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1 引言
钢丝绳牵引胶带输送机作为一种运输设备，于七十年代在我国矿山投人使用。它具有运输距离长、运输量大、操作简单、维修方便等特点，可用于水平或倾斜运输。
钢丝绳牵引胶带输送机作为煤矿的主井提升设备，担负着运输煤炭及运送人员任务，其可靠性直接关系到全矿的安全生产和人员生命财产的安全。该运输设备采用感应调压器调压，经硅整流器整流后供给直流电动机，操作系统为继电器操作。继电器操作系统使用的继电器较多，用于实现逻辑功能的接点及其连接线更多。原设备运行时间已很长，经常发生元件或接点烧坏现象，特别是在运送人员期间，钢丝绳牵引胶带输送机巷道内沿线保护的执行继电器的接点烧损粘连，一旦发生危险，不能及时停机，这是不允许的。为满足安全生产及高产高效矿井的需要，设备改造是十分必要的。
2 可编程序控制器的特点
日立公司生产的EM系列可编程序控制器规模小，扩展能力强。存储器采用EEPROM芯片，数据可进行电写人及擦除，不需要电池保留程序。可编程序控制器使用梯形图来编写程序，该程序与继电器操作系统图相似，比较直观，容易理解和掌握。使用的编程器指令少，操作简单，使用方便。可编程序控制器的内部输人输出接点，是数字逻辑运算接点而不是实物继电器的接点。它动作可靠，运行稳定，不需要维护。由于逻辑功能是由可编程序控制器完成的，取消了繁杂的外部连接线路。每条线路的状态在可编程序控制器上都有相应的指示，以便于了解运行情况或诊断故障。
3 系统组成
可编程序控制器由机架、电源模块、CPU模块、输人输出模块组成，装配在操作台内部。系统框图如图1所示。钢丝绳牵引胶带输送机有自动、手动、运人运煤及检修运行方式。在自动运行方式下，只要系统在工常工作状态下，把转换开关转到自动状态，输
送机就会自动加速直至等速运行，当运输任务完成后停机。手动状态时，由司机控翩终的等速运行速度，因为有输出电压的限幅功能，不能超过额定运行速度。检修运行状态是用于检查牵引钢丝绳及负荷皮带的劳损情况。
系统在运行中，如果井口接载皮带机因故障停机、井口、井底人过位保护或胶带机巷的沿线保护动作，则系统自动停机井发出报警信号。可编程序控制器采用光电隔离的输入模块及继电器隔离的输出模块。使输入输出与微处理机隔离，抗干扰能力强，系统具有极高的稳定性和可靠性。
4 程序流程图
可编程序控制器的程序流程图如图2所示。在钢丝绳牵引胶带输送机起动之前，可编程序控制器软件先检测各个运行是否满足要求，如不满足则发出警告待处理完满足条件后才发出运行指令。系统在运行过程中时刻检测各输入端口的运行状态，有变化立即作出反应，发生故障则报警直到中断运行。
系统软件设计时把复位优先的锁存指令用于安全保护回路，以满足在役有处理完故障之前闭锁起动回路的要求，从而提高了系统的安全可靠性。
一、引言
本文介绍了由中小型PLC组成的控制系统在广东南海市第二水厂自控项目的应用。南海市第二水厂设计总规模为日供水100万m3,首期工程为日供水25万m3，于1997年4月建成投产，二期25万m3/d工程即将建成投产，自控项目主要对一期自控工程进行改造和二期自控工程建设，并为后续扩建预留接口。
二、生产工艺
本系统应用水厂的生产过程如图一示：
主要分为以下几个工艺过程：
（1）取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。
（2）药剂的制备与投加 按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的。
（3）混凝 包括混合与絮凝，即地表水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥。
（4）平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
（5）过滤 沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。
（6）送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入城市管网。
三、控制方案
