西门子6ES7222-1BF22-0XA8正规授权

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1 引言

　　空气压缩机作为气动控制系统的气源设备，其在运行过程中的稳定程度和可靠性直接关系到生产安全性。由于早期的电气控制多为继电器线路，长期运行容易老化，从而使灵敏度降低，在运行过程中会经常出现停机故障，给正常生产造成影响。采用可编程控制器技术改造空气压缩机的控制，克服了传统的纯继电器控制电路的不足，不仅可以完成对开关量控制，还能实现对模拟量进行控制。满足了系统对控制准确性和安全性的要求。

　　本文采用西门子公司的s7-300可编程控制器，对两台柳州柳二空机械股份有限公司（原柳州第二空气压缩机总厂）生产的zw-3/7型无油润滑空气压缩机及其气体干燥器进行控制。本控制系统是在原生产线控制基础上，进行i/o口扩展从而达到空压机的控制目的。

　　2 系统工作过程

　　2.1空气压缩机组的工作过程

　　在设备上电开机后，系统首先对空缩机的运行条件进行检查，当冷却水压力、空压机曲轴箱油压满足要求时，1＃机启动，2＃机作为备用，其启动方式均采用y-δ起动方式，y-δ起动延时为6秒。起动后，储气罐开始充气，在储气罐压力达到设定值0.7mpa时空缩机进气阀关闭，机器空运转。当储气罐压力下降到0.65mpa时，进气阀打开，再次进行充气。由于故障等原因使储气罐压力降到设定值0.55mpa时，且1#机处于停机状态，则2#机起动并正常运行，其运行原理同1#机相同，继续对储气罐充气。在储气罐压力降到0.55mpa时，且2#机处于停机状态，1＃机起动并正常运行。与此同时，两台机器的正常运行时间均为12小时，也就是说，一台机器运行到12小时时，无论其有无故障，或是储气罐压力是否低于0.55mpa，均要停机并启动另一台机器。

　　2.2气体干燥设备的工作原理

　　两台压缩机共用一台气体干燥设备。该设备是采用柳州柳二空机械股份有限公司生产的gwu系列无热气体干燥器，其工作原理如图1所示。开机后，a塔先做吸附运行，b塔做再生运行。在设定的时序控制下，进气电磁阀a2打开a1、b1、b2均关闭，压缩空气经a2阀，从底部进入a塔，在向上运输过程中，气体中的水分被塔内吸附剂吸掉，干燥的气体通过梭阀c进入储气缺罐，与此同时，在a2打开后，经延时10秒b1打开，用b塔中的残余气体从上到下运动，将吸附剂中的小分从b1阀带出，经消声器排空。其开启的10秒时间是进行b塔脱附工作。在a2打开后延时十分钟后b2电磁阀打开，同时a2阀关闭，b塔进行充气，十秒后，a1阀打开，a塔中剩余气体从上至下经a1阀，从d消声器排出，并将a塔中水分带出，使a塔脱附，经延时十秒a1阀关闭。此时，由于a塔中的压力下降，b塔中的压力上长，梭阀c将a排气口关闭，将b排气口打开。同理，在b2阀开启十分钟后，a2阀打开，b2阀关闭，延时十秒，b1阀打开，使b塔进行脱附运行。就这样两塔交替运行，进行对气体的干燥。

图1空气压缩机组工作原理

　　3 系统的控制要求

　　3.1空气压缩机的控制要求

　　（1）开机前按通电源，所有安装在中控室和现场的状态指示灯点亮，显示当前状态。

　　（2）按下起动按钮，空压机按y-δ方式起动，进气口电磁阀打开，开始给储气罐充气。另外，在起动时，不要求两台机器同时运行，但可选任意一台先运行。

　　（3）正在运行的机器，运行时间超过12小时或故障，备用机起动，并运行。

　　（4）在运行过程中，如果发生水压、油压不足，立刻停机，并发出指示。

　　（5）按下停止按钮，停机。

　　3.2气体干燥器的控制要

　　气体干燥器的控制与空压机的运行同步，与空压机的电源一并打开，其起动受空压机的主接触器的控制。

　　4 系统硬件设计

　　4.1系统配置

　　本设计所选用的是s7-300的标准型cpu，i/o口选用sm321和sm322数字量输入/输出模块及sm331模拟量输入模块在其三号扩展槽的第二个sm口上依次进行扩展。

