西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8产品特点

0 引言

　　隧道是公路中的一个特殊路段，其管状的构造和封闭的环境容易诱发诸如追尾、拥堵、火灾等事故的发生，为保证车辆在隧道中能够安全行驶，营造舒适的行车环境，在隧道中安装了通风、照明、监控、消防等交通工程设施，这些设施相对均匀的分布在隧道当中，为实施对这些设施的控制，并将布设在隧道内的各种检测装置所采集的交通流参数值、车辆运行的环境指标和现场设备的运行状况等信息能够准确、及时的传输到监控中心，则需要建立一套快速、安全、可靠的隧道测控系统。随着计算机技术的发展，PLC的性能和功能得到了很大的改善和提高，特别是PLC的高可靠性、高抗干扰能力及高机电一体化的特点，使得PLC更适应在公路隧道这样的特殊环境中应用，加上其通信和网络功能大大增强，可以方便的实现PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与其它现场设备的链接。此外，PLC系统可极大的节省配线，方便安装，简化系统维护。因此基于PLC网络的隧道测控系统正在得到广泛的推崇和应用。

1 网络结构

　　1.1 系统方案

　　隧道测控系统上位管理计算机较多，整个网络采用二层网络结构，层为管理层（即信息层），采用Ethernet局域网，承担管理、决策和控制任务;第二层为控制层，采用PLC的光纤环型网络（Controller bbbb），实施现场数据采集、数据传输和设备的控制。现场PLC网络由主PLC通过以太网模块与局域网连接，实现以太网通信。这种控制系统实现了区域控制器的现场控制，并且信号传输实现了全数字化，从底层到顶层均采用通信网络连接;系统结构采用全分散化，由现场的控制器直接控制设备;上层通信网络采用以太网通信，可方便地实现数据共享。此网络结构体现了FCS控制控制系统的优势，当环型网络上的仅有一点发生故障时，数据可正常传输，系统可正常工作，当有多点故障时，现场PLC可独立工作，等待系统恢复正常后再接受指令，交换数据，大大增强了控制系统运行的可靠性。系统构成如图1所示。

　　1.2 Controller bbbb网络特点

　　Controller bbbb网络即控制器网络，是FA领域用于在PLC之间、计算机和PLC之间进行大容量数据交换的网络。计算机可通过Controller bbbb支持软件对网络上的PLC进行监控，用于个人计算机的CLK支持卡有两种：一种是线缆型的3G8F5-CLK21-E，另一种是光缆型的3G8F5-CLK11-E。Controller bbbb网络支持数据链接、数据共享和信息通信，数据链接区域可自由设定构成一个数据链接系统。

　　（1）通信介质可采用双绞线或光缆

　　线缆型的Controller bbbb网采用双绞线连接，双绞线比同轴电缆或光缆容易处理和维护，减少连网费用。通信距离可达1km。

　　光缆型的Controller bbbb网采用光纤连接，能够获得更多大容量的数据链接和更长距离的通信，它的通信距离可达20km。

　　（2）高速度的数据通信

　　控制器网络的通信波特率可达2Mbps，远远高于PC bbbb网的128Kbps。

　　（3）大容量的数据链接

 每台PLC发送字数可达1K，发送和接收总字节数可达8K。数据链接可以自动设置，也可以根据实际需要人工设置，非常灵活。

　　（4）信息通信

　　信息通信是在用户程序中执行通信指令SEND、RECV、CMND来实现的。通过执行通信指令可很方便的实现网络通信。

　　（5）灵活的网络互联

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　　Controller bbbb网络可以配置成单级，即所有的PLC仅安装一个CLK单元，并由线缆连接起来，单级的大节点数为32。若有一台PLC安装2个或2个以上的CLK单元，分别与其它PLC的CLK单元连接成各自的子网，则形成多级系统。一台PLC可同时安装Controller bbbb单元和Ethernet单元，使用通信命令可实现三级网络内的无缝通信。

