专用接地端子（GND），该端子是整机的屏蔽接地点，用户好为其单独设立接地极（接地电阻<100Ω，接地线长度<20m），并注意合理选择接地极的位置。有些用户将其接在电器设备的外壳上甚至接在零线上，这是十分错误的，不仅起不到屏蔽作用反而成为事故引入点。河北新河某厂错误的将该接地端子接于避雷系统接地极上，雷雨时造成高压引入，造成整个车间数台PLC完全被烧毁。以上问题，尽管用户手册己强调，但仍有许多用户未引起注意，造成不必要的损失。
目前流行的六面顶压机均有大（11 K W）、小（1.5KW）两个柱塞泵，小泵主要是为了完成“保压”阶段的压力维持，避免大泵冲击过大，造成压力波动过大，影响金刚石的生长质量。经实验将大泵由变频器实现变频调速，取消小泵，从系统的“保压”效果、金刚石的生长情况以及整个设备的电能消耗等几个方面来看，结果都是令人满意的。虽由市场原因，该方案没能得以推广，但是将PLC、变频器、压力传感器、温度传感器以及超低频电源技术结合起来，对电控系统进行较大的改进是下一步技术发展的必然。
2、PLC的软件设计
整个程序需按照液压动作图和工艺要求完成以下动作：启动工作按钮后，三个活塞缸在油压驱动下前进，至预定位置后由限位开关给出信号，三个缸依次停止；暂停一定时间后六缸同时加压，形成叶腊石密封仓；稍后，由增压器加压，到达一定压力时开始对密封仓通电加热并开始加热计时，同时继续升压至保压压力，开始保压并保压计时：其间如有压力泄露由小泵自动补压。加热和保压时间到后，系统泄压，六缸回位完成一个工作循环。
在编制程序的过程中，较多的使用了E系列的“FUN03”指令，如所示梯形图，其中6、215、T00等为外部输入信号、PLC内软中间继电器及PLC内时间继电器的代号，将它们按所需的与、或关系接在“FUN03”的置位端（S端），当S端输入信号为l时，如5+6·11=l时相应输出中间继电器200置1，此后即使S端为0，200仍为1，只有当215·23·l8=l时，即“FUN03”的R端置1时200才置零，故该项功能可以用R-S触发器来表述。
编程时把下一个动作的内部输出点（如201）接在上一个内部输出点（如200）的复位端（R），这样在每接入一个新动作的同时把上一个输出封锁。再由200、201等上述的“FUN03”的输出单元进行逻辑组合去控制50、51等PLC输出继电器，进而完成对电磁阀、交流接触器等外围低压电器的控制。这样的设计不仅防止了在不同阶段输出继电器的误动作、相互干扰以及出现PLC软件编制中常犯的“双线圈”错误。并且，在由于需要修改工艺而必须调整动作顺序时，只需调整相应“FUN03”的控制方式即可，给修改工艺带来了极大的方便。尽管有些型号的PLC不具有类似的“FUN03”功能，我们也可以的依据上述思路进行开发，对此将由另文进行详细介绍。依据我们多年来在不同工况下对不同厂家、型号的PLC使用经验看，这一思路是比较成功的。而且，我们将这一方法介绍给一些现场的技术人员，也得到了他们的认可和肯定。
3 结束语：
PLC替代原有继电器控制模式后显示出了巨大的优势，被生产厂家和用户所接受。93~96年间该压机成为石家庄煤矿机械厂的主导产品之一，为该厂创造了巨大的经济效益。由压机用户进行的统计表明：使用继电器进行控制的压机，由于电气故障造成的停产周平均4小时，由此造成每台压机年均经济损失八千元左右。采用PLC控制的压机，其工作性能稳定且各I/O指示简单、明了，大大缩短了维修时间，电气故障造成的停产降至周平均20分钟，特别是修改工艺时仅需进行程序的调整，省时、方便为用户创造了可观的经济效益。许多老式压机的用户要求帮助他们用PLC改造老压机，体现了在金刚石压机上使用PLC的成功。
PLC是现代工业的三大支柱之一，是可靠性高、应用非常广泛的工业控制产品。在中大型模块化的PLC产品中，CPU模块（中央处理器）是PLC的中心。一些重大的工业生产线往往要求连续运行不能停顿，而可靠性再高的PLC也不能保证故障为零，因此，双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段。下面以熔盐炉自控系统为实例详述双CPU冗余控制的实现方法。
一、熔盐炉自动系统综述
熔盐炉自控系统是一水硬铝管道化溶出生产线上的重要环节，控制熔盐的加热和循环，用熔盐的热量去循环加热铝矿石浆。铝矿石浆的加热至关重要，影响终产品—氧化铝的质量和产量，因此，熔盐的温度控制和循环控制非常重要。
由于熔盐炉系统在管道化工程中的重要性，同时考虑到熔盐是一种活跃的化学品，在不同的温度下有不同的形态，低温下凝固，高温下不稳定会发生化学反应，从而腐蚀管壁甚至于爆炸，所以安全、可靠、操作简便和自动化管理是系统设计的关键，因此考虑用一套双CPU冗余的PLC、两套工控机、高质量的传感器、变送器和执行机构来控制两台1200万大卡的熔盐炉、一台盐泵、一组盐阀、一个熔盐槽和其他相关设备，实现熔盐的加热和循环过程自动化、计算机操作、监控和管理的自动化控制。该系统如图1所示。
控制器PLC、工控机(包括显示器)、通讯网络和电源及关键测试点等系统中的重要部件均采用冗余结构，两套工控机和大屏幕显示器组成的两套监控操作管理台并行运行；两条冗余的ControlNet高速通讯网络同时传送数据；两套直流电源同时向控制器PLC、变送器和开关量输入模块供电，关键测试点同时设置两个传感器测试数据。
冗余设计使系统关键部件的可靠性提高了一倍，而使系统的整体可靠性大大的提高。
二、双CPU的PLC控制器
PLC控制器是系统控制的中心，采集系统的全部工况信号，实时控制相关的设备动作；同时监视生产过程参数和设备运行状态，当危险工况出现时，及时发出声光报警，当极限工况出现时，联锁保护设备，保障生产过程安全。为此，我们选择了以产品可靠性高著称的罗克韦尔自动化公司的新一代控制平台：A-B ControlLogix系列，同时考虑采用双CPU模块冗余，进一步提高系统可靠性，避免因故障出现所引起的生产停顿或安全事故。
三、两种双CPU冗余方式的比较
ControlLogix提供有两种CPU冗余解决方法，一种为纯硬件冗余，另一种为软件冗余。
