6ES7231-7PD22-0XA8原装库存

6ES7231-7PD22-0XA8原装库存

1　引言

　　电伴热系统为管道化溶出工程的主要部分。由于德国的熔盐电伴热温度控制装置是采用温度控制器、继电器等复杂电路设计，其中继电器故障率高，而我国现阶段没有较好的产品，因此采用，功能强大、性能稳定的日本三菱A2系列可编程控制器，减少了大量的中间环节，成功的解决了熔盐电伴热的控制难题，取得了满意的控制效果。

　　2　系统配置

　　电伴热系统包括：盐罐、盐管、盐阀等设备的伴热，99个电流信号、101个温度信号需要检测，33个加热回路需要进行控制。根据系统的特点，所设计的控制方案如图1所示。

　　2.1现场PLC站
　　该监控系统下位机采用日本三菱A系列PLC，设计2个站组成1个网，1个站进行温度信号的采集及传递，另1个站对回路电流进行采集，对33个回路进行控制。硬件的具体选择是：A62P为电源模板；A2NCPU为中央模板；AY13为开关量输出模板；A68RD3为PT100温度测试模板；AJ71C24为计算机通讯模板；A61AD为模拟量输入模板；AX41为开关量输入模板。

　　2.2上位机
　　采用2台386PC作为上位机，1台在现场操作室，1台在中央控制室，分别进行本地及远程监视管理，负责对温度、电流实时监测显示，重要信号保留历史曲线、信号报警及报表打印，2台上位机既是操作员站，又可作为工程师站。

　　3　软件设计

　　控制系统软件包分为上位机监控软件包和下位机控制软件包。
　　上位机监控软件是用SCRENWARE软件工具包开发而成，用于各种监控画面的显示和上、下位机之间的通讯，采用实时动态仿真模式进行显示，并在具体部位显示实时工艺参数，操作人员可根据此实时画面了解有关工艺设备运行情况；控制参数设定画面可完成控制参数的设定和修改；系统状况报警画面实现对各工艺设备故障情况进行声光报警，并输出故障类型、时间等，除此之外，本软件包还具有数据分析、建立历史数据库及定时、随机打印各种报表功能。
　　下位机软件包采用A2系列PLC自带的梯形图法和语句法编写而成，软件程序框图及清单略。

　　4　电伴热过程检测

　　按照熔盐炉系统工艺流程的要求：系统停车时，确保盐罐电伴热保温180℃以上；系统启动时，确保盐罐及盐管路和盐阀电伴热保温在180℃以上（依工艺要求而定），以保证盐泵启动后，熔盐能顺利通过和回流。一旦电伴热系统发生故障，熔盐凝固将致使整个熔盐炉系统无法运行，造成较长时间的停产事故。设计的特点说明如下：
　　（l）将整个盐管路按照、工艺划分为32个控制回路：盐罐13个回路、盐管14个回路、盐阀一个回路、旁通管4个回路。采用A2系列可编程控制器对101个温度测点采集显示，对32个回路直接进行控制；
　　（2）本系统考虑到启动时减少对供电系统的冲击，系统启动时，对每一个控制回路，采用分别程控（间隔5-10秒钟）由PLC程控启动，转入运行由PLC进行监测分时调节，减少系统供电负荷冲击；
　　（3）本系统的温度检测元件，共选用101支PT100铅电阻温度计，其信号采样方式在系统说明部分有详细介绍；
　　（4）电流和电压信号采集是通过电量变换器将互感器的信号转换成4-20mA（0-5V）信号送入PLC。

