西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8型号齐全
1 引言
随着水电厂“无人值班”(少人值守)工作的不断开展，以及电力体制的改革，对水电厂的自动化技术提出了更高的要求。计算机技术、信息技术和现场总线技术的飞速发展给水电厂自动化系统无论在结构上还是功能上，都提供了一个广阔的发展空间。水电厂自动化系统应该成为一个集计算机、控制、网络以及多媒体为一体的综合系统。本文就GE90-30 PLC、PROFIBUS现场总线在水电厂自动化系统中的应用作些探讨。
2 水电站自动化系统原理与结构
目前，水电厂自动化系统大多采用全计算机监控系统，取消或简化常规控制手段。而当前，计算机监控系统一般采用全分布、开放式结构，设电厂级和现地控制单元级。其系统结构原理如图1所示。本文将着重讨论现地控制单元级的设计。
3 系统实现及功能
在水电厂的机组现地控制单元中，一般需配备交流电
图1 水电站自动化系统原理与结构图
量的采集装置、人机界面、自动同期装置、温度巡检装置和智能控制器、开关输入量、模拟输入量板、开出量输出板等，同时还需具备对外通讯的功能。本现地控制系统拟采用美国通用的GE90-30可编程序控制器为核心控制元件，GP系列10.4英寸彩色液晶触摸屏为人机界面。系统结构以及布置图如图2所示。
在系统配置中，可编程序控制器主要由智能CPU、
图2 现地控制单元结构图
图3 PLC配置方案图
开关量输入输出模件、模拟量输入模件、以太网通讯模件、智能通讯模件、Profibus-DP现场总线通讯模件。
可编程序控制器配置方案如图3所示。
(1) 在上述配置中，CPU360是控制系统的核心，IC693MDL655、IC693ALG223分别负责采集开关输入量和模拟输入量，IC693MDL752输出开出量。在电源上有1个485串行通讯口，支持SNP规约，利用这个端口可以直接和触摸屏通讯。
(2) 在本方案中，PCM301模件提供2个串口自由对外通讯，可通过编程来实现任意通讯协议的对外通讯，编程语言可选择BASIC或C语言。一个端口和交流采集装置和温度巡检装置通讯，另一个端口负责与调速器和励磁装置通讯，通讯规约为MODBUS，具体的通讯要通过BASIC或C语言编程来实现。
(3) 该PLC配置方案中的以太网通讯模件(CMM 321)，提供一个标准的网络接口，支持TCP/IP MODBUS协议，可与上位计算机通讯，这样上位机就能够对现地单元监控。
(4) 在水电厂自动化应用中，机组容量增大、控制信息增多、控制负荷增加等都会造成现地控制单元控制能力的降低。针对水电厂被控制对象分散的特点采用现场总线将分散在现场的智能I/O、智能控制器连成一体。正好体现了分散控制的特点，提高了系统的自治性和可靠性，节省了大量的信号电缆和控制电缆。对于现地控制单元，智能控制器(可编程序控制器)加上现场总线技术应是一个良好的发展趋势。
在本控制系统方案中，采用Profibus-DP现场总线模件(IC670PBI001)，以便和渗漏集水井排水系统控制单元，空压机系统控制单元、技术供水系统控制单元、主变压器冷却水系统控制单元、油压装置及漏油泵系统控制单元等通讯。获取每个单元的信息或对其控制。
在PLC软件的设计中，在PLC的寄存器空间，开辟了一段寄存器作为上位机和PLC交换数据的空间，同时根据开关输入量、开关输出量、模拟量以及通讯采集量的特点制定了相关的通讯规约，以便PLC和上位机能快速可靠的交换数据。
(5) 系统特点
a) 具备输入输出回路光电隔离保护功能;
b) 网络节点以及PLC输入输出可灵活配置;