　　（6）改进的错误处理

　　由于出错记录中有错误发生的时间和细节，使得快速处理错误成为可能。当令牌节点发生错误时，另一个节点会自动变成令牌节点，防止了网络中一个节点出错影响其它节点，保证了系统的可靠性。

　　1.3硬件配置

　　正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要作用。选择PLC，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源的选择等。

　　为保证PLC与上位监控计算机通信的稳定性，中央控制室设置一台CS1D系列PLC控制器用于与以上所述的区域控制器相连，用来接收信息和发布中央控制室命令。CS1D系列PLC采用更快速度的CPU并可通过两个以太网模块CS1W-ETN21D与上位机（带双以太网卡）相连，大大增强系统通信的实时性和稳定性。

　　由于隧道测控系统选用的区域控制器需支持以太网功能、远程通信功能，而且控制系统稳定可靠，区域控制器要有一定的存储能力，对于现场PLC的选择应根据被控对象对控制性能的要求，及PLC的输入量、输出量的类型和特点，确定出PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应确定基本单元和扩展单元的型号;对模块式PLC应确定框架（或底板）的型号，及所需模块的型号和数量。CS1系列PLC能完成对隧道现场设备的控制，节省区域控制箱的空间，减少控制设备的投资，因此选用CS1系列PLC。

2 通信设置及实现

　　2.1 通信设置

　　以薛公岭隧道为例，系统中设主控PLC1台，现场PLC（区域控制器）8台，2#、3#、4#、6#、7#、8#主要用于隧道交通控制与环境检测，1#、5#站主要用于隧道通风、照明控制。Controller bbbb网络通信设置三步完成：

　　（1） 用GI型光缆将由Controller bbbb模块CS1-CLK52-V1组成的网络连接起来。

　　（2） 通过拨动CS1-CLK52-V1面板UNIT No和NODE No旋钮并按照站的编号设置相应数值的节点号，单元号。通过C-NET软件给每个站以以太网为2号网络、Controller bbbb 网络为1号网络创建路由表并将路由表内容下传给对应的控制站。

　　（3） 数据链接表设置。数据链接表的设定有两种方式：自动方式和手动方式。设置方式选择可使用手握编程器或CX-P软件在启动节点PLC的CPU单元DM区设置。

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　　①自动方式设定时可以用来建立简单的数据链接，所有的接收节点共享发送节点相同的数据。第1区从区位IR、CIO和LR中选择，第2区从数据存储区DM和EM中选择。每个节点不允许只接收或只发送数据的一部分，所有节点都可以被指定为加入或不加入数据链接。

　　②手动设置数据链接区分几种情况，其中：（a）发送和接收节点的次序是自由的;（b）一些节点可以只发送而不接收数据;（c）一些节点可以只接收而不发送数据;（d）一个节点可以只接收从区域起点开始指定数量的字;（e）一个节点可以只接收从指定字位置开始的指定字数的数据，开始字被设置成一个从发送数据起始处开始的偏移量。由于高速公路隧道监控系统中区域控制器之间全部需要通信，因此本文在设置数据链接表时接收节点共享发送节点的所有数据，发送节点和接收节点次序采用自由格式，每台区域控制器设置链接区域大小为800字，发送均从D1000开始。2.2 通信实现

　　（1）启动数据链接表实现PLC之间通信

　　通过启动数据链接表可实现上述设定数据链接表链接区的数据共享，达到通信的目的。这种方式实现起来简单、方便，但不灵活，PLC不能实现其它内存区的数据共享。起、停数据链接表有三种方式：

　　①使用编程设备或用户程序

　　CS1系列PLC的启动位是启动节点字DM30000×CLK单元号中的第0位。设置启动位从OFF变为ON或当接通电源时已为ON时，启动数据链接，启动位从ON变为OFF时停止数据链接。

