西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8产品型号

1 问题提出

　　目前, 我国正在运行的电梯七八十年代生产的占有相当大的比例, 特别是工业生产用电梯。这类电梯绝大部分都是以继电器接触控制系统为主, 运行过程中故障率高、维修工作量大、使用效率低, 严重影响了电梯用户的生产和管理。大多数用户由于资金原因不能及时更换, 但是这样电梯的机械部件都较好。国家政策从安全生产考虑, 劳动和建设管理部门又强制停用这类电梯, 因此, 对电梯老用户原有电气系统进行技术改造,提高电梯安全运行保障生产和管理是行之有效的途径, 尤其对经济欠发达地区更有实际意义。

2 PLC改造电气控制系统方案的确定

　　电梯电气控制系统分为调速控制部分和逻辑控制部分 。调速性能的好坏影响电梯运行中的舒适感, 逻辑控制是保证电梯安全运行的关键, 需改造和电梯其控制方案必须满足上述两方面的要求。

　　2. 1 电梯电力拖动系统的设计方案

　　老型号电梯多数拖动的电动机为交流双速电动机, 电动机在起动、换速、制动时采用电抗器切换方法, 无论如何调节, 都有明显的“台阶”感, 其舒适感和平层精度都难以满足目前电梯标准对电梯运行性能的要求。因此在改造中换掉原有曳引电动机功率相匹配的变频器, 即可对电机的运行、调速进行理想的速度控制。图一所示为电梯速度运行曲线。

　　因为电梯运行属于位能性负载, 电动机将作四象限运行, 变频器的选择采用电流源型变频器（M ICOV ERT2000）是比较合理的, 这样就可以防止泵升电压过高的损坏变频器, 保证拖动系统的安全稳定运行。图二所示为电力拖动系统的控制框图。

　　变频器中的编程参数是根据电梯的速度运行曲线参数来确定的, 至于电梯何时起动、换速以及电梯的运行方向是由外招信号、内选信号、减速信号等外感信号作出决策的。PLC控制装置接收到控制信号后, 向变制器发出指令, 变频器就按速度运行曲线运行。经过改造后的电梯其电力拖动系统便成VVVF拖动方式。样就可大大的改善电梯运行的舒适感和平层精度, 提高电梯的运行性能。

　　2. 2 电梯逻辑控制系统的设计方案

　　原有电梯采用继电器控制, 线路复杂、故障率高, 改用 进行控制, 具有接线少、工作可靠、维修方便的特点。根据改造电梯的层站数可确定PLC的输入、输出点数, 选择与之相符要求的PLC型号（Fx 2—64 MR）、扩展模块（Fx—64 EYR）、功能单元（Fx2—40AW）。综合电力拖动控制系统和逻辑控制系统, 图三所示为电梯电气控制的原理图。

　　逻辑控制各部门（外招指令控制, 内选指令控制、主令控制、楼层显示控制等）的梯型图略。

3 结束语

　　经过改造后的电梯控制系统, 实践证明电梯运行平稳、舒适感好、系统的可靠性、技术性能有了较大的提高, 运行效率也提高了, 并减少了维修工作量。通过对旧电梯的改造, 可以使将要 或已废弃 的电梯重新投入使用, 具有良好的经济效

1 前言

板坯连铸机自动化控制系统包括公共部分、铸流部分、仪表部分、切割机、去毛刺机及结晶器液面（ 有些高端的包含结晶器自动调宽、液压振动、下渣检测、漏钢预报、轻压下等控制系统） 控制共六个子系统。前3 个子系统用一个西门子SIMATIC400 站进行控制, 切割机用 SIMATIC300 站进行控制, 去毛刺机用SIMATIC200 站进行控制; 结晶器液面采用工控机控制（ 配网卡） 。这六个站通过西门子通讯模块CP443 和CP343 挂在一个工业以太网- SIMATICH1 网上。同时还有五套工业微机通过西门子网卡CP1613 也挂在同一个 SIMATIC H1 网上, 作为人机界面完成板坯连铸自动化控制系统的监视和控制。二级管理系统包括一套服务器和一套工业微机, 主要完成对板坯连铸系统的管理任务, 及时下达连铸工作的计划和命令。

