西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8现货速发
1 引言
某厂抓矿行车采用绕线式异步电动机转子串接频敏电阻器进行启动和调速，这种继电器-接触器控制方式在实际运行中存在着以下问题:
(1) 行车工作环境恶劣，工作任务繁重，电动机所串频敏电阻器烧损、断裂和接地故障时有发生，造成电动机频繁烧损;
(2) 由于机体震动及导电性粉尘环境，继电器-接触器控制系统的可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、检修工人疲于维护;
(3) 转子串频敏电阻器调速，机械特性软，负载变化时，运行不平稳，且运行中频敏电阻器长期发热，电能浪费严重;
(4) 各接触器在大电流状态下频繁分断、吸合，造成电网高次谐波污染严重，电网功率因数低。
于是该厂采用了PLC代替了继电器-接触器控制，将变频器代替电动机转子串频敏电阻器的调速方式，改造后，运行效果显著，解决了以上问题。
2 PLC控制的行车变频拖动系统组成
2.1 系统组成
行车的大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机都需独立运行，大车有两台电机同时驱动，小车、抓斗提升、抓斗开闭各为一台电机驱动，整个系统有5台电机。为了保证各部分安全运行互不影响，采用了4台变频器拖动，并用4台PLC分别加以控制，系统组成如图1所示:
图1 PLC控制变频拖动系统组成
PLC接收主令控制器的速度控制信号，该信号为数字量控制信号，信号电平为AC220V。这些信号包括:主令控制器发出的正、反转信号、电机过热保护信号、安全限位信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出起、停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需的工作状态。
变频器接收PLC提供的控制信号，并按设定向电机输出可变频、变压的电源，从而实现电机的调速。操作人员按实际需要通过主令控制器向PLC发出各种控制信号。
提升电机在下放重物时，电机反转，由于重力加速度的原因，电机处于再生制动状态，拖动系统的机械能转化为电能，并存储在电压型变频器的滤波电容器的两端，使直流电压不断上升，甚至能够击穿电器绝缘，当电压上升到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路的这部分能量，保证变频器安全运行。
2.2 变频器与PLC通信
系统采用现场总线方式代替传统的模拟量或开关量方式控制变频器。系统中，小车及提升变频器通过选件模块连接至Profibus-DP总线上，综合考虑数据传输的实时性及稳定性，系统选用PPC-3作为数据传输格式，波特率选择387.5kbps。采用总线结构后，系统进一步优化，具体表现如下:
(1) 布线简单
只需1根两芯的屏蔽双绞线，而采用别的方式至少要4根电缆，从而减少了维护工作。
(2) 给定稳定
避免了因信号的漂移、电磁干扰等诸多因素而引起模拟量给定抖动，因此系统速度给定更加可靠。
(3) 速度连续
相对于采用开关量作为速度给定的系统，速度给定由离散量变成了连续量，使得变频器可以接受来自PLC的速度微调指令，以实现抬吊作业平衡。
2.3 备用应急系统
当总线干缆或总线上某点出现损坏时，有可能使系统无法正常工作。因此，系统中设有一套备用的系统，以防止紧急情况下总线不能正常使用，但又不能停止作业的工况。变频器设有两套控制方式，一套采用总线通信，用于正常控制;一套采用开关量控制，用于应急状况。通过PLC切换两套参数，两套参数在手柄档位的速度给定上完全一致，因此从使用角度感觉不出两套参数的切换。
2.4 同步与纠偏
行车在抓斗提升抬吊作业时，系统进入自动纠偏模式，以保证吊钩在抬吊时钢丝位置同步。由于机械安装时磨擦阻转矩，机械抱闸的调整不可能完全一致，因此系统不采用动态实时纠偏，而采用一种折衷方案，其工作原理为:首先，系统在PLC中设置2个阈值，阈值1用于启动吊钩的自动纠偏，阈值2用于结束自动纠偏;其次，PLC读入安装在起升卷筒上编码器的数据并实时计算起升高度;再次，PLC比较所读入的2个起升高度，当2个高度之差大于阈值1时，PLC将一个微小的速度偏差量叠加在由手柄确定的基准速度上，当两个高度之差小于阈值2时，取消该偏差量，通过惯性进一步减少起升高差;后，PLC将计算合成后的速度值能过Profibus-DP下载至变频器中，作为抓斗提升电机的速度给定。
