6ES7223-1HF22-0XA8实体经营
1 引言
物流控制系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。在美国、德国和日本，逐渐成为机械制造业中大的分枝之一。整个系统的主要设备有:全自动堆垛机、四自由度机械手、立体仓库、辊道输送机。
2 硬件组成
本系统共采用3台辊道输送机，其传动采用交流变频调速系统(分别由西门子420系列交流变频器控制)。每条辊道的前后皆装有光电传感器，其作用是确认控制对象(以小实心物块代替)的所在位置。当有物体通过时，传感器所连接的继电器瞬间收到脉冲信号，从而确认其位置。皮带设计为既可正转也可逆转，速度也分为高速及低速两档，在辊道中间我们还接入了各种传感器作为自动识别信息元件，如条码读入器、铁/非铁识别传感器、颜色识别传感器等。在物体传送过程中，物体的质地直接在铁/非铁识别传感器上显示，颜色识别也是直接显示，而读入的条码将输入至计算机或PLC中，作为物体区别于其他物体的代码存入物流信息系统。在此设计中，采用VB编写一段程序以实现条码信息与PC相连接。其中变频器是整个辊道控制中重要的环节。
2.1 变频器的控制方式及参数设定
变频器MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器，具有很高的运行可靠性和功能的多样性，其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声，全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护护特性。
性能特性:
l 磁通电流控制FCC改善了动态响应和电动机的控制特性
l 快速电流限制FCL功能实现正常状态下的无跳闸运行
l 内置的直流注入制动
l 复合制动功能改善了制动特性 l 多点V/f 特性
l 加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能
l 具有比例积分PI控制功能的闭环控制
其安装图如图1所示。
图1 系统连线图
(1) 用基本操作板BOP进行调试
利用基本操作面板BOP(如图2所示)可以改变变频器的各个参数，BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值报警和故障信息以及设定值和实际值参数的信息，不能用BOP存储。
图2 操作面板BOP外形
表1表示由BOP操作时的工厂缺省设置值。
表1 BOP操作时的工厂缺省设置值|
参数 说明 缺省值
P0100 运行方式欧洲/北美 50 Hz kW 60Hz hp
P0307 功率(电动机额定值) kW Hp
P0310 电动机的额定频率 50 Hz (60Hz)
P0311 电动机的额定速度 1395(1680)rpm [决定于变量]
P1082 大电动机频率 50 Hz(60Hz)
控制方式(P1300)
MICROMASTER420变频器的所有控制方式都是基于V/f控制特性下面各种不同的控制关系适用于各种不同的应用对象:
l 线性V/f 控制 P1300=0，可用于可变转矩和恒定转矩的负载例如带式运输机和正排量泵类。
l 带磁通电流控制FCC的线性V/f控制P1300=1，这一控制方式可用于提高电动机的效率和改善其动态响应特性。
l 抛物线平方V/f控制P1300=2，这一方式可用于可变转矩负载例如风机和水泵。
l 多点V/f控制P1300=3
(2) PLC控制系统
除了用面板控制外，也可以采用用PLC直接编程进行对辊道启停、正反转、及皮带转速的控制。用PLC控制辊道的接线图如图3所示。
图3 PLC与辊道的接线图
作者采用OMRON公司生产的C200HE型PLC，在这项设计中采用一个ID212直流输入单元模块，一个OD212晶体管输出单元模块和两个D/A模拟量输出模块。模拟输入信号源采用输入电压:0至10V，分别通过D/A模块的输出端接到变频器的3、4端子上控制辊道输送带的转速。具体软件编程见以下部分。
(3) 光电传感器
光电传感器是外部触发开关或者说是经过夹袭经过辐射来感应的开关，具体的说，光电传感器受激后由一透光元件变成不透光元件。它不但性能优越,而且非常容易安装,设定/调整, 操作和维护。它包括微小的电子元件，在简单的高质量监控应用场合, 能够通过它的模拟输出很快地刷新数据提交给PLC处理。当有物体通过时，利用光的反射性质产生信号通过控制柜送到PLC的输入模块，通过上位机编程来控制货物的运行。
3 软件部分
3.1 货物进出的控制流程
首先介绍一下要完成的进出货物控制的流程:当辊道1上的进货侧光电开关有信号的时候，自动开启辊道电源，选择自动手动开关，启动辊道1运行(选择正/反转，选择高/低速)。货物经过条码扫描传感器(选择辊道2时经过金属/非金属识别传感器和颜色识别器)时，将条码值(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)读入PLC，通过DP网络分别送到机械手控制﹑堆垛机控制PLC中，机械手和堆垛机根据条码信号(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)运行，完成货物的入库识别(或金属/非金属识别信号，颜色识别信号)定位操作。
下面以一个辊道为例介绍一下软件编程，表2是辊道1输送机部分高速运转情况下的I/O(输入/输出)表，其它辊道以及低速运转的控制与之相同。
用cx-programmer软件对此流程进程编程，程序如图4所示。
图4 辊道1输送机梯形图
4 结束语
本文以武汉大学物流控制系统实验装置为例，简要介绍了基于PLC控制网络的一种自动化立体仓库物流管理辊道部分的控制系统设计，整个物流系统现已投入使用，它对于网络信息时代企事业计算机集成制造过程以及网络销售领域等物流自动化系统的开发设计具有重要的参考价值。
琅琊山抽水蓄能电站位于滁州市西南郊的琅琊山麓，是由奥地利政府出口信贷支持的重大项目和安徽省“861”重点建设项目。电站总装机容量60万千瓦，装设4台单机容量为15万千瓦的单级可逆式抽水蓄能机组。整个电站枢纽部分由上水库、输水系统、地下厂房、下水库和地面开关站5部分。电站建成后，将在电网中发挥调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等重要作用，将改善安徽省及华东电网的火电机组运行条件，提高电网运行的安全可靠性和经济性，经济效益和社会效益都十分显著。
琅琊山水电站公用及通风空调设备采用多层式控制，主控工作站设1台公用设备上位机，各个子系统设就地控制单元，在主控及网络失效的情况下，就地控制单元仍能独立完成其系统内设备的监测和控制功能。
