西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8使用说明

西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8使用说明

 本文针对传统的由继电器接触器控制的塔式起重控制系统可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点提出将可编程序控制器和变频器应用于其控制系统.在塔式起重机提升机构加上一套由旋转编码器、PG数模转换构成变频器闭环系统.结果表明：该系统使用方便，具有良好的动态调整性能,极大提高了系统的稳定性、可靠性.

关键词：可编程序控制器;塔式起重机;稳定性

1. 传统的塔式起重机的控制现状

　　塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，我们只用了五十年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程，如今已达到发达国家水平并跻身于当代国际市场.随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求.于是，160TM附着式、45TM内爬式、120TM自升式等都由我国自己设计并制造;八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用大的250TM塔机也应运而生.进入九十年代，现代化进程不断加快，国内外市场对塔机要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力、桥梁等不断增加，市场的要求加快了新产品开发的力度MMSonline.com.cn，先后有400TM、900TM水平臂和300TM动臂式塔机[1，、2>.90年代开发生产的塔机产品技术性能均显著提高，起升机构采用三速电机驱动、涡流制动、电动换挡减速箱，变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动，或采用变频调速，有多种速度，工作平稳生产效率高.安全装置齐全，动作灵敏可靠，装有防止误操作和野蛮操作装置，可杜绝安全事故[2>.

　　随着功率电子技术的发展，早在六十年代后期，国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究.目前，该技术己进入了成熟稳定的发展应用阶段.可编程序控制器PLC引入到交流电气传动系统后[3，4>，使传动系统性能发生了质的变化.在塔式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、检测显示等，达到了新的技术高度.

　　由变频器构成的交流调速系统可取代直流调速系统，是随着计算机技术特别是大规模集成电路制造技术的不断发展的必然结果，符合起重机的发展趋势，适合发展大起重重量的起重机.

2. 塔式起重机PLC控制系统原理

　　本系统将塔式起重机控制系统由继电器控制改为PLC控制，四大机构调速均采用变频调速.塔式起重机控制系统的系统总框图如图1所示[5，8，9>.

　　塔式起重机的起升、变幅、回转、运行电动机都需要独立运行，整个系统由6台电动机和4台变频器传动，使用一台PLC加以控制.

图1 系统总框图

　　运行机构的起动时间应尽量符合实际需要，起动迅速而平稳;机构的电气制动方式必须着重考虑.对不同的工况，可选择自由制动方式与强制制动方式.在运行机构正常停止时www.IIAnews.com，可选用自由停止方式，其停止时间可按实际生产中的运行情况设定，以尽量满足司机操作塔式起重机的需要为主.为保证起升机构起动时具有足够大的起动转矩，可以通过设定机械制动器的打开时间、变频器的低运行频率、运行电流之间的关系，以满足机构负载特性的要求.变频器内部参数的设定能保证机构具有良好的调速精度及起制动性能，由于起升机构电机需使用脉冲编码器作为速度反馈装置.通过测量脉冲编码器的脉冲数，利用二者之差控制电机的速度，所以选择脉冲编码器及其安装时，应当考虑周全[6，7，10>.

3. 系统硬件设计

　　电气控制系统原理图主要包括主电路和PLC外围接线图.

　　1.主电路共有六台电机，同时带有风机冷却装置.

　　2.PLC外围接线电路的I/O接线信号分别与表1中的I/O名称相对应.

　　表1 S7-200 I/O分配表

4. 系统软件设计

　　根据塔式起重机控制电路的工作原理，绘制软件流程图如图2所示.

图2 系统软件流程图

　　在本系统中，PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号（按钮、联动控制台继电器）的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器等器件，以完成相应的控制任务。

　　系统部分梯形图如图3所示.

图3 梯形图

5. 结论

　　本文设计的塔式起重机PLC控制系统在实验室调试以后，已成功应用于长沙某大型起重机公司，系统经过六个月的连续运行，从未发生一次故障，与传统的塔式起重机控制系统相比较，具有以下优点：

　　1. 使用方便;

　　2. 具有良好的动态调整性能;

　　3. 极大提高了系统的稳定性、可靠性;

　　4. 每年可节约维修成本1万元左右（据使用该塔机的公司粗略统计，与之前相比，经济效益每年可提高50多万元），运行效率极大地得到了提高.

　　经实践证明：本系统的设计是行之有效的，具有良好的应用价值.

