西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0品质好货

1、引 言 

    MK9-5卷烟机是英国MOLINS公司七十年代的产品，其电气控制部分采用以INbbbg080为主的电子逻辑线路板和继电器组成控制系统，充分体现当时的技术水平，目前在许多中小型卷烟厂仍是主要的卷烟卷接生产设备。随着微型计算机技术的发展，特别是经过多年的运行，电路逐渐老化，故障率也随着增加，维修工作越来越繁重，直接影响到工厂正常的生产效率和产品质量。因此，必须对MK9-5卷烟机的电气控制系统进行改造，使之具有更为先进的控制和监测功能，以适应高效率安全生产的要求。

2、系统方案的确定

　　MK9-5卷烟机电气控制台改造的指导思想是：机电分离，集中控制，实时监控。其目的在于将电气控制系统与机械系统结构上相分离，以利于机电系统的维护和修理，将分离式硬件逻辑控制系统改为模块化集中控制，以tigao烟机控制水平，增强系统的可靠性：运用智能化技术对烟机运行进行实时监控，给操作工以指导。

　　根据上述指导思想，通过调查研究和消化吸收原机控制系统的技术，提出采用三菱A2AS可编程序控制器（以下简称PLC）和工业控制计算机（以下简称IPC）相结合的控制方案。其中PLC主要完成机检测和控制任务，而IPC主要完成监测管理、数据采集和人机界面等任务。经过反复论证和选择比较，认为采用PLUIPC控制方案更能体现信息管理集中优化和控制系统实用可靠的优点。

3、系统框图和配置

　　经过消化吸收电气控制系统的原始电路图并考虑到PLC的工作特点，归纳整理出控制系统的输入/输出信号为：

　　输入信号：共有102点，全部为直流输入信号，主要是各种传感器输入信号和主令按钮输入信号。

　　输出信号：共有106点，全部为直流输出信号，主要是各种执行机构的输出和指示灯输出信号。

　　中断信号：卷烟机的刀头信号、跑条信号和盘纸拼接信号需要控制系统立即作出响应，因此将这三个信号作为中断信号输入PLC。
 
　　通讯信号：PLC运行过程中需要将检测到的卷烟机的运行状态和统计数据传送给上位的IPC，同时也需要接收从IPC设置的有关运行参数，在控制系统中采用RS232串行通讯的方式实现这些数据的交换。

　　根据上述I/0信号分配情况，控制系统决定选用日本三菱公司的A2AS系列的可编程序控制器，具体的配置是：
 
    底板：AlS35B和A1S55B各一块。

    CPU模块：A2ASCPU一块。

    输入模块：AX42二块。

    输出模块：AY42一块，AY16三块。

    中断模块：AI61一块。

    通讯模块：AlSJ71C24一块。

　　其中，两块AX42模块安装在主底板AlS35B的第0和第1通道，AI61中断模块安装在A1S35B的第2通道，AlSJ71C24通讯模块安装在AlS35B的第3通道。输出模块AY42和三块AYl6则分别安装在扩展底板AlS55B的第0至第3通道。

4、主要控制模块的设计

　　卷烟机是一种机、电、光相结合的生产设备，其整机运行的自动化水平较高，控制系统比较复杂，按照工艺过程的要求可分为下述若干个控制模块。

    （l）主电机启停控制：主电机启动前，主离合器应处于拉开状态，确保主电机轻载启动。当所有检测和控制条件均满足时，按下启动按钮可使主电机轻载启动，速度为全速的1/3，当烙铁放下产生烟条运行信号后，自动切换为全速运行。当机器出现故障，则立即切断电源并机械制动，保证机器安全。

    （2）变频调速控制：卷烟机共有点动速度（1/6全速）、低速（1/3全速）和全速三种运行速度，由PLC控制系统根据当前的运行条件产生相应的输出信号控制交流变频器的速度设定，从而达到合适的机器运行速度。

    （3）其他电机控制：当主电机正常运行后，PLC控制大小风机电机、油泵电机、油冷电机、浆糊电机、液压电机、烟梗电机、料斗电机、振动盘电机和除尘电机开设运行。这些电机的状态都接入交流连锁控制中，任何电机的异常都会断开交流连锁，导致机器停止运行。当主电机停止运行后，PLC控制这些电机停止运行。

    （4）交流连锁控制：交流连锁通常用来保证运行过程中的人员和机器的安全，当出现防护门打开，机械传动异常，油压偏低或电机热敏跳闸等故障时，交流连锁断开，机器停止运行。消除故障后，机器才能重新运行。

