6ES7223-1BF22-0XA8库存充足

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1  引言

目前，国内大型的造纸厂对纸张定量水分的控制系统的策略是进口关键单元，如定量水分传感器和变送器、扫描架、控制器、关键的机械部件等，控制部分用国内的技术及装置，组成完整的品控生产线，即满足了控制要求，而且节省了半数的投资。在本项目控制系统中，选用工控计算机作为操作站和工程师站，选用西门子s7-300 plc作为主站和从站，网络通讯采用以太网和profibus现场总线。控制策略采用智能预测控制。

2  系统组成

扫描架带动定量和水分变送器在线检测，检测信号在计算机内通过数字滤波计算出定量水分的平均值，用定量阀控制纸张的绝干定量，用烘缸蒸汽压力给定值控制纸业水分，此过程是通过目标值和反馈控制系统来实现的。系统主要组成部分如图1所示。

图1  定量水分系统

2.1 扫描架部分

扫描架选用impact公司的b/m传感器变送器及相应的o形扫描架系统扫描架和定量水分信号通过tcp/ip协议和os站交换数据。impact公司的扫描架系统可以方便的对定量水分控制进行扩充，如检测和控制纸张的厚度、灰分、白度、平滑度、横向分布等。

此控制系统引进传感器型号如下：o型扫描架1880mm(1880mm advantage plus o-frame scanner)；单边扫描架1880mm(1880mm single sided frame)；定量传感器－钷147(basic weight sensor-pm147)；水分传感器-钨136(basic moisture sensor-w136)；轻触式厚度传感器(light touch air-bearing caliper senor)。

2.2 fcs(现场控制站)功能设计

(1)  与变送器、执行器一起构成具有自动调节能力的控制站。

(2)  对现场送来的信号进行处理转换，变成计算机能处理的信号。

(3)  把输出信号转化成现场执行器的控制信号。

(4)  具有相应的扩展输入/输出(i/o)模块，可完成输入/输出处理。

(5)  具有与监控操作站(os/oe)进行数据通讯的接口。

(6)  具备一个主控制板，能执行设定好的控制算法。

(7)  通过profibus-dp现场总线实现与从站和os进行数据通信。

考虑到系统性能和性价比，可编程控制器采用西门子s7-300plc。其特点是：模块化、易于扩展、通信稳定、运行可靠。s7具有开放性的网络结构适应于bbbbbbs nt/2000和bbbbbbs xp标准操作系统支持dde/opc，可通过以太网与企业上位信息管理系统连为一体。

通过profibus-dp现场总线实现i/o与控制器功能处理分散，可进行远程扩展，进一步tigao了系统的可靠性和可操作性。可以通过计算机或触摸屏设定各个控制及连锁逻辑控制回路的控制周期及扫描周期。plc与os站的通讯接口模块采用cp340。

2.3 硬件配置

根据控制系统的要求，采用s7-300系列的plc来进行组态。对于控制系统的plc，首先，由于控制系统的i/o点数(本系统为110个点)不多，程序量不大，通过经验公式计算所需存储器容量(存储器容量(kb)=(1.1～1.25)×(di×10+do×5+ai/a0×100)/1024)，根据存储器容量大小选择主控模块为cpu314即可。

供电模块: 10a的ps307；中央处理器(cpu): 选用cpu314；模拟信号输入：所有的现场参数，由各自的变送器进行检测，通过相应的变送器转换为4～20ma的标准信号与plc系统的模拟量输入通道连接。选用模块为sm331/ai8(2块)；开关量输入：主要是一些控制按钮、急停按钮、限位开关、行程开关等，选用sm321 di16(2块)；模拟信号输出4～20ma的调节信号通过d/a模块输出，完成各回路中的调节器的控制。阀门采用气动调节阀，通过电气阀门定位器接受4～20ma电流调节信号。选用模块为sm332/ao8(2块)；开关信号输出：包括一些运行状态显示、报警等。选用模块为sm322/do32(1块)；通讯模块：选用r485接口的cp340(1块)。

为了保证控制系统运行可靠稳定，在信号的采集和控制通道中充分采用系统隔离技术。所有现场传感器信号通过隔离器或配电器进入plc的模拟信号采集通道，所有现场的开关信号及阀门的控制信号采用中间继电器隔离。