由于自来水生产工艺主要具有以下特点：（1）各生产工艺段相对独立，单体设备多。（2）采集的数据量大，整个系统共有数字量输入、输出超过3000路，模拟量输入、输出超过1000路，且工艺参数种类多，包括压力、流量、温度、差压、液位、电流、电压、功率等，但上下游相关联的生产参数少。（3）自来水生产具有连续性、性和不间断性。（4）各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。根据以上特点，本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段生产设备分散控制，利用OMRON Protocol和Controller bbbb组成网络，在各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图二示。
在取水及送水工艺段上，主要设备由多台大型的离心水泵和10KV高压直配电机组成，每一电机由相应的高压配电柜控制，因此为每一面高压配电柜选用一台Sepam2000(施耐德生产，专用于配电柜控制的小型PLC)进行数据采集和控制，每一泵阀在现场选用一台OMRON CPM2A用于数据采集和控制，通过RS422接口连成网络，由控制室的OMRON C200HG中型PLC利用OMRON Protocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，而且当某台PLC发生故障时可以方便断开其维修而不影响其它设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制，由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动，因此其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1：N通讯，电台型号为MDS-SCADA-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4G~2.4835GHz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用OMRON Protocol，软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障造成全部滤池停产而影响安全供水的问题。整个Controller bbbb网络由中继器分成两段，主要是为了满足Controller bbbb对通讯距离的要求，同时可适应以后扩展的需要。系统中生产工艺所要求的全部参数都由PLC采集和控制，上位机只是人机界面和对生产数据进行后续处理，大大地提高了系统的可靠性。本控制方案全部选用中小型PLC，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，提高了可靠性，是一种经济可行的方案。
四、相关中小型PLC介绍
1、OMRON C200HG 其具有速度快、功能强、编程方便和运行可靠的特点，大I/O点数达1184点，程序容量15.2K,指令执行时间为0.15μS~0.6μS,可支持各种通讯单元。
2、OMRON CQM1H 适用于分散控制的紧凑型PLC，I/O点数为512点，程序容量为7.2K,支持各种内装板和Controller bbbb单元。
3、OMRON CPM2A 是为满足10~60点I/O的系统控制操作而设计，能满足单体设备高效控制要求，有效地代替继电器控制器和传感器控制器。
4、Controller bbbb 是OMRON提供的一种工厂自动化网络。它可以在合适的PLC和各种微型计算机之间方便地、灵活地发送和接收大容量数据包，支持能共享数据的数据链接和在需要时发送和接收数据的信息服务，网络采用屏蔽双绞线电缆或光纤连接，大传输距离随波特率而变，在采用两层中继器的情况下，波特率在500kbit/s时，传输距离可达3Km，大支持62个节点。Controller bbbb网络是一种使用令牌总线通信的网络，这种总线型拓扑结构具有大的灵活性，易于扩充和维护，满足系统可扩展性的需求。由于采用了分布式控制技术，可确保Controller bbbb网络不会因某个站点故障而崩溃，提高了系统的稳定性。