　　4.2扩展单元i/o分配及接线

　　对西门子s7-300的扩展口进行分配，其接i/o口定义如附表所示。

　　开关量信号的采集，空压机在高速运行时，必须有很好的冷却系统和润滑系统，以避免运行过程中产生的热量对机器造成损坏。所以水压、油压是首先要考虑的，采用压力开关进行这些量的采集，并连接到其数字量输入模块sm321上，起始地址为100.0-100.3。模拟量的采集主要是用于测试储气罐的压力，以控制空压机运行。这些量需要用压力变送器进行采集，并将0-1mpa的压力转换成4-20ma的电流信号送到模拟量输入模块sm331上，其起始地址为672-687。其硬件接线如图2所示。

图2硬件接线

　　对于空压机的y-δ起动，虽然在软件程序设计中已经对其进行km2和km3、km5和km6的互锁，但为了其运行的安全性，所以在硬件连接中再一次对其进行互锁，确保起动时由于触点烧蚀或其它故障造成不能断开而产生短路情况。气体干燥器部分有四个电磁阀，这四个阀的在电源接通后，由km1和km4进行控制，无论是1＃机还是2＃一旦起动，气体干燥器就开始工作，其a塔下面的a2阀打开，a塔先行工作。然后按前述的工作原理进行工作。用km1和km2控制这一部分能保证气体干燥器与空压机的同步工作。

　　5软件设计

　　5.1空压机控制

　　依据空压机的工作原理设计其运行程序。开机，检查其水压、油压，在这些条件满足时1#机起动，并开始正常运转。在此要注意的是，在运动中2#机的起动，由于它一方面要受到定时器的控制，还要受到储气罐的压力控制，当储气罐的压力低于0.55mpa时，这说明1#机故障，所以2#机起动，但是这与1#机的初始条件相同，在开机时，储气罐的压力为0，两台机器都可以运行，因此在这里要求通过压力变送器和km1、km4共同对开机进行控制。km1、km4分别与压力变送器串接进行对两台机器的互锁运行控制。其主机和备用机的运行梯形图如图3所示，通过i672与q108.3控制1#机起动，i672与q108.0控制2#机的起动。这样就使得，当压力低于设定值0.55mpa时，两台机器不至于同时起动。

图3空压机梯形图

　　5.2气体干燥器系统控制

　　图4干燥器梯形图

　　空压机气体干燥器系统的梯形图如图4所示。对气体干燥器的控制，主要依据两台空压机的起动情况而定。作为共用部分，无论那一台机器起动都要求气体干燥运行，因此，在气体干燥的梯形图中不必设计起、停按钮，而是通过q108.0和q108.3即1#、2#机的km1、km4来完成其控制。

　　6结束语

　　本次改造后，在空压机在运行过程中，减少了操作人员到现场的巡回次数，可以通过在中控室直接观察空压机的工作状况，对现场出现的异常情况发出的报警信号，可做出快速反应，而不是像以前那样，等到其它气动控制的设备出现气压不足报警时才发现空压机系统有问题。经过这一年多的运行，除了设备的机械故障外，基本上没有出现控制上面的问题，完全符合设计要求。采用可编程控制器对空压机的控制，使其操作简便，而且在运行过程中的安全性和稳定性也进一步得到提高。

0．引言

　　1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出世界上台可编程序控制器。初只能用于逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称为PLC（ProgrammableLogicController），随着计算机技术和电子技术的飞速发展，其功能远远超出顺序控制和逻辑控制的范畴，不仅实现了数据运算和处理能力，而且体积小，功能强，可靠性高，编程直观，适应性好，接口方便，。

　　近年来，随着现代化生产技术的提高，以及计算机技术、信息技术和通讯技术的相互渗透，纱线的不匀直接导致布面的不平整，这就说明在纱线生产环节极为重要。纱线不匀是影响其品质的重要指标之一。传统的纱线检测方式都是在实验室离线进行的，通过对纱线的抽样，要求一定的温湿度前提下，相对于纱线的在线检测反映出离线检测的滞后性和随机性。RS-232C串行通讯实现比较容易，常被用于自动控制、数据采集、智能仪表等上位机与外部设备的数据通讯。本文设计了VB与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通信，在线获得纱线的检测数据，如CV值、纱线瞬时直径、平均直径、粗节大值、细节小值等等，及时反映纱线的不匀，使操作人员及时做出相应调整。

　　1.上位机与PLC之间通讯实现

　　欧姆龙PLC—CJ1M（CPU21）有两个串行通讯口，一是通过欧姆龙专用串口通讯线CS1W-CN226，其网络类型设置为Toolbus，同时将DIP4串行通讯设状态置为ON;一是通过欧姆龙九针串口通讯线XM2Z-200S-CV，其网络类型设置为SYSMACWAY，其它为默认设置，包括端口为COM1，波特率为9600。图1所示为上位机通过RS-232C端口连接到PLC的示意图，也可以称作1:1连接。