2.4 系统控制回路

(1) 上浆浓度控制回路 影响定量的只要因素是进入冲浆泵的纸浆浓度和liuliang，浓度通过浓度的自动控制系统来调节。

(2) 上浆liuliang控制回路 将liuliang计和相应的控制阀安装在冲浆泵的入口的管道上，实现对上浆liuliang的控制。根据一定的定量控制算法，改变liuliang设计值的大小。定量阀采用btg公司的，liuliang计采用横河ae215mg-as2-pnj-ain/br/sct。

(3) 蒸汽压力控制回路 本系统为三段供汽方式的8缸纸机，采用分段控制方式。分别对施胶前烘缸组(2缸)和施胶后烘缸组(6缸)压力进行顺序控制和定值控制，实现纸张水分的控制。

(4) 定量水分测控系统 定量和水分仪的探头安装在o型扫描架上，随扫描架的来回移动对纸张连续扫描检测，检测信号通过网络传输给计算机进行处理。并在计算机屏幕上实时显示定量水分横向分布图和和纵向趋势图。与此同时计算机通过检测值和设定值之间的偏差根据一定的控制算法发出控制信号，分别调节定量阀和烘缸蒸汽阀，使定量水分保持相对稳定。

(5) 纸机车速显示和调节 从纸机传动部变频器和增量式编码器组成车速的调节系统，并把车速信号传输给计算机显示，通过检测信号和设定信号之间的偏差发出调节控制信号，保持车速稳定。

2.5 os站(操作员站)的功能设计

(1) 组态设计、仿真调试、监控和控制操作。

(2) 与现场控制站连接通讯，实现系统的分散控制。

(3) 完善的系统应用软件，进行工控软件的二次开发，提供人机监控操作界面。

为保证控制系统运行稳定，在信号的采集和控制通道采用系统隔离技术，传感器信号通过隔离器进入plc的模拟信号采集模块，所有逻辑信号和阀门控制信号采用施奈德中间继电器隔离，保证控制系统与现场仪表的完全隔离。

该控制系统所有的压力、liuliang、液位、浓度、温度等信号以动态的形式在计算机上显示。系统的各个控制参数、工艺参数及生成的数据库自动的存贮在计算机中，便于实时查询。

3  系统控制策略

纸张生产过程中，定量和灰分的调节是一个大时滞、大惯性、强耦合、非线性的复杂控制过程。传统的pid很难对其进行有效的控制。本系统利用智能控制策略结合pid控制很好的解决了纸张定量和水分的控制。

3.1 系统功能

系统具有定量和水分的测量及控制，横向定量曲线的输出，绝干浆liuliang控制。plc根据定量水分的设定值和检测值之间的偏差，按一定的控制规律发出控制信号，分别调节定量阀的开度和和烘缸蒸汽压力的大小，保持定量水分的稳定。

(1) 调浆箱上浆浓度的自动检测和控制，克服了中浓浆浓度的变化对纸张定量的影响。

(2) 烘干部烘缸汽压的自动检测和调整，克服了外来汽压的波动对纸张水分的影响。

(3) crt显示纸张定量水分的工况数据历史记录。根据纸张定量水分的设定值和测量值之间的差值，控制浆流阀的大小和及蒸汽压力阀的动作，保正产出高质量的纸张。

(4) 根据工艺，通过电脑键盘设定控制参数和设定值。

(5) 系统操作规范有手动和自动两种方式，可根据需要自动切换。

3.2 控制算法

纸张定量的控制特性表现为滞后时间长、时间常数较短、测量值离散度较大。纸张水分的特性表现为时间常数大、易受干扰。在纸张生产过程中定量水分的控制存在着强耦合特性，因此要想达到理想的控制效果，就必须对定量水分的控制回路进行解耦，把纸张定量水分的控制回路分离开消除它们之间的相互影响。控制方案如图2所示。控制软件包括：纵向定量水分控制软件，绝干浆控制软件，烘缸控制软件。