　　5　系统说明

　　由于本系统中大部分为模拟量信号，分电流和热电阻温度2种信号，电流信号监视各回路三相电是否正常，断、短路报警，但不参与控制；温度信号参与控制，测温元件均为PT100热电阻。针对本系统特点：模拟量多、实时性要求不是很高。在保证控制、监视的基础上，采用32点开关量输出模板进行切换，公共输出接至模拟量采集模板，配合软件编程可实现8路信号通过切换公用一个模拟量模板的通道。可节省大量模拟量模板，从而大大降低了系统成本。下面以温度信号为例说明信号切换采集的实现。接线图如图2所示。
三线制PT100测温元件的二根线分别接至开关量输出模板AY13三组中相同次序的通道上，AY13三组共可接8个PT100信号，将AY13上三组的公共端分别接至PT100采集模板的通道的三个端子上（注意：将AY13上接PT100元件两个短路端的组的公共线接至A68RD3通道的B和C端子上），配合程序即可实现8路温度信号公用一个模拟量通道。程序框图如图3所示。

　　通过定时接通AY13的相应通道，使得PTI-PT8信号依次与A68RD3的个通道接通，将每个信号接通时，所采集到的数据保存至相应的地址单元，即可实现多路信号切换采集。在编程时需注意：AY13通道切换后应在延时1个A68RD3处理周期后再读取A68RD3通道中的数据，否则采集的数据将会出现跳变，这是由于A68RD3采样方式分：Sampling、Time averaging 、count averaging3种，A68RD3的采样时间随启用的通道数而不同计算公式为：启用的通道数×40ms； Sam-Pling方式为每个采样周期采一次样，采样值存入相应的缓冲区；Time averaging方式为在指定的时间内每个采样周期内的采样值除去大、小值后的平均值存入相应的缓冲区；count averaging方式为将经过指定次数的采样周期后所采集的采样值平均后放入存入相应的缓冲区。现场实际应用时，为保持数据准确，一般采用后2种方式。
　　由于A68RD3通道一经启用，信号处理就会一直进行，A68RD3的一个处理周期为：Time averaging方式为指定的时间；count averaging方式为：指定次数×启用通道数×40ms。因为该系统采用切换方式，每一信号只在相应时间段内接入A68RD3，如果切换后，延时小于一个A68RD3处理周期，则上一信号的部分采样值将被计入当前处理周期和当前信号的部分采样值一起进行平均输出，造成数据误差，如上一信号和当前信号差别比较大，就会造成数据跳变。特别是如果采用上升沿取值，就会造成数据错误。
　　电流信号的采集原理与温度信号的采集原理相同，此处不再多述。

　　6　结束语

　　该系统投运以来，运行可靠，特别是在软件方面运行很好，实现了熔盐炉系统电伴热温度实时监测和控制，得到专家的好评，为管道化工序的整体运行提供了可靠的保证。

1 引言
可编程控制器(PLC)作为继电控制盘的替代物，以极高的可靠性和应用方便等特点，成为当今用途为广泛的工业控制器。现在它的应用已突破了当初逻辑控制的场合，深入到过程控制、位置控制、网络通讯等工程领域。本文根据某工程的实际需要，以三菱PLC为模拟目标，提出了一种以单片机构建PLC系统的思想。

2 系统构成
系统框图见图1。

该系统CPU芯片使用了一种新型的51系列单片机即Cygnal公司的 C8051F040。其指令集与MSC_51指令集完全兼容，使用方便，且采用流水线结构，其周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达25MIPS。内部集成了64K Flash ROM、4352字RAM、64位数据I/O口以及几乎所有的模拟与数字外设如:ADC、DAC、SMBus、UART、CAN、SPI、PCA、电压比较器、温度传感器、可编程增益放大器等。开发工具采用标准的JTAG接口，以边界扫描方式对CPU进行非入侵式全速的在系统调试。其性能较之传统51单片机有了很大的提高。
CPU和外部I/O接口之间采用光电耦合器件，实行强电和弱电隔离，切断现场干扰。计算机通过RS232串口与PLC系统通信，将PLC程序指令传送到PLC。PLC将接收到的指令保存到非易失性RAM中。这样做即可以长期保存PLC程序，又可以方便地随时修改程序。

