6ES7211-0BA23-0XB0选型说明

6ES7211-0BA23-0XB0选型说明

一、烧结和球团过程中的自动化：
• 烧结生产自动化控制
[1] 配料的控制
[2] 混合料添加水控制系统
[3] 矿槽料位的自动控制
[4] 布料厚度的控制
[5] 机速的控制
[6] 点火炉燃烧控制系统
[7] 烧结终点（BTP）控制系统
• 球团生产过程自动化控制润
[1] 磨配料自动控制
[2] 磨矿粒度自动控制
[3] 造球原料水分和造球机自动控制
[4] 干燥自动控制
[5] 链篦机—— 回转窑自动控制
[6] 冷却机自动控制

二、解决方案
       GE Fanuc 在烧结和球团应用上有丰富的经验。在这些应用中，工艺设备繁多、分布较广并有复杂的控制逻辑和大量的数据采集。GE Fanuc 的自动化平台作为控制系统的核心，有卓越的可靠性和稳定性，并且编程简单、维护容易。同时，GE Fanuc 开放的多层次网络保证了现场灵活的分布控制。GE Fanuc 自动化产品同时也大量参与过程控制，如：原料接受准备系统、原料配混系统、烧冷系统、成品筛分系统、主抽风机系统、全厂物料及能源介质计量、除尘器系统（主电除尘器、机尾电除尘器、配料电除尘器、整粒电除尘器、熔剂电除尘器）、余热利用系统及其它辅助设施的过程检测与自动控制。

三、烧结工艺流程图

四、客户需求
       集中监测和控制所有电控设备；并且通过画面对烧结工艺有关仪倥信号（如压力、liuliang、温度等）进行操作和监控,有多种工作方式（如远程手动、PID手动方式、PID自动方式、串级双交叉控制等）可以选择，系统对点火温度、风箱负压进行控制；并显示主站PLC 是否运行、有无故障、从站通讯是否正常等信息；预留厂级局域网站点登录访问功能。

五、解决方案

       基于GE FANUC 公司过程控制系统集成、统一、灵活和开放的控制设计思想，并结合3# 烧结机基础自动化控制系统的特点和要求，设计了基础自动化控制系统配置，详见基础自动化控制系统配置示意图。PLC可编程序控制器选用系列90-30 型产品，采用分布式I /O结构。以系列90-30 为中心，向上，通过工业以太网与HMI 人机接口系统通讯；向下，采用GENUIS 网与VersaMax I/O站进行状态监控和数据交换。HMI 人机接口系统采用CIMPLICITYHMI 软件编制，并通过WebView选件实现厂级局域网站点登录访问功能。

六、系统构成
[1] PLC的配置
      本控制系统选用的是系列90-30 PLC 的可编程序控制器。该产品不仅质量高、而且性能可靠。系统已在国内外诸多工业现场长期、稳定运行。系统组件的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。
      系统易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，可适应恶劣的工业环境。所有部件均可带电插拔、更换。提供了先进的功能特性，易于组态便于安装。
       本控制系统的分布式I /O 选用GE Fanuc 的VersaMaxI /O 产品。该产品在局部水平建立控制，真正实现了用分散的处理器就地实时控制，同时保留主处理器的资源，用于数据管理和监控。分布式控制是一种有效的，节省资金的解决方案，可减少现场总线网络的开销，增加主机的应用性能。
       由于烧结机的控制设备比较分散，而且彼此间的距离较远，因此从站是根据所控制的设备所在依据地域来划分的；由于电磁站从站所控制的设备较多，一个机架不能满足需求时，根据经济实用原则，添加两块扩展机架。
[2] HMI人机接口系统
       本控制系统的HMI 由两台操作员工作站（P933/128M/40G/19寸纯平彩显/逻辑球鼠标）构成，各自独立地对整个系统进行监控。两台操作员工作站均可独立完成正常生产所需的监控及操作，以便于任意一台出现故障时，不影响生产。
       HMI 系统采用基于Microsoft bbbbbbs NT 和bbbbbbs98 的CIMPLICIT Y HMI 软件编制。CIMPLICIT 运行在bbbbbbs NT/98的平台上，通过各种串行的、网络的通讯方式采集控制器中的资料，并利用计算机的强大图形功能动态地显示生产资料。采用CIMPL ICI T Y HMI 软件的WebView 选件实现厂级局域网站点登录访问功能。
[3] 通讯网络
        采用快速工业以太网和GENUIS 总线构成了3#烧结机基础自动化控制系统的通讯网络。操作员工作站和PLC主站之间的通讯采用快速工业以太网。VersaMax I /O通过Genius 现场总线与90-30 建立通讯链路。采用屏蔽双绞线，通过多点连接将每个从站接入，构成总线型网络拓补结构。因此一个站设备出现故障，并不影响整个总线的通讯。
• 系统功能
[1] 电控部分
电控部分为顺序控制，采用VersaPro软件用梯形图进行编程。实现以下功能：