5、OMRON Protocol 利用OMRON的通讯板，与连接在RS232或RS422/485的各种通用组件（如各种牌子型号的PLC、现场仪表等）进行数据发送、接收的程序，通过通讯协议支持软件（OMRON-CX- Protocol）让用户自由编制，以PMCR指令就能够实行的原始通讯协议。
五、程序结构
本系统全部设备的控制都由PLC来完成，程序利用OMRON-CX-Programmer软件编制，在上位机上通过Controller bbbb网络或串行口传送至PLC的CPU单元。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立，部分相同的工艺采用子程序模式。对于部分要求较高精度的工艺参数的控制，则利用PLC的PID指令进行闭环控制，已能满足生产要求。因此程序结构比较简单，调试和维修方便。下面用水泵的开停和滤池的自动操作两个工序作说明。
1、水泵的开停控制流程 水泵的启动和停止由操作人员在上位机发送指令，由PLC一步化完成操作。程序结构图如图三示。
2、滤池自动控制流程 过滤由多格滤池共同完成，对于每一格滤池，其工艺过程基本相同，包括正常过滤和反冲洗状态，因此采用子程序的控制模式，程序结构图如图四示。
六、结束语
本项目是由工业计算机和中小型PLC组成的集散型控制系统，利用了PLC抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的持点，在上位机能实现对全厂生产设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，满足大型自来水厂自动控制的要求。整个方案安全可靠、经济实用，易于编程、操作及维修，在广东南海第二水厂得到良好的应用。
1 引言
随着自动化设备对控制的高精度、高响应性需求的不断增加，自动化控制技术不断提高，jingque的高速定位控制得到广泛应用，PLC这一工业控制产品也从早期的逻辑控制领域不断扩展到运动控制领域，实现了以往PLC无法完成的运动控制功能。
在运动控制中大多数采用我们熟悉的数控系 统或者是计算机运动板卡来完成，虽然作为专门的产品能够实现复杂的运动轨迹控制，但同时要完成一些逻辑动作的控制就不如PLC灵活方便。台达DVP20PM系列PLC高速定位、双轴线性及圆弧插补多功能可编程控制器，结合了PLC逻辑动作控制和数控系统运动控制的各自优点，在功能上满足双轴插补的高速定位需求。
2 台达运动控制型PLC硬件结构
DVP20PM是台达运动控制型PLC。DVP20PM通过前后两个扩展口既可作为PLC主机执行也可作为EH2型主机的扩展模块使用，具有X0-X7、Y0-Y7数字量输入输出各八点，并配置了手摇轮、零点信号、原点信号、极限信号、启动、停止等各种信号接口满足应用需求。
DVP20PM主机包含64K超大程序容量内存（Flash），可支持100段运动程序，脉冲输出高可达500KHz，并具备电子原点返回模式，支持PLC顺序语言及定位语言（G 码与M码），下面先由硬件部分简单介绍20PM 组成。
2.1 电源
DVP20PM电源规格参见表1。
表1 电源规格
2.2 I/O点规格
参见图1，DVP20PM提供的数字量输入输出点规格与台达通用PLC规格基本相同，输入点支持SINK（漏极）和SOURCE（源极）两种方式，输出点也有继电器输出和晶体管输出可选。
图1
需要提到的是其在运动控制中的特殊输入输出点，简述如下：
START0、START1：启动输入
STOP0、STOP1：停止输入
LSP0/LSN0、LSP1/LSN1：右极限输入/左极限输入
A0+、A0-、A1+、A1-：手摇轮A相脉波输入+,-（差动信号输入）
B0+、B0-、B1+、B1-：手摇轮B相脉波输入+,-（差动信号输入）
PG0+、PG0-、PG1+、PG1-：零点讯号输入+,- （差动信号输入）
DOG0、DOG1：原点回归的近点信号输入或多段运动的启动信号
CLR0+、CLR0-、CLR1+、CLR1-：清除信号（Servo驱动器内部偏差计数器清除信号）
FP0+、FP0-、FP1+、FP1-：脉冲输出端口
RP0+、RP0-、RP1+、RP1-：脉冲输出端口
（注：0表示轴，1表示第二轴，如START0表示启动轴，START1表示启动第二轴，其他信号依次类推）