3 PLC软硬件设计及应用
3.1 PLC的硬件设计
行车大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机分别由不同的PLC控制，大车、小车、提升、开闭电机都运行在电动工作状态，变频器及PLC的控制结构及软、硬件实现基本相同。提升电机运行状态有电动、反接制动、再生制动等状态，变频器及PLC之间的控制结构较大车、小车复杂。以提升电机为例，其PLC的I/O接线如图2所示，变频器接线图如图3所示。
3.2 车的工作过程
图2 PLC系统的I/O接线图
图3 变频器接线图
当行车的驾驶室及横梁拦杆的门关好后，1#、2#安全开关的常闭接点打开，急停开关断开，主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。当主令控制器置于上升档位，电机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同的电压，达到调节抓斗提升电机的转速。当主令控制器置于下降3挡且满负荷时，电机正转，此时电机处于反接制动状态。当主令控制器置于下降2挡且负荷较重时，为强制下降阶段，电机反转，在重力加速度的作用下，电机进入再生制动状态。另外，当电机由稳定高速向低速换档极快时，电机也会进入再生制动状态。当主令控制器置于下降1挡时，电机反转，处于电动状态。运行中，不论何种原因电机停止运转，为防止重物急速下降，保留了原来的三相液压制动器。
在紧急状态下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。当抓斗提升电机因故障跳闸，热继电器动作，电机过载等动作，在故障排除后，可按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。
3.3 PLC的软件设计
选用FXON系列PLC，采用摸块式编程，具体模块如下:
(1) 高度换算功能块。用于将格雷码转换成二进制码，二进制码转换成起升高度及起升高度偏差调整;
(2) 变频器开关量控制功能块。用于大车、小车及抓斗起升变频器起动、停止和速度给定的开关量控制;
(3) 变频器的通信控制功能块。用于大车、小车、提升电机变频器的启动、停止、速度给定。还用于变频器的控制字与状态字的读取。图4为大车的软件控制流程图，小车、提升电机、开闭电机的软件流程图和大车的相似。
3.4 安全保护措施
(1) 配电部分:除设有缺相、过流、短路等保护外，还在行车两侧端梁及平台处设置2只安全开关，只有开关均闭合时，才允许行车运行。在行车上还设有登机请求及应答按钮，用于行车工作中其它工作人员的安全登机。
(2) 变频器部分:选用的ACS600系列变频器具有电机过载、缺相、接地、过流、直流母线过压等保护，抓斗提升电机及小车变频器当切换至总线控制方式时具有通信故障监视功能。
(3) 行程开关保护:各机构均设有行程限位保护。单动工况时，小车及抓斗提升限位开关各自独立;联动工况时，小车1后限位及小车2前限位作为联动工况允许条件，小车1前限位及小车2后限位做为小车限位，起升1及起升2只要有一个限位动作，则视为起升限位。
(4) 其它保护:所有机构均有零位保护、过流保护。抓斗提升机构还有超载保护及超速保护。当超速开关动作时，断开变频器主接触器电源。
4 结束语
PLC控制的变频拖动系统应用到行车，各电机各档速度、加速时间、制动时间都可根据实际工况条件设定，而且十分方便。从运行结果来看，负载变化时，电机速度运行平稳。设备的故障率大幅度降低，电机烧毁明显减少，同时减少了到电网高次谐波的影响。设备检修时排除故障的速度明显加快，设备维护量大大减少。
1 引言
