西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0使用说明

西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0使用说明

1 引言
目前国内油库微机发油系统基本都采用的是单片机为CPU的控制器，为此需要设计电路，需要开发外围电路以及输入输出接口。由于生产工艺较差和设计能力较低，使得发油控制器设备故障率高，使用寿命短、性能不稳定。PLC逻辑控制器经过了30多年的发展，具有性能可靠，不受外界环境的影响，特别适用于北方寒冷地区，自诊断能力强，易于开发和维护等特点，得到广大用户青睐。在国外采用PLC作为发油控制器已非常普遍，在国内随着PLC价格的下降，也将有越来越多的油库选择采用PLC作为发油控制器控制发油。

2 系统结构和功能
系统结构如图1所示，由四部分组成:上位机;PLC柜;操作器;现场人工联动按钮、静电溢油装置等一次仪表。

系统功能图如图2所示。

上位机功能是开票、提单管理等;PLC功能是提单的存储、验证、交易记录的产生、数据采集、过程控制等。操作器主要功能是提单的输入、操作器参数的设置和数据显示等。现场启停按钮、防静电溢油装置等一次仪表与PLC连锁，达到安全控制的目的。

3 可编程控制器（PLC）控制系统
本系统的可编程控制器（PLC）选用德国西门子公司的S7-300系列PLC
软件采用STEP 7梯形图软件。其组态如图3所示:

PLC完成的主要的功能有:与上位机数据交换、数据验证，人机界面，过程控制，掉电保护。

3.1 与上位机数据交换
PLC与PC之间通过RS485转RS232通讯方式联机，通讯模块我们选用的是CP341，接收功能块为FB7，对应背景数据块为DB7，FB7的"P_RCV_RK_DB".EN_R一直处于接收状态。发送功能模块为FB8,对应背景数据块为DB8，"P_SND_RK_DB".REQ只要在正确发送完成以后才能为1。
通讯协议采用半双工的RS485连接，格式如下:
（1） 通讯参数
9600，8，1，n．
（2） 帧格式:
同步码ffH，ccH（2字节）＋地址码（1字节）＋回路号（1字节）+长度码（1字节）+命令码（1字节）+数据＋效验码（1字节）。
长度码:命令码字节数＋数据的字节数
效验码:从地址码到数据后字节之和。
（3） 通讯方式
采用问答方式进行数据交换，应答过程如表1数据交换过程:
表1 数据交换过程
PC机 PLC
1 循检 －><－ 上传状态
2 循检 －> <－ 上传数据
3 下传数据 －> <－ 应答（68H）

3.2 数据验证
CPU把接收到的提单数据与提单数据缓冲区的内容进行比较，如果有相同的信息就通过验证同时清楚缓冲区数据，没有则返回提单错信息。数据比较的采用指针的方式。
L 0
T #count
L #db_no
T #No
OPN DB [#No]
//提单数据缓冲区
LAR1 P#DBX 0.0 //起始地址
L #dbb_no
L 8
＊I
TAR1
+I
LAR1
main: OPN DB [#No]
L DBD [AR1,P#0.0]
L #cop_addr //提单号
==D
JC en_r
+AR1 P#30.0
//缓冲区提单信息数据大小
L #count
INC 1
T #count
L #loop_num //缓冲区提单数量
L #count
>I
JC main
BE
en_r: OPN "提单"
L DBB [AR1,P#4.0]
T #com_addres

3.3 人机界面
操作器为我公司开发的人机界面控制器，提供标准的RS485接口。PLC与操作器之间通过RS485通讯方式联机，CP341为主动循检方式。由于CP341与操作器之间的通讯是一对多的（实际应用中为16个），为了提高通讯速度，我们采用了功能分时的方法:对工作中的操作器每周期循检，对空闲的操作器统一循检工作标志。协议如下:
（1） 物理连结
物理连结为一对双绞线的RS485连结
通讯参数 9600, 8,N,1
（1） 信息幀结构
采用MODBUS协议
l 一幀数据由地址，功能码,数据,校验码组成如表2所示:
表2 信息帧结构
地址 功能码 数据区 CRC
（8位） （8位） N＊8 （16位）
注: 地址:是信息幀 的字节,从0～255, 每一个从机只有一个地址,只有
符合地址的从机才回信息 0 代表广播地址,从机不回信息
功能码:主机告诉从机执行什么任务
数据区:是跟任务有关的数据
CRC:计算从地址一直到数据结束

3.4 掉电保护
西门子的S7-300系列PLC的DB数据区为记录存储区，CPU掉电时数据仍保持在数据区内，这样我们可以把重要的数据和标志放在DB区，PLC重新启动时，CPU自动回复到断电时状态，当然在OB100里要做判断，记录数据不能被初始化。在实际的工程中通过反复的测试，完全达到预期的目的，同时节约了UPS的费用。

