6ES7223-1PL22-0XA8原装库存
2 双机热备可靠性技术分析
双机热备系统具有非常高的可靠性。控制系统为冗余的双cpu设计，运行时一主一备，并通过高速光缆连接；控制系统为冗余的双通讯通道，控制系统间通讯网络采用modbus plus或tcp/ip协议,控制系统内部采用rio网络结构，以上网络均可以采用双缆冗余方式；控制系统为冗余的双电源供电。
正常工作时互为热备的控制器具有的特性。在双机热备系统中，互为热备的控制器具有如下的工作特性：实时数据传输，确保双cpu程序的完全一致；每个扫描周期均传送数据及状态信息，确保双cpu工作状态的完全一致；两个控制器之间采用光缆连接；切换完成的长时间是两个扫描周期；通讯速率为10m，热备系统可放于3km之外；当控制程序发生改变时，可以自动完成程序下装功能；初次组态时，用户快速、有效只需下装一次程序；使用iec方式的双机热备配置不需要编程工作；使用modsoft/concept组态软件均可进行配置；用可装载功能块支持984/800系列用户；chs模块热更换-无需停机时间。
便捷安全的热备切换方式。可以通过以下几种方式实现便捷安全的热备切换：将主控机钥匙开关从run切到offline，即可完成手动热备切换；也可以通过人机界面或编程器切换；在电源失效，cpu失效，i/o失效(电缆或模板)，nom失效(只在启动时)将完成cpu的自动切换。
3 风机热备系统选型
3.1 plc的硬件设备选型及设定
完整的quantum热备系统需要以下设备：两块相同的至少四槽的背板；性能完全相同的两块cpu控制器；两块类型一致的rio处理器；两块类型一致的电源模块；两块热备模板chs 110；连接用的光纤电缆；网络连接的组件包括：分支器，rio处理器与rio网络连接使用的f接头，分支器ma-0186-100，ma-0185-100，终端电阻52-0422-000 ；如果需要其他的通讯协议，则需要增加其他的通讯适配器。
根据以上的构成热备系统的设备要求和实际需要，首钢迁钢公司7000立方米风机控制系统包括plc控制柜2套，分别用来安装本地站和远程站，双机热备的cpu安装在本地站，本地站和远程站之间采用双缆连接。主要的设备选型如表1所示。
表1 首钢迁钢7000风机热备系统的设备选型表
3.2 热备系统安装步骤
选定硬件设备后，需要按照如下的顺序安装热备系统：安装本地站和远程站的电源模块，cpu，rio处理器，hot standby模块，tcp/ip模块到背板，需要注意的是热备系统两个底板上安装的模板种类和顺序必须一致。两个cpu地设备地址设定必须相同。两个ethernet模块的ip地址设定必须相同。hot standby模块的指定滑动开关必须一个设定为a，另外一个设定为b；连接网络，包括安装rio网络和ethernet网络，按照网络结构图，分别安装rio处理器和远程站之间的分支器和f接头，连接rio站间的同轴电缆，ethernet交换机和网线；连接两个hot standby模块之间的光纤。
4 编程和上位监控系统
4.1 硬件环境
首先确定编程和上位监控系统与plc之间选择tcp/ip的通讯协议。组态软件concept和上位监控软件都支持tcp/ip的通讯协议，只要将网络搭建起来即可。迁钢公司7000立方米风机热备系统选用tcp/ip的通讯协议，需要的主要设备如下：编程和上位监控系统微机需配备ethernet网卡；为了与热备的plc通讯，需要安装ethernet交换机。根据对plc系统和编程和上位监控系统的选择，确定整个控制系统的硬件网络结构。控制系统由研华ipc610工业计算机一台，epson lq1600kiii打印机一台，philips201p显示器两台，winfast多屏卡一块等构成，其网络结构如图1所示。其中，plc系统为双机双缆冗余热备系统，其主机ip为100.100.100.35和100.100.100.36，quantum本地（local）站一个，远程（remote）站两个，plc主机与工控机之间采用tcp/ip通讯协议，工控机ip地址为100.100.100.37。
图1 双机热备系统硬件构成
4.2 监控软件
为了开发出理想的监控系统，选择的监控软件是美国tcpwonderware公司开发的intouch8.0。intouch是一个集成的、基于组cp/ip件的mmi系统——factorysuite 2000中的一个核心组件。它具有美观的hmi（人机接口界面）和面向对象的图形开发环境，能够高效、快捷地配置用户的应用程序。其在稳定性，开放性，网络功能，数据库功能等方面都具有很大的优越性。使用intouch开发的监控画面包括显示系统工艺过程的主画面，润滑系统，轴振系统，轴位移系统等监控画面，以及报警、历史曲线、实时曲线和报表等。系统的主要监控界面如图2、图3所示。