　　本文创新点：对传统的继电-接触器控制的塔式起重机进行改造，设计了一套基于PLC的塔式起重机控制系统IIAnews.com，已投入使用.实践证明：该系统使用方便，具有良好的动态调整性能,极大提高了系统的稳定性、可靠性.

1 引言

　　组合式空调机组，又称非独立式空调机组，是指不带冷、热源，其冷媒为水，热媒为水或蒸汽，以功能段为组合单元，能够完成空气输送、混合、加热、冷却、去湿、加湿、过滤、消声等功能中几种处理功能的机组。组合式空调机组通常按照箱体材料分为金属空调箱式和非金属空调箱式两大类，风量常介于2000m3/h至200000m3/h之间。
　　组合式空调机组是中央空调控制系统（集中供热或供冷系统）中空气处理的重要设备。组合式空调器以其技术参数可选范围大、性能价格比适中、功能段组合灵活等优点，在近几年的中有很大发展。
　　PLC以其体积小，功能齐全，价格低廉，可靠性高等优点，在各个领域获得了广泛应用。利用PLC对模拟量处理的优越性能和触摸屏简便、快捷的操作功能，使得组合式空调机组的性能得以很大程度提高。

2 组合式空调机组介绍
　　2.1设备结构
　　组合式空调机组根据不同使用需求，设有新、回风混合段、初效过滤段、袋式过滤段（分初、中效）、中间段、表冷段、热水加热段、蒸汽加热段、电加热段、风机段、消声段、加湿段、排风段、出风段等十几种功能段，用户可以根据需要灵活选择部分功能段进行组合使用，可按水平方向组合称卧式空调机组，也可叠置成立式机组。一般情况下，组合式空调机组常用的功能段有新、回风混合段、初效、中效过滤段、表冷段、加热段、加湿段和风机段等，系统的　　结构图如图2所示：　　2.2 控制要求
　　本系统要求能够进行手动和自动控制，温度、湿度控制精度为：±1%左右。
　　自动控制：系统启动后，首先打开新风阀，然后，根据设定的温度、湿度要求，自动控制加热器、加湿器工作，达到恒温、恒湿的控制目的。
　　手动控制：系统要求对加热器、加湿器、新风阀能够进行手动控制。
　　闭锁功能：对加热器、加湿器、新风阀的控制必须在风机运行的前提下进行。

3 控制系统介绍
　　3.1 控制系统方案
　　控制系统上位机采用和利时HT6600L触摸屏，下位机选用和利时LM3107E PLC控制器，上、下位机之间通过基于MODBUS协议的RS232串口进行通讯。通过LM3107E进行温度、湿度信号的采集和处理，并同设定的温度、湿度值进行比较，当设定温度和实际温度差值大于设定的限值时，启动加热器；低于设定的限值时停止加热器，湿度控制方法同温度。同时，系统通过自动或手动调节入口风门的开度来调节新、回风的比例。
　　触摸屏用来切换系统的工作模式，包括手动、自动和停止，显示风机的运行状态，以及温、湿度信号值。同时，通过触摸屏设定温、湿度值，温、湿度差值的限值等。图3为控制系统配置图。

　　混合段：混合段的上部和侧部开有风管接口，用以接收新风回风，通过入口风门的开度自动或手动调节新、回风的比例。
　　过滤段：主要是对空气中的灰尘杂质进行过滤，通常包含初效过滤段和中效过滤段。
　　表冷段：该段主要功能是对空气进行冷却去湿。
　　加热段：该段主要功能是对空气进行加热。
　　加湿段：该段主要功能是对空气进行加湿。
　　风机段：该段主要功能是利用风机给空气提供流动动力，以克服系统管道阻力。

　　3.2控制系统硬件
　　3.2.1可编程逻辑控制器-PLC
　　本系统采用本体自带2路模拟量输入（0~10V/0~20mA可选）/1路模拟量输出（0~10V/0~20mA可选），10路DC24V输入（源型/漏型可选）/8路继电器输出的CPU模块LM3107E。利用两路模拟量输入分别采集温度和湿度信号，精度可达1%。同时，该款CPU还集成1个RS232通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。
下表1为系统I/O分配表。

　　3.2.2 人机界面-HMI
　　人机监控部分采用和利时HT6600L触摸屏，配以监控软件来完成。触摸屏上可以进行手动和自动操作，完成参数设定和显示设备运行状态。图4-图6为触摸屏部分监控画面。