• 单机控制：在机旁操作箱上对单台设备进行操作，并在HMI 上进行监控。只完成单台设备单独启动，不进行联动控制。
• 单系统集中控制：在HMI 上对某个系统进行操作，只完成单个系统的联动控制。
• 全系统集中控制：在HMI 上对整个系统进行操作，实现整个系统的自动控制。
• 联动功能：从画面按启动按钮，所有设备的起动顺序起动。按停止按钮，所有设备的停止顺序和起动顺序相反。一旦联动的设备有故障，从这设备开始按起动的方向一直停到圆盘给料机电子称小皮带机。中间停机延时一秒。
• 实际的工艺要求：正常生产时一般要求6、7系统连锁，而5系统因有大矿槽，在正常生产时如有故障，6、7系统连锁停，而5系统可以正常运行。

[2] 仪控部分
仪控部分主要实时显示与烧结工艺有关仪倥信号（如压力、liuliang、温度等），并且通过画面操作对点火温度、风箱负压进行控制。
• 点火温度控制：点火温度控制是通过控制煤气和空气的liuliang来实现的。采用串级双交叉控制和非串级双交叉控制的控制方法。串级双交叉控制是一种非常先进的控制方法，是以维持合适的空气，煤气比值为手段，达到燃烧时始终维持低过剩空气系数，从而保证了较高的热效率，同时减少了排烟对环境的污染。串级双交叉控制以点火温度调节为主回路，以煤气liuliang和空气liuliang为副回路的串级调节回路。串级双交叉控制分为自动控制和手动控制；非串级双交叉控制分为PID手动、PID自动和远程手动控制。
• 煤气切断阀控制：当煤气或空气的压力低时自动关阀。分手动控制和自动控制。
• 风箱负压控制：1#、2#、13#、14#风箱有调节阀，需要调节风箱负压。分为PID手动、PID自动和远程手动控制。

• 上位机画面
      上位机画面是在HMI 中完成的。到达任何一幅画面的按键操作不超过两次，画面弹出的时间不超过1 秒。主要包括工艺流程，趋势曲线，参数报表，棒图显示，报警，设备状态，回路调节等窗口。

一、引言

　　数字化、智能化印刷机械关键技术与装备项目是围绕书刊、报业、包装装潢、商业印刷的重大装备急需。双面印刷是出版物印刷、说明书印刷以及笔记本印刷的印刷工艺。双面印刷可以保证印品一次印刷完成，效率成倍增长。对开双面平版印刷机是一种新型高速双面印刷机，适用于书刊杂志等印品的印刷。高速双面印刷机以高速印刷高质量的印刷品受到用户的青睐。项目选用了台达机电自动化系列产品对电气进行了改进设计。

　　二、工艺自动化分析

　　高速双面印刷机整机动作控制整机由输纸机、收纸机和主机三部分组成。主机除主电机，上、下水辊电机，制动辊电机分别由四个变频器控制外，其余主要动作由七个气缸分别来控制上水辊、下水辊、上墨辊、下墨辊、递纸、上滚筒、下滚筒等的离合动作。气路的控制分为手动和自动两种模式。整机的核心调试工作就是电气、气动与机械动作相匹配，避免印刷中纸张的浪费。

　　由于自动工作模式下各动作要以一定的顺序工作，机械采用凸轮来控制各动作离合时的角度，电气选用二相增量型旋转编码器来实时测量凸轮的旋转角度，编码器每旋转一周，产生360个脉冲，PLC高速计数器计数720，到零位后复位重新计数。我们可以随时更改编码器的角度值，来配合机械的改动或因速度不同，惯性不同，所需动作的角度值不同，省却了烦琐的机械控制。