图2 风机控制系统的主画面
图3 风机的防喘控制曲线
4.3 热备系统cpu的软件组态
使用concept软件来组态项目，在创建一个新的项目的时候，需要指定选项iec hot standy选项。指定此选项的目的就是为了安装相应的热备系统支持程序到控制器中，在concept v2.6版本中，这些支持程序是和concept软件绑定在一起的，在选中iec hot standy 项目后就已经激活了相应的程序，如图4、图5所示。
图4 指定选项iec hot standy选项
图5 热备系统支持程序
另外，还需要设定hot standby扩展属性，hot standby扩展属性包括的内容如图6所示。
图6 hot standby 扩展属性
使用concept软件提供的hot standby扩展属性组态界面指定hot standby如下属性：指定hot standby 命令寄存器参数；定义非传送区域地址范围，以减少cpu的扫描周期；定义cpu启动后的工作状态，相互热备的cpu哪一个处于online状态；定义处于热备的cpu在程序发生不匹配时所产生动作，是由热备转为自动离线还是由热备转换为运行；定义当相互热备的cpu工作状态相互切换时要交换设备地址的通讯口，包括modbus口1，2，3；使能或者禁止逻辑映象按钮忽略；定义执行逻辑升级时cpu所采取的处理方式，可以选择“不用停机”也可以选择“使用停机”方式；
完成上述的硬件配置和设定工作之后，分别将项目的配置下装到两个cpu中，热备系统就已经建立起来。需要注意的是在向cpu中下装组态时，需要先将两个cpu的备用电池取下，至少10分钟以上，以确保cpu在下装组态之前存储器中没有任何数据。
5 热备plc系统常见故障及处理
热备系统的硬件网络结构图如图1所示，热备cpu通过高速光缆连接，cpu的每个扫描周期均以10m通讯速率，实时由主cpu向备cpu传输数据及状态信息,热备系统具有自动程序下装功能，快速、有效只需下装一次程序，配置不需要编程工作，chs模块热更换-无停机时间。chs热备模块的显示面板如图7所示，其主要显示灯含义如表2。
图7 chs热备模块的显示面板
表2 chs热备模块的显示含义
6 结束语
由于风机在整个生产流程中的重要作用，控制系统必须稳定。使用quantum plc双机热备技术满足了系统对控制提出的要求，实现了控制的安全，稳定，高效。该控制系统自投入以来，工作性能非常稳定，为生产提供了保障。实践证明该应用方案是成功的
1引言
此系统属于食品机械的投入机的控制系统，系统包括触摸屏、可编程控制器、伺服、编码器、步进电机等，投入机主要功能是把呈带状脱氧剂或者是干燥剂，进行切断，然后按要求投入到包装线。在整个设备中，控制的主要要求是要切断准确，切断的位置偏差要在±5mm以内，而且要求速度可以很快，高速每分钟要达到170个；因为送料驱动使用的是步进电机，这样就会要求送料要有反馈，所以从动轮上安装了编码器做为反馈信号的来源，由于控制部件的组合以及于机械机构的联动配合问题，在调试时做了好多次软件和硬件的改进后达到了使用要求。
2食品脱氧剂投入机工艺
因为属于机械设备的系统，另外，要求精度也高一些，所以工艺过程相对复杂一些，主要要求如下：通过设定不同的料袋长度尺寸和间距，可以加工4种规格的产品；要求实际偏差不得超过±5mm；要求在连续运行时的加工速度要能达到每分钟170个；要求刀速和步进的速度都能有四个档的调整；报警上下限设定；偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到包装线联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换。工艺过程如图1所示。
图1工艺过程
3系统设计
3.1 电控系统设计
（1）plc系统需求分析。6个数字量输入；3个数字量输出；1个伺服控制；1个步进控制；1个由ab相的编码器发出的高速脉冲计数。
（2）控制系统配置设计。触摸屏：台达dopa57gstd；plc：台达dvp12sc11t；伺服控制器：台达asd-a021la；台达编码器es3-06cn6941；步进驱动器和电机；料检测接近开关；刀位检测接近开关；外部连动接近开关。
触摸屏主要是用来显示和控制、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、记录产量等；plc主要是采集数据并计算，控制伺服电机和步进电机的动作，报警的判断和输出；伺服电机的作用是用来使切刀可以快速的切断干燥剂，并且准确的归位；步进电机的作用是快速的进料，并且进料要十分的准确；编码的作用是把从动轮的转动的实际角度采集出来，送给plc。
