西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8功能介绍

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汽车制造是现代工业文明的集大成者。对于自动化而言，也意义深远。工厂自动化体系的基础和代表——PLC就源于汽车行业发展的需求(1968年，通用汽车公司为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以替代继电器——PLC应运而生)。

　　时至，汽车工业的发展和自动化技术的进步，已经使汽车制造的自动化系统发展为颇为复杂的体系。不仅PLC、HMI、变频器、伺服、机器人、MES等都有大量应用——涉及下层的现场直至向上与ERP的连接。

　　中国经济民生的发展使得汽车行业进入了高速成长的阶段。虽然经济危机导致厂商战略的短暂迟疑，但快速的回暖和政策刺激，使得中国汽车产业又进入了新一轮的黄金季节。

　　无论是对工业(制造业)、自动化，还是在整个经济构成中的贡献，汽车产业均是举足轻重的代表。本文尝试分析行业的基本背景、项目模式和参与者、市场的规模和成长，从而为业者提供一些参考。

　　汽车行业的背景数据

　　得益于税收政策的优惠，2009年汽车市场火爆。这无疑排解了经济危机给汽车厂商带来的投资犹疑。另一方面，由于中国汽车市场成长的长期看好，汽车厂商在中国多有长期的投资计划。因此，对于汽车的自动化市场而言，2009年不跌反升，并且恢复速度远高于其他行业，如表1所示。

汽车行业的项目模式和参与者

　　汽车行业项目巨大，实施过程需要多方面的参与。对于自动化厂商而言，设计院和系统集成商尤为重要。在销售过程的组织中，务必在用户(汽车企业)、设计院和系统集成商，三方关系协调，才能更好的达成订单，如图1所示。

　　汽车行业的PLC市场规模、份额和增长率

汽车行业所涉及的工艺和子车间多样。其中对PLC需求较多的主要在冲压车间、车身车间、喷涂车间和总装车间。以下是常见的车间配置情况，如图2所示。

　　由于I/O点数较多，控制复杂，常见的PLC为中型和大型PLC，小型PLC也有应用，一般在加工设备中自带，如表4所示。

　　对于PLC的选择，是设计院、系统集成商、用户、PLC供应商多方角力的结果。但一般而言，主要设备的选择，较为遵从汽车厂商的国家来源。一般德国系会采用西门子，美国会偏向罗克韦尔自动化和GE，法国用施耐德电气，而日系则沿用三菱或欧姆龙。这使得PLC市场的格局和汽车本身的市场格局有一定相似性。但是这种情况正在发生改变。一则本土汽车制造商的崛起，他们的选择给了PLC企业更大的竞争空间。此外，随着国外厂商的进一步本土化，在中国的选择，越来越由中国工厂自行决定。虽然有全球合作协议，但是因为在本地服务跟不上，而丢掉大客户的PLC厂商屡见不鲜。未来，汽车行业的PLC竞争，会更加激烈和市场化，如表5所示。

如汽车背景数据所述，车市的长期看好和2009年的意外增长使得汽车PLC的短期和长期增长预期都在一个利好的环境中。由于投资周期较长，汽车行业的增长仍然是一个较为偏向长期的预测，即在未来3~5年内，将会保持快速而平稳的增长，如表6所示。

自从1969年台可编程控制器(简称PC机)在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。我厂于1988年开始将可编程序控制器应用在硫化机上，至今使用情况一直良好。下面以欧姆龙公司的C200H可编程序控制器为例，谈一谈PC机在硫化机上的应用。

　　1 C200H可编程序控制器的特点

　　(1)系统构成灵活。

　　(2)可靠性高，抗干扰性能强，环境适应性好。

　　(3)功能强。

　　(4)指令丰富，速度，快，编程简捷。

　　(5)故障诊断能力强，具有自诊断功能。

　　(6)多样化的通信功能。

　　2 在硫化机上使用可编程序控制器的优点

　　(1)简化输入设备及其本身的接线，如转换开关、按钮等可从复杂的多组组合简化为单组组合。限位开关、按钮等的接线可只接一组接点(常开或常闭)，另一种状态可通过PC内部识别，这样大大地降低了外围设备的接线姓。