4 结论
      采用LM系列PLC和HT6600系列触摸屏对组合式空调机组进行控制之后，整个组合式空调系统发挥出了优异的空气调节性能，其稳定的工作性能，极大程度地保障了组合式空调机组应用在医药仓库、实验室等对空气环境质量要求严格场合的可靠运行

快速进给装置
Simotion 和带 IRT 功能的 Profinet 确保使冲压线产量增加。

　　随着中国汽车行业的迅速发展，国内许多汽车制造商都选择了与西方汽车制造商进行合资。但是位于中国芜湖的汽车制造商 — 奇瑞汽车有限公司却始终坚持自己的道路。自从 1997 年公司创立以来，一直致力于打造自主品牌。
　　奇瑞在中国获得了巨大的成功，乘用车销售量已跃居国内第四。其产品线包括了小型车、轿车、跑车甚至是小型货车。
　　奇瑞汽车在迅速崛起的南美和亚洲汽车市场上也取得了的成绩，而且和中国其他 OEM 制造商不同的是，奇瑞已经在全球范围内建立了多个 CKD 厂。现在，芜湖的管理团队正充满信心地迈向下一个目标：打入美国和欧洲市场。
　　中国制造的发动机配合动力传动系统解决方案奇瑞在进军西方汽车市场时，面对严格的质量要求信心十足。除了与意大利设计协会进行合作，奇瑞还采用了的生产工艺，并为向西方国家出口汽车做好了准备。
　　奇瑞与奥地利 AVA 公司合作开发了三个系列的发动机，包括 88 至 198 马力的汽油发动机和 126至 196 马力的柴油发动机。其中至少有 6 个动力传动系统符合欧洲 4 号排放标准。
　　对于生产发动机缸体、气缸盖和机轴的新发动机装配线，奇瑞完全信任西门子的动力传动系统解决方案— TRANSLINE。

芜湖的现代化生产
　　芜湖的生产设备采用了的技术标准，有助于占领新市场。以后将在这里生产的车型包括一款新的小型车和一款C segment 级距的紧凑型轿车。为此，这条由中国制造的传输冲压线将进行升级。为增加冲压线的生产能力，管理层决定采用创新的解决方案，以在每个冲压阶段之间实现进给装置自动化，这种创新解决方案就是：具有集成安全的 Profinet。

冲压过程使用安全可靠的 Profinet
　　这标志着中国汽车制造业全面采用具有集成人员安全的 Profinet 自动化标准。负责对生产线进行升级的工厂建设公司 Strothmann 提供了一项自动化解决方案，使进给装置能配备安全可靠的 Simatic S7-317F PN/DP 来实现安全相关的功能（防护门、停机等）。控制器仅需通过系统中的 Profibus 连接即可与 Simotion P350 控制系统进行通讯。

　　Simotion 面板式 PC 是运行时软件的平台，该软件控制所有 ET 200S 和 ET 200F 外围设备以及带 CU320控制单元的 Sinamics S120 驱动系统。驱动器将相关命令发送到 Simodrive 1FT7 伺服电动机。

　　WinCC flexible 同样运行在 Simotion 面板式 PC 上，作为整个进给装置系统的 SCADA 系统。MP 177PN 移动面板可用于现场操作和系统安装。

实时同步
　　系统采用了 Profinet 现场总线 IRT（同步实时）功能，以便启用系统内的虚拟实时通讯，并可以在一毫秒之内同步处于所有阶段的进给装置。带有集成 ERTEC（加强型实时以太网控制器）开关的 CBE 20 通讯处理器能够保证 Sinamics 变频器具有相同的快速响应时间。
　　该系统有一条 100 MB/s 的高速总线，符合严格的欧洲安全标准 SIL3（安全完整性等级 3）的要求。

一条总线，应对所有任务
　　凭借基于 Profinet 的新总线架构，不需要单独的总线结构来实现安全相关的以及标准的逻辑功能或驱动器同步。
　　而且正是由于系统控制器、驱动器和外围系统都采用了统一的总线结构，奇瑞才得以节省很大一笔开支。整个系统都在单一的平台上运行，从而大大减少了工程设计、调试、维护和生产的成本。对奇瑞这个不断发展壮大的企业来说，该技术带来的另外一个重要优势就是，Profinet 是先进的开放性系统，可以在任意时候进行功能升级。