图2  定量和水分计算机解耦控制系统

3.3 软件设计

(1) 设计平台：控制系统在bbbbbbs xp环境下运行，编程软件为stpe7 v5.4，组态软件用wincc。为方便操作人员操作，所有微机操作都是用鼠标，画面切换、各参数设定都采用鼠标点击画面上的按钮来实现，所有的操作界面都使用汉语。画面直观、易懂、操作方便。

系统用profibus总线与下位s7-300plc进行数据通讯，下位s7-300通过cp340通讯模块与上位机进行数据交换，使系统的软件和硬件组成一个完整的系统，保证系统高效稳定运行。

(2) 人机界面：操作站上的人机界面有以下画面组成。

● 各参数(纸张定量、水分、厚度、灰分等)信号横向显示，设5s画面更新一次；

● 各参数(定量、水分、厚度、车速、liuliang、浓度、压力阀门开度等)历史趋势记录，设2秒钟更新周期。

● 实时、动态、直观的显示各控制点的工艺流程。

● 报警画面：操作员用鼠标点击报警按钮，就会切换到报警画面，操作员可直观的看到报警信号的工位号、报警类型、注释、报警时间和当前值(实时更新)，点击报警项就会切换到报警工号对应的操作界面，操作员可进行相应的修改。所有的报警可通过复位按钮进行复位。

● 历史报告画面：可以查询操作人员的操作记录和操作的详细时间，包括程控系统的启停、各参修改前和修改后的值等控制参数和工况参数设定界面。可存贮1年的历史数据库。

  引言

运料车的作用是将搅拌好的成品料tisheng到成品料存储仓中。早期的搅拌设备中，运料车控制通常都是采用继电器逻辑控制，由于继电器的稳定性远远比不上目前的plc控制设备。特别是随着科技的不断发展，plc以其体积小，功能强、故障率低、可靠性高、维护方便等优点，被国内外沥青混合料搅拌设备厂家广泛采用。

本项目运用plc(可编程逻辑控制)控制运料小车的运行 ，取代了传统的继电器控制 ，实现了运料过程的自动化。在具体控制过程中，通过移位指令、计时器和移位寄存器的复位指令使运料车能够连续运行，直到需要停止时按停止按钮停车。运料车还可通过手动控制其运行，但操作起来复杂，而且易出错，plc在小车自动送料控制系统中可实现较高的自动化程度，大大tigao系统的稳定性和可靠性，减少调试、运行、维护的强度，成为“无人值班，少人值守”的优选小车送料自动控制系统。本文通过分析可知,用plc控制运料系统，安全、可靠，而且维护、调试方便，具有很高的推广价值。

2  设计与实现分析

2.1 运料车系统工作过程介绍

成品料存储仓一般有单仓、双仓或三仓等配置形式 ，另外再配一个废料仓。我们以双仓为例来说明其控制过程。图1为运料车工作过程示意图。运料车在工作前要先选仓。1号成品料仓和2号成品料仓的仓顶上各有(图1运料车工作过程示意图)两个门，起防雨和保温的作用。废料仓顶上没有门。当选择好料仓时，舱门自动打开，这时才允许运料车工作。运料车的工作过程为：前进——停车卸料——后退——等待装料——再前进。

图1  运料车工作过程

2.2 小车自动送料系统设计

(1) 沥青入喷射腔，各热骨料仓装料，料粉仓装料；

(2) 热骨料，料粉，沥青入搅拌锅搅料；

(3) 搅拌结束，小车到位，接近开关发信号；

(4) 搅拌锅打开电磁阀放料，同时读取称重传感器的值，当称重传感器的值到达设定值时搅拌锅关闭电磁阀，料运到目的地；

(5) 车卸料同时读取称重传感器的值,当称重传感器的值达到设定值时运料车关门,然后返回搅拌锅下重新装料；

(6) 运行直到运料完停车。

2.3 自动送料运动设计

用电动机拖动小车，电动机正转，小车前进，电动机反转小车后退。首先选择成品料仓1号或2号。选择好后，小车首先停在搅拌锅下装料，当称重传感器达到预定值时，电磁阀关闭，停止装料，小车前进，向选好的料仓驶去，抵达后将料卸完(称重传感器达到预定值即小车的净重)小车后退返回到搅拌锅下接着装料，然后继续向料仓运料。如此反复直到将料运完。