各就地控制子系统采用PLC为控制系统，对于PLC要求有较高的性价比。该蓄能电站选用ABB AC31系列可编程控制器。ABB AC31系列可编程控制器可以完成辐射几百米甚至几公里的分布式应用，并且具有经济可靠、配置灵活、通讯功能强大等特点，完全满足该蓄能电站的控制要求。
系统网络结构见下图：
公用设备主控工作站负责协调合管理公用设备就地各子系统的工作，记录和计算运行信息，并把经过处理的数据存入数据库中，同时完成公用及通风空调设备的远方监测和远方控制功能。各子系统站分别为：厂内渗漏排水泵系统、低压空压机系统、消防泵和雨淋阀控制系统、通风空调系统，ABB AC31 50系列可编程控制器系统负责对各子站进行控制。其中，通风空调系统分为主厂房、副厂房、安装场副厂房以及出线竖井几个远程控制站，每个远程控制站又分别由几套远程I/O进行分散控制，远程I/O选用50系列Modbus远程扩展模块，不仅提高了系统的性价比，而且能够保证系统的稳定运行。每套PLC子站都采用MODBUS协议与公用设备上位机进行通信，子站与主控工作站的距离长为1380米。整套系统利用了ABB AC31系列可编程控制器的优势，实现了优化的控制。 该套系统计算机监控软件采用杰控Fameview软件，FameView是一套实现工业数据采集、过程监控、数据管理的高性能工业自动化软件，它具有强大的图形功能、变量、图形替换的模块化功能，通讯速度以及画面刷新的速度很快，同时还集成手机短信、数据处理和报警等服务。
整个系统设计合理、操作简单、安全可靠，系统投入运行后完全达到用户要求，并且一直运转良好，得到了用户的好评
一、简介
ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种建筑基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家重点基础设施建设工程所需重大高新技术装备的研发制造。
中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的高效成孔设备，采用卡特彼勒专用可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压先导控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。
ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200CN系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。
二、控制系统方案设计
旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用质量可靠、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行全面的掌握与控制。
通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200CN系列PLC作为控制系统的核心实现对旋挖钻机的全面控制、日本PROFACE 品牌GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：
触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：
三、控制系统主要功能
西门子S7-200CN系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能可靠、可灵活组合等特点，在全球的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下重点介绍S7-200CN系列PLC在旋挖钻机上的应用。
1、双向高速计数信号检测
S7-214CPU模块具有多路高速计数输入检测端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度检测、钻头钻孔深度检测。
旋挖钻机上车部分为液压驱动的独立旋转机构。在设计中采用旋转编码器检测其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。
同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可消除各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。
钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度检测基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。
2、左右控制手柄多路按钮信号的检测
旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。
3、外部传感信号的检测
西门子S7-200CN系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。
旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置检测其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备安全。
4、实现对液压执行机构的控制
西门子S7-200CN系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二极管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。
5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。
利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。
中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的全面认可和xinlai，成为我国自主创新的新一代重要桩基设备。
四、几点体会
西门子S7-200CN系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。
直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输。
