西门子6ES7221-1BF22-0XA8使用说明

西门子6ES7221-1BF22-0XA8使用说明

1 引言
某火炮发射车为了提高命中率，在发射火炮前，必须先进行承载平台的调平。承载平台由四条支腿和四个轮胎支撑，为了保证调平后水平度的稳定，调平时首先让轮胎离地，只让四条支腿支撑平台，以克服轮胎变形引起的平面变化。要实现自动调平，就必须使电气控制系统和液压系统在计算机的控制下，成为一个有机的整体，协调、高效、准确地运行。平台控制的关键技术是调平算法的选择和自动调平技术的实现。我们使用了2个水平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度，而每个支腿的升高都可能引起它们的变化，因此从控制系统来看，这是一个多输入多输出的强耦合的动态过程[1]。

火炮发射平台应该满足以下要求:
(1) 调平后，平台由四条支腿支撑并与车体脱离;
(2) 调平过程应在短时间内完成，并满足精度指标的要求;
(3) 平台调平后，应进行锁定以保证平台的状态至少24小时不变。
为了提高火炮的机动性，我们研究开发了PLC控制的自动调平系统，这种系统调平时间短，调平精度高，操作简单可靠，对提高火炮的机动性能具有重大意义。

2 四点式平台的调平方法
图1是四点式承载平台示意图。按照对称矩形方式，采用4个垂直油缸来支撑平台。这种支撑形式具有稳定性好、抗倾覆能力强等优点，因此被广泛用于机动火炮的发射过程[2]。

图1 四点式承载平台示意图

调平系统中水平传感器安装如图2所示，水平传感器与平台的一条对角支点连线平行安装。平台有4个支点，平台重心不在两水平传感器交叉点上。如图2所示，2个方向倾角为α和β，传感器夹角为γ，则平台的倾斜度θ可以由α和β合成为:

如果2个方向的控制精度为±δ，则调平后平台的水平误差为:

从(2)式可以得到，控制度δ一定，当γ=90°时，平台的水平误差θ取小值，因此在大多数的调平系统中，两个传感器都互相垂直安装。此时

也就是说，两边的水平控制度应为整个平台水平控制度的，比如要求整个平台的倾斜度为2′，则控制时2个方向的控制度应该为。

图2 传感器安装示意图

根据水平传感器测出的水平倾角可以判断出4个支承点的高低，找出高点，按照“只升不降”的原则，采用升调平技术，把其他3个支点升高至与高点处于同一水平面后，调平过程结束。其技术关键是如何根据2个水平倾角决定各支点应该升高的高度，以及采用哪种方法去jingque控制各支点升高的高度。

3 调平的PLC实现及系统构成
由于PLC的高可靠性和接口的简易性，使用PLC实现自动调平是一种很好的方法。假定高支点高度为A，某一支点高度为B，按照升调平方法，则B点需要升高的垂直高度为AB，我们可以用下面的公式计算出该支腿升高AB时所需要的脉冲数n，从而控制该支腿升高的高度，达到调平目的。

式中ΔP是产生1mm位移的固定脉冲，可以用实验方法jingque测出支点升高1mm所需的时间，编程控制加于液压开关的脉冲个数就可实现要求的位移。

本系统选用德国Siemens公司的SIMATIC S7-300系列的PLC作为主控元件，其结构框图如图3所示。该PLC系统包含电源模块、CPU模块、模拟量输入(AI)模块、数字量输入(DI)模块和数字量输出(DO)模块[3]。通过2个水平传感器检测平台的左右倾角和前后倾角是否满足精度。检测出的倾角信号经相敏整流电路后送给模拟量输入模块。模拟量输入模块用来输入水平检测信号，自动完成A/D转换，然后送给CPU模块，与给定水平度进行比较。CPU模块作为控制器，可以发送各种控制命令，接收并处理各种数据，对整个系统进行协调控制。CPU模块输出的控制量通过数字量输出模块，控制各支腿继电器动作，从而可以控制各支腿的升降，达到调平目的。液电压力开关可以检测各个支腿是否着地，避免虚腿调平。支腿着地时，对应的液电压力开关就会闭合，数字量输入模块对应的输入信号就为高电平;反之，支腿悬空时，对应的输入信号就为低电平。CPU模块根据读入的数字量做出相应的处理。