3 PLC程序的执行过程
常见PLC以扫描方式工作。每次扫描的工作过程分为三步。
(1) 输入处理 程序执行前，PLC将全部输入点的状态读到输入镜像寄存器。在程序执行过程中，PLC不再读取这些输入点的状态，直到下一个扫描周期的输入处理。
(2) 程序处理 PLC根据读入的外部输入状态和其它元件的状态执行用户程序。这时的输出指令只写到输出镜像寄存器，输出点的状态并没有发生变化。
(3) 输出处理 全部指令执行完毕，将输出寄存器的内容全部刷新到外部输出点。程序回到步工作过程。
本PLC系统的工作过程与此相同。输入处理和输出处理用单片机实现起来比较容易，无需赘述。系统的关键是用户程序的处理。下面以三菱FX系列PLC一个简单的例子来说明本PLC系统对用户程序的处理方法。梯形图和相应的指令表见图2。

0:LD X000 9: LD X010
1:AND X001 10:LD X011
2:AND X002 11:AND X012
3:LD X003 12:LD X013
4:OR X004 13:AND X014
5:ANB 14:ORB
6:OUT Y000 15:OR X015
7:OR X006 16:ANB
8:LD X010 17:OUT Y001
首先分析指令 AND X001，指令执行前有状态B，执行该指令时，将当前状态B 和X001的状态进行与运算，形成状态C，这是指令AND X002执行前状态。C是B的刷新值，它们实际上是一个变量。这个变量反映程序执行时当前的状态值。当遇到输出指令OUT Y000时，就把当前状态值传送给输出寄存器。把AND X001作为一单元块，可认为这个单元块有单输入单输出的结构。输入状态和单元块内元件的状态运算后得到输出状态。
再分析指令LD X003、OR X004，如果将这两条指令组合后看作上述单输入单输出结构的单元块，执行前的状态为D，把X003、X004元件并联后的状态作为单元块内元件的状态，和D与运算后得到状态G.。但细化一步执行LD X003这个子单元块时，当前状态D需保存，取X003的状态作为当前状态值E，和X004或运算后得到F。执行ANB时，把先保存的状态值D和状态值F与运算后得到新的当前状态值G。
这里执行LD与AND产生区别是在于:AND指令没有分支，而LD指令产生分支，程序执行前的状态值需要保存。同样，在遇到分支合并时，需要使用到先前保存的状态值 。根据梯形图的编写规则，状态值的保存和使用是一种先进后出的结构，所以可以使用进栈和出栈的方法来实现。指令的具体实现过程归纳如下:凡是遇到产生分支的指令，例如LD指令，需将当前状态值进栈保存，取当前操作元件的状态作为当前状态值;凡是遇到分支合并的指令,例如ORB、ANB指令，需将栈顶值出栈与当前状态值运算成为新的当前状态值。
在具体实现时，采用了另一种形式的栈。由于三菱FX系列PLC的LD连续使用不能超过八次，因此采用一个可以位寻址的片内RAM字节作为栈空间来存放当前状态值。如果使用栈空间的高位作为当前状态值，每次压栈就把该字节进行不带进位的循环右移，出栈时反之。在LD X000指令执行后，进栈状态A没有出栈，LD X010指令又进栈保存当前状态值，以前的压栈值A废之不用，即每条与母线相连的LD指令产生压栈值都不出栈。这样避免了因使用PUSH POP指令用一个字节的空间来保存一位的当前状态值造成的RAM利用效率低的问题。
LD X010后的指令执行过程如下:LD X010 把当前状态值H压栈，取X010的状态作为当前状态值I;LD X011把当前状态值I压栈，取X011的状态作为当前状态值J;AND X012 把当前状态值J和X012的状态与运算后得到当前状态值K;LD X013把当前状态值K压栈，取X013的状态作为当前状态值L;AND X014把当前状态值L和X014的状态与运算后得到当前状态值M;ORB 弹出压栈值K和当前状态值M或运算后得到新的当前状态值M;OR X015把当前状态值M和X015的状态或运算后得到当前状态值N;ANB弹出压栈值I和当前状态值N与运算后得到新的当前状态值O;OUT Y002 把当前状态值写到Y002的输出镜像寄存器。