2 硬软件组成及特点

2.1 硬软件组成

板坯连铸机自动化控制系统硬件包括: 3 个西门子SIMATIC400 站（ 每个站包括1 个电源模块、1 个CPU、1 个 CP443 通讯接口模块和数量不等的模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出模块） 、一套SIMATIC300 站、一套 SIMATIC200 站, 6 套研华工控机及6 个西门子CP1613 网卡。
系统软件包括:bbbbbbs NT 4.0 中文版操作系统、Wincc6.0 监控软件和STEP7 西门子编程软件。

2.2 硬软件特点

（ 1） 硬件
SIMATIC H1 网是德国西门子公司开发的一种基于TCP/IP 协议的标准以太网, 它具有连接简单、便于扩展、速度快及兼容性好等优点。板坯连铸机自动化控制系统采用屏蔽双绞线通讯电缆或光缆作为SIMATIC H1 网的连接介质, 有效地实现了工业以太网数据传输过程中的抗干扰功能, 保证了系统运行的可靠性; SIMATIC Profibus DP 网是西门子公司开发的一种基于现场总线技术的设备网, 它的特点是可以在PLC, 即可编程序控制器与现场设备之间交换数据。该控制系统采用屏蔽双绞线作为ProfibusDP 网的连接介质。SIMATIC 400 站是西门子公司的拳头产品, 无论在控制速度、精度还是抗干扰性、灵活性等方面都处于PLC 产品的地位。

（ 2） 软件
此系统是微软公司出色的产品之一, 也是世界上应用广泛的软件平台。该板坯连铸机自动化控制系统选用bbbbbbs NT 4.0 中文版操作系统。Wincc6.0 工控软件是西门子公司近期推出的可靠性较高的工控产品, 不但可以画出逼真的图形, 而且还能将现场数据快速地显示在屏幕上, 使用屏幕上制造出的按钮取代真正的按钮, 完成对现场设备的软操作; 它可以将数据按时间存放在数据文件里, 供历史趋势文件调用显示, 以便分析事故和改进工艺。它可以利用bbbbbbs DDE（ 动态数据交换） 功能把SQL 数据库的数据传送到 Office Excel 文件和OfficeAccess 文件, 从而实现报表打印和数据查询功能。STEP7 是西门子公司为S7- 400 和 S7- 300 系列PLC设计的编程软件, 它能完成庞大的逻辑控制和复杂的调节控制。它的组织块、功能块及数据块相结合的编程理念能够满足各种控制要求。因此,bbbbbbsNT 4.0、Wincc6.0 和STEP7 可以说是板坯连铸机自动化控制系统中的“ 三剑客”, 能共同完成对连铸系统的监视控制任务。

3 系统配置

板坯连铸机自动化控制系统中3 个SIMATIC400 站、1 套SIMATIC 300 站、一套SIMATIC 200 站通过西门子 CP443 和CP343 接口模块挂在一个SIMATIC H1 工业以太网上完成控制功能（ 见图1） ,同时6 套研华工业微机也通过西门子 CP1613 网卡挂在同一个SIMATIC H1 工业以太网上完成监视和操作功能。SIMATIC 400 各站通过以太网互相交换数据, 公共和铸流部分SIMATIC 400 站通过现场总线Profibus DP 网与各个远程I/O 进行数据通讯。铸流控制系统的SIMATIC 300 站作为一个远程I/O 分站与主站进行数据交换。公共部分控制系统的SIMATIC400 站通过现场总线Profibus DP 总线与大包回转台和中间罐车等配备了CBP 2 通讯板的变频器进行通讯和控制。铸流SIMATIC 400 站通过现场总线Profibus DP 总线与 SIMATIC 6SE70 交换数据, 并且在同一个Profibus DP 网上挂了一个工业触摸屏MP270 对结晶器调宽或液压振动进行控制和监视。

4 难点分析及解决措施

（ 1） 数据通讯
板坯连铸机自动化控制系统中各站之间的数据通讯方式各异, 其中∶SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC400 PLC 之间是通过SIMATIC H1 工业以太网通讯,编程使用FC5（ 发送数据功能块） 和FC6（ 接收数据功能块） ; SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 300 PLC 之间是通过现场总线Profibus DP 网通讯, 编程使用 SFB15（ 存放数据功能块） 和SFB14（ 得到数据功能块） ; SIMATIC 400 PLC 与SIMATIC 6SE70 之间是通过现场总线Profibus DP 网通讯, 编程使用SFC14（ DP读功能块） 和SFC15 （ DP 写功能块） ; SIMATIC 400PLC 与Wincc 之间的数据通讯通过SIMATIC H1 工业以太网通讯, 使用SIMATIC NET 软件完成CP1613网卡的设置。特别是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14及SFC15 功能块必须在OB32 （ 1s 时间中断组织块）中调用。

