西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8保内产品
随着市场的需求，纺织生产工艺的改变，转杯纺纱在纺织工艺过程中的应用越来越广泛。纺织企业对转杯纺纱机可靠性，易操作性提出了更高的要求。由于PLC可编程控制器可靠性高、抗干扰能力强、使用方便等优点，所以被广泛的应用于对转杯纺纱机的现场控制。传统的控制方式是采用开环控制，电机的运行频率通过变频器面板手工设置，这种方式存在控制精度差，人机交互性差等一系列问题，这就需要有一套更合理的控制系统来提高机器的运行精度和改善人机交互性。我们以台达DVP系列PLC为核心改进设计了一套控制系统，实现纺纱控制性能的提高。
1．系统构成
控制系统的构成主要是DVP32ES00R主机，VFD022B43A变频器，VFD037B43A变频器，PWS1711-CTN触摸屏。在控制系统中主要任务是：1、通过调整变频器的频率来提高运行精度，改变纺纱工艺；2、通过人机界面来显示和设置参数。
2．程序的设计
程序设计方针是以控制程序作为主程序，PLC与变频器之间的通讯，换班，工艺计算，产量报表，号数报表，作为子程序。我们把通讯，换班，产量报表，号数报表等子程序做成标准程序模块，这样缩短了程序的开发周期，增强了程序可读性。主程序由速度信号的采集，给棉电机和引纱电机初始频率的计算，全机动作的控制，给棉电机和引纱电机频率的调整等程序组成。其中信号的采集使用PLC中的高速计数器，初始频率的计算是根据细纱号数和捻度，转杯电机的理论值进行计算，动作的控制主要是控制转杯电机、分梳辊电机、引纱电机和喂棉电机的起停顺序。给棉电机和引纱电机的转速采用闭环控制，积分调整的方式，用来满足纺纱工艺的要求。还值得一提的是在新装设备调试初始，需要进行电机转向的调整和机械调整，这就需要电机点动的控制方式，为实现这一功能，我采用通过旋钮选择点动方式，控制人机界面显示点动画面，从而进行点动控制。
系统采用RS-485进行网络通讯，RS-485是一般工业控制所经常采用的网络通讯方式。它具有能够实现多机通讯（RS-485驱动器多可接32个从站），通讯距离长，抗干扰能力强等特点。台达DVP32ES00R主机具有RS-485通讯口，而台达VFD变频器也都有RS-485通讯口，并且提供了专用驱动指令。我们以PLC为主机，两个变频器为从机组成RS-485控制网络。每个从站被赋与唯一的本机地址。通讯采用主机轮询，从机应答的通讯方式，主机发出的信息可以被各从机接收，从机只能发出应答信息，从机间不能通信。从机接收到数据后，判断地址是否和本机地址相同，若相同则对数据进行处理后应答，若不同则不予理睬。通过通讯主要是控制给棉电机和引纱电机的起停和工作频率的修改，工作频率初值是PLC根据设定的细纱号数和棉条号数计算得出。在机器运转中，通过速度传感器检测，PLC进行计算比较，微调工作频率，使机器运转精度提高。其中需要注意的是在使用通讯进行控制变频器的起停一定注意程序的逻辑顺序，不然将会引起动作的混乱而不能达到预期的效果。
大屏幕触摸屏的优点是信息量大，操作简便直观。在本系统中采用PWS1711工业级人机界面，根据需要设计了各种画面，用来输入工艺参数，显示实测参数。另外提供了产量报表和号数报表，画面如下
甲、乙、丙、丁班的产量分别计入各班的产量，作为当前记录，每天的产量在24点的时候，利用循环语句自动填入历史记录（包括日期）。同时把同一工艺的纱线产量计入号数表，号数作为填入的条件，也就是说只有在号数改变的时候，再重新记录。这项工作省去了产量记录员每天记录的麻烦，它可以记录35天的产量，其中15天是停电保持的，只有管理员才可以清零。
| 一、设计意图 基于成本原因，长期以来空压机制造行业所采用的控制系统均采用单片机控制、数码管指示工作状态及指示参数值。虽然该系统 |