　　②使用Controller bbbb支持软件

　　在上位机或上位机节点上，使用Controller bbbb支持软件向数据链接中的节点发出启动/停止数据链接命令。

　　③使用FINS命令

　　使用网络通信指令CMND从一个Controller bbbb节点（PLC或计算机）向一个数据链接中的节点发送RUN（“0401”）/STOP（“0402”）指令来启动/停止数据链接。

　　（2）网络指令通信

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　　在网络内通过发送网络指令SEND、RECV和CMND可实现FINS通信。这种通信方式灵活，可对目标节点PLC进行任何操作。发送网络指令是先将需发送的命令数据存储到给定的内存区，确定连接的本地内存地址和目标站内存地址，通过网络指令就可实现对远程站通信。

　　（3）操作过程

　　基于PLC网络的隧道测控系统的操作步骤是区域控制器首先根据控制器状态、内存区状态、端口状态诊断控制器是否在正常状态下工作。其次，区域控制器采集本地控制的输入设备的输入数据，进行处理后并将结果数据发送到数据链接共享区，同时读取其它控制器共享到数据链接区的数据，通过对所有的采集数据来判断整个隧道的状态，并按照判断结果质询上位机是否执行相应程序，得到确认后，现场区域控制器立即执行相应的程序。若区域控制器长时间没有得到上位机命令，根据具体情况按照规定的预案进行控制。根据预案程序的运行改变现场设备的控制状态，并按照控制状态对应逻辑真值表输出到显示设备中，PLC执行完外部响应和控制程序，I/O刷新则将结果输出到现场设备中。

3 结语

　　以PLC作为本地控制器，用PLC网络实现隧道测控，集数据采集控制于一体，避免了错综复杂的布线，减少了出错的概率。从而提高了整个系统的可靠性和安全性。

　　本文的创新点在于，将PLC及其网络应用于公路隧道测控系统，一方面使PLC抗干扰性好，机电一体化程度高，通信和网络功能强大等特点得到了充分的利用，拓宽了PLC的应用领域;另一方满足了隧道内温度、湿度、噪音、灰尘、振动、汽车点火高频干扰等恶劣环境的要求，确保了测控系统的稳定性和可靠性。

1、系统检测电机角位移的分辨率，即解析度；

2、用户设定的周指令脉冲数例如65536，为系统对电机角位移的检测分辨率的要求；

3、编码器的周反馈检测脉冲数例如4096，为系统检测电机角位移的分辨率；

4、当系统要求的分辨率即用户设定的周指令脉冲数，

周指令脉冲数＞编码器的周反馈脉冲数

则系统检测电机角位移的分辨率=编码器的周反馈脉冲数；

5、当系统要求的分辨率即用户设定的周指令脉冲数，

周指令脉冲数＜编码器的周反馈脉冲数

则系统检测电机角位移的分辨率=用户设定的周指令脉冲数；

6、通道的周脉冲数=编码器周反馈脉冲数×2n=编码器周反馈脉冲数/齿轮比=周指令脉冲数；

7、所以你使用高解析度的编码器，系统的实际分辨率可能很低，受用户的要求或设定的周指令脉冲数低的约束；

8、所以当用户要求分辨率高或设定的周指令脉冲数高，系统的实际分辨率可能很低，受编码器的周反馈脉冲数低的约束；

9、举例说

1）周指令脉冲数65536，编码器周反馈脉冲数4096，则系统分辨率即解析度是360°/4096；

2）周指令脉冲数4096，编码器的周反馈脉冲数65536，则系统分辨率即解析度是360°/4096；

10、所以影响系统分辨率即解析度的因数

1）用户设定的周指令脉冲数；

2）编码器的周反馈脉冲数；

3）电子齿轮比的作用是，总能使通道运行的周脉冲数与之兼容

三相交流伺服应用广泛，但通过长期运行后，会发生各种故障，及时判断故障原因，进行相应处理 ，是防止故障扩大，保证设备正常运行的一项重要的工作。

一、通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。

1．故障原因①未通（至少两相未通）；②熔丝熔断（至少两相熔断）；③过流调得过小；④控制设备接线错误。

2．故障排除①检查电源回路开关 搜企网 ，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；②检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；③调节继电器整定值与电动机配合；④改正接线。

