6ES7231-0HC22-0XA8规格参数
控制系统组成
----在本套装置的控制系统中，中央控制室内配置了1台AS416作为主控制器，1台用于组态和编程的工程师站，1台用于监视和控制整个流程的操作员站。控制器与工程师站、操作员站之间以PROFIBUS FMS连接。在现场设备部分运用了先进的现场总线技术，变送器、阀门定位器与控制器之间的通信全部以总线方式进行而不再以传统的 4～20mA方式传送数据。由于现场有防爆要求，因此上述设备通过PROFIBUS PA连接。 总共配有20台Profibus-PA 总线型压力变送器，15台Profibus-PA总线型差压变送器，5台Profibus-PA总线型温度变送器和25台SIPART PS2总线型阀门定位器。另外在系统中还选用了P＋f 本安型的总线式I/O模块，用于控制现场防爆区内的68个程控阀。连接现场 设备的 Profibus PA总线经过IM157 DP/PA接口模块处理后可与Profibus DP 网络相连，终再由Profibus DP连接AS 416。 IM157 DP/PA接口模块与AS416之间的 Profibus DP 网络以光缆方式连接：在AS 416 一侧和IM 157 一侧各使用了一个 OLM （光缆链路模块），两个OLM 之间使用两对互为冗余的光缆，传输距离 约350米。在 Profibus DP 网络上安装了两个ET200M 远程I/O站，用于处理非防 爆区内的信号。项目的系统配置图如图1所示：
功能实现
----PCS7系统是面向工业过程的分布式的全集成控制系统。它综合了DCS，PLC及现场总线的技术。开放式系统网络、开放式操作系统、以及开放式接口使公司范围也即从生产级到管理级的整个信息系统集成优化。它采用模块化结构，可按系统进行配置。
工程师站（ES）
----项目中配备一台工程师站，工程师站提供将整套装置的设备结构传送至PCS 7，并将它们绘制入对象如流程图、报告、操作画面等的方法。在工程师站上安装 PCS 7 Toolset V4.02 软件，该软件除包含STEP 7编程软件外还集成了多个特殊的用于组态和编程的软件包。根据变压吸附法收集尾气的特点，整个生产流程基本可分为顺序控制和非顺序控制两部分。在流程中某一工段内各个设备的运行会遵循某种相对固定的规律，整个过程周而复始，这样的步骤就认为是顺序控制。而其它无特定规律的部分就认为是非顺序控制。针对这两种不同类型的控制方式，所用的编程方式也有所不同：
1)连续功能流程图 （CFC）
----CFC 编程适用于非顺序控制。用CFC编程必需以STEP 7中创建的块为基础。通过拖曳的方式可以将所有的块放在流程图中，以连线的方式实现数据的传递。CFC包含一个组件库，在这一库中可以找到许多常用的功能块，如输入输出驱动模块、PID调节模块、阀门控制模块等。复杂功能块和库都可以增加，同时也能用S7语言编制自定义块，并将它们组合在单个库中
2)顺序功能流程图 （SFC）
----SFC 主要用于对顺序控制部分编程。SFC 的组态就是将顺序控制流程分 解成若干个步位，在每个步位中设置该步位应进行的操作，并在必要时设置跳转条件和位置。在本套变压吸附法尾气收集装置中，压力变换及吸附杂质气体主要通过控制6来实现，此段流程可以分解为6个周期共66个步位，每一步位所进行的操作及步位的持续时间相对固定，用SFC编程只需把注意力集中在设备的状态方面。
操作员站 （OS）