硬件冗余的方法，是将两个CPU模块插在不同的两个机架上，每个机架上除了CPU模块，还要有通讯模块CNBR、热备模块SRM和两个热备模块间的连接光缆，如图2所示。
软件冗余，是将两个CPU模块插在同一个框架上，利用背板通讯，进行冗余控制，如图3所示。
从以上可以看出，纯硬件冗余的方式硬件投入较多，成本开支较大大。而软件冗余，只需增加一块CPU模块，成本增加很少，因为一般像CPU这种PLC的心脏，厂家都会配有备件，用备件来实现冗余控制，既提高了系统的可靠性和可维护性（可做到在线维护，不影响生产线运行），又不会显著增加成本开支。
单纯从可靠性方面分析，纯硬件的冗余较之软件冗余并无优势。因为增加了较多的部件、模块，这些部件和模块的故障，也会影响系统的可靠性。例如，当两个热备模块之间的连接光缆出现故障，同样会使冗余控制失效。而软件冗余，只增加了一块CPU模块，而两个CPU模块的同时故障率几乎为零。
纯硬件冗余的优点之一，就是不需要软件进行专门的编程，CPU的状态监视和控制权的转移是由两个热备模块来完成的。而软件冗余中两个CPU模块的状态监视和控制权的转移是通过软件编程解决的。因此，软件冗余编程相对比较复杂，工作量较大。
综合考虑以上因素，本熔盐炉自动系统采用软件方式实现PLC的双CPU冗余控制。两块CPU模块同时在系统中运行，一块运行于主控模式，另一块运行于热备份模式。当其中任一块CPU发生故障时另一块CPU立即监视到并发出报警，自动将正常的CPU投入主控模式。CPU的无扰动切换，使系统一直受控，确保了安全，同时，使管道化生产线一直处于正常运行的良好工况中。
四、软件实现
CPU冗余控制的软件实现编程主要从下面两方面考虑：
1、控制权的裁决和转移
两块CPU同时在线运行，一块处于主控制模式，另一块处于热备模式。拥有主控制权的CPU具有输出控制权，而热备CPU同时采集数据和保持通讯连接，但输出被禁止。
两个CPU模块互相监视对方的运行状态和通讯情况，一旦发现对方故障，立即发出报警，通过ControlNet网，传送给上位工控机，在操作管理台上显示报警。如果是主控CPU模块故障，热备CPU模块自动获得主控制权。控制权的裁决和转移的软件框图如图4所示。
2、两块CPU模块的同步控制
由于热备CPU随时准备着，一旦主CPU故障，就立即获取主控制权而成为主控CPU，因此，主CPU必须将自己的信息随时传递给热备CPU，而热备CPU必须跟踪主CPU的变化，与主CPU保持同步，这样，在两块CPU模块进行控制权的转移时，实现无扰动切换。CPU模块的同步控制程序框图如图5所示。
五、结束语
用A-B ControlLogix双CPU的PLC控制器实现的熔盐炉自动系统，已于2001年底开始成功运行于中国铝业河南分公司，运行情况良好，满足了一水硬铝管道化溶出氧化铝生产线的工艺要求。
我们的体会是，ControlLogix双CPU冗余控制的软件方式实现是一种经济、有效的方法，它成本支出不大，却能使系统的可靠性大大提高。
另外，双CPU冗余控制时，如何利用Map命令，只将具有主控制权的CPU数据通过ControlNet网传送给其他控制设备，是值得进一步研究的。
一、概述
液压控制系统广泛应用于各种机电设备，由于液压系统的故障往往会造成较严重的后果，所以要求电气控制系统务必要稳定可靠。某液压机械设备厂和北京凯迪恩公司紧密合作，利用凯迪恩公司自主研发的KDN-K3系列PLC开发出高可靠性、高性价比橡胶硫化机的控制系统，提升了产品的技术含量和竞争力。
二、工艺要求
为了满足工艺要求，系统参数必须能根据不同需求进行设定，因此我们选用了液晶文本屏作为人机界面。需要设定的参数有：一次保压时间设定值，一次排气时间设定值，二次保压时间设定值，二次排气时间设定值；需要显示的参数有：总产量数，一次保压时间当前值，一次排气时间当前值，二次保压时间当前值，二次排气时间当前值。这些参数的灵活设置可以满足不同的生产工艺要求，提高了设备的可重复利用率。
文本屏制作了8个画面可以完成设定和显示功能。
系统流程如下：开模，进模，快上，慢上加压，一次保压，一次排气，二次保压，二次排气，硫化成型，快下，退模，开模。
三、控制系统实现
下位机PLC选用KDN-K3系列的KDN-K306-24AR，它带有14个输入/10个继电器输出，外加一个扩展模块即可满足输入输出控制点数的要求。人机界面选用四行液晶文本显示器，可以完成参数设定，生产数据显示，报警显示，帮助信息等。
系统配有自动/手动转换开关，可以实现手动操作和自动运行之间的切换；前进、后退、急停安纽可以实现单步的向前和后退，以及紧急情况的停车等。
执行机构主要是12个电磁阀，他们分别是合模阀、开模阀、进模阀、退模阀、快上阀、快下阀、吸油阀、电溢阀、慢上加压阀、高压阀、排气阀。
检测部分主要是压力表和10个接近传感器，他们分别是S1合模停、S2合模慢、S3开模停、S4开模慢、S5进模停、S6进模转慢、S7退模停、S8退模转慢、S9慢上加压、S10下到位等等。
1前言
在工业应用领域，大部分机械设备都采用先进、实用的控制产品对生产过程进行控制，以提高设备运行的可靠性和生产效率。但是，在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用先进的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。
中国是个农业大国，农机设备遍布大江南北。把性能稳定、质量可靠、功能强大的控制产品应用到市场巨大的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积极的影响。
本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用，该应用在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。
2系统概述