　　三、台达机电技术的自动化应用

　　1.系统原理设计

　　机床的控制以台达的DVP-EH型PLC为技术平台，触摸屏为操作界面，变频器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与DVPEH　PLC 的COM口相连，采用MODBUS协议。PLC通过485口控制四台变频器，支持MODBUS协议。

　　2.系统配置设计

　　台达　PLC：DVP64EH00R ＋扩展DVP08XP11R。台达触摸屏：DOP-A57CSTD。台达变频器：VFD110B43A ；VFD004M21A。框架如图1所示。

　　3.编程案例

（1）触摸屏显示报警。台达EH系列PLC提供了方便的高速计数功能，使程序编写简单，调试快速。我们将编码器的信号线接入PLC的高速计数端子X0，X1，编码器的复位端子接X2，对应计数器为C251，Y23为主机运行，当编码器两相接错时，触摸屏显示报警M455,如图2所示。

　　（2）通讯调试。在小型电气控制系统中，设备间的通讯调试是一个难题，但台达PLC与变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可解决问题。如读取主变频器的输出频率,先写好通讯协议，然后利用下条指令即可：

　　其中通讯命令装置地址为01，数据地址H2103，数据长度2个word。

　　两者的通讯省却了中间继电器的控制，减少了故障隐患，再利用触摸屏将PLC中的数据读出，可以方便地监视运转中出现的问题。

　　（3）画面设计。触摸屏的应用省略了原有的一些按钮、指示灯、计数器、转速表、时间继电器及润滑程控控制器等元器件，降低了故障率，也减少了接线的工作量。台达的人机编辑软件－TP Editor提供了7个等级密码的保护，有利于使用厂家对某些特定的使用条件进行了限定，保护了用户的利益。因触摸屏有3M的内存，所以设计时在画面中以走马灯的形式提供了大量的报警信息，也设计了多屏PLC输入、输出状态监视画面，在系统帮助里详细介绍了本机电气操作及维修提示，使整机的电气系统操作、使用、维修简单方便，参见图3。

　　四、结束语

　　该系统配置取代了原日系品牌的配置，整体来说性价比要高好多，故障率也远低于原配置。现批量使用已有一年多，系统稳定性强，用户操作简单，维护方便，得到了用户的肯定。

　　一方面由于出口商品比较多，另一方面由于人们的生活水平不断tigao，审美要求不断发展，纸包装印刷质量和品种严重滞后于社会经济发展的速度，一批制约印刷装备制造业发展、对行业产品升级换代和技术进步具有带动性强、辐射面大的相关关键共性单元技术和数字化、自动化印刷技术装备，对tigao数字化印刷技术与装备的自主创新能力和技术水平，对打破国外印刷装备的市场垄断，对增强国际竞争力是非常有帮助的。日常消费品包装正在从单色向多色发展，市场潜力巨大。单张纸多色高速双面印刷机领域的空白还有待于别的关键技术与装备重点突破

　　随着计算机技术的发展，人们逐渐通过计算机软件来模拟实际的物理模型。“虚拟模型”就是以计算机技术为基础，数字接口技术为支持，对模型进行研究和利用。虚拟电梯系统是指将计算机和PLC控制虚拟成一台实际运行的电梯，计算机通过动画显示电梯的轿厢和井道并模拟电梯的运行，同时将信号传送到PLC 控制器。PLC控制器运行电梯控制程序，通过通讯程序将控制结果传回计算机，计算机上的虚拟电梯根据控制信号来进行电梯的运行和信号的指示，从而模拟电梯的运行过程，并能模拟实际电梯的各种运行状态和故障状态。

　　与传统的物理模型电梯相比，虚拟电梯具有以下优点：

　　（1）成本低，使用方便，便于自行设计开发电梯的控制功能。

　　（2）虚拟电梯可以作为电梯操作人员的培训软件，熟悉电梯正常的运行规律和各种控制信号的功能。虚拟电梯设置灵活，楼层数、梯速和电梯数量都可以改变，而实际物理模型都是不可更改的。