----除工程师站以外还配备了一台操作员站，操作员通讯与显示系统以 SIMATIC WinCC （bbbbbbs Control Center）为基础。利用 WinCC 软件可以将整个流程及各 部分细节以图形的方式表述，在组态时根据实际情况将各种设备状态和仪表读数按照工艺区域划分为若干幅流程图，流程图之间可通过目录树的方式自由切换。如果要操作流程图上的某一设备，只需用鼠标点击设备图标或设备位号就可在弹出的面板上进行操作。在操作员站上不仅能对整个流程进行图形化监控，还具有报警记录和历史数据记录功能。流程中每一个设备的状态、每一个仪表的读数都被记录在项目数据库中，并长期保存。必要时操作人员可以表格的方式或趋势曲线的方式来查看或分析记录下的数据。操作人员还可以根据设备运行的实际情况预先设定一些参考值（例如液位报警点），这样系统在读取数据时就会将当前值与设定指作比较，一旦出现异常状态在操作界面上会马上出现醒目的报警信息并发出报警声，以提醒操作人员处理可能的故障。
在处理完故障后通过报警历史记录功能还能对故障逐条作出分析。
AS
----选用一台AS 416作为主控制器。在AS站上还配置了一块CP443－5 通讯处理模块，通过此模块以Profibus FMS方式连接AS，ES和OS。因要通过Profibus DP 连接各现场设备，在AS站上配置一块IM－467 接口模块作为DP主站。
现场总线
----本套系统现场总线分为两层分别是Profibus DP 和 Profibus PA。 Profibus DP 是在欧洲乃至全球应用为广泛的现场总线系统。 Profibus DP 是一个主站/从站（Master/Slave）总线系统，主站功能由控制系统中的主控制器来完成。主站在完成自动化功能（调节、控制）的同时，通过循环的和非循环的报文对现场仪表进行全面的访问。
----Profibus PA 是 Profibus DP 在保持其通讯协议的条件下，增加了对现场仪表而言优越的传输技术（例如，现场仪表的馈电通过数据导线在易爆环境中使用）。也就是说，以 Profibus PA 定义了Profibus DP 的一种演变，它使 Profibus 也可以用于本安领域，同时保证 Profibus DP 总线系统的通用性，这是因为Profibus PA使用的是Profibus DP协议。选择符合 IEC1158－2 的国际化传输技术使得Profibus PA现场安装技术有可靠的保证。Profibus PA总线系统的使用使得现场总线技术的许多优点也可以应用到流程工业中：
测量变速器、阀门定位器通过一个串行总线系统（双线电缆）联网
通过数据导线向现场仪表供电
在 Ex 区域中应用 （防爆种类"本安" Ex [I] ）
----Profibus DP 与 Profibus PA 之间的转换是通过网络部件 "DP/PA Coupler" 和 "DP/PA bbbb"来实现的。DP/PA Coupler 的作用是将数据格式从异步（11位/字符）转为（8位/字符），为此将传输速率从45.45 Kbit/s 转换为 31.25 Kbit/s。 DP/PA Coupler 在设计、组态是可认为是透明的。同时 DP/PA Coupler 又可作为现场仪表的电源，通过势垒（用于防爆）限制馈电 电压。对于防爆型的 DP/PA Coupler 大输出电流为 100mA。
----DP/PA bbbb 多可连接5个 DP/PA Coupler ，它们通过一块主板作为一个工作站接于Profibus DP。主板既是上位 Profibus DP （大速率12 Mbit/s）的一个从站，又是下位 Profibus PA 各个分路的一个主站。这些 PA 分路组成一条逻辑总线。由于报文长度所限，接于一个 DP/PA bbbb 上的所有现场仪表的总数不超过31个。DP/PA bbbb 应用于对总线循环时间的要求很高和设备数量大的场合。
现场设备和组态工具
----现场设备包括压力变送器、差压变送器、温度变送器和P＋f I/O 模块。这些现场设备被分配在13条PA分支上。
----使用SIMATIC PDM 就可方便地将现场技术的各个部件接入自动化系统 中。SIMATIC PDM 用于Profibus PA 和 HART 模拟模板的现场仪表通用的 参数化设计工具。它可以集成在STEP 7 中使用也可以单独使用。
