西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0产品型号
1、概述
焦炉生产工艺中,化产部分鼓冷风机是焦炉生产的重要环节，它关系到炼焦焦碳质量的稳定,煤气压力控制的好坏也关系到是否对环境有多大的污染程度。如图：变频器控制风机A,风机B，风机C。控制参数为集气管压力。该变频器采用日本东芝公司产VFA5P—4220K变频器。由于焦炉煤气控制压力要求较高，一般在60-80Pa的微正压力，当集气管中实际压力产生变化时，通过压力变送器将测出的压力信号转换成4～20mA电流信号，将信号送给工控机，工控机进行模糊运算，输出信号传给PLC和PV，PLC经手自动切换后将信号传给变频。该系统由工控机与PLC共同作用，控制3台罗茨风机变频器通过输出不同的电压和频率来控制风机的转速，从而改变风机的流量。该系统由工控机与PLC共同作用，是工控机采用上升管煤气压力作为负反馈的闭环调节。
图1
2、自动控制系统构成及功能
（一）、控制系统构成
控制系统由PLC系统、工业计算机系统、变频调速、配套仪表、手操器集中调节等子系统组成。说明：该系统控制方式为2用1备，也可一用二备，具体由工艺上定。其中工控系统采用陕西韩城市信惠丰自动化工程公司的集气管煤气压力计算机模糊控制系统。
系统可在两种方式下切换工作：
(1).全自动工作方式：计算机对各焦炉集气管压力采集、运算，输出信号通过PLC对变频器进行自动控制，毋需人工干预。变频器投入自动运行后，系统根据集气管压力的大小自动调节变频器的输出频率 ：集气管压力高于设定值时，变频器的输出频率增加，使风机转速加快，抽气量增加；集气管压力低于设定值时，变频器的输出频率减小，使风机转速下降，减少抽气量
(2).手动调节：在自动系统故障情况下，操作人员根据焦炉煤气压力，由SA通过PLC将变频器转为手动，操作面板电位器直接变频器进行操作和通过操作器进行远距离操作。
3、PLC硬件I/O电路及变频器电路
• PLC硬件I/O电路
本系统PLC输入、输出皆为开关量，PLC采用富士NB1系列可编程控制器，其输入12点，输出12点，共计24点。如图2所示：其中输入量有：启动按钮：SB1停止按钮：SB2、手动/自动转换开关SA1、变频器报警输入FLA、FLC。输出量有变频器的手动调节RR、自动调节IV、启动信号F、主接触器闭合。由于主接触器闭合时触点容量较大，所以加了一个中间继电器1K作为拓展。该图中只列了一台变频器的手自动回路，其它2台变频器依次接入。
PLCI/O接线图
• 变频器电路
控制回路如下：
4、软件编程及变频器参数的设定
• 富士NB系列PLC编程详见NB软件篇，正如上图所示，PLC在该控制中逻辑简单，编程采用助记符语言，通过手持式编程器输入，控制更加优化。
• VFA5P—4220KP变频器的设定：电机用参数、基本参数按标准设定，其中关键的参数GrSF频率参数中，FC1频率优先选择1中选2（IV），FC2频率优先选择2中选1（RR）。保护关联参数Cr.Pr中，UuC瞬停不停选ON。
5、系统特点
PLC在控制中取代了继电器，使得控制线路更加简化，维修更加方便、快捷。
变频器在手自动切换过程中，扰动很小，手自动频率切换波动只有0.1HZ左右。
提高了自动化程度，减轻了操作人员的劳动强度。
4、 设定运行频率：
根据富士变频器说明书，设定运行频率命令ASCII为： SON 0 2 ENQ W S 0 5 SP 4位频率数据 ETX 2位校验和，转换成ASCII（16进制）为01 30 32 05 57 53 30 35 20 00 00 00 00 03 00 00，共16字节，该命令返回16字节。
4位频率数据和2位校验和因为会根据设定不同频率而变化，需要在程序中组祯运算。
命令串放在初始寄存器值表“频率设定命令”中（V1050-V1065，见下图），采用COMM.LB指令只发送低字节方式发送数据。
5、 读取当前运行频率：
根据富士变频器说明书，读取当前运行频率命令ASCII为： SON 0 2 ENQ R M 0 9 SP 0 0 0 0 ETX 5 2，转换成ASCII（16进制）为01 30 32 05 52 4D 30 39 20 30 30 30 30 03 35 32，共16字节，该命令返回16字节。
命令串放在初始寄存器值表“频率读取命令”中（V1070-V1085，见下图），采用COMM.LB指令只发送低字节方式发送数据。
MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。
1、系统的硬件设计
任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点 (KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。同时为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。
图1 PLC外部接线图
2、软件设计
（1） 程序结构
原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。
表1 开关方式状态
表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。
图2 工作方式梯形图
图3 程序结构图
（2） 矩阵电路的编程处理
图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图
矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：
a. SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
b. SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
c. SA1、SA2同时合上，由于KA5、KA6线圈同时被短路，所以V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。
根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。
表2 顺序逻辑控制
（3） 编程调试
由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、 长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。
图5 输出部分梯形图
3、结束语
用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。