    （5）直流连锁控制：直流连锁通常用来保证运行过程中的产品质量，当出现烟丝缺少，盘纸断开，跑条等故障时，直流连锁断开，机器停止运行。消除故障后，机器才能重新运行。
 
    （6）烟丝料斗控制：当主电机启动运行后，料斗电机自动运转为卷烟机提供烟丝，控制系统同时检测烟丝料位的高低和控制烟丝的tisheng速度，保证烟丝供给的均匀连续。

    （7）盘纸拼接控制：当二盘盘纸用完后，使用待用的另二盘盘纸通过自动拼接后继续为卷烟机提供原料。拼接控制的逻辑比较复杂，主要包括拼接选通脉冲的监测、左右盘纸张力监测、左右盘纸耗尽检测及手动拼接等几部分。

    （8）烙铁温度控制：选用日本ORMON智能温度控制器控制卷烟机的熔铁温度，温度控制器的报警输出接入PLC的直流连锁控制中，当温度超限后，PLC的直流连锁断开使机器停止运行，同时显示故障原因。

    （9）水松纸拼接控制：当-盘水松纸用完后，使用待用的另一盘水松纸通过自动拼接后继续为卷烟机提供原料。水松纸的拼接控制的逻辑与盘纸拼接一样也是包括拼接选通脉冲的监测、左右水松纸张力监测、左右水松纸耗尽检测及子动拼接等几部分。

    （10）干燥鼓剔除控制：当机器开始运行或出现盘纸或水松纸拼接时，卷烟机会产生部分不合格烟支。这些不合格烟支需要在经过干燥鼓时被剔除掉，剔除动作是靠干燥鼓吹气阀的导通未完成的，准确的剔除时序则是靠刀头脉冲信号的同步作用来保证。
 
    （11）数据采集：卷烟机运行过程中的二些生产数据如产量、原辅材料的消耗、停车故障的次数和持续时间等可在PLC中加以统计，统计可按班次进行日统计和月统计存储在盯的寄存器中。上位的IPC可通过盯的通讯模块读取这些数据提供给生产管理使用。
 
5、结束语

　　本文介绍的在MK9-5型卷烟机中用三菱PLC构成的新型先进电气控制系统，经过一年多的实际运行，大大tigao了整机的可靠性和工作效率，降低了故障率和次品率，减少了原辅材料的消耗，达到了控制系统的设计目的。因此，用兰菱PLC构成的卷烟机新型先进电气扣制系统具有较好的使用和推广价值。

  遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时获取保护装置采集的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量采集，并将采集到的数据存放在RAM中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制中心进行通讯。

    网桥中的报文接收分析程序分析控制中心传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将获取的遥控对象信息写入PLC，由PLC程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

    3.4 系统功能及特点 

    变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。

    变电站自动化系统的特点：

    (1) 完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，tigao系统运行可靠性。

    (2) 开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。

    (3) 监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。

    (4) 取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。

    (5) 简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。

    (6) 对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

4 结束语

    在实际运行中，网桥与控制中心的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大tigao了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。

    PLC硬件由于应用工业级可靠性设计，因此实际运行中非常可靠，绝少出现死机的情况，可靠性远高于采用bbbbbbs操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和更换更为便捷。

    需要更改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

 地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

    地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。

    变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

    将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

2 地铁变电站自动化系统组成

    在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

    由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon Quantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容量的PLC产品。

    随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI、DO、AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

3 地铁变电站自动化系统设计

    3.1 系统结构

    变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器,主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的 RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。

    电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，tigao系统的可靠性。通讯模块采用Modbus＋通讯模块。

 间隔层的微机保护装置经过RS-485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。

    系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过MB+网络与PLC建立网络通讯;同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW-BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS-485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC-60870-7-101与中央控制中心通讯。

    系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS-422接口采用IEC60870-5-101规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，tigao系统的可靠性。

    配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时,液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息,并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择,必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

    “就地-远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地-远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

    系统的电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，tigao系统的可靠性。

    3.2 开放式、宜扩展性设计

    可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。

    网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus＋等现场总线的接口设计，能充分满足大liuliang实时数据传送的实时性和可靠性。

1、引言

    步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。步进电机是机电一体化的关键产品，广泛应用在各种自动化控制系统和机电一体化设备中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。PLC 作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、jingque的数据处理能力、PLC 对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。

    对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备，采用PLC 通过驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术方案。本例介绍PLC 控制步进电机的方法。

    2、工作原理及特性

    步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。步进电机的种类很多，按结构可以分为反应式、永磁式及混合式步进电机三类，按相数分则可以分为单相、两相和多相三种。

    2.1 步进电机的特点

    （1）步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，电机运转一周后没有累积误差，具有良好的跟随性。

    （2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。

    （3）步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。

    （4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩。

    （5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。

    2.2 控制原则

    步进电机能响应而不失步的高步进频率称为“启动频率”；与此类似，“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有效地对步进电机进行变速控制。