从端子分布可以看到，除了常用的极限和启动停止信号外，配置了过零脉冲PG和手摇轮功能输入端，手摇轮是机床应用中常用而必备功能，而利用过零信号在jingque控制场合往往会用到，当然更不用说定位控制中都会用到的DOG原点信号。
2.3 配线规格
一般I/O点配线就不再赘言了，可以关注一下PLC比较少用到的差分输入输出方式，在信号中有一部分是这样的，一定要注意否则将不能正确完成，参见图2、图3。
图2差分输入配线示意图
图3差分输出配线示意图
3 台达运动控制型PLC软件结构
3.1 DVP20PM程序结构
由于20PM主机结合了PLC顺序逻辑控制及双轴插补定位控制的功能，因此在程序架构上主要分为O100主程序、Ox运动子程序及Pn子程序等三大类，结合了基本指令、应用指令、运动指令及G Code指令，使程序设计更多元化，结构更清晰;程序采用PMSOFT软件进行编辑，参见图4。
图4 程序设计界面
（1）主程序。主程序以O100作为起始标记，M102作为结束标记，是PLC顺序控制程序，主要为控制主机动作执行，在O100主程序区域中，可以使用基本指令及应用指令，或在程序中启动Ox0～Ox99运动子程序及调用Pn子程序。主要提供主控制程序的建立，以及运动子程序的设定及启动控制。
（2）运动子程序。Ox0～Ox99运动子程序为运动控制程序，主要为控制20PM系列主机进行X-Y轴双轴运动之子程序，于Ox0～Ox99运动子程序区段中，有支持基本指令、应用指令、运动指令及G码指令，并在程序中可规划呼叫Pn指针子程序，通过PLC提供的内部特D特M进行子程序的控制。主要提供运动子程序的建立，以及运动子程序的运动控制，在架构上可算是20PM的运动指令及G码指令规划区域。
（3） 子程序。这里所说的子程序是指以Pn开头的一般用子程序，主要是被O100主程序及Ox运动子程序调用的子程序。如在O100主程序调用Pn指针，则Pn指针子程序支持基本指令及应用指令;若在Ox0 ～ Ox99运动子程序中调用Pn指针时，则Pn指针子程序区段可支持基本指令、应用指令、运动指令及G码指令。
3.2 PMSOFT软件介绍
与台达PLC的WPLSoft软件相似，DVP20PM的编程软件PMSOFT按照IEC61131标准设计，具有梯形图和语句表两种编程方式，且具有G码汇入、错误提示、区段注释、装置注释、标尺、完善的监控窗口、运动指令追踪等便利工具提供给用户，特别值得一提的是该软件具有运动轨迹仿真功能，当您编辑好程序后可利用此功能对加工轨迹进行模拟演示，参见图5。
为方便切换阶梯窗口，只要点选系统信息列中的树枝状对应的程序编号，自动切换对应的程序编辑窗口，在PMSoft编辑环境中同时只能有一个阶梯图窗口，这是为了在庞大复杂程序中找寻程序方便，同时将主程序、运动子程序、一般子程序这三种程序模块化处理，O100主程序只有一个编辑窗口，Oxn运动程序有100个编辑窗口，Pm子程序有256个编辑窗口，总共有357个窗口，每个窗口未编辑都有10 network。程序编辑由网络区段组成，每个网络区段是由输入与输出编辑区域所组成，在编辑过程中，自动产生逻辑结构正确的阶梯图，使用者无须再做额外补线的动作，网络区段编辑并具有错误提示功能。
图5 梯形图编程界面
4 运动控制编程
4.1 相关概念
在谈到DVP20PM产品的应用之前，我们对以下概念进行一个简要介绍。
（1）插补。插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点。从而为轨迹控制的每一步提供逼近目标。
逐点比较法是以四个象限区域判别为特征，每走一步都要将加工点的瞬时坐标与相应给定的图形上的点相比较，判别一下偏差，然后决定下一步的走向。如果加工点走到图形外面去了，那么下一步就要向图形里面走;如果加工点已在图形里面，则下一步就要向图形外面走，以缩小偏差，这样就能得到一个接近给定图形的轨迹，其大偏差不超过一个脉冲当量（一个进给脉冲驱动下工作台所走过的距离）。
（2）直线插补。这个概念一般是用在计算机图形显示,或者数控加工的近似走刀等情况下，以数控加工为例子：
一个零件的轮廓往往是多种多样的，有直线，有圆弧，也有可能是任意曲线，样条线等。数控机床的刀具往往是不能以曲线的实际轮廓去走刀的，而是近似地以若干条很小的直线去走刀，走刀的方向一般是x和y方向。
插补方式有:直线插补,圆弧插补,抛物线插补,样条线插补等等。
