6ES7222-1EF22-0XA0规格参数
1 引言
切纸机械是印刷和包装行业常用的设备之一。切纸机完成的基本动作是把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进定位系统的实现是利用单片机控制的。控制过程是这样的，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后，单片机系统输出信号，断开进给电机的接触器，同时电磁离合制动器的离合分离，刹车起作用以消除推进系统的惯性，从而实现jingque定位。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。但此控制系统是早期产品，没有合适配件可替换，只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用PLC的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用HMI（人机界面HumanMachineInterface）进行裁切参数设定和完成一些手动动作。
2 改造的可行性分析
现在的大多PLC都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号，而切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，让PLC对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到jingque定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度tisheng，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。
3 主要控制部件的选取
3.1 PLC的选取
设备需要的输入输出信号如下：
x0脉冲输入
x1脉冲输入
x2前限位
x3后限位 y3 前进!
x4前减速位 y4 后退
x5电机运转信号 y5 高速
x6刀上位 y6 中速
x7滑刀保护 y7 低速
x10压纸器上位 y10
x11光电保护 y11
x12小车后位 y12 进给离合
x13双手下刀按钮 y13 压板下
x14停止按钮 y14 刀离合
x15连杆保护 y15 电机禁启动
x16刀回复到位
针对这些必需的输入点数，选用了FX1s－30MR的PLC，因为选用了人机界面，其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用PLC输入点，从而为选用低价位的FX1s系列PLC成为可能，因为FX1s系列PLC输入点多只有16点。另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足切纸机对精度的要求。
3.2 编码器的选取
编码器的选取要符合两个方面，一是PLC接收的高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500P/R（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机高转速是1500转/分（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下：
本系统脉冲高频率＝25转/秒×500个/转×2（A/B两相）＝25KHz
理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm
同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在PLC程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的A/B相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此PLC可处理的高脉冲频率为30千赫，因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。
3.3 变频器和HMI的选取
这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C。
4 F920GOT-BBD-K-C的特点:
F920GOT是带按键型的HMI，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：1）可以方便的实现和PLC的数据交换；2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制PLC内部的软继电器，从而可以减少PLC输入点的使用;3）具有两个通讯口，一个RS232C（用于和个人电脑通讯）和一个RS422（用于和PLC通讯），利用电脑和F920GOT相连后不仅可以对HMI进行程序的读取和上传，还可以直接对PLC的程序进行上传下载、调整和监控。
5 PLC和HMI程序的编写
此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能，并且HMI上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器C235和C236。C236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；C235用于进行jingque定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到C235，不论进给机构前进还是后退C235进行减计数，同时对C235中的数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到jingque定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器停止输出的时间并不是C235中的计数值减小到0时，而是让C235和一个数据寄存器D130比较，当C235中的值减小到D130中的设定值时PLC控制变频器停止输出。D130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。显示定位机构当前位置的程序见下图1，