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 摘要: 本文主要论述了台达PLC和人机界面在大功率空压机的应用及其在该领域展示的一系列优点。 一、设计意图 基于成本原因，长期以来空压机制造行业所采用的控制系统均采用单片机控制、数码管指示工作状态及指示参数值。虽然该系统制造成本低，但却难以应付自身的易受干扰、修改工艺程序及功能扩展不方便等缺陷和客户提出的一系列挑战。另外，工厂生产工序、时段的不均衡性用气和间断性用气造成用气的波动很大，若用高峰用气量来规划供气系统，将不得不面临用大功率的电机通过空载和容调来适应供气量所造成的巨大能量浪费。采用PLC和人机界面将轻而易举地完成单片机所执行的所有功能和解决不同需求用户面临的问题。 二、硬件架构  图一 网路架构图  图二 PLC配线图 DP210、PWS3760 ：功能操作;信息显示;信息查询； DVP14ES00R：提供通讯接口、进行数据及逻辑处理，执行联调程序任务； DVP20EX00R：提供通讯接口、进行数据及逻辑处理，执行单机程序任务。 I/O分配： 四、软件设计 软件上将分PLC程序设计和人机界面设计两部分。 PLC程序设计包括单机程序设计和多机联调程序设计：单机程序设计包括工艺动作（启动，气调或电调撤换，排气阀动作和冷却系统动作判断等）、报警及警报处理、模拟量采样（温度和压力）、画面更换、通讯等几部分设计；联调程序设计主要根据目标压力需求通过RS-485通讯口处理多台设备的逻辑增减。 界面设计包括DP210界面设计和PWS3260界面设计： DP210界面：显示单机信息及单机运行/停止、模式撤换、故障查询及复位、运行/负载时间查询、维护时间提示、用户参数设定等操作。 PWS3260界面：单机运行模式下显示各机运行状态及报警信息、远程启停、授权现场操作设定；联机运行模式下显示各机调配情况及显示各机出口压力和温度、故障查询及复位、运行/负载时间查询、维护时间提示、用户参数设定、授权现场操作设定、供气压力曲线显示等操作。 五、基本功能 1 多模式运行： A 单机自动气调/电调运行：在气调与电调间自动撤换 B 联机自动气调运行：无电调动作 C 手动气调/电调运行：气调与电调间手动撤换 气调运行：在轻载状态（重载状态禁止启动），电机按星-三角启动2秒后，加载电磁阀得电加载，压力到达设定值，加载电磁阀失电断开，主机继续运行。在电磁阀连续掉电20分钟后，系统进入空车过久停车状态。当压力下降到设定下限时，系统重启，启动完成2秒后加载电磁阀动作。自动状态，90分钟内有三次空车过久停车出现，系统自动撤换到单机自动电调运行状态。 电调运行：在轻载状态（重载状态禁止启动），电机按星-三角启动2秒后，加载电磁阀得电加载，压力到达设定值，加载电磁阀失电断开，10秒后主机停止，但若10秒内压力开关闭合，主机不停。自动状态，在30 分钟内出现3次电调运行则系统自动转换到自动气调模式。 2 参数设定： 排气压力上下限：由用户根据用气情况设定，系统预设上限16Kg,下限7Kg。允许修改上下限区间为0-16Kg,但当下限值大于上限值时，系统强置上限值等于下限值。 风机启动温度和风机停止温度：系统默认设定分别为75℃和70℃，允许修改上限均为85℃。 保养时间设定：包括整机保养时间设定、油过滤器保养时间设定、油细分离器保养时间设定、空气过滤器保养时间设定。所有保养时间设定受密码保护，由厂家设定，用户设定需厂家授权。当整机保养时间到达，系统强制停机，禁止启动，直到生产商用密码解除；其它部件保养时间到则由用户解除提示和更换配件。 