图3 调平系统的结构框图

4 系统的工作过程
本系统的工作过程与系统的软件流程相对应，分为四大模块，分别是:差动着地模块、手动调平模块、自动调平模块、自动撤收模块。根据平台的倾斜度，整个调平过程分为粗调和精调，倾斜度大于5°时，系统粗调，各支腿的动作速度较快;倾斜度小于5°时，系统精调，各支腿的动作速度较慢。其工作过程为:
(1) 启动电机，送启动信号给PLC;
(2) PLC接收到启动信号，执行程序;
(3) 差动放腿40s，保证所有调平支腿着地;
(4) 根据操作指令，执行调平过程:
·按下“手动调平”键，则根据发出的各支腿升降指令进行调平;
·按下“自动展开”键，系统自动读入水平传感器的倾角，判断倾斜度，自动进行调平。采用升调平技术，根据读入倾角值，判断高点，计算各支点需要升高的高度，用(4)式计算出所需脉冲数，然后把它对应加到各支腿，控制它们的高度，达到调平目的;
(5) 调平过程结束，发射车可以发射火炮。需要撤收时，按下自动撤收键，系统自动撤收所有调平支腿。

5 技术要求与试验结果
本调平系统的技术参数要求是:
(1) 调平精度≤2′
(2) 调平时间≤3min
(3) 保持稳定状态24h不变
试验证明，该系统达到了指标要求，调平时间小于1min，调平精度在2′以内，稳定性满足要求。本调平系统已调试完成，经过多次打靶实验，命中率比较高，取得了令人满意的效果。

1 引言
PLC已广泛应用于大中小型炼铁高炉。山西建邦集团通才工贸钢铁有限公司于2003年建造380m3高炉采用了自动化控制技术，现已顺利投入运行。

2 系统组成
该公司380m3炼铁高炉自动化控制系统包括上料卷扬、高炉本体、布袋除尘与热风炉共三个子系统。整个自控系统中，上料卷扬是关键，也是本文的重点，其配料的精度，拉料的快慢直接影响着高炉的生产指标。

2.1 自动化系统组成
通常高炉自动化控制系统的软件包括:bbbbbbs 2000版操作系统、Inbbblution FIX7.0监控软件、STEP 7西门子编程软件。其网络结构如图1所示。

图1 网络结构图

此高炉自动化控制系统的硬件包括:由SIMATIC 400 CPU和S7-300 I/O模板构成一个工作站，用于上料卷扬和高炉本体的控制与检测;由SIMATIC 300 CPU和S7-300 I/O模板构成另一工作站，用于热风炉和布袋除尘的控制与检测。这两个工作站还包括数量不等的电源模块和ET200通讯模板，系统共用4套研华工业微机、3个西门子CP5613网卡、一个以太网卡。

上料卷扬、高炉本体、热风炉和布袋除尘这3个系统通过西门子CPU的MPI/DP接口、三套工业微机的网卡CP5613串成一个MPI网。工作站的子站间是通过ET200相连而成的Profibus-DP网，高炉值班室设有一工程师站,工程师站与另一台操作微机通过以太网卡相连构成以太网。工程师可以根据实时曲线和历史曲线及相应生产指标之间的规律，确定重要参数区域，进行工艺分析判断，高效地得到技术分析结果，以便寻求到高炉生产过程工艺参数的佳范围和各参数间的佳组合，从而大限度地挖掘高炉潜力，不断改善技术经济指标。