（ 2） 装送引锭杆控制
装送引锭杆是连铸机控制系统的一个关键环节, 一旦控制失败将导致炼钢失败, 甚至引发安全事故。该系统引进了“ 激光对射装置”, 为系统提供初始信号, 并采用增量编码器（ 每圈20 个脉冲） 对引锭杆的位置进行跟踪控制。实践证明, 这种方法可靠, 其精度可达10mm 左右。为接收计数脉冲, 特选用西门子高速计数模块, 软件使用FC0（ 高速计数功能块） 。鉴于以往的使用经验, 为防止丢失脉冲而发生不稳定情况, 建议采用轴套型增量编码器, 直接将编码器装到电机的输出轴上, 这样定位会更加准确。

（ 3） PID 调节
板坯连铸机炼钢过程中对于水流量、水压力、氩气流量、液面控制及钢包温度等方面控制要求很高,均需要有稳定的值。该系统采用西门子 SIMATIC400 PLC 取代智能仪表, PID 调节在STEP7 中使用FB41（ 连续PID 调节控制） , 在Wincc6.0 中使用画图功能模拟一个PID 调节器的操作面板, 能够很好地完成PID 调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入及PID 参数（ 比例系数、积分时间）输入等功能。

（ 4） 中间包的水平调节
中间包车采用液压升降式高低腿的样式, 在液压缸内装设位置传感器以保证中间包水平。若中间包有足够的水平面, 就能保证钢水中的夹杂物在中间包内得到充分地上浮, 同时还能减少钢水旋流的形成。中间包的水平调节方法是先对单个液压缸位置的变化进行PID 调节运算, 然后根据各个液压缸的位置进行平均计算, 后把这个平均数值传送给执行阀组, 以求出佳水平效果。

（ 5） 标准化编程
标准化编程主要体现在以下几个方面;
●根据设计图纸编制各系统的地址表（ 包括图纸设计和硬件配置的对应关系） ;
●根据地址表填写Wincc6.0 SQL 数据库;
●根据地址表编制STEP7 符号表;
●根据地址表找出各控制设备的输入/输出点号, 据此定义下列STEP7 使用的中间线圈点号: 模拟手/自动转换选择开关; 启动按钮、停止按钮（ 对单线圈的泵或电磁阀） ; 开启按钮、关闭按钮、停止按钮（ 对双线圈的电动阀） ; 手动输出值、给定值、比例系数、积分时间（ 对 PID 调节阀） ; 再根据各控制设备的输入/输出点号和中间线圈点号编制各控制设备的手动程序;
●后根据设计说明书编制各控制设备之间的逻辑连锁程序, 即自动程序。

（ 6） 画面强制
由于大型钢厂自动化控制系统涉及的控制设备很多且工艺复杂, 致使主要设备动作的诸多条件很难同时满足控制要求。为了调试程序的需要, 在画面上增设许多选择开关, 当某开关置为“ 1”时, 就假设此条件满足。当所有条件满足时, 程序就可以对设备上增设许多选择开关, 当某开关置为 “ 1”时, 就假设此条件满足。当所有条件满足时, 程序就可以对设备进行操作, 而不必再等待实际条件满足。在生产中有时某设备出现临时故障, 为不影响正常生产, 也可以在画面上强制, 直到设备修好, 再把强制解除即可。

5 结论

实践证明, 西门子S7- 400 系列PLC 的硬、软件是完全适用于大中型成套系统控制的可编程序控制器。该系统综合集成了西门子公司PLC网络结构实现了板坯连铸机基础自动化与过程自动化控制, 能共同完成对连铸系统的监视控制任务。实践证明: 该系统安全稳定, 既可提高生产效率, 又可改善工作环境, 完全能满足生产要求, 为用户取得了较好的经济效益。

 目前，实现对机动车排放污染进行有效控制已成为我国环境保护一项刻不容缓的任务，需要在生产中对汽车尾气污染物进行检测。本文就一种符合EU-2标准，基于嵌入式bbbbbbs CE操作系统和组态王6.0组态软件的集工况模拟、样气采集、样气分析于一体的汽车尾气污染物智能检测系统进行介绍。