所谓直线插补就是只能用于实际轮廓是直线的插补方式（如果不是直线,也可以用逼近的方式把曲线用一段段线段去逼近,从而每一段线段就可以用直线插补了）.首先假设在实际轮廓起始点处沿x方向走一小段（一个脉冲当量）,发现终点在实际轮廓的下方,则下一条线段沿y方向走一小段,此时如果线段终点还在实际轮廓下方,则继续沿y方向走一小段,直到在实际轮廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循环类推.直到到达轮廓终点为止.这样,实际轮廓就由一段段的折线拼接而成,虽然是折线,但是如果我们每一段走刀线段都非常小（在精度允许范围内）,那么此段折线和实际轮廓还是可以近似地看成相同的曲线的——这即是直线插补。
（3）联动与插补。一个点的空间位置需要三个坐标，决定空间位置需要六个坐标。
一个运动控制系统可以控制的坐标的个数称做该运动控制系统的轴数。而可以同时控制运动的坐标的个数称做该运动控制系统可联动的轴数。联动各轴的运动轨迹具有一定的函数关系，例如直线，园弧，抛物线，正弦曲线。直接计算得出运动轨迹的坐标值往往要用到乘除法，高次方，无理函数，超越函数，会占用很多的CPU时间。为了实时快速控制运动轨迹，往往预先对运动轨迹进行直线和圆弧拟合，拟合后的运动轨迹仅由直线段和圆弧段所组成，而计算运动轨迹时，每一点的运动轨迹跟据前一个坐标点的数据通过插补运算得到，这样就把计算简化为增量减量移位和加减法。
实现多轴联动的直线插补并不困难，圆弧插补一般为两轴联动。插补运算可以有多种算法，例如 "DDA 算法"，"逐点比较法"，"正负法"，"小偏差法（Bresenham 算法）"等，其中小偏差法具有小的偏差和较快的运行速度。
DVP20PM运动控制型PLC可实现2轴联动，支持直线和圆弧插补，以及相应的第三轴处理。
（4）数控软件。DVP20DPM支持复杂的运动轨迹控制，那是如何实现的呢?简单的说，将复杂轨迹通过AUTOCAD等软件生成图形，再经过CAM软件转换为G代码，而PMSOFT可以直接导入文本格式的G代码，这样就可以完成运动程序下载到20PM中执行。那么怎样完成图形到G代码的转换呢，这就需要CAM软件了，以下简单介绍一些常用的CAM软件：
目前CAD/CAM行业中普遍使用的是 MASTERCAM 、 CIMATRON 、 PRO-E 、 UG 、 CATIA...
• MASTERCAM 是常用的一种软件，大多数数控操作员都使用 MASTERCAM ，它集画图和编程于一身，绘制线架构快，缩放功能好。
• CIMATRON 是迟一些进入中国的软件，在刀路轨迹上的功能优越于 MASTERCAM，现已被广泛地应用。
• Pro/E 是美国 PTC 开发的软件，现已成为全世界普及的三维 CAD/CAM 系统。集多种功能于一体，用于模具设计、产品画图、广告设计、图像处理、灯饰造型设计，是好的画图软件，一般来说用 PRO-E 画图，用 MASTERCAM 或 CIMATRON 加工。
当然还有其他同类软件也同样可以使用，通过这些软件将我们想要加工的轨迹曲线数据转换为PLC或数控系统可以识别执行的代码，从而控制我们的设备运动。
4.2 运动控制特点
（1）DVP20PM特色。多段速执行及中断定位，利用此项功能实现运动的平滑性及准确定位。64K步程序容量,100段运动程序，满足不同加工需求;在20PM中大可设置100种运动轨迹，同时利用64K的程序容量，预先将需要执行的各种不同运行曲线的G码存储在PLC中，当需要加工某种规格时，可以采用文本显示器、触摸屏等来调用。支持G码的直接汇入，当采用CAM软件生成文本格式的G码后，可利用PMSOFT的汇入菜单直接汇入到PLC运动程序中。脉冲输入输出采用差动方式，高达500KHz，满足了绝大多数应用中速度的要求。支持手摇轮应用，这是运动控制中的一个基本功能，可做一些手动的调整。具备电子原点返回模式，在20PM内存中加入了原点记忆功能，只要设定了电子原点，即使设备断电，在下次上电后也可以轻松找到原点位置。可连结EH2主机与所有扩充模块，20PM可以灵活配置，即可以接在EH2主机后作为专门定位扩展模块，也可以做为主机连接其他的模拟量等特殊功能模块。支持PLC顺序语言及定位语言（G 码与M码），实现了通用PLC与数控技术的一个完美结合。配置运动轨迹的离线仿真功能，在实际加工前利用该项功能可以检查运动程序是否存在问题，可及时解决减少错误发生，参见图6。