　　(2)用软件代替继电器的倾接线.改变控制要求方便。PC机采用有微型计算机为核心的电子线路，是多种电子式继电器、定时器和计数器的组合体，它们之间的连线(即内部接线)通过指令用编程器进行.如果按照现场要求改变控制方式，修改控制线路，只需用编程器对指令进行修改即可，十分方便。

　　(3)用半导体元件将继电器有触点控制改为PC机无触点控制，大大提高了。J靠性相稳定性，将原继电器盘控制装町的故障，如继电器线圈烧坏、线圈粘连、线阁吸合不紧、接点脱落等继电器本身的故障彻底消除。

　　(4)扩展I/0饥架有两种电源型号选择：①使用100～120VAC或200～240VAC电源;②使用24VDC电源。输入设备如按钮、选择开关、行程开关、压力调节器等可用24VDC电源作为信号源，这样可避免由于生产环境温度过高而造成行程开关、压力调节器等短路现象，提高了维修工人的安全性，降低了维修工作埠。输出端可通过200～240VDC电源直接驱动电磁阀、接触器等输出负载。

　　(5) 除了有CPU错误、电池错误、扫描时间错误、存贮器错误、Hostink错误、远程I/O错误等自诊断功能和能判断PC机自身故障外，对应于I /O每一个点都有信号指示灯，指示I/0的0N/OFF状态，根据I/O指示灯的显示可准确、快捷地判断PC机外围设备的故障。

　　(6)根据控制要求，可方便地构成合适的系统，且便于扩展。如果硫化机需增加和改进外围控制系统，在主CPU上再加扩展元件，以后设备需联网，可很方便地构成系统。

　　3 如何给硫化机编程

　　(1)确认硫化机正常运行的整个过程必须做那些动作，以及它们之间的相互关系。

　　(2)确定行程开关、按钮等作为发送输入信号到PC的输入设备所需的输入点数;电磁阀、接触器等作为接收来自PC输出信号的输出设备所需的输出点数。然后给每一个输入和输出点指定一个I/0位，同时分配“内部继电器”(IR)或工作位和计时器/计数器。

　　(3)根据输出设备之间的相互关系和控制对象必须动作的顺序(或时间)，画出梯形图。

　　(4)如果使用GPC(图形编程器)，FIT(工厂智能终端)或LSS(IBMXTAT编程软件)就可以直接用梯形图逻辑编PC程序，但如果使用普通编程器，必须把梯形图转换为助记符(由地址、指令和数据组成)。

　　(5)利用编程器或GPC检查程序，并纠正错误，然后试运行程序，并观察硫化机的运行，是否与我们的要求相一致，然后修改程序，直到程序完善。

4 硫化机自控系统的常见故障

　　采用PC机控制的硫化机故障率相当低，故障一般主要发生在下面几个方面。

　　(1)输入设备

　　象行程开关、按钮、转换开关经过多次反复动作后，会产生松动、不复位等现象，有的甚至会损坏。

　　(2)输出设备

　　由于环境潮湿和管路泄漏现象，使电磁阀进水，发生短路，烧坏电磁阀。信号灯也经常有烧坏的现象。

　　(3)PC机

　　由于输出设备多次短路，产生高电流，冲击PC内部的输出继电器，而使输出继电器触点熔化而粘连在一起，损坏继电器。

　　5 维护和保养

　　(1)在安装PC机时，必须远离下列环境：腐蚀性气体;温度剧烈变化;阳光直射;灰尘、盐和金属粉末。

　　(2)平时使用必须定期检查，象某些易损件(如保险、继电器和电池等)需要经常更换。

　　(3)每组输出单元经220VAC输出，至少必须加一个2A250VAC的保险丝，当该保险烧断，一定要检查该组输出设备是否有异。若不检查就马上换上新保险，则易损坏输出单元的继电器。