---- 以集成使用方式为例，双击硬件组态程序中的现场仪表符号便可启动该软件。在仪表选择窗口中可以找到所有在SIMATIC PDM 中可供使 用的现场仪表。双击某一设备的图标界面上就会显示一份仪表选择菜单。选择好仪表类型后便可进入设备参数表。参数表的内容是由随现场仪表提供的DDL描述文件决定的。在参数表中可以更改所有以白色为背景的参数区，按实际要求设定完各项参数后再下载到现场仪表存储区中，仪表的设置就完成了。
随着包装和印刷业的迅猛发展，对包装及印刷产品的品质和规模的要求也越来越高，使得包装和印刷工业的设备日渐趋向自动化。无论是大幅度降低成本，或是增加产量，建立灵活、快捷、完善的开发、生产和销售体系是企业面临的直接挑战。而拥有一个运动定位控制、自动过程控制、在线和离线的故障检测、以及灵活便利的网络通讯等功能的开放式控制系统的设备，无论对包装和印刷企业或是设备供应商来说都是非常重要的。因为只要稍稍提高一下设备的自动化程度便可大大提高产品的品质和产量。
由于有经验的熟练工人的匮乏和生产需求的增加，使得人们对具有完善自动化性能的包装或印刷设备寄予厚望，希望它们功能强大、操作简便和控制灵活。用多控制系统取代以往的单轴控制系统以提高生产的灵活性便是一个典型的例证，但仅仅这些还是不能令人满意的。不同的设备有不同的控制要求，这就需要控制系统能够灵活完成多种不同的控制要求和过程。例如：铝塑包装生产线需要具有温度控制、定位切割、检测、废品排除、顺序控制、步进电机调整、变频调速、伺服电机调速以及电子凸轮控制等功能。多色印刷机则需要多台伺服电机、步进电机和变频调速同时并相互协调控制。有的则需要包装和印刷在一条生产线上同时完成，例如：二次成型PE塑胶软管包装生产线就需要押出、切管、接头、多色印刷、上光、干燥、烫金和封尾等多道工序连续控制。每个部分即可做单机，多台单机通过灵活的网络连接即可组成一条全自动生产线。所有这些便是全自动包装或印刷生产线所应具备的功能。
为了完善包装和印刷机器的自动化功能，各生产厂家的电气技术人员做了大量工作，但都因控制系统的局限性而无法真正完善。大部分的设备厂家所能做的只能是温控表（或压力表等） + PLC（逻辑控制器） + 运动控制器（电位计或继电器控制等） + 其他检测设备等，相互之间无法达到协调运行，只能靠操作者人为调整。由于人为因素比较大，所以产品质量无法达到稳定，而且产量难以提高。这个问题直到90年代初奥地利贝加莱（B&R）公司的PCC（可编程计算机控制器）在包装和印刷机器上的逐渐应用才得以解决。
贝加莱PCC的控制特点在于不但能够进行敏捷而jingque的定位、温度控制和压力控制，同时还具有快速准确的横切，灵活便捷的网络通讯以及电子凸轮、电子齿轮等功能。所有这些功能都是通过软件调用一些功能函数并控制相应的定位模块和温度控制等专用模块来实现的。
众所周知，传统的可编程逻辑控制器-PLC的主要功能是逻辑控制（开关量控制），它虽然也有定位模块和过程模块，但它是作为附加模块附加到PLC上的，在硬件上与PLC之间存在接口，在软件上又无法在PLC程序中统一编程控制。而PLC的操作系统循环周期是无法限定的，它的循环周期跟程序长短有关。所以，用,PLC来控制包装机器上的快速和jingque的传动定位特别像横切、飞剪、电子凸轮、电子齿轮以及纠偏等功能和jingque的过程控制（温度、压力等PID调节）就有点力不从心了。
例如，在铝塑包装生产线中就可分为铝塑包装机和装盒机两个单机，在运用了贝加莱PCC作为控制系统后，铝塑包装机的温控、压膜、分粒、检测、调速、定长及剪切便由PCC统一进行全自动控制，并可在一个图文操作界面中进行操作、参数设定和故障诊断。同样，装盒机的步进电机调整装盒数量、速度调整、电子凸轮控制及顺序控制等也都是由贝加莱PCC来完成的。并同样配有一个图文操作界面。它们不但可以单机进行自动运行，也可以通过一条通讯电缆联机实现全自动运行。它的速度已经远远超过传统可编程逻辑控制器-PLC 所能达到的运行速度。这完全依赖于它拥有具备分时多任务能力及工业计算机计算功能的贝加莱PCC控制系统。