　　（3）虚拟电梯可以作为PLC控制器的控制对象，对实际电梯控制系统的PLC控制程序及功能进行调试和完善。

　　因此虚拟电梯技术为开发电梯控制系统以及电梯操作人员的培训提供了良好的应用前景。

1.虚拟电梯系统的结构及原理

　　虚拟电梯控制系统由PLC电梯控制程序、系统通信程序和虚拟电梯仿真界面三部分构成。如图1所示。虚拟电梯仿真界面如图2所示，这是两个电梯的qunkong，画面对称地分为左右两个电梯系统。以左梯为例，左侧模拟虚拟电梯的轿厢和并道，其右侧为轿箱门和内外呼叫信号以及显示搂层信号，上部为电梯的运行状态。通过菜单的设置，可以配置电梯的数量、搂层数、电梯的运行方式（自动、司机、消防和检修等方式）。

图1 虚拟电梯系统组成
Fig 1 the structure of virtual elevator system

图2 虚拟电梯仿真界面
Fig.2 interface of virtual elevator

　　系统的硬件主要是计算机、西门子S7-200型PLC和通讯电缆。系统的工作过程为：:通过设置运行状态以及点击仿真界面上的按钮，使计算机将虚拟电梯的信号通过通讯程序发送给PLC，PLC根据接收到的信息，运行电梯控制程序，并将控制程序的控制信号发送给计算机，计算机则通过相应的解释程序，一方面将运行状态显示在仿真界面上，另一方面控制虚拟电梯动画模块的动作，从而达到虚拟电梯控制的目的。计算机中的软件采用VB编程，通讯方式采用串口通讯。

2.通讯协议格式设计

　　整个系统中将计算机虚拟电梯模型和电梯控制器PLC有机连接起来的就是计算机和PLC的通讯程序。通讯协议就是定义的使计算机与PLC能够识别相互之间通讯数据的通讯格式。本系统中S7-200与计算机间的数据传输，是以“帧”为单位进行的。本系统采用定长的通讯帧，每一帧的格式为：

　　定义：

　　1）.开始字符标志着通讯帧的开始，在本系统中被定义为ASCII码的"@"。

　　2）.结束字符标志着通讯帧的结束，在本系统中被定义为ASCII码的"#"。

　　3）.校验码为正文各数据的异或和，用两个字节的十六进制ASCII码表示。

　　计算机与PLC通信时，为了避免通信中的冲突，采用主从方式，即计算机为主机，PLC为从机。只有主机才有权主动发送请求报文（或称为请求帧），从机收到后进行校验，若校验正确，则返回响应报文。

　　4）通讯帧中的命令类型则反映主从机之间的通讯数据类型。命令类型用两个字符格式表示，定义CT表示控制字，ST表示状态字，RS表示响应字。对不同命令类型的通讯数据帧格式定义如下：

　　（1） 状态字为计算机传向PLC的数据，表明虚拟电梯的状态及呼叫命令。该通讯帧数据格式为：

　　正文数据包括： 电梯的运行状态（上行、下行、停），安全信号（是、否），电梯开关门，电梯内呼外呼信号，平层信号等，用十进制数字按照下列定义的顺序表示：

　　运行方式定义为1位：自动为0，司机为1，检修为2，消防为3;

　　运行状态定义为1位： 电梯上行 为2，下行 1 ，停止为0，故障为3

　　电梯开关门定义为3位，首位含义：按钮未按0，电梯开门1 ，电梯关门 2 ;二、三位表示门状态：开门过程00 ，开门到位01，关门过程10 ，关门到位11 ;

　　电梯内呼数据以N开始，以W结束，每两位表示内呼层数，如N0413W表示电梯内有到4层和13层的内内呼信号;

　　电梯外呼数据以内呼结束字符W位开始，以字符S为结束字符。每三位表示外呼层数：首位是外呼方向0为下行，1为上行，2为上下均有呼叫，另两位表示层数。如数据W005112S则表示五层有下行呼叫，12层有上行呼叫。