自动仓库是货储的重要组成部分，它是在不直接进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物品的系统。在仓库进货过程中，使用台车设备将物品存入仓库。主计算机与PLC之间以及PLC与PLC之间的通信可以及时地汇总信息，仓库计算机及时记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便作出供货决策，管理人员随时掌握货源及需求。满足了人们速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求。
2 工艺过程动作要求
图1是自动仓库采用台车运送物品的示意，整个仓库有10台台车，用1台可编程序控制器进行控制。在台车每个对应停车位置上设置一个限位开关或光电开关，可自动复位，并分配给相应的输入地址，图中的编号是各停车位置的编号。台车可以前进(正转)、后退(反转)，也可做高、低变速运行。系统设有用于起动和停机的按钮，这些均为PLC的输入元件。台车要用一台电动机拖动，电动机正转和反转各需要一个接触器，是PLC的输出执行元件。每台台车用一个数据开关设定台车停车目的位置，并以BCD码输入给控制器。台车运行的操作方法是先在数据开关上设定台车停车目的位置，然后按下运行起动按钮，则台车开始运行，并终停在所设定的目的位置。
图1 台车运物示意图
3 程序设计
3.1 I/O分配及PLC机型
用一台可编程序控制器即可完成10台台车的自动控制任务，本文中以一台台车的控制为例，来说明其控制系统的构成。系统的控制部分选用莫迪康公司(Modicon)公司生产的PLC，工业输送车控制系统的I/O分配表见附表。
每台台车使用了3块开关量输入模块，以接收台车位置信号、启动操作命令和台车停车目的位置设定。同时使用一块输出模块,以驱动台车运行。表中输入寄存器30001用来寄存数据开关设定的台车停车目的位置，用BCD码表示。由于各仓库的呼车指示灯状态一致，为了尽量减少占用PLC的输入输出点个数，采用小电流的发光元件并联在一起，然后接在一个PLC输出点上。
3.2 梯形图程序设计
依据台车的工艺要求，设计出相应的控制程序梯形图，如图2所示。在程序中,设计的是一辆台车的控制程序，其中网络1用于台车停车目的位置判断，保持寄存器40101保存停车目的位置设定值。通过比较指令(SUB指令)将30001内容送给40101，如果要求台车前进，则将设定值减1送给保持寄存器40102，如果要求台车后退，则将设定值加 1送给40102。网络2是运行指令保持回路，当停止指令00102得电后，运行指令00101失效。网络3是将保存台车当前位置的工作寄存器40103复位，该步清“0”的目的是为下一网络读取新位置准备条件。网络4是位置判断和运行工况判断程序。首先将台车现行位置(当前值)读入工作寄存器40103，它是通过比较指令检出位置输入信号10001～10016中何者为ON，并将1～16个位置状态存入40103。然后通过SUB指令比较当前位置与设定目标位置，如果当前位置小于设定目标位置，输出线圈00017得电，表示前进指令;如果当前位置大于设定目标位置，输出线圈00018得电，表示后退指令;如果当前位置等于设定目标位置，则台车停止运行，内部线圈00102得电。网络5为台车运行时减速位置判断。台车前进时，00017为ON，如果当前位置大于或等于台车停车目标位置设定值减1，则台车开始减速运行(内部线圈00103得电)预告;如果台车是后退运行，00018为ON，当前位置小于或等于台车停车目标位置设定值减1时，台车开始减速运行(00014得电)预告。网络6为延迟电路，当得到台车开始减速运行预告信号(00103和00104)后，定时器40108启动定，经5秒钟后内部线圈00105得电．发出台车正式减速运行指令。后的网络7是高、低速运行指令产生回路。
图2 台车控制程序梯形图
4 结束语
由于自动化控制系统采用可编程控制器为核心，提高了台车控制的灵活性及通用性，以适应各种工艺要求的变化，而且操作方便，维护工作量小。同时，使仓储技术进一步向智能自动化方向发展。
1 引言