3.2 控制软件功能设计
（1）系统的功能要求。可以设定干燥剂的长度和间距，以便可以切不同规格的干燥剂。
刀速和步进的速度是可设定的要能够分成几个档位，适应不同的要求；可以设定上下限报警，来控制误差的范围；显示报警画面、报警信息；报警上下限设定；具有偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换；要求具有复位功能，实现故障状态的复位；除联动外还能实现连续运行和点动的功能。
（2）技术难点分析。在以上的功能中重要的功能实现就是步进电机的控制，这也是难的部分，因为干燥剂长度的准确完全依赖于步进电机所走的行程，如果单纯靠固定脉冲数来控制步进电机，那么运行一段时间后一定会出现累计误差，会使所切的干燥剂长度相同但是会切到料上，所以必须使用编码器采集回来的脉冲数作为反馈来给步进发脉冲。
（3）hmi（触摸屏人机界面）画面设计。主页；控制画面；参数设置画面；步进速度设置画面；切刀速度设置画面；报警画面。
（4）plc模块设计。刀和步进速度设定；运行方式控制；复位状态控制；计数功能；伺服和步进控制；报警控制。
4机电系统调试
4.1 机电位移脉冲当量
通过反复的试验得到一个试验值：就是料每移动1mm编码器的脉冲数是多少个，在这台设备上得到的数据是，每移动1mm编码器的脉冲数是5个，而且相对准确。
4.2 伺服频率当量
通过反复试验得到两个数值：就是为达到每分钟加工速度为170个，那么对步进和伺服发出的脉冲频率是多少，经过试验得到的数据是步进额为4khz，而伺服应该是80khz；其实，本来可以通过计算可以得到这个数据，但是，由于机械方面的配合和程序有扫描周期的问题，所以不能完全套用计算所得到的数值。
4.3 料位检测
调整料检测的高度也是一个比较关键的环节，如果不能调整好高度会对切断的准确性起到决定性作用。
5结束语
此设备的使用台达的机电产品比较多，整合性能比较好，为客户降低了大量的成本，是单一电控技术平台为客户降低成本的很好的实例。针对国内食品机械的自动化程度较低的现状，还有很多自动化应用工程空间。食品脱氧剂投入机使用了台达的sc系列plc来控制台达伺服系统，达到了使用要求
1 引言
在纺织工业中，由于织造时经纱反复受到各种外力的多次作用（拉伸、弯曲、冲击及摩擦）容易使纱线结构松散，起毛而断头，或纤维纠缠致使开口不清。为了在织造中提高经纱的可织性，使经纱增强，耐磨提高20-40%,并卷绕成浆轴，减伸率维持在20-25%，需要采用浆纱工艺技术。
浆纱机是纺织厂前织工序的重要设备，浆纱机的质量对布机的效率和质量有极大的影响。浆纱工序是织前准备的重要工序，尤其是现在高速织机迅速发展，对织轴质量的要求也越来越高。
本文介绍的浆纱长度自动检测系统，采用plc自动检测浆纱伸长率、织轴卷绕匹数、墨印内卷绕长度；当实际卷绕匹数与设定的织轴卷绕匹数相等时，系统发出声光报警,提醒工作落轴；同时微型打印机自动打印设定墨印长、实际卷绕匹数；采用人机界面发出控制指令及设定数据，并显示浆纱伸长率、织轴卷绕匹数、墨印内卷绕长度。系统大测控能力：墨印长99.99m，匹数255匹，伸长率+9.999m和-9.99m。
2 系统工作原理
2.1 打墨印记匹
如图1所示，在浆纱机的拖引辊轴端安装码盘，码盘上装有一块磁钢，拖引辊每转一周，磁钢接近霍尔元件一次，使其发出一个脉冲，经有关电路送入plc，与其相应的程序进行计数(n1)，当n1与设定墨印长所对应的拖引辊转数nb相等时，说明浆纱已经卷绕了一个墨印长，此时由程序控制，经plc输出驱动打印器电磁线圈，使打印器在浆纱上打上墨印标记。与此同时，记匹计数器内所记录的实际卷绕匹数ks增1。当ks与设定的织轴卷绕匹数kb相等时，系统发出声光报警，提醒工人落轴；同时微型打印机自动打印出该织轴的设定墨印长lm、实际卷绕匹数k1和轴平均伸长率e。为此，系统运行前要键入lm及设定卷绕匹数kb。拖引辊周长设为l1，当用户经触摸屏设定lm和kb后，程序自行运算。
图1 旋转传感器磁体设置
打印器采用打墨印锤，打墨印锤采用电磁线圈ka驱动，如图2示所示。
图2 打墨印锤
2.2 检测伸长率
检测浆纱伸长率的方法有定长测量法、测长表法、测速法、电测法等几种。为在浆纱过程中及时检查并控制好浆纱伸长率，浆出高质量的织轴，本设计选用第三种“测速法”来实现对浆纱伸长率的自动检测。