    采用PLC 控制步进电机，应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和大脉冲数量，进而选择PLC 及其相应的功能模块。根据脉冲频率可以确定PLC 高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定PLC 的位宽。脉冲当量=（步进电机步距角×螺距）/（360×传动速比）；脉冲频率上限=（移动速度×步进电机细分数）/脉冲当量；大脉冲数量=（移动距离×步进电机细分数）/脉冲当量。

    3、PLC 实现步进电机单双轴运动的控制

    3.1 控制坐标系的建立

    PLC 对步进电机的控制首先要确立坐标系，可以设为相对坐标系，也可以设为坐标系。坐标系的设置在DM6629 字中，00—03 位对应脉冲输出0，04—07 位对应脉冲输出1。设置为0时，为相对坐标系；设置为1 时，为坐标系。

    3.1.1 对于不带加减速的单相脉冲输出

    当PLC 控制坐标系设定为相对坐标系时，可以从端口0 和端口1 以增量的形式输出脉冲，输出脉冲的计数值，对于端口0记录在SR229、SR228 通道，对于端口1 记录在SR231、SR230 通道中。

    如设输出脉冲数为00000100 时从端口输出100 个脉冲，脉冲计数值从0 计到100，之后还可以继续从该端口输出脉冲，即可以增量输出脉冲。每次输出脉冲时，脉冲计数值从0 开始重新计数，计满设定值为止。

    当设为坐标系时，输出脉冲数可以设置为正数，如00000100（相当于电机正向转动100 步），也可以设置为负数，如80000100（高位为“1”表示负数，相当于电机反向转动100 步）。但由于是单相脉冲输出，须另外加方向控制信号，可以用01002等输出端做方向信号输出。

    在坐标系中，坐标值记录在SR229、SR228 通道（端口0）和SR231、SR230 通道中（端口1）。每次输出脉冲数是脉冲设置值和当前坐标值的差，如当前坐标值为0，设置输出值为00000100，输出100 个脉冲（正向输出信号有效），再设置输出值为00000100，不再输出脉冲，再设置输出值为80000100，再输出200 个脉冲（反向输出信号有效），坐标值由00000100 变为80000100。

    3.1.2 对于带加减速的两相脉冲输出

    当设置为相对坐标系时，也可以实现增量脉冲输出。由于两相脉冲输出可以直接控制电机正反向，所以脉冲输出值可以设置为正数，也可以设置为负数，输出脉冲的计数值记录在SR229、SR228 通道（端口0）中。如设置输出脉冲数为00000100，电机正向运转100 步，脉冲计数值从00000000 计到00000100，再设置输出脉冲数为80000100，电机反向运转100 步，脉冲计数值从80000000 计到80000100。

    当设置为坐标系时，坐标值记录在SR229、SR228 通道（端口0）中，坐标变化情况类似于单相脉冲输出，但正／反向脉冲输出或脉冲十方向输出由01000 和01001 两个端口配合完成。

    3.2 单轴运行控制

    带加减速的单轴正反转控制，带加减速单轴正反转运控制的控制接线及时序，如图1，图2 所示。图1中用两相脉冲输出CW／CCW 方式进行控制。

图1 控制接线图

图2 控制时序图

    用两相脉冲输出CW/CCW 方式进行控制，PLC 的控制程序，如图3 所示，梯形图中设定参数有：

图3 控制梯形图

    DM0010 值为0001，对应加减速率为10HZ/10ms
    DM0011 值为0050，对应目标频率为500HZ
    DM0012 值为0020，对应启动频率为200HZ

    3.3 双轴运行控制

    3.3.1 带正反向的二轴运动控制

    双轴运动控制使用一台PLC 控制两个驱动器，驱动两个步进电动机的运动。带正反向二轴运动控制的接线，如图4 所示。

图4 带正反转二轴运动控制接线图

    PLC 的控制程序，如图5 所示，梯形图中01002 和01003 为ON 时电机顺时针转动，为OFF 时电机逆时针转动。

图5 带正反转二轴运动控制梯形图

    3.3.2 不带正反向的二轴运动控制

    不带正反向的双轴运动控制的接线的接线图，当有脉冲输出时，电机逆时针转动。这种方式和方式1 的差别就是不用01002和01003 作方向控制，如图6 所示。

图6 不带正反向的双轴运动控制

    4、结论

    通过PLC 来实现步进电机的单双轴运动控制的设计，从而达到了PLC 在步进电动控制中应用更加广泛。例如，在对单双轴运动的控制过程中，在控制面板上设定移动距离、速度和方向等参数。PLC 读入这些设定值后，通过运算产生脉冲、方向信号，控制步进电动机驱动，达到对距离、速度、方向控制的目的。并通过实测证明系统运行结果具有可靠性、可行性、有效性