    一、系统综述

    整个系统由中央控制单元、底盘测功机、尾气取样单元、分析仪器单元以及相关辅助设备组成。首先底盘测功机模拟汽车的工况，然后尾气取样系统对样气进行jingque的定量采集，后由分析仪器单元对样气中的污染物浓度加以定量检测，中央控制单元实现对整个系统的自动控制。其中中央控制单元采用嵌入式系统作为核心控制单元，系统操作站为运行bbbbbbs CE嵌入式操作系统和组态王6.0嵌入版组态软件的工控机，负责发布命令给作为现场控制及命令执行元件的PLC。同时工控机与远程上位PC之间采用TCP／IP协议进行通讯。

    精简的bbbbbbs CE嵌入式操作系统使运行于该操作系统上的嵌入版组态王6.0组态软件的执行效率很高，完全可以满足设备现场运行的需要。

    1. 工作原理

  系统总体示意图如图1所示。打开引擎的汽车在底盘测功机上模拟各种行驶工况，其尾气排放的污染物在鼓风机作用下经环境空气滤清器后进入尾气取样系统采样器，进行定容稀释取样（CVS）。分析仪器分别从背景气袋中、稀释排气气袋取样气进行分析，测量得出污染物的体积浓度。汽车尾气中污染物的排放值由以下公式进行计算：

    mi=1/S*V*di*ci/106 （i for HC、NOx、CO）

    式中：mi一排出的污染物的质量；S一行使距离；V一温度为273K，大气压力为101.33KPa的基准条件下稀释排气总容积，单位：m3；di—各种污染物在温度273K，大气压力101.33 KPa时的密度；dCO=1.25kg／m3；dHC=0.619kg／m3；dNO2=2.05kg／m3（排气中NOx的浓度用NO2当量表示）；ci —稀释排气中污染物的容积浓度，10-6。
   
    2. 控制系统的工作过程

    工控机通过CVS系统和分析单元的传感器获取测量数据，通过数据采集模块转换为符合RS-485规范的数字信号，传送给触摸屏，触摸屏将测量数据通过TCP／IP协议传送给PC机（上位机），完成数据处理工作。同时，触摸屏根据采集信号的数值判断目前的工作状态，将控制指令发送给分析单元和CVS系统的PLC。分析单元的PLC主要完成对分析仪器进行一系列气路切换、量程转换的操作，CVS系统PLC主要对CVS进行流程控制，实现自动清洗、采样等一系列功能。控制指令经PLC处理后，转换为直接的继电器开闭信号，实现打开和关闭CVS系统电磁阀、取样泵的任务。另外，配电箱还为风机提供了380V动力电的开关，可手动控制风机的启动与停止。控制系统结构框图如图2所示。

二、系统硬件组成

    为了确保系统的准确性和可靠性，本文选用了工控领域中稳定可靠的bbbbbbs CE嵌入式操作系统作为工控机的控制核心。数据采集模块、PLC、继电器等元件性能稳定，采集和控制精度高，响应速度快。

    1. 工控机

    作为操作站的工控机基于嵌入式操作系统bbbbbbs CE和嵌入式组态软件组态王6.0（128点）开发的客户端应用程序。bbbbbbs CE嵌入式系统的优越性在于其设备管理简单高效，支持不同类别的设备，支持即插即用的管理模式和设备节能控制；处理系统的输入输出具有实时响应能力。

    组态王嵌入版6.0提供了基于嵌入式操作系统的开发平台，由于组态王嵌入版6．0的稳定性较高，占用系统资源较小，组态软件本身提供大量通用设备的驱动程序，开发周期短，故选用组态王嵌入版6.0作为开发工具。

    硬件选用的是ADVANTECH-研华TPC064触摸屏（嵌入式一体化工控机），其主要系统参数如下：

    液晶显示器尺寸：5.7"TFT；CPU主频：ARM9266MHz；内存：64M；CF卡：64M。
   
    触摸屏对外数据传输接口主要有四个RS232接口、两个RS485接口、一个USB接口，1个10／100M网络接口。
   
    采用工控机的方式，可多串口输入，处理速度快、效率高，而且触摸屏有良好的人机对话界面，操作简便、直观，满足了检测设备实时操作和实时显示的功能。

  2. PLC
   
    本文选用SIMATIC S7-200系列PLC，主模块与工控机通过RS-232串口通讯，用step7-Microwin实现软件编程。PLC作为一种专门用于工业生产过程控制的现场设备，具有可靠性高、适应性强、通讯和编程方便、结构模块化的特点。
   