3 状态显示： 排气压力/排气温度 空载运行时间/负载运行时间 主机状态：主机运行/主机停止 负载状态：负载运行/空载运行 运行模式：单机自动气调/电调运行 联机运行 手动气调/电调运行 冷却器状态：风机[冷却泵]运行/风机[冷却泵]停止 剩余保养时间：整机保养剩余时间、油过滤器保养剩余时间、油细分离 器保养剩余时间、空气过滤器保养剩余时间 4 保护功能： A、 闪烁显示各种警讯并记录以备查询，包括：相序错误（禁止启动）；主机过载（紧急停机）；风机过载（紧急停机）；主机温度高（紧急停机）；排气温度高（紧急停机）；压力传感器故障（紧急停机）；油过滤器堵塞（警报）；油分离器堵塞（警报）；空气滤清器堵塞（警报）。 B、双温度检测保护：除了用PT100检测排气口温度，还增加排气口温度开关以保证在PT100失效的情况下系统的安全； C、整机保养时间到达，系统强制停机，禁止启动； D、在控制电路上增设急停按钮以策安全。 5 查询功能：查询近故障纪录、负载运行时间、设备运行时间、系统保养时间、压力-时间波动曲线。 六、扩展功能 多机联调：为了满足不同层次的客户的需求，方便客户能任何时候合理配置供气系统：既能满足少用气量场合，又能满足用气量波动大的特殊需求。本系统增加了多机联调功能，即只要客户在上位机中将运行模式设为多机联调模式，同时在用户参数设定画面输入当前参与联调的设备的数目，系统将根据当前的用气量需求，自动增减设备运行数目，以达到合理供气，降低运行成本的目的。 七、总结 在螺杆式空压机应用PLC和人机界面，将轻易取代单片机并能做得更好。 |
1 前 言
码垛机是包装码垛生产线上的重要设备，它对于提高整条线的处理速度起着关键的作用。随着企业集团化，生产规模化，要求码垛机具有较高的处理速度， 1000 袋 /h 的码垛机不再能够满足生产的需要，在这种情况下，一方面需要研制新型的高速码垛机，另一方面需要对传统的码垛机进行高速化改造。
在对传统码垛机的改造过程中，需要在无包的情况下，对其过程时间参数进行测量，以便对原码垛机的这些参数有个正确的认识。出于程序保护的原因，往往原有程序是不允许改动的，在这种情况下，只能另外采用一个可编程控制器，通过采集原过程的始末信号来测定过程时间。然而，在无包的情况下，采用这种测量方法测量开关门时间却得不到正确的结果，原因在于在有包的情况下和在无包的情况下运行的过程是不同的，本文将分析这两种过程不同的原因，并提出一种新的测量方法即模拟输入信号测量法。
2 高位码垛机开关门时间的物理意义
所谓开关门时间是指滑板门从开始开到关至关位所经历的时间，该参数是计算换垛时间的一个非常重要的参数。图 1 表示了与测量开关门时间有关的机械结构简图。
在有包运行的情况下，当门开至开位时，压板压包到托盘上并随升降台的层降而继续下降，当下位信号点燃时，升降台停止下降且气缸回程，当上位信号点燃时，门关至关位，因而开关门时间包括 4 部分：开门时间、层降时间、程时间和关门时间。然而测量是在无包的情况下进行的，在这种情况下，当门开至开位时，气缸迅速下降，在极短的时间内点燃下位信号而回程，而液压升降台层降需要一个启动时间，不可能在这极短的时间内完成启动动作，导致层降过程无法进行， 因而这时的开关门时间只包括 3 部分：开门时间、回程时间和关门时间，而没有层降时间这一部分，无法再现所测的开关门时间内的真实的运行过程，使我们试图空包测量开关门时间的实验限于困境。
3 开关门时间的模拟输入测量原理
由上可知，开关门时间空包测量的困难的根源在于气缸的下位信号过早点燃，使得升降台还来不及层降气缸便回程了。在这种情况下，不得不取消这一阻碍再现真实运行过程的输入信号，然后模拟一个这样的信号取而代之，这就存在一个如何模拟的问题。