图Uhlmann公司的铝塑包装机
贝加莱可编程计算机控制器（PCC）是一种面向过程控制、运动控制和网络控制的专用控制系统，是集标准PLC，数控系统和工业控制计算机的性能特点于一体的智能控制器。
它不仅可以用梯形图（LAD） 和指令表（STL）编程，还提供了结构化语言PL2000（类似C语言），从而提供了强大的数据运算和处理能力。它的硬件和软件都是模块化的，可以根据设计者的控制需要组合成具有厂家应用特点的专用控制系统，并具有灵活自由的联网和扩展能力。
它所有的模块（包括运动模块、温控模块等智能模块）与PCC通过一个系统总线进行连接通讯，中间没有接口，并且还具有分时多任务操作系统，程序循环周期可以设定，短可以设到1ms。
但作为运动控制模块本身就是一个智能模块（模块内部有自己的CPU），闭环回路本身调节过程是由智能模块自己完成的，用户只需要通过调用相应的功能函数来控制运动定位过程。而过程控制的PID 调节也可以达到50us 一个回路。
贝加莱还拥有各种型号和档次的人机界面和IPC可以根据用户的需要选择，它的画面和按键都可以根据用户的需要随意定义，使得控制系统的操作方式和控制方式都能很好地体现厂家的风格和技术特点。
贝加莱公司愿意同国内所有的包装和印刷设备厂家一道开发出令用户满意的设备，即能够对产品的更迭、尺寸或色数和变化、形状的变化以及生产周期的缩短作出即时反应的设备。
目前国内四电机粗纱机多采用工控机和PLC或单板机相结合作为主控系统，由上位工控机完成运算功能，PLC或单板机完成控制驱动。但由于工控机抗干扰能力不强，常常造成系统稳定性较差，而单板机的故障率又相对较高，使得粗纱机的综合性能不尽人意，成本也相对较高。
二纺机EJK211型粗纱机采用PCC的分布式模块化控制结构及贝加莱Automation Studio系统，集分析运算和控制驱动于一体，调速系统采用贝加莱ACOPOS系列伺服驱动器，通过CAN open总线控制方式，提高系统的综合控制性能，降低故障率，实现EJK211型粗纱机控制系统的完美方案，并具有张力检测与自动控制、自动落纱等功能，锭翼速度高可达1800r/min。另外，通过软件优化性设计，实现了整机总功率小化，整机功率为22kW。
a.控制方案
主控制系统由贝加莱Power Panel(PP41)组成，完成粗纱机的各项电气控制功能和数据运算，通过人机界面进行基本的工艺参数设定，如高车速、支数、加捻度、径向卷绕密度、轴向卷绕密度、卷绕系数、纺纱系数等，参数可随时修改、调用和存储。所有的参数对应了一组参数也对应于一种纱纺制，多可有30种配方。故障报警显示、开车情况及效率显示、数据查询、粗纱机的调试及维护等任务也均通过PP41完成。其主要参数性能如下：
显示界面为6inch、QVGA240×320像素、黑白显示；共计40个键，其中16个键的标识可按用户要求更换并带有LED指示；1.5MB内存实时时钟；2MB的存储卡，可保存、调用必要参数；系统自带RS-232及CAN bus接口；系统自带10DI、9DO。
b.配置方案
（1）主控制系统采用PP41系统，驱动系统采用ACOPOS多功能驱动器，CAN bus（500k传输速率）总线控制方式；
（2）应用电子齿轮、虚拟轴等功能，实现虚拟主轴对等同步、驱动锭翼、筒管、罗拉、龙筋四电机同步运行。
（3）通过CAN bus，在ACOPOS1（锭翼）建立虚拟主轴，快每400μs向网上实轴发送(高优先级)位置指令，并由各ACOPOS驱动器完成同步实时控制。实际证明，循环周期为2ms时，已能满足粗纱机的动态同步精度。
系统配置如图1。
c.控制说明