　　(4)平时要注意观察电池报警指示灯，如果报警灯闪，必须在一周内更换电池(更换电池要在5min内完成)，电池平均寿命为5年(在室温25℃以下)。

　　(5)当CPU和扩展电源拆下检修后，安装接线时一定要接对，否则很容易烧坏CPU和扩展电源。

　1 引言

　　传统的自立袋罐装机多采用继电器控制，随着执行机构的增多，功能的增强，使得机器越来越复杂，给制造、调整、使用和维修均带来不便，并且会使故障率增加。

　　由于目前罐装机行业竞争激烈，企业要在竞争中站稳脚跟，需要不断的改进产品质量，向自动化、高效化发展。PLC由于其抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，等优点被广泛应用于各种工业控制领域。利用PLC实现对自立袋罐装机的控制，结构简化，维护方便，可以节约调整时间，增加设备的柔性，同时运行稳定可靠。本系统采用西门子S7-200PLC，文本显示器和OMRON增量型旋转编码器对原系统进行改造，取得了可喜的成果。

　　2 生产流程图

　　本系统是集灌装、旋盖、清洗于一体的生产线，适用于有嘴软包装袋的自动定量灌装、旋盖，可以灌装液体、酱料等流体产品。本机采用特殊灌装头，可分二次灌装，当灌装位置没有包装袋时，灌装头不会流出灌装液体，保证了包装袋产品外观的干净整洁。具体流程图如图1所示。

　　
图1 生产流程图

　　3 控制系统

　　原系统采用凸轮系触发控制信号，利用五个调整好的凸轮，来实行工作循环及节拍，控制各执行机构的动作。在执行灌装过程的五个步骤，即：电器联锁，泵工作，阀工作，旋盖和清洗，要求凸轮在达到一定角度时五个凸轮配合工作。此方法虽然也能满足控制的要求，但是凸轮位置要求较高，调整麻烦，设备的装配、调整带来困难，而且，当生产过程中的工艺参数发生变化时，调整起来相当困难。原系统凸轮系结构如图2所示。

　　
图2 凸轮系结构图

　　新设计采用PLC和旋转编码器实现对各执行机构的**控制，使控制系统模块化，设备的零部件数量、结构大为简化。同时通过与文本显示器相结合，还能根据包装产品的不同，方便快捷地修改工艺参数，省去了原始控制面板的设计与生产，具体结构如图3所示。

　　增量式旋转编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角，利用S7-200的高速计数器指令(HSC)来实现**读取旋转编码器的转角，从而实现对空间凸轮所转过的角度进行检测。当脉冲数表明空间凸轮转过所要求的角度时，PLC就发出指令，要求各执行机构执行相应的动作，即实现灌装、旋盖和清洗。高速计数器的高计数频率取决于CPU的型号，CPU224有6个高速计数器，6个单相计数器，均为20kHz的时钟速率。

　　
1.电机2.旋转编码器3.减速器4.凸轮分度器5.出袋口6.清洗装置7.旋盖装置8. 文本显示器9.灌料装置10.压注装置11.料箱 12.加热水箱

　　图3灌装机主要结构图

　　4 控制系统时序图及程序流程图

　　控制系统的时序是非常重要的，既要紧凑，又要满足各个工序要求，只有安排得好，各执行机构才能合理执行各自的动作。原系统采用凸轮系对设备各执行机构进行控制，改造后采用PLC、位置传感器及旋转编码器等来完成控制。

　　
图4 时序图

　　

图5 PLC程序流程图

　　5 PLC控制部分输入输出信号

　　根据整个循环工作中PLC要做的工作， PLC输入输出信号如表1所示。

　　表1 PLC输入输出信号