在有包运行的情况下，气缸是在升降台层降一定距离点燃下位信号后才回程的。如果我们能够在有包的情况下测得升降台的层降时间 t，那么在无包运行且取消了下位信号的情况下，当门开至开位时，压板压在托盘上并随升降台下降， 同时启动定时器，当定时器的定时时间为 t 时，便让测量, PLC 发出一个输出信号驱动一个中间继电器，通过让该中间继电器的触点信号模拟气缸下位信号的方法，使得气缸在升降台层降所要求的距离后才回程。这样，在空包运行的情况下， 克服了液压启动的滞后性的限制，实现了真实的运行过程，获 得 了 所 需 要 的开关门时间，具体实现电路，如图 2示。
从图 2 可以看出，为了测得开关门时间，由开门信号 Q6.1 驱动中间继电器 KA50,S7–214 测量 PLC 采集 KA50 的触点信号作为计量的起点信号，采集高位码垛机 PLC 有 D11 输入模块的滑板关位信号 10.3 作为计时的终点信号，从而测得开关门时间。在空包运行的情况下，当液压升降台层降时， Q6.2 输出位为 1，中间继电器 KA52 通电，这时，S7 – 214 测量 PLC 的输入信号 10.1 有效，在 10.1 有效所需要的时间后， 给测量 PLC 的输出端 Q 0.1 以输出信号，从而驱动中间继电器 KA51,KA51的触点信号被采集入高位码垛机 PLC 的 D12 输入模块的 11.3端口。在连线时，必须拆除高位码垛机 PLC 的输入模块 D12 上的下位信号线 11.3,这样，便用模拟的输入信号取代了实际的输入信号。当 11.3 有效时，在原程序的控制下，压紧气缸回升，回升到位后，滑板门关闭，达关位时，S7-214 的输入端口 10.3 有效，从 10.2 有效到 10.3 有效所经历的时间，就是所测的开关门时间，具体测量程序，如图 3示。
4 结 论
介绍了一种时间参量的测量方法即模拟输入测量法，这种测量方法是在高位码垛机高速化改造的实践基础上提出的，测量在空包运行的条件下进行，由于液压启动的滞后性，导致下位信号成为再现有包运行过程的障碍，在这种情况下，取消该输入信号，用模拟信号取而之代，从而测得真实的时间参数。
宝钢三期原料场控制系统是一个集一、二、三期控制系统为一体的大型、综合的原料控制与处理系统。控制系统采用高速、可靠、先进、大容量的GE FANUC 90-70系列PLC和Alpha过程机、MMI等设备，应用IEEE 802.3 CSMA/CD以太网和GENIUS现场总线，实现对原料场工艺设备的管控一体化和三电一体化控制。
1 功能
1.1 主PLC控制功能
主PLC无I/O接口要求，应用GE公司新生产的CPX 935 CPU和CMM742以太网通信模块，采用双机热备冗余结构。其作为过程机、MMI和设备PLC之间的通信接口，主要完成流程选择、流程联锁、流程起动、顺序停止、一齐停止、故障停止、紧急停止、流程报警、流程切换、流程合流等流程功能和对整个料场的自动广播系统的控制。主PLC通过以太网和设备PLC将现场各工艺设备的运行、停止、故障、位置、操作方式、给料、料位、流量、切换、选择等数据存储在其相应的数据区。流程开始时，MMI/过程机首先把流程信息送给主PLC，主PLC接受到这些流程数据后，根据流程所含设备的状态判断该流程是否合法。主PLC给每个合法流程建立25字的流程状态控制区，该区包含流程编号、流程切换、流程合流等信息。它还开辟出3x100字存储流程设备的ID表，3x59字存储流程设备ID在所有设备ID表中的指针表以及100字的内部流程状态控制区域。原料场共有600余台设备，组合的生产操作流程556个，单程所包括的单体设备多达37个，这些流程功能都定义在一套主PLC上完成。
1.2 设备PLC控制功能
控制系统有7套共14台设备PLC，应用CPM925 CPU和CMM742通信模块。其中1#-5#设备PLC采用双机热备冗余结构。控制系统根据不同皮带输送系列和不同原料控制的要求，按照控制方便可靠、就近集散控制的原则把各种现场设备送入不同的PLC进行控制。