随着技术的进步，由可编程序控制器(简称PLC)组成的自动控制系统在很多行业和领域都得到了广泛的应用，制冷空调行业也不例外。PLC和工业人机界面(HMI)被大量地 用于冷水机组上，例如在吸收式冷水机组上，OMRON的C200Hα、CS1、CJ1系列PLC就以运算、网络通讯、开放的容易使用的通讯协议等优异的性能获得了企业和 用户的赞同而得到了广泛的使用。它的网络功能让企业能在自己的服务中心足不出户就可以监视在全球各地的用户所使用的机组的运行全部状态和数据，帮助客户解决运行中碰到的问题，提醒客户维护和保养机器，以及帮客户重新恢复机组的控制程序和设定机组运行参数等等。这大大提高了服务的质量和效率，也为企业节省了大量的开支。但是由于成本的原因，这些系列的PLC无法在其他冷水机组如风冷冷水机组、水冷螺杆机、活塞机等产品上取得应用，为此OMRON推出了另一款机型CPM2AH，这种机器扩充能力强，性能价格比高，非常适合在水冷和风冷冷水机组中使用。
2 控制系统的配置方案
CPM2AH系列PLC是一款在小机壳内汇聚了先进的功能和优异的表现的产品。其基本单元有20、30、40、60 点四种，包含了数字量输入和高速脉冲输入、继电器输出功能，根据系统开发的需要，可以增加扩展模块，扩展的模块包括开关量输入输出模块，Pt100温度输入模块(TS101/TS102)，电流电压输入模块(AD041)和模拟量输出模块(DA041)。
2.1 通 讯组网功能
(1) 通过Host bbbb连接到计算机系统;
(2) 通过1:1 bbbb与OMRON其他系列的PLC进行通讯;
(3) 通过Compobus/S和Device Net进行远程模块扩展，从而实现集散型控制。这些功能可以很好地满足机组的控制要求。
2.2 配置方案
满足水冷和风冷冷水机组配置要求的控制系统构成见表1。
述配置表为一般通用型配置，其中风冷机组中，由于涉及到压力测量，所以模拟量 输入采用电流/电压型输入模块;对于水冷冷水机组，一般考虑2路温度输入，如果需要增 加温度测点，可以将TS101模块换成TS102模块，这样可以将温度输入点增加到4路。每套PLC的CPU 单元上有两个通讯接口，一个供与触摸屏进行连接，另外一个可以连接到远程计算机实现远程监控。
由于OMRON的PLC产品通用性很强，很多公司的触摸屏都可以和它通讯连接，因此可以根据价格、功能和技术特点来选择相应的触摸屏产品与PLC配套使用。
对于其他有特殊要求，或设计中需要增加模拟量和数字量的情况，还可以酌情增加其 他相应的扩充模块以满足要求。
3 控制系统功能
控制系统的功能包括:设备运转控制，运行参数监视，能量自动调节，故障报警记录和系统参数设定等功能。
3.1 设备运转控制
可以以三种形式启动机组，本地启动、远程信号启动、定时启动，具体为:(1)在远程信号和定时信号都屏蔽的情况下以本地方式启停;(2)在定时屏蔽、远程信号允许的情况下以远程方式启停;(3)定时允许的情况下以定时方式启停。在系统无全局故障情况下，以任何一种方式启动后，辅机设备先开启，然后开启主机。当机组中有多台压缩机时，控制系统将根据压缩机运转的时间来确定开启的压缩机编号,以使得机组中各台压缩机保持相对平均的运行时间。
停机也有三种形式，与机组的启动方式相对应。停机时，先将压缩机卸载，然后停止运行。但无论在何种启动的模式下，本地停机均拥有高的操作优先权。
3.2 运行参数监视
控制系统可以监视机组运行过程中的运行参数和设备运行状态，显示各重要参数的变化趋势曲线。如冷水出口温度、压缩机的负载情况等。
3.3 能量自动调节
在机组辅机运转正常，主机启动完成后即进入能量调节过程。可以通过选择冷水入口温度控制或冷水出口温度控制来决定机组是根据入口温度还是出口温度来实现控制。
在入口温度控制或出口温度控制下，比较实际温度和设定温度值，决定机组的上下载。实际温度值大于设定温度值时，机组上载小于设定温度值时，机组下载。可以根据两者间的温差值来决定上下载的周期长短，温差大则上载或下载周期短，温差小则上载或下载周期相应增长，温差在 0.5℃之间可以停止上下载。
3.4 故障报警记录
控制系统可以对下列情况进行报警和记录。如果是风冷冷水机组控制系统，则没有冷却水和冷却塔风机的相应报警功能，但会增加融霜和制热运行的故障报警。
(1) 冷水泵故障:冷水泵启动，经过延时时间后，如冷水泵连锁信号仍未到，冷水泵故障报警;