　　这套系统非常稳定且生产率高，根据操作人员的反馈信息，比手动操作提高多达 15% 的产量

一、系统结构组成

1.1 概述

车载定位监控系统是基于GPRS/CDMA无线通讯、GPS(全球定位系统)、GIS（地理信息系统）、互联网络技术及数据库编程技术开发的面向车辆定位监控的管理系统，用户通过本系统能够在时间知道车辆的位置，运行状态，甚至车牌，车型，所属单位，驾乘人员，维护保养等信息，也可以查看车辆的历史使用情况，运行轨迹和统计管理等工作。本系统的出现能够为使用者带来管理和决策的信息化依据，提供管理的科学性与准确性。

车载定位监控系统由GPS车辆信息管理软件、客户端软件和车载终端硬件以及能够与INTERNET相连的网络设备组成；系统可以对各种移动用户实施全天候动态监控、定位、跟踪及调度指挥并完成实时、准确、快速、有效的智能化管理，已广泛应用于现代化社会中各部门。

GPS车辆信息管理软件是B/C（浏览器和服务器结构）和C/S（客户机和服务器结构）混合架构。系统管理软件支持无线网络（GPPS/CDMA）和DDN专线等多种通讯和数据交互方式。

系统车载定位终端硬件负责GPS定位数据的采集，通过无线GPRS网络将数据发送到中心服务器。

同时，系统需要有INTERNET网络的支持，依托互联网络才能够实现定位数据采集、管理和发布等工作。

系统是由数据服务器软件和客户端软件、车载定位终端和互联网络组成的。

1.1 建设原则

时效性

系统要求信息反应速度快，指令控制在2秒内完成在近乎可以忽略的时间内完成信息的传送及处理。

稳定性

系统要求24小时，一年365天不停机作业，数据传输量大，响应快，软硬件的处理能力必须保证这种需求。

实用性

整个系统的操作以方便、简捷、高效为目标，多操作平台整体设计统一操作，既充分体现快速反应的特点又能便于工作人员进行业务处理和综合管理，便于领导层、管理层及时了解各项统计信息和决策信息。

先进性

系统采用成熟的高新科技，以目前较为先进的方法实现需要的功能，既反应当今科技的先进水平，又具有发展潜力，保证系统在相当长的时间内不被淘汰。

可扩充性

要求系统在结构、容量、通信和处理能力等方面具有扩充性和升级的能力。

可靠性

系统必须高可靠地连续运行，设计在经济条件允许范围内，从系统结构、设计方案、技术保障等方面综合考虑，使得系统稳定可靠；另一方面，系统尽可能地采用成熟的技术、商品化的软硬件产品，这也是系统可靠稳定运行的保证。系统容错性能力强，对重要数据，提供备份的能力,保证系统高可靠性。

经济性

中心的设备尽量采用性能价格比高的产品。

兼容性

该系统可支持兼容多种系统软件和数据库。

二、各组成部分功能说明

2.1 数据服务器软件功能

GPS车辆信息管理软件基于IP互联技术为用户提供数据存储检索等功能，采用SQL SERVER数据库，同时支持ORICLE、SYBASE数据库；模块化设计，对总中心的逻辑功能进行了模块化，并对内部数据流进行了优化，可以灵活构成大容量系统及中小规模的数据系统。使整个系统具有强大的扩展容量，功能扩展架构灵活重组的能力。

GPS车辆信息管理系统的B/C结构支持WEB浏览功能，用户通过IE等浏览器软件登录服务器管理监控系统，使用事先提供用户名和密码登录进行车辆编辑、管理和维护等工作。

GPS车辆信息管理系统包括系统管理、车辆管理和参数维护功能，能够为用户提供车辆分组，权限设定，车辆信息编辑和网络数据维护等支持，权限管理，简洁方便，条理清晰。

GPS车辆信息管理系统提供帐户分层管理，包括系统管理员、公司管理员、部门管理员、车队管理员。分别记录详细客户信息，权限明确。所有的管理人员包括操作员都是想当拥有一个自己的账号，每个账号在系统中是唯一的；可以添加、修改、删除，每个账号都会分配不同的权限，权限的管理包括：