三、通电后电动机不转有嗡嗡声

1．故障原因①转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；③电源回路接点松动，接触电阻大；④电动机负载过大或转子卡住；⑤电源电压过低；⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；⑦轴承卡祝

2．故障排除①查明断点予以修复；②检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；③紧固松动的接线螺丝 ，用判断各接头是否假接，予以修复；④减载或查出并消除机械故障，⑤检查是否把规定的面接法误接；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正 ，⑥重新装配使之灵活；更换合格油 脂；⑦修复轴承。

四、电动机起动困难，额定负载时，电动机转速低于额定转速较多

1．故障原因①电源电压过低；②面接法电机误接；③转子开焊或断裂；④转子局部线圈错接、接反；③修复电机绕组时增加匝数过多；⑤电机过载。

2．故障排除①测量电源电压，设法改善；②纠正接法；③检查开焊和断点并修复；④查出误接处 ，予以改正；⑤恢复正确匝数；⑥减载。

五、电动机空载电流不平衡，三相相差大

1．故障原因①绕组首尾端接错；②电源电压不平衡；③绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。

2．故障排除①检查并纠正；②测量电源电压，设法消除不平衡；③消除绕组故障。

八、电动机运行时响声不正常，有异响

故障原因①轴承磨损或油内有砂粒等异物；②转子铁芯松动；③轴承缺油；④电源电压过高或不平衡。

故障排除①更换轴承或清洗轴承；②检修转子铁芯；③加油；④检查并调整电源电压。

九、运行中电动机振动较大

故障原因①由于磨损轴承间隙过大；②气隙不均匀；③转子不平衡；④转轴弯曲；⑤联轴器（皮带轮）同轴度过低。

故障排除①检修轴承 ，必要时更换；②调整气隙，使之均匀；③校正转子动平衡；④校直转轴；⑤重新校正，使之符合规定。

十、轴承过热

1．故障原因①滑脂过多或过少；②油质不好含有杂质；③轴承与轴颈或端盖配合不当（过松或过紧）；④轴承内孔偏心，与轴相擦；⑤电动机端盖或轴承盖未装平；⑥电动机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧；⑦轴承间隙过大或过小；⑧电动机轴弯曲。

2．故障排除①按规定加润滑脂（容积的1/3-2/3）；②更换清洁的润滑滑脂；③过松可用粘结剂修复，过紧应车，磨轴颈或端盖内孔，使之适合；④修理轴承盖 ，消除擦点；⑤重新装配；⑥重新校正，调整皮带张力；⑦更换新轴承；⑧校正电机轴或更换转子。

十一、电动机过热甚至冒烟

故障原因①电源电压过高；②电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热；③修理拆除绕组时 北京汉阳 ，采用热拆法不当，烧伤铁芯；④电动机过载或频繁起动；⑤电动机缺相，两相运行；⑥重绕后定于绕组浸漆不充分；⑦环境温度高电动机表面污垢多，或通风道堵塞；

故障排除①降低电源电压（如调整供电变压器分接头）；②提高电源电压或换粗供电导线；③检修铁芯 ，排除故障；④减载；按规定次数控制起动；⑤恢复三相运行；⑥采用二次浸漆及真空浸漆工艺；⑦清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施

1 引言

　　传统的升降机普遍采用交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方式，电阻的投切用继电器—接触器控制，这种控制方式的缺陷明显，不但制动和调速换档时机械冲击大，调速性能差，外接电阻能耗大，而且接线复杂，经常出现故障，安全性差。