3.5 过程控制
逻辑控制是PLC的基本强大的功能，所以控制过程根据工艺要求编写就可以顺利达到控制目的。控制的要求很简单就是控制发油的精度小于等于0.3％、质量计算、消除水击现象和故障保护，其控制过程示意图如图3所示，控制流程框图如图4所示。

4 结束语
将PLC应用到油库定量发油系统后，可以使得油库的自动化程度大大提高，同时改变了分散式发油系统受到现场环境温度，湿度和防爆要求等多方面的限制而在我国有的地区无法正常使用的情况。这套PLC定量发油系统在常州五星桥油库投入运行以来，系统稳定可靠、运行控制良好、发油精度准确。

空压机变频矢量控制节能方案

工艺概述

1、空压机是利用活塞或螺杆将空气进行压缩，用以作为动力、制冷、气体输送或其他特殊用途。
2、原空压机系统由压力开关控制进气阀及排气阀的开关，从而调整汽缸压力恒定，主电机时常空载运行。
3、空压机启动过程中，电流过大，影响电网稳定及其他用电设备的正常运行，对设备冲击大，磨损严重。

空压机


系统配置

SVF1000系列开环矢量控制变频器，电流型矢量控制，压力传感器。

系统优点

1、系统变频启动，减少了空压机磨损，降低了维护费用，保障了空压机寿命。
2、在外部停止使用时，空压机处于休眠状态，电机低频运行，当外部继续使用时，空压机返回到工作状态，节省电能达30%~50%。
3、变频器根据压力传感器信号来控制电机频率，从而根据空气使用量来控制空压机状态。
4、运行状态时可保持汽缸出气压力恒定，波动范围极小，真正实现“恒压供气”。

5、变频器具备工变频转换功能，即使变频器故障，也可切换到工频状态，不影响系统正常使用。

1 前言

    本文介绍项目是天水长城开关厂2002～2003年度的重点新品开发项目，专为青藏铁路开发的、处于地位的新型中压开关设备“XGNE-40.5”。“XGNE-40.5”是40.5kV电压等级，采用SF6气体作为绝缘介质，采用真空开断的C-GIS开关设备，是国际上新发展起来的高新技术的成套配电装置。与其他相同电压等级的开关设备相比较，“XGNE-40.5”具有体积小，可靠性高，免维护等优越性，因而能够适应各种恶劣的运行环境。

    天水长城开关厂是具有33年历史的、拥有完整的产品系列的、中国年产量高的输变电开关设备制造企业，主要生产0.4～35kV高压开关设备、3～35kV高压电器元件及低压开关柜。产品广泛用于国家大、中型电力工程和工业项目，并出口到二十多个国家和地区。

    电力是支撑国民经济建设与发展的重要能源，是我国国民经济实现可持续发展的基础。当前我国的电力供应总体上偏紧，电力消费保持高速增长。输变电设备制造业，尤其是中压开关制造行业的市场前景十分广阔。

    由于市场竞争日益激烈和面对国外企业的冲击，为加快我厂新型开关设备的产品研发速度，在开关设备的设计和制造中引入新的理念和方法势在必行。我厂继产品设计成功地应用二维CAD技术之后，为提高产品设计效能，推动设计工具的标准化，又购买了PTC公司的机械设计自动化软件系统Pro/ENGINEER、Pro/Motion和Pro/Structure等三维设计软件进行辅助设计工作。应用PTC解决方案进行了包括“XGNE-40.5”在内的一系列新产品开发项目。来源:http://www.hvsi.cn

    2 采用PTC解决方案的项目目标

    （1）由于市场需求和企业新产品开发计划的迫切要求，产品必须在两年内完成从研发到生产的全过程。

    （2）在产品的前期阶段能看到产品的三维仿真模型，同时应该可以在三维环境下很轻易地观察产品模型中任意感兴趣的剖面，以作为工程选型的基础。

    （3）采用自顶向下的装配设计，在设计中可以先用零部件的外轮部来考虑预留空间，然后在后续的设计中用详细设计的零部件进行替换。也可以在装配中进行零件设计以保证其形状和装配的精度。还可用干涉及间隙检查的功能来检查装配情况。