图1RS-232C端口的1:1连接

　　图2所示为上位机与PLC之间通讯实现过程。

图2上位机与PLC之间通讯实现过程

　　2.VB与PLC之间通讯协议和程序实现

　　2.1链接系统的通讯协议

　　在纱线数据通讯中，只需要在上位机系统中编写上位机通讯程序，无需在PLC中编写任何程序，PLCCPU会根据上位机发来的命令帧自动生成响应帧返回给上位机。命令帧和响应帧之间包含需要通讯的数据，只有保证正确实现命令帧和响应帧之间的应答，才能实现准确的数据交换。命令和应答有两种方式，一种是从上位机发命令到PLC，另一种方式允许PLC发命令给上位机，我们采用浅一种方式。

　　从上位机发送命令时的命令帧和响应帧如图3。

图3命令帧和响应帧格式

　　命令帧中：

　　@——命令开始标志，所有命令都以“@”开始;

　　节点号——与上位机连接的PLC，在1:1连接中默认值为00;

　　标题码——设置两字节的命令代码，如RD代表读PLC的DM区数据;

　　正文——设置命令参数

　　FCS——设置两字符的帧检查顺序码，用于校验，是用两位ASCII码表示的8位数据，是从“@”开始到正文结束的所有字符的ASCII码按位异或运算的结果;

　　结束符——表示命令的结束，用“＊”和回车符“CHR$（13）”标明。

　　应答帧中：

　　@、节点号、标题码、FCS和结束符同命令帧中的含义。

　　异常号——返回命令的执行状态，，是否有错误发生。

　　2.2通讯端口初始化

　　在上位机与PLC实现通讯之前，必须先在上位机VB中设置通讯控件MSComm1的相应属性，通讯口初始化程序一般放在窗体加载程序中。

　　PrivateSubbbbb_Load（）

　　MSComm1.CommPort=1‘设置Com1通讯口

　　MSComm1.Settings=“9600,e,7,2”‘波特率9600，e偶校验，7位数据位，2位停止位

　　MSComm1.PortOpen=True‘打开通讯端口

　　MSComm1.InBufferCoun t=0‘清空接收缓冲区

　　EndSub

　　其它设置均取通讯控件MSComm1的默认值。

　　2.3帧格式代码

　　采用基于bbbbbbs操作系统功能强大的面向对象的程序设计语言——VisualBasic，编写了上位机程序，建立了上位机与PLC之间良好的通讯协议。以读内存DM区为例：

　　上位机命令帧：

　　"@"+"00"+"FA"+"1"+"00000000"+"0101"+"82"+开始地址+读取个数+FCS+结束符

　　PLC应答帧：

　　"@"+"00"+"FA"+"1"+"00000000"+"0101"+"82"+"0000"+读取数据+FCS+结束符

　　其中：

　　FA——表示FINS命令

　　0101——表示连续读内存区

　　82——表示读内存DM区

　　2.4校验算法实现

　　为了保证通讯数据准确无误的传输，欧姆龙PLC对通讯数据以按位异或算法进行校验。代码如下，仅供参考。

　　OptionExplicit

　　FunctionFCS（ByValtemp1Asbbbbbb）Asbbbbbb

　　Dimslen1,i,xorresult1AsInteger‘定义变量

　　Dimtempfcs1Asbbbbbb

　　xorresult1=0

　　slen1=Len（temp1）‘求输入字符串的长度

　　Fori=1Toslen1

　　xorresult1=xorresult1XorAsc（Mid（temp1,i,1））‘从首字符到尾字符获取ASCII码，按位异或

　　Nexti

　　Tempfcs1=Hex$（xorresult1）‘转换为16进制

　　IfLen（tempfcs1）=1Then

　　FCS="0"&tempfcs1

　　Else

　　FCS=tempfcs1

　　EndIf

　　EndFunction

　　3.结束语

　　本文作者创新点主要通过RS-232C串口通讯，采用面向对象的可视化编程工具——VisualBasic建立上位机与欧姆龙PLC-CJ1M（CPU21）之间的数据通讯，获取纱线在线检测数据，现场实测表明能够快速准确在线测量纱线的CV值、瞬时直径、平均直径、粗节大值、细节小值等等，实时反映纱线的不匀率，对提高棉纺企业纱线质量具有重要的意义。