本套控制系统通过CAN bus总线方式控制变频器，实现四电机的有效同步。利用CAN bus高速通信，可克服模拟量、串行通信及传统的工业总线的缺陷，数据收发方式灵活，采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其他节点的通信不受影响；同时CAN具有出错帧自动重发功能。信号传输用短帧结构（8bit），实时性好，受干扰的概率低，具有极好的检错效果。采用统一的标准和规范，使各设备之间具有较好的互操作性和互换性，系统的通用性好。通信介质可采用双绞线，无特殊要求，现场布线和安装简单，易于维护。CAN总线实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好，利用PP41自带CAN口不增加成本，在百米之内高波特率可以达到500k，能以低廉的成本来实现优控制。
以锭翼电机作为主动电机，使其按照设定速度运转。筒管、罗拉和升降电机作为从动电机，由PCC根据锭翼电机转速并附以纱线张力反馈，按照数学模型运算后得出它们的转速，通过CAN bus总线控制变频器调整电动机转速。
由于CAN bus所具有的独到优势，可使粗纱机轻易地获得良好的同步特性和升、降速时间。以锭翼电机转速为1600r/min为例，升速时间可控制在10s内，减速为5s以内。
另外，变频器采用共直流母线方式联接，也可大大提高升降速性能并同时降低系统能耗。
d.采用贝加莱一体化配置控制系统的优势
（1）EJK211粗纱机采用贝加莱一体化控制方案，通过CAN Open方式控制ACOPOS系列驱动系统,充分发挥贝加莱ACOPOS系列驱动系统的处理能力,同时具有更快的响应特性和控制精度。
（2）贝加莱PCC的独特硬件结构使其具备进行复杂分析运算的能力。在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规 PLC的大容量存储单元(100k~16M)，为控制系统和应用软件提供了监视的硬件基础。
（3）贝加莱变频控制系统提供了许多功能强大的化功能运动控制功能块，如电子齿轮、电子凸轮、转矩控制、触发定位、鼓序列发生器、CNC等。可满足各种控制需求，实现同步控制功能。贝加莱控制器还可实现梯度提速，用户可设定期望达到的速度和达到该速度所需的时间，PCC以固定的加速度达到设定速度。
（4）的品质统计管理系统，自动监控生产过程中的各种重要数据，方便用户进行质量管理。
（5）贝加莱强大的内嵌式网络功能，可将该单机设备方便的连接到生产过程控制网络，进行生产过程监控。作为未来构成分布式现场I/O控制的主要角色之一，PCC为此提供了十分灵活多样的解决方案。Ethernet现场总线如：POWERbbbb、CAN、Profi bus (FMS, DP)、 INA2000、 RS485等，可实现多层次网络结构(管理层,控制层和现场层)。
（6）PCC提供了有效的功能，可实时监测外部参数，发现异常参数时可显示故障名称、故障发生时间和消除时间，并采取相应措施。PCC还能对硬件模块进行自检，及时发现硬件本身的错误。
（7）PCC提供了丰富的在线帮助系统，帮助客户了解整个系统的操作方法。并可指导用户在系统报警时采取相应的措施。
（8）贝加莱有功能强大的软件开发平台,能够为用户开发出具有个性化的控制软件。
（9）一套软件适应多种机型,且系统为软硬件模块化，随意扩展。
（10）远程诊断功能和机群网络功能。
通过Modem或Internet的Web Server远程功能，可实现对任何地方的机器在线诊断与调试。另外控制系统上的Ethernet接口可实现机群联网，实现工厂自动化。
实践证明，贝加莱新一代PCC完全适用于棉纺粗纱机的控制系统。它不仅保证了良好的纺纱性能，同时还相应提高了系统的综合控制功能，降低了故障率，配以经济实用的人机界面，使操作变得更加简单方便，使整个设备的档次有了较大提高。