    （4）通过机构分析和产生的动作仿真看到我们所关心的零部件的速度、位置以及加速度，初步验证机构工作的正确性。

    （5）对产品设计的运动部分进行运动力学方面的研究和优化。

    （6）对产品设计的结构进行研究和优化。

    （7）行为建模生成关键零部件关键部位的外形。

    （8）产生开关设备装配过程和联锁操作过程的动态演示，为开关设备的装配工和维修员提供培训，同时为用户和参观人员提供清晰的演示和教学。

    （9）产品设计过程中的数据库内容全相关性和工程数据的可再利用性。

    3 采用PTC解决方案的项目内容

    3.1CAD实体几何造型（应用Pro/ENGINEER建立数学模型）

    采用几何造型的方法将产品的数学模型在计算机内部建立，在几何造型时，我们力求做到以下几点。

    （1）明确设计意图，创建几何模型，由设计要求导出几何模型。利用特征和设计基准，生成三维实体，可以在三维空间中观看它的形状；当需要修改零件时，只需修改尺寸或增加特征。

    （2）基于特征建模的全相关性和参数化。全相关性是指在设计过程中任何一处的变动都会反映到从设计到加工的各个过程，以确保所有零件和各个环节保持一致性和协调性。参数化是指用熟知的特征作为产品的几何模型的构造要素，通过给这些特征设置参数，然后修改参数很容易地进行多次设计，实现产品开发。

    （3）产品设计中的装配关系管理。将各个零部件装在合适的位置上，确定系统部件间的装配关系，系统会根据给定的约束自动地安排零部件的装配关系，如改变一零件的装配相关尺寸，则与它相关零部件位置或约束都会自动地改变。

    3.2CAE功能仿真（应用Pro/Mechanica进行优化分析）

    （1）干涉检查及结构检查。通过对各零部件的空间体积进行计算，可以及早的发现产品结构设计中相互干涉影响的部分，保证产品设计的正确性。

    （2）进行机构运动仿真。了解机构的运行情况，研究机构的灵敏度，自动地优化机构以满足特定的目的和限制，能够计算组合体中运动和影响运动的力之间的关系。使用这些计算结果通过改变参数可以实现佳的设计方案来优化设计。具体地讲能完成以下的工作：简便而快速地校验机构模型的空间关系；利用行为建模功能合成凸轮轮廓并研究相应的运动条件下的参数变化；指定运动驱动器模拟机构运动中的实际载荷；优化机构模型，研究运动过程中各种可能发生的情况时参数及受力情况的变化。

    （3）结构优化设计。在一定载荷的条件下评估产品的性能，预测产品在实际使用环境下的性能，研究哪些设计参数对结构特性有大的影响，进行几何形状优化。对产品设计构想中的任意类型结构进行建模，通过CAE分析结果比较各方案的优劣；施加不同载荷的约束，观察各参数及相关结构设计变量的变化情况；进行结构形状优化和灵敏度分析，寻找佳工作点；针对设计方案，输出多种格式的结果，方便设计数据的共享。

    4 PTC解决方案的实施过程及结果

    该作品中应用PTC解决方案按照设计流程主要经历三个阶段（如图1所示），采用了Pro/ENGINEER2001和Pro/Mechanica两种PTC软件模块。    

图1该项目采用PTC解决方案的产品开发流程 4.1研究性开发阶段

    在研究性开发阶段，主要任务是确定今后整体设计的理念和宗旨，即根据设计师的创造性构想，结合设计对象的功能性制定总体设计方案。解决诸如“采用何种结构形式和驱动方式”、“预计达到的参数值是多少”和“采用何种材料”等影响到具体设计阶段的问题。主要的工作内容为应用Pro/ENGINEER及相关模块进行驱动机构初形式的概念化设计，建立几种初构想方案的3D模型，创建相应的布局框架，以直观的形式比较、确定设计方案，并确定相关需要解决的工程问题，同时决定设计过程中分工和权限分配。

    4.2具体设计阶段

    在具体设计阶段，主要是要按照前一阶段所确定的设计方案，进一步进行细化设计，确定各零部件的形状、尺寸以及材料的选择。同时根据设计中遇到的需要改进之处，在充分论证的基础上，对总体设计方案进行修正，终初步完成产品设计图样。在具体的工作过程中，我们首先按照设计方案为基准做出相应的产品骨架（Skeleton）模型，然后使用Pro/ENGINEER软件及其相关的CAD模块作为设计工具，采用自顶向下的设计方式进行产品具体设计。通过骨架模型，我们得到了诸如产品架构、各种零部件的位置及相互连接等相关信息。这样，相关设计人员就只需基于骨架模型，集中注意力于相应的零部件的结构形式设计。同时针对设计中暴露出的不足，对设计方案和骨架模型作出了部分修正。通过参照骨架进行几何复制，设计工程师在较短的时间内就分工协作完成了产品的设计工作设计；我们课题组的4人利用Pro/ENGINEER进行C-GIS的设计，经过两个月的时间我们已完成总体结构设计。比起通常6～9个月的设计耗时，所用时间不到原有耗时的三分之一，设计效率获得很大提高。