c) 自动采集并监视反馈信号及设备运行状态，并可实现与上位机联网通讯功能
d) 具备现地手动、自动控制及远方上位机控制功能;
e) 简化了系统结构，降低了投资成本。
4 结束语
本现地控制系统方案已被国内几个中型水电厂所采用。从系统运行情况来看，在各种方式下设备操作正确无误，数据采集与通讯正常，系统可靠性高，上位机监控也很正常，各项性能满足水电厂自动化系统的要求，同时也为水电厂的运行、维护减少了工作量及生产成本，为实现现代化水电厂“无人值班”(少人值守)的运行管理模式创造了条件。
引言
为保证平台稳定，被调平台有五条支腿，分别用5个执行元件控制其高度，以调整平台的水平度;用2个水平敏感元件检测其水平度，2个水平敏感元件垂直安装，分别用于检测平台前后方向的水平度和检测平台左右方向的水平度。图1是被调平台与支腿和水平传感器安装示意图(图中未标出平台上的设备)。
图1 被调平台与支腿和水平传感器安装示意图
5个调平支腿高度及2个水平敏感元件的输出，构成了五输入二输出的多输入输出系统，每一调平支腿高度变动，都有可能影响平台的水平度，因此它是一个强耦合的系统。
2 完全解耦的控制方法
系统虽有5个输入，2个输出，但我们知道，三点决定平面，所以在调平控制量中有二个输入量是冗余量，只需选择平台重心在三支点构成的三角形内，控制这个三角形的三个支腿高度，即可实现调平;在调平结束后，再控制其余二个支腿着地即可。所以实际系统应是三输入二输出系统，经过分析可以得到水平敏感元件的输出α与β是三个调平支腿高A、B与C的函数:
α=f1(A，B，C)
β=f2(A，B，C)
平台调平后，应得到α≤δ，β≤δ。δ是一个允许的很小倾角。A、B、C与α、β之间是强耦合的。
应用理论和实验方法都可得出其传递函数，设平台输入与输出关系表示如下:
式中GNM是α、β对于A、B、C的传函;GNM中下标N=1、2代表水平敏感元件的输出α与β，M=1、2、3代表三支腿高A、B与C。设有一个预补偿矩阵Kp(s)使(2)式成立。
式中KPQ中下标Q=1、2代表预补偿函数的二个输入α与β，P=1、2、3代表补偿传函的三个输出A、B与C。若
则可实现完全解耦。为使完全解耦，必需求出k(S)，并且按(4)式实时计算A、B和C，然后实施控制。
由(3)式解出k(S)，代入(4)式并离散化(4)式，用计算机实时地计算出控制量A、B、C，就构成了快速自动调平系统。然而k(S)不容易显式解得，(4)式的实时计算量大;以及当用伺服系统控制调平支腿的高度时，少要有测量3个支腿高度的传感器和两个测量平台水平度的传感器，硬件电路相对复杂，开发时间长;这些因素都限制了完全解耦控制方法的使用。|
3 剔除冗余量的解耦控制方法
某些平台上的设备运行中不需实时调平，只要求开始工作前进行一次调平，对调平过程速度要求也不高。这种平台的调平方法，可用剔除冗余量的解耦控制方法;将调平过程分两步进行，首先调平某个倾角使之达到水平要求之后，将其锁定，然后再去调另外一个倾角。在步时，剔除了一个倾角及两个支腿的高，使控制系统变成了单入单出控制系统。第二步剔除已调平了的倾角及相应的已完成调平任务的两个支腿。这样第二步调平也变成了单入单出控制系统。这种做法是一种剔除冗余量的解耦控制方法。
具体调平过程叙述如下:首先选择平台重心所在三支腿构成的三角形中的三个支腿;在平台未调平前，三个支腿连结成的三角形中，必有一条边的倾角大，这条边是由高与低两支点的连线，与它平行的(或夹角小的)水平敏感元件的输出大，也即由此水平传感器测出的倾角大，以此水平敏感元件的输出作被控量，以高度低支腿的高为控制量，构成单入单出的闭环控制系统。这时，虽然调整低位置支腿高时，会同时影响两个倾角，但未被选用的水平传感器的倾角变化可在第二步时再调平，因此在步调平过程中，高和次高支腿高作为冗余量被暂时剔除了，较小的倾角的输出也作为冗余量被剔除了。步调平过程，直至此大倾角被调平为止。当此倾角调平后，以此水平线为轴，平台便成了“跷跷板”，在平台重心作用下，原次高支腿变成了新的低支腿。原倾角较小的传感器输出变成大。