与拖引辊相同,在浆纱机引纱辊轴端也安装磁钢码盘与霍尔元件。引纱辊和拖引辊每转一周，相应的霍尔元件传感器各产生一个正脉冲信号，送入plc的输入端，plc内部计数器对其计数，进而实现对引纱辊、拖引辊表面速度的检测。
本系统利用拖引辊、引纱辊每转14转（卷过10m左右）定时器t1和t0的时间累加值之差求出段伸长率e。
设拖引辊转14转t1的累记时间为t1x，拖引辊转14转对应的浆纱长度为l1x，拖引辊直径d1=22.528cm，拖引辊表面线速度v1，引纱辊转14转t0的累记时间t0x，引纱辊14转对应的浆纱长度l0x，引纱辊直径d0=22.561cm，引纱辊表面线速度v0，则段伸长率e为
3 系统硬件设计
3.1 系统组成框图
系统组成框图如图3所示。其中引纱辊，拖引辊用来拖引纱布使其上浆；两个测长传感器分别用于监测引纱辊，拖引辊的转数；plc用于控置打墨印装置和声光报警装置，使其在规定的要求下作出反应；人机界面可以在线显示相应的工作数据，方便操作人员进行相应操作。
图3 系统组成框图
简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。本系统选用f940got-lwd-c触摸屏作为人机界面。plc选用三菱公司的fx2n-16mr系列产品，测长传感器选用霍尔传感器。打印机选用tpup-at微型面板式打印机。
3.2 plc控制电路
本系统有一个启动开关sa1，一个人工打墨印开关sa2及拖引辊霍尔传感器脉冲输入信号b1、引纱辊霍尔传感器脉冲输入信号b2，共占用plc四个输入点。输出信号有一个打墨印输出线圈ka和一个声光报警输出yh，共占用plc两个输出点。它们与plc的接口电路如图4所示。nbsp
4 系统软件设计
4.1 系统工作流程图
图5 系统工作流程图
系统工作流程如图5所示。首先通过触摸屏输入设定墨印长lm和设定织轴卷绕匹数kb，然后执行plc程序，计算拖引辊转数，并与设定墨印长对应的转数比较，达到设定值时打墨印、记匹，检测、计算段伸长率。满轴时停止系统运行，发出声光报警，同时通过触摸屏显示段伸长率并声光报警，打印机打印设定墨印长和实测卷绕匹数。
4.2 人机界面的设计
本系统使用的是f940got-lwd-c人机界面，使用的人机界面设计软件是gt designer2。创建画面过程如下。
（1）参数设定及数据显示报警画面设定。按系统要求检测浆纱伸长率,所以在系统启动前需要输入两个固定数值:设定的墨印长lm和设定的织轴卷绕匹数kb。
设定的墨印长lm画面创建如图6所示。设定的墨印长lm通过画面设定并保存在plc的数据寄存器d1中。
图6 设定墨印长lm
设定的织轴卷绕匹数kb画面创建如图7所示。设定的织轴卷绕匹数kb通过画面设定并保存在plc的数据寄存器d4中。
图7 设定织轴卷绕匹数kb
此外，还需要在界面中显示经过程序计算的段伸长率e。段伸长率e显示画面创建如图8所示。程序计算的段伸长率e保存在d12中。
图8 设定伸长率e
当织轴卷绕匹数达到设定的卷绕匹数时，要声光报警，提醒人工落轴。声光报警位元件为y001，画面创建如图9所示。
图9 设定声光报警位元件y001
同时将y001的显示方式设置为“on”，当系统进行声光报警时，人机界面会自动控制连接其上的打印机进行打印，实现其“画面硬拷贝”功能。
（2）设计的系统画面。人机界面系统画面如图10所示。
图10 系统画面
4.3 系统工作梯形图
系统梯形图如图11所示。图中数据寄存器d1存放由触摸屏输入的设定墨印长lm，d4存放由触摸屏输入设定织轴卷绕匹数kb。通过flt指令转换为二进制浮点数分别存放在d20、d22。计算拖引辊周长l1=πd1并存放d3d2中，计算设定转数存放d6d5中，通过dint指令将浮点数转换为整数存d24中。c0对由x2端输入的拖引辊转数脉冲进行计数，每转一圈计数一次，当计数次数等于nb（d24值）时，c0触点使y0线圈接通打墨印。c1用于记录实际匹数，当实际匹数等于设定织轴卷绕匹数kb（d4值）时，c1触点使y1线圈接通声光报警，提醒人工落轴。t1、t0分别记录拖引辊、引纱辊转14转的时间，c2、c3分别对拖引辊、引纱辊转数计数，当它们转满14转时，由mov指令将所需时间分别送入d9、d8中。浮点运算指令计算段伸长率并存入d46中，经dint指令转为整数后送d12中，然后通过触摸屏显示。nbsp
图11 系统工作梯形图
5 结束语
，采用plc控制的浆纱机自动测长系统，硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，具有很高的可靠性。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求。