(1) 小车向1号成品料仓运料：小车位于搅拌锅下；当运料小车位于搅拌锅下时，压下限位开关sq0，接通x1，其常闭断开，常开闭合，指示灯y0亮。

(2) 小车向1号成品料仓运料：按下起动按钮sb1，接通x0，其常开闭合，运行指示灯y1亮。y1常开触点接通，实现自锁。与此同时，y1常开触点接通移位寄存器的输入端，m0置“1”，其常开触点闭合，常闭触点断开。m0和x2接通t0的线圈。30秒后(此30秒时间内给小车装料)t0常开触点闭合，y4线圈得电，km1得电吸合，电机正传，小车前进，向1号成品料仓运料。

(3) 小车从1号成品料仓返回搅拌锅下：当运料车到达1号成品料仓时，压下限位开关sq1，x2常闭断开，常开闭合。t0线圈失电，其常开断开，km1失电释放，电动机停转，小车停止前进。与此同时m0与x2常开接通移位寄存器输入端cp，将m0中的“1”移位到m1中，m1常闭接点断开，m0补“0”，而m1常开接点闭合，t1线圈通电，延时30秒(在这30秒内小车卸料)后，t1常开触点接通，y5线圈通电，接触器km2接通，电机反转，小车后退，返回搅拌锅下。

(4) 运料车第二次向1号成品料仓运料：当运料车返回搅拌锅下时，压下限位开关sq0，x1常闭断开，t1圈失电，t1常开断开，y5失电，km2线圈失电释放，电动机停转，小车停在搅拌锅下。与此同时，m1与x1接通移位寄存器输入端cp，将m1中的“1”移位到m2中，m0的“0”移位到m1中，m0仍补“0”，m2接通t0线圈。30秒(这段时间小车装料)后，t0常开触点闭合，接通y4，km1得电吸合，电动机正转。运料小车向1号成品料仓运料。

(5) 运料小车第2次返回搅拌锅下：当运料车到达1号成品料仓时压下sq1，x2常闭断开，常开闭合，t0线圈失电后，t0常开断开，y4线圈失电，km1失电释放，电机停转，运料小车停止前进，这时m2与x2接通移位寄存器的输入端cp，将m2中的“1”移位到m3中，m3常闭触点断开，m2补“0”，m3常开触点闭合，接通t1，延时30秒(此时小车卸料)，t1常开闭合，y5被接通，km2接通，电动机反转，小车后退，返回搅拌锅下。

(6) 运料车停止运料：当小车返回搅拌锅下时x1常开闭合，常闭断开，y5失电，运料车停止运行。此时m3与x1接通移位寄存器输入端，m3移位到m4，m4为“1”，m0～m3位“0”，如果连续运行开关s没有合上，x5仍断开，那么移位寄存器不会复位，m0仍为“0”，则运料车停止运行。

(7) 运料车连续运行或向其它料仓运料：

● 如果需要继续向1号成品料仓运料，只要合上开关s，x5，x1与m4接通复位输入端rst，移位寄存器复位。m0重新置“1”，m0与x2又接通y4，运料小车又开始第二周期运行。一直到不需要运料时，按下停止按钮sb4，x8触点断开，y4、y5线圈回路断开，运料车立即停止运行。同样，如果发生意外情况，不论运料车在任何位置，只要按下停车按钮sb4，电动机能够立即停车，系统恢复原来状态。当故障排除时重新启动；

● 运料车向2号成品料仓运料。运料过程的控制与向1号成品料仓运料控制相同，只是移位寄存器的输入从m5～m9。

● 运料车向废料仓运料。控制过程与向1号成品料仓运料控制过程相同，只是移位寄存器的输入从m10～m14。

● 此程序运行时，可以任意先选择其中的一个料仓给其运料。运料过程中如果需要给其它料仓运料只要将运料车停止，再启动其它料仓的启动按钮就行。

2.4 设计中要注意的几个问题

(1) 盛沥青、骨料、料粉的料斗分别装有上限、下限报警器将沥青、骨料和料粉分别用运料车将料放入盛料料斗中，将料斗阀门打开开始放料，它有一个盛料的上限，当料斗内的料超过上限时，报警装置动作，停止放料。同理，还有一个盛料的下限报警装置。将沥青、骨料、料粉下放到搅拌锅内，盛料斗内的料低于下限时，下限报警装置响应，开始加料。