    4.3设计校验阶段

    在设计校验阶段，需要解决“产品结构形式和强度是否可靠”、“运动部分的运动形式和各项参数是否达到要求”、“机构的总体效率如何”、“能量分配是否合理”等问题，同时还须按照预定参数和运动形式的要求，确定关键运动零部件（这里仅举其中一项凸轮为例）的外形尺寸并检验其刚度是否可靠。为保证产品设计的合理和可靠，这一阶段主要是采用Pro/ENGINEER及Pro/Mechanica及相关的CAE模块，进行了这样几项工作：①对驱动机构运动部分的整个运动过程进行仿真运动分析；②对产品设计结构和运动能量分配进行优化处理；③针对校验结果，对机构形式和设计方案进行合理改进；④按照优化后外部条件利用行为建模方式生成优化后的关键零部件机构和外形尺寸，并对其受力情况进行分析，与原有受力情况相比较，校验该件的强度。     

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    通过前三项工作的校验优化过程，驱动机构的主要运动参数分闸运动速度和机构运动效率获得了显著提高。图3是在利用Pro/Mechanica对机构进行仿真运动分析并进行优化后得到的运动部件速度曲线。原有产品设计能够达到的运动速度为1200mm/s，储能弹簧力为5200N，优化分析后在储能弹簧力降制至2500N的情况下，运动速度提高到了2000mm/s，该产品中驱动机构总传动效率从30%提高到70%。经产品试制后试验验证，试验数据与此相符。

    经过第四项的工作，我们利用行为建模功能模块自动生成了机构优化后的关键运动零部件结构和外形尺寸。以驱动凸轮为例，图4为根据对凸轮接触部位接触力进行分析优化的结果，结合Pro/ENGINEER软件对驱动凸轮接触部分外型进行行为建模的模型情况。通过行为建模，可以及时准确地将优化结果反映到零件模型的变化中，很大程度上减小了凸轮接触部分的碰撞力，使其运动效率和工作可靠性得到明显提高。图5为采用行为建模外型驱动凸轮进行仿真运动分析获得的优化后凸轮接触力，凸轮接触力从原设计的200000N减少到低于100000N，凸轮的可靠性提高很大，从而也提高了所开发产品的整体可靠性。  产品试制和试验后，产品各项参数均符合并优于原设计要求，产品设计取得了圆满成功。PTC解决方案中设计数据库的相关联性使得在生产过程中与CAM技术相结合可以方便快捷的进行零件加工。无论是把数字文件直接应用到数控机床还是为传统模型的制造提供三维模型，采用Pro/ENGINEER快速建模都可以为快速的制造和设计更改的及时反映提供有效的支持。同时Pro/ENGINEER提供的干涉检查功能使我们不需依赖物理模型就可以对零部件之间的装配关系和间隙进行检查。  

图3采用Pro/Mechanica对机构进行仿真运动并优化后得到的终运动速度曲线

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图4对驱动凸轮接触部分外型进行行为建模的模型情况5 项目效益和现状

    我们原来使用的CAD设计软件主要是二维设计软件，由于设计软件数据集成能力和设计体系不很理想，加之二维软件对模型进行仿真分析校验的能力较差，使得设计者在设计阶段对产品可靠性的了解于经验值，无法进行细节性的优化设计，影响了产品开发速度和效率。通过应用Pro/ENGINEER及Pro/Mechanica，以该作品为例，传统方法开发该类开关设备（从立项到试验通过），使用5～10人的设计小组，平均花费需要5年时间。通过应用Pro/ENGINEER及Pro/Mechanica，我们使用4人设计小组1年半就已经完成了上述工作，工作效率大大提高。新产品上市时间由5年缩短为2年，节约成本在人民币百万元以上。同时由于设计软件同生产的紧密结合，设计差错减少达80%以上，所有错误都能被及时发现并加以妥善解决。现在“XGNE-40.5”已完成了产品开发过程和全部试验项目，新产品设计取得了圆满成功。

    6 结束语

    PTC解决方案的应用，将加快我厂新型开关柜及断路器、环网柜等产品的研制速度，使它的设计更加合理、完美。PTC解决方案这一技术作为新的设计手段，正在逐渐被工程界所认识和接纳。随着PTC解决方案在我厂的进一步开发和应用，必将使我厂在整个设计、制造观念上发生变革，大缩短产品开发周期，促进我厂产品质量的提高，提高我厂应用CAD/CAE/CAM/PDM集成技术进行信息化产品设计和制造水平，为我国电力工业提供安全可靠、性能稳定、技术含量高的输变电设备。