◆ 操作的权限：设定某个账号是否能够进行一些操作，如呼叫车辆、设定报警、规定账号的权限等。

◆ 管理车辆的权限：设定本账号权限一下的账号或添加本组账户下属车辆。

◆ 数据管理的权限：可以设定某个或者某组帐户能够查看管理系统中的数据。

2.2 客户端软件功能

客户端可以对指定车辆进行实时位置跟踪、车辆限速报警、区域报警功能设置、报警查询和清除、偏航报警、状态监控、历史轨迹回放、数据发送周期调整、报警统计等功能。

其他功能：GIS地图编辑，地图缩放功能，面积测量，距离测量，车辆显示与屏蔽以及显示车辆基本信息等功能。

●实时位置跟踪

车载终端将实时GPS定位数据回传到数据中心服务器，定位数据包括经度、纬度、速度、方向等；

用户可以通过客户端软件登录到中心服务器，在客户端GIS地图上能够实时监视车辆的位置轨迹；

●车辆限速报警

超速报警：当车辆超出预定大速度时，会自动回传报警信息。

分段限速报警：可以根据不同路段设定不同的限速报警值，也可实现一条道路的不同地段限定不同的速度。

●区域报警功能设置

区域报警包括驶入报警、驶出报警和区域限速报警，

驶入报警：当车辆驶入被限定的区域，终端会自动回传报警信息，给出报警位置。

驶出报警：当车辆驶出被限定的区域，终端自动回传报警信息，同时给出报警位置。

区域限速报警：当车辆驶入被限速的区域，在区域内超过限定的速度时，终端会回传报警信息，同时给出报警位置。

●报警查询和清除

系统软件可以向指定车载终端发送报警查询指令，收到报警查询的终端将向客户端回传所有的报警设置类型等信息；同时客户端软件可以清除指定车载的某一类型报警或全部。

●断电报警

当人为切断车载单元的外部电源或意外造成车载电源损害，车载单元会自动向中心回传断电报警信息。

●偏航报警

用户可以为指定车辆设定行驶路线，在限定航道内如果偏离航线系统将自动报警。

●状态监控

系统可以定时监控车辆的一些工作状态，如紧急求助、事件触发、车辆熄火、断电报警等。

●历史轨迹回放

系统支持轨迹回放，能保存全部车辆的行驶轨迹线路，轨迹回放可以快进、回放和暂停等，同时显示回放位置的时间等信息，自动调节地图随车辆移动，轨迹以点、线显示，支持车辆运行轨迹打印功能。可保存车辆运行路线、运行区域、到达的地方，并记录在数据库中，以备以后查询、分析使用。

●数据发送周期调整

定位数据发送周期可以随时调整，在车辆静止是可以自动增加GPS定位数据发送时间间隔，降低通讯费用。

●报警统计

系统可以对指定车辆按报警类型进行统计以及打印等，方便用户对车辆进行管理。

●其他功能

GIS地图编辑，地图缩放功能，面积测量，距离测量，车辆显示与屏蔽以及显示车辆基本信息等功能。

地图采用先进的电子矢量地图，用户可以自主编辑和调节地图上的地物特征等，对自己关心的地物属性和图层进行控制；地图显示窗口可以无极放大和缩小，开启和关闭相同属性的地标名称等；地图显示支持自动调图，使被监控车辆完全处于可视的佳监控视野，当车辆走出地图时，可以自动调整地图，被监控车辆位于地图的中心。

在GIS地图上可以进行面积测量和距离测量，对区域内车辆可以屏蔽显示，可以选择显示指定车组的车辆及其基本信息；

2.3 车载定位终端功能

A.永远在线，自动连接服务器；

B.支持固定IP和域名动态连接；

C.实时GPS定位数据采集；

D.GPRS无线数据通讯；

E.执行断油断电控制；

F.触发报警（防抢）检测；

G.中心信息显示；

H.电源过流自保护、自恢复功能；

I.TCP/UDP通讯方式；

车载定位终端是安装于车辆上的GPS定位数据采集的必要设备，能够使用多种车辆上的多种电源，大程度的适应了车辆安装的要求，具有上线时间短定位精度高的特点。

三、硬件相关技术参数

◆ 电源

宽电源输入，外接直流电源DC 9-36V；

适合多种车辆安装，可内置锂电池供电；

◆ 功耗

大工作电流1.2A，平均功耗小于5W；

◆ 外型尺寸

105×80×28mm；

采用金属外壳，外壳具有抗震和跌落的强度;

◆ 工作温度

工作环境温度：-35℃ ~ 65℃；

保存温度：-45℃ ~ 85℃；

◆ GPRS参数

GPRS车载天线吸盘，

工作频率900~1800Mhz；

接口SMA阴头；

◆ GPS参数

3~5伏GPS吸盘天线；