(2) 沥青、骨料、料粉入搅拌锅量的控制。成品料是由沥青、骨料、料粉搅拌而成，而各料在成品料中所占比例不同，因此需要控制各个料的量。放料时需按预先设计好的程序控制各料斗下料的量。

(3) 重量控制。将搅拌锅内的料搅拌好后，通过电磁阀给运料车装料。运料车装料的量通过称重传感器来控制。当称重传感器的值达到设定值时，搅拌锅关闭电磁阀，通过传感装置给电动机发出信号，小车将料运走。

(4) 电机过载报警装置。运料车在过载低速运行过程中，容易引起电动机发热过烫的现象，会缩短电动机的寿命。在发生这种现象时通过报警装置及时检修相关装置，排除故障。

(5) 障碍物监测。在运料车工作过程当中，为防止传送带或轨道上有障碍物阻碍运料车而发生事故，如工作人员在不知道的情况下挡在运料车的必经之路时或有其它设备或物体时，自动监测系统能够及时发现发出警告，使运料车暂停，待清除障碍后再运行。

(6) 运动路线。运料车运料必定有一个运料路线，这个路线是预先设定的，通过给运料小车编制一定的程序实现自动沿路径运行。

2.5 系统程序设计

(1) plc外部接线图如图2所示。

图2  plc外部i/o连接示意图

(2) 梯形图设计如图3所示。

图3  系统plc工作梯形图

1  引言

早期的舞台控制系统是采用继电器控制方式，由于舞台设备数量大，使得控制元的数量庞大，接线复杂，因此所设计的控制系统容易出故障，稳定性和准确性无法保障，并且维修困难。本项目控制系统采用plc开发的控制系统，从根本上克服这些问题。利用plc独特的优势和强大的功能，tigao系统工作的稳定性和准确性。根据客户的要求，可以修改程序，改变连锁、互锁和组合功能，对控制系统的功能进行调整，无需改动任何硬件和接线，维修改造简便，安全可靠，节约成本,获得较好的经济效益。

2  舞台机械系统

工程的机械部分包括(4个)升降台、踏步、踏步伸出台和护栏几部分。通过可编程控制器的连锁、互锁和组合功能控制电机，同时结合形成开关实现了对升降台、踏步、踏步伸出台和护栏的升降、伸缩。舞台机械组成框图如图1所示。

图1  舞台机械组成框图

每个升降台由一台5.5kw的电机驱动，4号升降台驱动电机功率为7.5kw。每一个升降台都有相应的支撑机构，每套支撑机构还有左右之分，左右结构各由一台0.2kw的电机驱动。在三号升降台两侧有两个踏步伸出台，由0.2kw的电机驱动。子台由1.5kw的电机驱动。

3  plc控制系统设计

3.1 动作描述

系统通过plc发出指令控制电机的运行，舞台由电机带动进行相应动作，当舞台运动到指定位置，由此处的行程开关向plc发出反馈信号，plc接收到信号后再执行下一指令。触摸屏和plc之间是一个双向过程。通过触摸屏操作，经plc同样可以对舞台进行控制，而plc控制舞台的过程也可以在触摸屏上显示。系统结构框图如图2所示。

图2  系统结构框图

在本控制系统中，舞台运行的每一步是否到位都是通过触碰对应位置开关来体现的。以1号升降台为例，平台停落在底部时，左右各有一个位置开关，当这两个开关触碰到位后，系统便可知平台已经下降到位。升降台上升时，平台可以上升的高度有一个极限，在此处也用两个开关通知系统平台已经上升到了上限位。升降台落在支撑面时，在左右两边也需要两个这样的开关来确定平台的位置。另外，支撑机构的伸出和回退也需要位置开关来确定是否已经伸出到位和回退到位。每一个支撑机构在伸出到位处和回退到位处各需要一个位置关开。

(1) 升降台升起和降落

● 升降台升起：升降台在底部时并且支撑机构在回收状态时，升降台正常升起，升起到上限开关时停止，支撑机构伸出到位，升降台开始下降，下降到支撑面停止，整个上升过程才结束。当升降台在中间状态时上升，先要升起到上限开关停止，支撑机构伸出到位，下降到支撑面停止。