2.2 槽下设备简要介绍
槽下设备结构图如图2所示。

图2 槽下设备结构图

如图2所示，槽下设备由4条皮带，10个料仓，两个料坑组成，其中1#～5#是烧结仓，6#、7#是焦炭仓，8#是熔剂仓，9#是球团仓，10#是生矿仓，每个料仓对应一个震筛，5台配料秤分别装在8#、9#、10#仓和南北两个料坑上。

3 上料工艺要求
秤斗根据人工设定值备好料，按指定的放料顺序(料制)把料放至料车，然后送至高炉。料制如表1所示:

表1 料制表


上料时按照大循环循环上料:料制1→料制2→料制1→料制1→料制2→料制……。料制1对应矿、矿、焦、焦料种及顺序不变，料制2对应焦、焦、矿、矿料种及顺序不变。根据生产需求，第X料批可任选料制X，矿、焦选仓号时，只要料种对应也可任选。

4 料制运行编程方案
由表1上可以看出要想实现大循环的循环上料需要做以下工作:判断是第几料批，是料制几，是仓号几，在PLC里建一DB1块见表2。

表2 DB1块

至此建一闭区间功能块FC1即:MIN ≤IN0≤MAX,再建一功能块FC2。

5 配料补偿方案
为了保证上料的jingque性，上料时必须把料量误差降低到小，配料误差通常由以下两个因素产生:其一，称量斗放完料后边角挂料，放不干净;其二，振动筛的固有余振。要尽可能地消除误差，这就涉及到补偿的问题了。补偿模型的建立与下列几个量值有关:
·振动筛停止振动后，计算机采集到的料满后的称量值为满值QM;
·计算机发出料空信号，称量斗门关好后采集到的称量值为空值QK;
·人工设定的每斗的重量值为设定值QS;
·根据误差，经过功能块的计算得到补偿后的称量值为控制值QC;
·从发出停皮带或停筛信号到皮带或振筛停止振动，这段时间内的振料量为提前量QT;
·实际由皮带、小车送入炉内的量值为入炉量QR。
由以上定义可知:


新控制值的计算需要补偿余振的多余部分、积料产生的空值、前n次入炉量与n次人工设定值累计的差值，则
控制值=设定值-提前量+空值-(n次入炉量-n次设定值累计量)
即:

由于提前量、空值为随机量，所以采用算术平均值可以把误差降到小。但在实际应用中考虑到内存的容量，所以只取上次的提前量和空值。程序流程见图3。

图3 程序流程图

6 结束语
该系统上料卷扬采用S7-400 CPU配以S7-300的模板，高炉本体采用网络系统数据采集、控制，大大降低了投资成本。自投运以来，该高炉在生产正常的情况下，每小时的上料可达到9批，由于其配料速度与配料精度的提高，相比同等类型的高炉，利用系数高出0.2左右，收到了可观的经济效益。另外，也说明自动化系统的初投资，能从生产中不断取得的经济效益得到补偿，这是值得人们关注的问题。

1 引言
可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用[1]。

行李输送系统用PLC控制有很多优点，它主要通过软件控制，从而省去了硬件开发工作，外围电路很少，大大提高了系统的可靠性与抗干扰能力;由于它简单易行的可编程序功能，无须改变系统的外部硬件接线，便能改变系统的控制要求，使系统的“柔性”大大提高。

2 行李输送系统
浦东机场行李输送系统(BHS)由16条出港线(国际港8条，国内港8条)和2条中转线(国际港1条, 国内港1条)组成，每条线都由一个PLC通过Profibus和ASI总线来控制。PLC由通讯模块CP443-1通过工业以太网与MCC(Monitor Control Center)进行通讯以实现WINCC对每条线的监控。