　　采用结构简单、价格低廉的鼠笼式电动机，并利用PLC及变频器对升降机的控制系统进行改造，可实现升降机电动机的软起动和软制动，即起动时缓慢升速，制动时缓慢停车，还可实现多档速度的程序控制，让中间的升降过程加快，货物上下传输快速、平稳、安全。

2 小型货物升降机的基本结构

　　升降机的升降过程是利用电动机正反转卷绕钢丝绳带动吊笼上下运动来实现。小型货物升降机一般由电动机、滑轮、钢丝绳、吊笼以及各种主令电器等组成，其基本结构如图1所示。SQ1～ SQ4 可以是行程开关，也可以是接近开关，用于位置检测，起限位作用。

　　图1 升降机结构图

　　1. 吊笼 2. 滑轮 3. 卷筒 4.电动机 5.SQ1～ SQ4 限位开关

3 PLC和变频器控制的调速系统

　　3.1 多档速度控制

　　根据吊笼在升降过程中，要求有一个由慢到快然后再由快到慢的过程，即起动时缓慢升速，达到一定速度后快速运行，当接近终点时，先减速再缓慢停车，为此将图1中的升降过程划分为三个行程区间，各区间段的升降速度如图2所示。按下提升起动按钮SB2（或下降按钮SB3），吊笼以较低的一速速度平稳起动，运行到预定位置时，以二速速度快速运行，等再到达预定位置时，以一速实现平稳停车。

　　图2 升降机升降速度图

  3.2 系统的硬件构成

　　升降机自动控制系统主要由三菱FX2N—32MR可编程控制器、三垦SAMCO—i 变频器、三相鼠笼式异步电动机组成。系统的硬件接线如图3所示。

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　　 PLC控制一方面代替继电线路，另一方面，对于系统所要求的提升和下降、以及由限位开关获取吊笼运行的位置信息，通过PLC内部程序的处理后，在Y0～Y2 端输出相应的“0”、“1”信号来控制变频器输入端子2DF、FR、RR的状态，使变频器及时按图2所示输出相应的频率，从而控制升降机的运行特性。速度档由2DF选择，每档速度的大小则通过对变频器进行功能预置设定，再通过PLC的程序来控制频率切换。当PLC输出端Y0Y1Y2的状态为“010”时，变频器输出一速频率，升降机以10HZ对应的转速上升，当为“110”状态时，变频器输出二速频率，升降机以30HZ对应的转速上升；相应的，当Y0Y1Y2的状态为“001”、“101”时，升降机分别以10HZ、30HZ对应的转速下降。

　　 图中QF为断路器，具有隔离、过电流、欠电压等保护作用。急停按钮SB1、上升按钮SB2、下降按钮SB3根据操作方便可安装在底部和顶部，或者两地都安装，操作时，只需按下SB2或SB3，系统就可自动实现程序控制。

　　3.3 SAMCO—i 变频器主要功能指令设定

　　Cd000=1 ； 选择变频器监视器显示频率（HZ）

　　Cd001=1 ； 选择外部端子信号作为变频器运转指令

　　Cd002=1 ； 选择由操作面板设定变频器1速频率

　　Cd007=30 ；变频器上限频率为30HZ

　　Cd029=10 ；变频器一速频率为10HZ

　　Cd030=30 ；变频器二速频率为30HZ

　　Cd049=5 ； 使用制动电阻

　　Cd050=1 ； 电机可以正反转

　　3.4 PLC梯形图

　　当吊笼在底部位置，且SQ1常开触点闭合时，按下SB2 ， 电动机以一速缓慢上升，到达SQ2 、SQ3位置时，依此以快速、慢速上升。下降时与此类似，当遇到紧急情况时，按下SB1 ，升降机会停在任意位置。

4 结束语

　　以PLC和变频器控制的调速方式取代原来的转子串电阻调速方式，具有加、减速平稳，运行可靠，大大提高了系统的自动化程度。该系统可广泛应用于建筑施工、仓库、酒楼餐饮业等货物的上下传输系统中。