1#-5#设备PLC通过多模光纤、调制解调器、中继器等总线部件来完成大范围内的工艺设备的控制。设备PLC接受主PLC的控制指令，除控制原料输送、供料、受料、洒水、除尘、采样、金属检测与去除等设备外，还进行皮带秤负荷率、流量、物料累积量、料槽料位的计算和圆盘给料机CFW的PID控制。现场设备若没有紧急停止、单动、跑偏、过负荷等故障，则其处于无故障状态，可以运转。只有无故障、没有运转且工艺允许的流程才是合法的流程。如果是合法的流程，那么设备PLC一旦接收到主PLC的起动指令就立即起动现场设备。PLC检测到现场设备已经运转，就送“确认”信号给主PLC，告诉其可起动上游设备了。设备PLC接收到主PLC停止指令后，中断设备的运转。这样，主PLC在不同的时序发送不同设备的起动、停止、警铃、使用、小车需求位置、料位需求等指令，便可实现所有的流程控制功能。
6#、7#设备PLC无I/O要求，主要完成监视堆取料机的位置、进行防碰撞演算和工艺操作有关参数的设置、收集实时状态数据给主PLC，发送主PLC关于流程控制的指令和数据给堆取料机等功能。利用6#、7#设备PLC，中央控制室还可以根据如混匀堆积等工艺要求完成对现场堆取料机的远程手动和自动堆取作业。
8#设备PLC实现高炉煤粉喷吹控制。接口PLC为三期建设和一、二期改造期间的临时控制通信网关，其让新控制系统接受老控制系统的数据，并将新系统控制指令发送给一、二期PLC控制系统，保证生产的连续和稳定。
2 控制软件的开发
图1 PLC控制软件流程图
控制软件采用全符号化的梯形图编写。设计程序时应充分考虑系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。控制软件流程如图1所示。初始化模块完成PLC投入运行时的一些数据区的设定。利用硬件检测模块，PLC可以检测出其硬件的运行状态是否正常并可报警送MMI显示。热备冗余模块完成双PLC的冗余控制。读设备的信息主要包括皮带的单动、非常停止、准备运转、小车的位置、槽位信息等。选择一个合法流程后，主PLC将把所含流程的设备ID送给自动广播与指令通信系统，由后者把相关的信息通过现场扬声器分区播出，提醒现场人员注意安全。主PLC读取与MMI/过程机有关的流程信息，如果是新的流程，则在程序中根据流程设备的状态决定流程是否合法。它将为合法的流程建立流程控制与状态区。如果旧流程，则判断命令是流程的复位、紧急停止，还是流程切换、流程合流，并根据相应的命令进行处理。为调试方便，设备PLC都编写了模拟程序。在不起动现场设备的前提下，应用它可模拟设备的实际运行状况，判断PLC的控制逻辑是否正确，过程机、MMI、主PLC与设备PLC的通信是否无误。以太网通信完成设备PLC与主PLC的指令与状态数据的传输。互连Genius网用于PLC的热备冗余控制时大量数据的传送。圆盘给料机CFW的给料PID控制应用PLC的专用功能块，完成不同原料的混匀给料控制。
3 结束语
原料是钢铁企业的“咽喉”，是钢铁企业正常生产的首要条件，宝钢三期原料场PLC控制系统完成工厂流程、堆取料机、洒水系统、除尘系统以及各种皮带秤、给料机、料场料槽的监控与管理。该控制系统自1997年底开始陆续投入运行，先后成功完成了对焦炉、烧结、高炉、电厂、转炉每天约10万t各种原料供配任务。运行至今的实践说明，该控制系统具有如下特点：
①实时性强、可靠性高、扩展性好；②支持三电一体化控制；③控制距离远；④抗干扰能力强；⑤支持多种网络通信形式；⑥调试简单、维护方便、成本较低。
该PLC控制系统的成功建设对于我国在冶金、粮仓、矿山、石油、化工等行业中建设和改造大型控制系统有着极高的推广应用价值