2.1 出港线
出港线由登记岛和下降线组成。PLC的CPU位于下降线的DL控制柜内，其硬件配置结构如图1所示。

图1 出港线硬件配置

2.2 中转线
中转线由2条中转行李处理线和7条行李提取转盘(T形转盘)组成。PLC的CPU位于CP-TL控制柜内。其硬件配置结构如图2。

图2 中转线硬件配置

3 现场总线
BHS系统是由西门子工业以太网、Profibus和AS-I三级现场总线结合共同完成对整个系统的控制。其控制结构形式如图3所示。

图3 现场总线控制结构

3.1 工业以太网
BHS系统用的工业以太网是用西门子H1工业以太网电缆(727-0)通过收发器TR(Transceiver)将中控室上位机与现场各条线的PLC(通过CP443-1)连接起来而构成的。其结构如图4所示。

图4 BHS系统工业以太网结构

MCC是中控室监控现场的终端，MCC1, MCC2分别负责对国际港和国内港区域进行监控。MIC实时显示进出港航班信息以及行李传送带分配情况。

收发器(TR)用于将PLC连接到工业以太网电缆上。收发器接口与PLC通讯模块CP443-1间用带有AUI连接器的接口电缆(727-1)连接(收发器的电源也是通过此电缆由数据终端设备DTE提供的)。收发器具有下列功能:

(1) 向H1工业以太网电缆上传送要传输的数据;
(2) 从H1工业以太网电缆上获取要接收的数据;
(3) 检测干扰情况;
(4) 监测传输时间;
(5) 检查信号质量错误(SQE) (Heartbeat)。

3.2 PROFIBUS
Profibus是西门子比较成功的开放式现场总线，它是在小单元网络中与现场设备通讯用的现场总线。BHS系统用的协议规范为Profibus-DP。Profibus遵循主、从站原则。S7-400PLC作为主站，它下面通过Profibus电缆连有ET200M、ET200B和bbbb20等从站并通过bbbb20(AS-I主站)和ET200M上通讯模块CP342-2(AS-I主站)实现与AS-I(执行器/传感器接口)现场总线的通讯与控制。

BHS国际离港线的Profibus现场总线配置结构 如图5所示。

图5 BHS系统国际离港线的Profibus现场总线

为了实现各个节点(站)之间的相互通讯，必须给Profibus-DP网络上的每个节点都要分配一个Profibus地址。S7-400CPU的地址为1，系统保留地址为0，bbbb20A地址为19。bbbb20B地址为20，ET200M为3，4，柜台上ET200B分别从5至18。

3.3 执行器/传感器接口AS-I
AS-I是底层的现场控制总线，如图6所示。使用AS-I主站和两线的AS-I电缆就可以将现场层简单的二进制元件执行器和传感器与控制装置连接起来。多可连接31个站248个二进制输入和输出。在此系统中bbbb20和CP342-2作为AS-I主站。

图6 AS-I在网络中的位置

在AS网络里，AS-I模块作为从站通过M12插口直接与二进制元件相连。模块上的指示灯可以显示模块及输出和输入的状态。模块被分成上下两部分，AS-I电缆被压在中间的特殊导槽里。不用的导槽要用模块里附带的挡块封闭起来。模块在被连接到AS总线电缆上之前要先给它们分配一个AS-I地址。

4 软件设计
S7-400的软件STEP7与硬件一样简洁、方便、易用。这种编程软件基于用标准工具STEP 7软件实现SIMATIC工业软件功能，并能应用所有新的S7硬件的优势[2][3]。这里采用STEP 7编程软件，用梯形图方式，对BHS系统进行编程。由于程序复杂，故将程序分为若干个子程序。这些子程序块包括，从MCC/现场启动、启动传送带、从MCC/现场停止、停止传送带、紧急停止、自诊断、行李堵塞、报警程序等。图7、图8给出启动和停止传送带的程序流程图。

图7 启动传送带程序流图


图8 关闭传送带程序流图

5 结束语
BHS系统安装调试完成后，经过在浦东机场的正常生产运行，工作一切正常，完全达到了设计要求。该系统性能稳定，维护方便，既降低了维护人员的劳动强度，又确保了安全生产，收到了很好的经济效益和社会效益。