    PLC执行操作站发出的指令并进行报警处理等简单的运算。整个系统中PLC控制的硬件开关量共有24个，其中分析仪器单元有5个三通电磁阀和一个取样泵，CVS单元有7个两通电磁阀、8个三通电磁阀和三个泵。

    3. 传感器与数据采集模块
   
    系统中分析仪器单元测量浓度值经后面板的输出端子以模拟量输出，CVS单元的流量计量单元测量数据由传感器以模拟量输出，具体的传感器包括：

标准长径喷嘴流量计：BYW-S-80，4 m3／min～8 m3／min，喷管直径80mm，用于主流道恒定流量测量；

数字压力变送器：BYD-8，标准长径喷嘴流量计前端压力测量，输出信号4 mA～20mA DC，24V；

电容式压差变送器：1151DP3E22M183，标准长径喷嘴流量计前端、后端压力差测量，输出信号4-20mA DC，24V；

防爆型数字温度变送器：BWD-8，标准长径喷嘴流量计后端温度测量，输出信号4 mA ～20mA DC，24V，量程0～50℃；

压力变送器：CS20FUCIIIERC3Lm（3）A，用于控制样气取样袋压力并保护之，输出信号4 mA ～20mA DC，供电范围15 V ～28VDC。

数据采集模块：研华16通道A／D PCL-818数据采集卡。

    4. 通讯模块
   
    系统通讯方式分为两种：串口通讯和TCP／IP协议通讯。PLC和数据采集模块与工控机之间为串口通讯；工控机与PC机之间采用TCP／IP协议进行通讯。硬件参数如下：工控机网卡：1个10／100M网络接口；PC机网卡-TP-bbbb，100M。
   
    三、系统软件设计
   
    本嵌入式控制系统的编程分为两部分，一是PLC软件编程，实现对工作单元的现场控制；二是操作站触摸屏的编程，触摸屏根据传感器获取的测量数据判断目前的工作状态，然后将控制指令发送给各单元的PLC，同时生成交互式的人机对话界面。
   
    1. PLC编程
   
    （1） 控制流程描述
   
    分析仪器单元的PLC负责气路和量程切换的操作，CVS单元的PLC主要对CVS系统进行流程控制，实现自动清洗、自动采样等一系列功能控制。以CVS系统为例，PLC首先控制CVS单元排气过程，将气囊中的废气排空；然后控制清洗过程，进行管路清洗；后控制自动采样，将背景气体和稀释气体分别抽到两个气囊，为分析仪器的气体分析做好准备。上述过程主要包含对泵、阀开关和定时延时的控制。控制过程如图3所示。

   （2）控制程序

    整个控制程序我们采用程序代码编程，它较之梯形图、功能模块灵活、方便，结构紧凑。主程序模块为：

    LD  SM0.1    ／／初始化，调用子程序0
    CALL  SBR_0
    S    M2.0，4  ／／设置程序执行标志位
    LD    M0.1  ／／启用等待程序
    A    M2.0  ／／M2．0设为1
    LPS
    LD    M8.1  ／／有复位请求
    ALD
    CALL  SBR_I／／调用子程序1
    ／／SBR_0：
    LD    SM0.0
     …．．    ／／初始化泵阀状态
    CRET
    ，，SBR_I：
    LD    SM0.0
    LD    M3.0
     …．．    ／／控制CVS工作流程
    CRET
   
    2. 触摸屏控制程序设计
   
    系统中操作站我们采用触摸屏实现交互式人机对话。包括5个主要界面：系统主界面、CVS界面、分析仪器界面、报表和历史数据查询打印界面、手动界面。设计以按钮形式简便、直观地来控制PLC运行，有显示操作状态和数据、故障报警以及报表查询等功能。

    四、结束语

    整个系统完全满足汽车生产厂家现场监测汽车尾气污染物含量的要求。通过简单直观的人机对话界面实现复杂的操作，克服以往监测系统可靠性低、故障率高、操作复效率低等缺点，从而有效地提高了我国汽车生产厂家生产管理水平。