　　平层信号用两位表示。

　　正文数据为A、B两梯的数据，其格式相同，其中A梯数据在前，B梯数据在后。

　　（2）响应字是计算机或PLC接收到数据后返回发送方的的响应。用于判断通讯数据是否正确。正文包括：当异或校验码正确时用00表示，错误时用11表示。当计算机向PLC发送如前所示状态字后，由PLC返回计算机的响应为：

　　（3）当计算机向PLC发送的数据格式为

　　表明计算机作为主机，要求PLC传送数据，主机处于数据接收状态，此时PLC向计算机传送的数据帧称为控制字，通过它来控制虚拟电梯的运行，控制字格式为

　　正文数据包括：电梯的上行下行停止，电梯开关门指令，信号指示（内呼、外呼、搂层）。定义格式与状态字类似。

3 .通讯程序设计

　　通讯程序的设计就是要在计算机和PLC之间完成以上述协议为格式的数据传递任务。分为计算机通讯程序和PLC通讯程序。

　　3.1计算机通讯程序

　　在开发计算机串行通信程序时采用VB编程语言，主要是利用MSComm （Microsoft Comm Control 6.0）通信控件，该控件提供了对串口的各种操作。MSComm提供两种通信方式，事件驱动方法和查询法。本系统采用查询法，查询法适合于较小的应用程序，每当应用程序执行完某一串行口操作后，将不断检查MSComm控件的CommEvent属性，以检查执行结果或检查某一事件是否发生。MSComm 控件主要属性有：

　　（1）Commport属性，设置并返回通信端口号，用于指定使用PC机的哪一个串行端口

　　（2）Setting属性，以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位和停止位。

　　（3）Portopen属性，设置并返回通信端口的状态，用于打开或关闭端口。

　　（4）Output属性，用于发送数据，可以是文本数据或二进制数据。

　　（5）bbbbb属性，从接收缓冲区返回和删除字符，用于接收数据。

　　（6） bbbbbLen，设置并返回每次bbbbb属性从接收缓冲区读取的字符数。

　　（7） CommEvent，返回近的通讯事件或错误。

　　计算机虚拟电梯的通讯过程如图3所示。

图3 计算机通讯过程
Fig.3 communication process of computer

　　3.2 PLC通讯程序

　　西门子S7-200PLC提供了PPI（point to point）、MPI（multi point）和自由口（free port） 3种通讯方式，自由口通讯方式可以使S7- 200与任何具有串行口的设备进行通讯，自由口通讯使用RS-485接口,在程序中可以使用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV）等来控制通讯操作。通讯过程中，计算机作为主站通过COM口发送指令到PLC的PORT0口，PLC通过Rcv接收指令，然后对指令译码后实现指令要求的操作，并返回指令执行的状态信息。

　　PLC通讯程序采用中断方式，S7- 200系列PLC内部的特殊存储字节SMB30和SMB 130用来为通讯端口0和1在自由口通讯方式下选择波特率、奇偶校验和数据位数。利用XMT指令发送缓冲区的内容，发送完后会产生一个中断事件。利用RCV指令接收数据,接收完后也会产生一个中断。

　　PLC的通讯过程如图4所示。

图4 PLC通讯过程
Fig.4 communication process of PLC

　　3.3 系统的工作过程

　　虚拟电梯系统的通讯过程同样分为计算机和PLC两部分，计算机部分通讯过程是：虚拟电梯的仿真界面运行后，每过一定的时间（设定为100ms）,计算机就将虚拟电梯仿真界面上的鼠标指令以及电梯的状态发送给PLC，PLC接收数据后，将其作为输入端口数据运行电梯的控制程序，产生输出数据，并将数据按协议格式传递给计算机，计算机接到后对数据进行解析，然后根据控制指令来进行电梯的运行和信号的指示。

4 结束语

　　通讯程序的设计是虚拟电梯中的重要一环，它决定了系统能否实现真正运行的功能，以及扩展性和通用性。本系统设计了可扩展的通讯协议格式，使用VB语言和西门子S7-200PLC开发了计算机和PLC的通讯程序，实现了计算机与PLC的实时通信。并将该通讯技术成功应用在了多电梯的虚拟系统中。该虚拟电梯系统作为PLC开放式实验室的一个虚拟对象，在PLC单电梯和多电梯控制中得到了很好的应用，也为开发电梯控制系统以及电梯操作人员的培训提供了良好的应用前景。