图1显示定位机构当前位置程序段
实现定位控制的程序段见下图2。
图2定位程序段
还有一个问题是参数设定时的小数点位问题，实际工作中在设定位置时要jingque到0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到，常见的处理办法是加大一个数量级，就是设定数据时，在人机界面上用1代替0.1mm，10代替1mm。不过我们在处理此问题时通过HMI中对数据的设置和PLC的程序编写达到了所见即所得的效果。HMI中主要是对数值的格式要设定好。HMI中的设置画面见下图。
图3HMI中数据设置画面
比如我要等分裁切10.5mm的纸，就可以在HMI上设定为10.5，而不是像我公司其它设备上要设为105，但PLC的寄存器D128的内容是105而不是10.5，这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令：
MULD128K5D10（此命令中尽管编程时D11不出现但实际上寄存器D11被占用，不能再应用于其它地方，否则会出现问题。）
而不是用：
MULD128K50D10
编程中其它应注意的问题。一是双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避免了双线圈问题。二是误信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品，受振动时不可避免的会出现误信号，而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动，如果忽视这个现象，定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1，只有Y3、Y4接通，即只有进给机构前进和后退时才让C236进行计数，这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。
6 变频器的参数设置
此工程中需设定的变频器的主要参数见下。
参数 号名 称设定值
0 转矩tisheng 8%（低速时电机转矩不足时可tigao此数字）
43 速设定（高速） 30Hz
53 速设定（中速） 10Hz
63 速设定（低速） 2Hz
7 加速时间 0.5s
8 减速时间 0.5s
24 多段速设定（4速）50Hz
79 操作模式 2（只执行外部操作）
在调试过程中为了达到定位速度和精度的完美结合，应对三段速设定值，加减速时间和HMI中D130、D200和D202的数值进行相应调整。
7 结论
通过上述的改造过程，完全恢复了我们切纸机的功能，试用三个月以来运行非常稳定。由这个应用实例可以看出结合PLC的高速计数器功能，合理的进行应用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统优的性价比。也迎合了我国当前提出的建设节约型社会的宗旨。
1 引言
传统的自立袋罐装机多采用继电器控制，随着执行机构的增多，功能的增强，使得机器越来越复杂，给制造、调整、使用和维修均带来不便，并且会使故障率增加。
由于目前罐装机行业竞争激烈，企业要在竞争中站稳脚跟，需要不断的改进产品质量，向自动化、高效化发展。PLC由于其抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，等优点被广泛应用于各种工业控制领域。利用PLC实现对自立袋罐装机的控制，结构简化，维护方便，可以节约调整时间，增加设备的柔性，同时运行稳定可靠。本系统采用西门子S7-200PLC，文本显示器和OMRON增量型旋转编码器对原系统进行改造，取得了可喜的成果。
2 生产流程图
本系统是集灌装、旋盖、清洗于一体的生产线，适用于有嘴软包装袋的自动定量灌装、旋盖，可以灌装液体、酱料等流体产品。本机采用特殊灌装头，可分二次灌装，当灌装位置没有包装袋时，灌装头不会流出灌装液体，保证了包装袋产品外观的干净整洁。具体流程图如图1所示。
图1 生产流程图
3 控制系统
原系统采用凸轮系触发控制信号，利用五个调整好的凸轮，来实行工作循环及节拍，控制各执行机构的动作。在执行灌装过程的五个步骤，即：电器联锁，泵工作，阀工作，旋盖和清洗，要求凸轮在达到一定角度时五个凸轮配合工作。此方法虽然也能满足控制的要求，但是凸轮位置要求较高，调整麻烦，设备的装配、调整带来困难，而且，当生产过程中的工艺参数发生变化时，调整起来相当困难。原系统凸轮系结构如图2所示。
图2 凸轮系结构图
新设计采用PLC和旋转编码器实现对各执行机构的jingque控制，使控制系统模块化，设备的零部件数量、结构大为简化。同时通过与文本显示器相结合，还能根据包装产品的不同，方便快捷地修改工艺参数，省去了原始控制面板的设计与生产，具体结构如图3所示。
增量式旋转编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角，利用S7-200的高速计数器指令（HSC）来实现jingque读取旋转编码器的转角，从而实现对空间凸轮所转过的角度进行检测。当脉冲数表明空间凸轮转过所要求的角度时，PLC就发出指令，要求各执行机构执行相应的动作，即实现灌装、旋盖和清洗。高速计数器的高计数频率取决于CPU的型号，CPU224有6个高速计数器，6个单相计数器，均为20kHz的时钟速率。
1.电机2.旋转编码器3.减速器4.凸轮分度器5.出袋口6.清洗装置7.旋盖装置8. 文本显示器9.灌料装置10.压注装置11.料箱 12.加热水箱
图3灌装机主要结构图
4 控制系统时序图及程序流程图0
控制系统的时序是非常重要的，既要紧凑，又要满足各个工序要求，只有安排得好，各执行机构才能合理执行各自的动作。原系统采用凸轮系对设备各执行机构进行控制，改造后采用PLC、位置传感器及旋转编码器等来完成控制。
图4 时序图
图5 PLC程序流程图
5 PLC控制部分输入输出信号0