(2) 断流故障:冷水泵或冷却水泵都启动后，水流延时时间到后，水流开关信号未到，水断流报警;
(3) 防冻开关:防冻延时时间到，防冻开关信号未到，防冻报警;
(4) 冷水低温报警:延时时间后，如冷水出口温度小于 3℃，冷水低温报警;
(5) 外部连锁故障:延时时间后，用户外部连锁未到，外部连锁故障。压缩机过载:延时间后，热保信号未到，压机热过载报警;
(6) 高压报警:延时时间后，高压保护未到，压机高压报警;
(7) 低压报警:延时时间后，低压保护未到，压机低压报警。油压报警:延时时间后，油压保护未到，压机油压报警;
(8) 传感器故障:延时时间后，如传感器显示温度值大于200℃，传感器故障报警;
(9) 冷却水泵故障:冷却水泵启动，延时时间后，冷却水泵连锁未到，冷却水泵故障报警;
(10) 冷却塔风机过流:风机启动，延时时间后，过流保护信号未到，风机过流报警。有任何一故障发生，开关量故障输出，系统声光报警。故障排除后，需手动复位。
3.5 系统参数设定
控制系统可以对下列参数进行设定:温度修正值，修正传感器采集的实际温度值，默认下修正值为0;水流开关延时时间(默认为3s，小为0.5s);低压延时时间(默认为5s，小0.5s);油压延时时间(默认为50s，小0.5s);关机延时时间(默认为120s);压缩机少运行时间(默认为120s);允许压缩机启动的停机延时时间(默认为 480s，小为300s);冷却塔风机开温度(默认为28℃，小25℃，大30℃);冷却塔风机关温度(默认为23℃，小为20℃，大25℃);冷水入口温度(默认为12℃，小为10℃);冷水出口温度(默认为7℃，小为5℃)。对风冷热泵机组还有强制除霜运行时间，除霜起始条件和结束条件，制热运行参数等。此外系统还可以修改控制器内置时钟，从而有效地通过定时功能实现控制，可以通过设定开关机时间，自动定时开启和关闭机组。可以通过分别设定一周每天的开关机时间，经过与内置的时钟比较自动运行机组。
4 技术特点
OMRON小型CPM2AH系列PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点:
(1) 稳定的性能
CPM2AH系列PLC外型小巧结构紧凑，OMRON公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保证了其可靠稳定的性能，即使在恶劣工业环境下仍然能正常运行。更经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。
(2) 模拟量功能
CPM2AH使用专用的TS101/TS102温度控制模块，直接连接PT100温度传感器，提升温度测量的精度和可靠性。
(3) 通讯功能增强
CPM2AH提供内置RS-232C端口和RS-422端口。OMRON完全开放的通讯 协议可以方便实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通讯监控系统。
(4) 高速的程序执行速度
更快的程序指令执行速度，使得控制过程jingque无误。
(5) 很强的扩充能力
模拟量可以增加到12路;系统支持Device Net协议，具有强大的 扩充能力，通过远程端子，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。命令识别见表2。
5 计算机监控
CPM2AH系统可以提供RS-232和RS-422通讯接口，用户计算机可以根据实际情况直接与PLC相联，构筑自己的计算机监控系统，也可以通过调制解调器实现远程监控。在通讯协议上，OMRON的PLC产品采用统一开放的通讯协议，便于用户开发自己的监控软件。通讯 协议主要有运行状态控制，存储区读写等功能。通讯协议格式为:
通过使用这些命令，用户可以很好地在计算机上完成对PLC控制系统的监控。
6 结束语
本套控制系统从2005年初推出后，得到了很多用户的认可。目前已经开始在部分用户投入使用，使用情况表明，本系统运行稳定可靠。尤其是其开放的通讯协议，使得用户可以定制自己的计算机监控系统，这就为用户管理机组的运行提供了方便，受到了用户的好评