● 升降台降落：升降台在支撑面，支撑机构在伸出状态，如果是3号升降台则必须踏步在回收状态，如果是4号升降台则必须条形台在回收状态，此时正常下降。首先升起到上限开关，然后支撑机构回收到位，升降台降落到底部。若是中间状态，则可以直接下降到底部。

(2) 踏步和条形台：条形台和踏步的运动方式是一样的，都是在各自的升降台升起完毕之后，才开始动作。当条形台回收或者踏步下降时，都是各自得升降台在升起位置时，先把踏步和条形台回收，才开始升降台的降落。

3.2 plc程序设计

(1) plc选型。本课题选用欧姆龙型号为cpm2ah的plc。cpm2ah在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型plc所具有的功能，还尽可能使安装空间小化，而且还可连接可编程控制终端。cpm2ah不仅扩展能力强，并可方便的与omron的可编程序终端(pt)相连接，为机器操作提供一个可视化界面。在通讯功能方面，cpm2ah提供内置rs232c端口及rs485的适配器。

(2) 舞台程序设计。舞台运行是舞台控制系统的核心部分，主程序开始执行后，先预置初始数据，确定程序所要执行的指令和舞台将要发生的动作。然后确定升降台的位置，以明确升降台的运动状态。主程序发出指令启动电机开始工作。脉冲位发出脉冲信号后，计数器开始计数，如果没有达到计数器的预设值，返回再执行脉冲位，达到计数器的预设值后，计数器完成一个周期动作，电机停止工作，舞台到达预置初始数据所指定的位置。一个完整的主程序执行过程完毕。执行下一个动作时，主程序重新开始。舞台控制系统流程图如图3所示。

 图3  舞台控制系统主程序流程图

4  触摸屏程序设计

4.1 触摸屏的选择

通过选择，选用了omron触摸屏ns10-tv00-v2。这款omron的新一代触摸屏基本数据如下：

有效显示区域尺寸：10.4寸；显示材料：tft；像数：640×480；显示色彩：256色；画面数据容量：60m；支持存储卡，plc梯形图监控，4路视频输入，能接入controller bbbb 网pt通过rs-232c接口与plc通信，plc内的数据可显示在触摸屏上，操作人员输入的数据也可存入plc。

4.2 上位画面设计

(1) 复选功能。舞台的升降台、踏步、条形台和护栏可以单独动作，也可以复合动作。单独运动简单，这里介绍一下复合动作。以1号平台为例，不能对某一平台同时做出升起和降下动作在同一时间，要一号平台既上升又下降是不可能发生的。为了避免实际操作过程的失误操作，使程序无法正常运行，在复选状态里，通过对升降台按钮编辑宏以避免此类情况的发生。选择上升时，将触摸屏内部地址＄b1=0(1号下降)放在上升按钮的宏中，同样在下降时，地址＄b0=0(1号上升)放在下降按钮的宏里。触摸屏设计总框图如图4所示，主画面图和形成开关画面如图5所示。

图4  触摸屏设计总框图

图5  主画面图和形成开关图

(2) 报警设计。当程序出现故障时，可发出报警，触摸屏即弹出报警截面，操作人员便能根据报警信息进行相应的纠正操作，避免发生事故。警报和事件是启用用于警报监视而注册的地址功能以提供来自这些地址的警报通知。在发生警报或事件时，显示可自动切换至指定屏幕。在使用报警功能对象之前要注册警报/事件。在可系统设计中，报警界面采用的是列表输出，即如图那样把历史报警信息一一列出，另外还有只显示单个警报信息的简单显示。

5  通讯设计

调试过程中，首先plc与上位机之间是通过232串口相连的，因为232串口通信效果不是很好，常有连接不上的情况发生，调试过程中尝试把232串口连接转换成usb接口连接，通信效果有了明显改善。上位机和触摸屏之间用usb连接。plc与触摸屏之间用232串口连接。然后将plc的cpu单元与数字量调试单元的输入部分通过连接线按对应编号连接起来，检查无误后便可对程序进行调试