根据整个循环工作中PLC要做的工作， PLC输入输出信号如表1所示。
表1 PLC输入输出信号
6 结论0
通过利用PLC，旋转编码器以及文本显示器，实现了对自立袋罐装机的准确控制，简化了调整难度，tigao了效率和应用柔性。
1 系统概述
计量站是油田的重要组成部分。计量站生产担负着站内各个油井的液、油计量任务，需要及时、准确地为油田地质部门提供油藏工程资料。油田计量站外输分离器的主要作用是将从地下打上来的原油进行分离，即对天然气、油、水三者进行分离，在分离器中天然气在上层，油在中间层、水在下层。一般用手动操作，油位很容易低于出油口，这样天然气就从出油口跑掉，造成很大的浪费，并且天然气的计量采用双波纹差压计进行手工测量很不准确，为解决这一问题，将油位和天然气采用自动控制和测量。
2 油井计量装置的构成
2.1 工作原理
单井来油经三相分离后，原油进入油桶，油桶内安装的液位变送器实时采集当前液位高度。当液面达到设置的上限排油高度时，PLC控制主泵排油，当液面达到设置的高限排油高度时，PLC控制主、备泵同时工作排油，防止原油溢出。原油经过在线含水分析仪，刮板liuliang计、薄膜阀等排出；分离后的水经水堰管口溢出，进入集水桶。当油或水液位降到设定的下限关阀高度时，排油泵关闭，进行下一桶的油或水的积累。在分离器顶部的气出口处，设有温度、压力变送器、过滤器、气体腰轮liuliang计、自动式调压阀、单流阀等。三相分离器的进油管线装有一套加药装置，可连续可控地给来油加破乳剂。
2.2 现场控制终端
现场控制终端采用PLC实现现场信号的采集和工艺控制，主要实现如下功能：
信号采集：采集现场反馈的液位、蒸汽温度、liuliang等模拟信号和门禁、泵状态等开关信号。
手自动切换：在现场维护或紧急状态时，可以通过人工方式将此站切换到手动状态，此时此计量站为现场手动控制，自动控制流程无效。监控中心只能监视此计量站，不能远程控制此站设备。
自动流程控制：计量站为自动状态时，PLC按照编写的控制流程实现自动控制。PLC可远程接收监控中心下传的参数，也可接受监控中心远程的控制命令。
2.3 现场总线
现场总线采用CAN总线实现监控中心与现场控制终端的网络连接，CAN总线具有以下特点：
1.CAN为多主站方式工作。网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息。可以方便的实现多中心控制。
2.CAN的直接通信距离远可达10km（速率小于5kb/s），速率高可达1Mbs（40m以内）。能够满足数据采集实时性的需求。
3.CAN上的节点数高可达110个，为系统扩展预留有足够的空间。
4.CAN采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
5.CAN节点在错误严重的情况下有自动关闭输出功能，使总线上其它节点的操作不受影响。
3 计量站SCADA系统
监控中心采用世纪星组态软件构成数据采集和监控（SCADA）系统，完成生产监控、计量监控、现场控制参数设置、远程控制、趋势分析、故障报警、统计报表生成等工作。
为tigao可靠性，监控中心采用双机热备结构构成上位机监控系统。主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机处于工作状态，从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会在很短的时间之内代替主机，完全实现主机的功能；当主机恢复正常后，从机将控制权交还给主机，从机重新处于监视状态。同时，世纪星组态软件双机热备还具备双机数据冗余功能，保障监控系统数据的安全、完整性。
世纪星组态软件同时提供Web浏览功能，世纪星的WEB 发布基于客户机/服务器（B/S）结构，由 Web 浏览器（客户机）和 Web 服务器（服务器）构成，两者之间采用 TCP/IP 传送协议进行通信。通过 IE 浏览器，输入服务器的 IP 地址，就可以查看现场的画面和数据。通过Web浏览功能，油田管理人员可以随时了解到当前生产情况及统计报表。
监控系统主要包括如下功能模块：
生产监控：实现现场工艺动画模拟、数据实时监控、远程参数传递、远程控制等功能。
趋势分析：趋势曲线分为实时趋势曲线、历史趋势曲线两种类型。
实时趋势曲线用于显示当前8小时采集数据的趋势变化状态，操作人员可以直观的观察到当前生产状况，及时发现生产中出现的异常情况，降低事故的发生。
历史趋势曲线用于历史数据的查看，操作人员可以通过点击曲线工具栏中的按钮按照指定时间间隔左、右滚动曲线。可局部放大曲线观察趋势情况，可指定起始时间、结束时间按照时间段查询趋势变化。
报警信息管理：系统可根据计量站情况分别设定不同参数的报警限，当发生报警时，系统自动切换到报警窗口，同时已声音、闪烁等方式提示操作人员。系统为每个计量站提供一个报警使能开关，当使能开关关闭时，此站报警功能暂时禁用，防止计量站维护时，频繁报警。报警信息分为实时报警、历史报警两种，历史报警窗口可以按照时间段查询历史报警信息。
报表统计：系统提供日报表、月报表、年报表、操作记录报表等多种类型报表，所有报表均可输出Excel格式，方便管理人员统计分析。日报表、月报表、年报表包含生产数据统计信息及设备运转统计信息，为生产决策及设备维护保养提供参考依据。操作记录报表记录参数下传、控制命令下发等关键信息，实现事故的追忆。
用户管理：用户管理是为系统安全操作而设计的。本系统操作权限分为管理员及普通用户两级。管理员登录后，可以操作系统提供的所有功能。普通用户登录后可浏览工艺画面、趋势画面等功能，不具备参数下传、控制命令等操作权限。
4 小结
本系统在油田实际使用，实现了实时监测油田生产动态，及时发现生产故障、事故隐患和自动完成计量任务，从而使油田现场生产管理制度发生了根本性转变，由昔日旧体制油田常规的以站设班，井站值守步行巡检制，变为井站无人值守故障巡检制；由以调度为中心指挥生产，变为以自动化中心控制室为中心指挥生产。大幅度减少现场工作人员的同时，由于生产资料几乎全部计算机处理，tigao了资料处理的质量和速度，减少资料分析统计人员，极大地tigao劳动效率，运行状态良好，有效改善工人的劳动强度，节约了能源，为油田计量站的科学管理提供有效的方法。