山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的企业，其生产的液压打包机行销海内外，得到用户的普遍好评。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了极大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外品牌PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造，但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的恶劣性，在可靠性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，该控制方案达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。
液压打包机控制系统由核心控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，核心控制单元应用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，输入、输出信号详见表1。
3系统功能
采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并能对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的可靠性，根据客户的实际需求，将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上，包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。另外，时间继电器的时间也在人机界面上设定，包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。
液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等，下面对各控制回路分别进行介绍。
油泵电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“泵起”油泵电机的启动按钮，主接触器C1和Y接触器C2接通，同时油泵电机启动延时继电器，通过读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到则Y接触器C2断开，同时△接触器C3接通，PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮，油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时，主油泵热保护继电器RJ开关闭合，通过PLC程序控制主接触器C1立即断开，处于保护状态。故障排除后，重新启动、重新开机。当油缸超过上限或下限时，HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间，保证佳转换状态。加上多重互锁和自锁，完成油泵电机的正常启动和运转，同时有指示灯显示电机的运转状态。
踩箱电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“踩起”踩箱电机的启动按钮，踩箱过程开始，踩箱指示灯点亮，踩箱电机接触器C4接通，同时踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，触发PLC内部中间继电器，踩箱结束，蜂鸣器H接通告知，同时踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，循环结束，踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮，所有的时间继电器及中间继电器均复位，踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整，根据不同的工作状况选取不同值，极大地方便了用户操作，显著提高了生产效率。
上升、下降控制回路：上升与下降是两个相反的控制过程，由程序设计为互锁，以保证动作统一、安全。通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“上升”或“下降”按钮，箱体按程序动作，开始上升或下降，达到工艺要求。
提箱控制回路：系统提箱的控制必须保证在上升结束后进行，通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“提箱”按钮，提箱开始，当达到箱体上限位时，即为提箱结束。
预卸控制回路：按照工艺要求，预卸控制必须是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程完全由PLC程序自动进行，油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值，同时开始计时，时间到预卸结束。
开门、关门控制回路：开门和关门是两个相反的控制过程，分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制，内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁，分别完成开门和关门动作。
系统流程图如图1所示。
图1 系统流程图
人机界面上的主操作画面和时间设定画面如图2和图3所示。
图2 液压打包机操作画面
图3 液压打包机设定画面
4结束语
该控制系统已经成功应用在农用液压打包机上，降低了操作人员的工作强度，提高了设备运行效率和安全性，降低了能源消耗，提高了产品质量。从液压打包机在现场的运行情况来看，和利时的小型一体化PLC质量可靠、运行稳定、运行效果良好，能适应农机现场的恶劣环境，在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。