第二步，也以此时倾角大的水平敏感元件的输出为被调量(另一水平敏感元件的输出已被调为零或一个允许的较小的倾角)，以此时的低支腿高度为控制量，其余二个输入和一个输出作为冗余量被剔除，再次构成一个单入单出的单闭环系统;为防止第二步调平破坏步已调平得到的“跷跷板”的水平轴线，在第二步调平时，首先要收起低腿的对角支腿，使此支腿悬空;这样第二步调平过程就不会影响步调平的结果。当此时的大倾角的水平敏感元件输出变为零时，就表明平台已完全被调平了。后再将其余支腿放下着地使平台更稳定。
上述剔除冗余量的解耦控制方法算法简单，即当水平传感器输出超过要求时，接通低位置支腿的电磁阀，调此支腿的高，直至水平传感器输出满足要求止。控制算法中，确定电磁阀接通与否，只由水平传感器的输出决定，而不需要测出各调平支腿的高度，因此不需使用测量支腿高度的传感器。且控制算法中只有一些逻辑判断，无需处理大量的数椐，适合用PLC实现。
4 用PLC控制自动调平系统
用剔除冗余量的解耦控制方法的调平系统可用PLC实现。用PLC控制的自动调平控制系统主要包含:水平检测器与控制支腿高度的电磁阀与液压缸等组成。硬件框图如
图2 自动调平控制系统的硬件结构框图
下:
图2中PLC输出经驱动电路控制电磁阀，电磁阀控制液压缸，液压缸控制支腿高度，液压缸上的液压继电器用于测量支腿是否着地;因为当支腿着地后液压缸压力升高，液压继电器接通。水平传感器输出的水平倾角是模拟量，因此PLC除了要有用于控制液压缸的开关量输出模块，和用于接收液压继电器的开关量输入模块外，还要有模拟量输入模块。
某自动调平系统，自动调平工作过程如下:
(1) 选择大倾角(可能是“前后倾角”，也可能是“左右倾角”)方向首先调平。
(2) 判断大倾角方向上支腿的高低，将低端的调平支腿升高;直至在此方向达到调平精度。
(3) 进行另一方向的调节，升高较低一端的调平支腿，同时，收回此方向上较高一端的调平支腿;
(4) 达到两个调平方向的调平精度后，使辅助支腿着地、放稳;
(5) 调平工作结束。
图3是自动调平控制程序框图。图中DT9、DT11、DT13、DT15分别是除辅助支腿外的4个调平支腿的液压缸的4个电磁阀，图中“调左右倾角标志”和“调前后倾角标志”是PLC内部辅助继电器，程序检查此标志，当有标志时，会一直调整某个倾角，直至此倾角被调平为
图3 自动调平程序框图
止，故这一标志是实现解耦的关键。
编写程序时要注意到，PLC用户程序是周期执行的，因此PLC程序与计算机编程有很大不同。但本程序是用在S7-300 PLC中的，S7-300程序由“组织块”(OB1)和“功能”(FC1)等组成[2]，本程序是一个“功能”。在条件满足时，“功能”程序将被反复执行，与计算机程5 结束语
本自动调平系统中，未使用高度传感器测各调平支腿的高度，系统成本低;所用的剔除冗余量的解耦控制方法，调平过程要分两步才能完成，速度比完全解耦的控制方法慢;但在某些设备中，对调平速度要求并不高，完全可以应用，是一个很好的控制方法。一些控制问题似难以用PLC进行控制，但只要在控制方法上想办法，改进控制方法后，用PLC也能胜任;本文提出的剔除冗余量的解耦控制方法有实现价值，可推广应用。本文设计的用PLC实现的自动调平系统能在很短的时间内完成，开发周期很短，可靠性很高。
1 引言
立体库是物流系统的集散地，它可以提高劳动生产率，降低劳动强度;节约库存占地面积，提高空间利用率;加速仓库储备资金的周转，保证均衡生产。堆垛机是立体库的关键设备，控制堆垛机的自动化控制装置应具有功能全、安全、可靠等特点。为此，本控制系统采用PLC作为控制核心，用变频器驱动堆垛机的电机。
2 立体库定位方式
自动化立体仓库由库房、货架、堆垛机，自动控制与信息传输装置，计算机和输送机等外围设备组成。库房由若干行货架组成，每行货架分隔成标准的存贮单元(托盘)，每两行货架间留有巷道，巷道上有堆垛机。巷道端(原位)设有出入货物的货架(即放托盘的架)。巷道长度和货架高度根据存贮量需要及厂房尺寸而定。堆垛机在巷道上固定的天地轨间运行，两端都有限位开关和防越位撞头。
堆垛机自动存取时，必须确定要存或取的货物在货架上的位置，即定位。货物放在货架上的托盘里，一旦托盘所在层、列、行确定，则堆垛机在控制器控制下可自动对托盘进行操作。设层为Y坐标，列为X坐标，行为Z坐标，其立体库定位示意图见图1。
为正确确定X和Y值，堆垛机在运动过程中，采用无接触光电检测方式，对X和Y值不断检测， 一旦检测到X、Y值和PLC机内部设定值相同，说明 X和Y值确定了。Z值只有两种状态，不是右行就是左行，所以用一般开关就能设定Z值。X和Y的PLC内部值由拨码盘接口模块(E-01D)通过拨码开关设定。E-01D模块专为操作者外部设置PLC机内部的目标值，每块E-01D模块可同时输入四组拨盘开关，每组为四位标准BCD码。四组拨盘开关设置对应的计数器或定时器分配号分别为674、675、676、677，E-01D模块拨码接口使用见图2。本立体库PLC控制系统中，只用两组拨码开关，也就是说，只用674、675两个分配号。它们均工作在计数方式。674号被用来设置X值，675号由图2拨码盘设置Y值。
3 控制系统构成
(1) 系统工作原理
为了保障立体库的正常工作，立体库PLC控制系统设计成自动和手动两种方式，当自动出现故障时，手动可继续工作。本系统工作在自动方式时，堆垛机的三个自由度由三种不同电机驱动(列电机、层电机、叉电机)。为了提高效率，同时能够做到堆垛机正确动作，层电机和列电机由变频器驱动。当堆垛机运行到层或列的目标前一单元，驱动层电机的变频器或驱动列电机的变频器开始降速，一旦检测到目标位光电信号，则驱动层电机的变频器或驱动列电机的变频器在PLC的控制下正确停车。根据Z值，堆垛机的货叉左出或右出。至于存或取时的微落或微抬，由于贮存单元(托盘)规格一样，故只要知道存还是取，控制系统自动进行微落或微抬。当堆垛机的货叉在目标位工作完后，堆垛机自动返回原位，完成整个存或取过程结束。系统框图见图3。考虑到该立体库为冷库，到了冬天，控制系统环境不能满足PLC控制器要求，为此增设了加热控制装置，确保PLC控制器可靠。
(2) 软件编程流程图
由于堆垛机自动存、取货过程是一个比较复杂的控制过程，所以相应PLC控制器编程也比较复杂，首先，存货和取货过程正好是相反操作，编程时充分注意逻辑互锁关系。其次，为了提高存(取)货的效率，堆垛机层或列运行的速度控制非常关键，编程时必须注意层或列运行过程中的快慢切换点。再者，编程要合理，减少程序量，缩短扫描时间。现示出立体库PLC控制系统的程序流程图，如图4所示。
4 结束语
(1) 立体库采用PLC控制系统后，堆垛机在变频器驱动下高效运行，稳定可靠，存取货物动作正确，节省人力物力。
(2) PLC控制器通过扩展通讯接口，和管理机进行联网，立体库实现微机管理。
(3) 随着信息科学、自动化技术、机器人不断发展，立体库作为物流系统的集散地，今后，立体库应该向智能化、信息化等方向发展