4 检查程序
接收到程序后，在程序执行之前，还需对程序的语法正确性进行检查。这里只介绍与程序状态值栈相关指令的语法检查。
首先]需要设置一个位标志EN_BUS和一计数器LD_N。ENBUS表示下一指令能够与PLC梯形图中的母线相连。计数器LD_N表示自与母线相连的指令之后由于LD指令引起的堆栈次数。检查程序之前，初始化如下:
EN _BUS=1
LD_N=1
检查程序时，如果遇到LD指令，程序流程如图3(a);如果为ORB或ANB指令，则LD_N=LD _N-1;如果为OUT等与零母线相连的输出指令，程序流程如图3(b)。
这些基本操作执行后，如果检测到LD _N大于8，说明连续LD指令太多，程序状态值栈空间溢出;如果LD _N等于0，说明ANB或ORB指令数多于与LD指令，数量不匹配。还有些指令例如程序标号P、循环范围终止符NEXT等必须与母线相连。如果这些指令出现在EN _BUS=0的情况下，说明该程序有错。

1 引言

笔者公司有几台80年代生产的仿型车床，因限于当时的条件其电气部分全部采用了继电—接触器控制，电路复杂故障率高且不宜维修，不仅耽误了生产还浪费了人力，经过仔细的考虑研究决定对电气部分进行改造。

2 产品选型

由于PLC在工业领域的推广，当前市场上品牌众多，既包括一些进口的品牌，也有国产品牌。但它们在功能上大同小异，价格差异却很大。所以在选择PLC时主要结合控制系统输入/输出(I/O)点的需求以及性价比等多方面因素来考虑。通过综合比较以后，选用了三菱公司的FX2N系列小型PLC。FX2N系列是集小型化、高速度、高性能等众多特点于一身的次超小型PLC。考虑到工艺和设备的改动，或I/O点的损坏、故障等，终选择了FX2N-64MR PLC，I/O(输入/输出)点见附表。

3 仿型车床的原理及程序设计

该种车床配置有两个刀架(仿型刀架和下切刀架)，其中下切刀架负责切槽，仿型刀架依靠样件切出工件。
仿型刀架工作流程如图1所示:

图1 仿型刀架工作流程图

下切刀架工作流程如图2所示:

图2 下切刀架工作流程图在该系统中分两种工作方式:
(1) 手动
用于机床的调试和对刀，动作反映为仿型刀架的单独引刀、快进、工进下切刀架的单独快进、工进等动作;
(2) 自动循环
用于工件的加工，其中又分为三种自动循环:
·单独仿型;
·先仿型后下切;
·先下切后仿型。
因手动动作都是单一的动作比较简单，在这里就不详细介绍了，重点介绍一下自动循环。由于自动循环动作为顺序控制，所以在程序编写上大量采用了FX系列PLC的SFC，SFC程序是根据机械工作流程设计的顺序控制程序，所以，梯形图非常直观易懂，工序间的互锁和双向输出等的处理由PLC自动进行，因此，用各工序的简单顺序控制设计可以进行机械控制，这样就极度简化了PLC的内部梯形图。
举例说明SFC图如图3所示:

图3 顺序控制功能图

自动循环的程序流程如图4所示:

图4 自动循环程序框图

4 实际应用中的注意事项

(1) 因为PLC的内部输出为继电器，负载都是直流感性负载(继电器线圈)为了减少火花放电对接点损害，所以，在负载两端并联续流二极管(当PLC接点打开时，感性负载线圈储存的能量通过二极管续流放出，以发热方式消耗)，再通过外部继电器触点去驱动电磁阀，这样可以大大延长PLC内部继电器触点的使用寿命，如图5所示:

图5 继电器的正确使用接线

(2) 不正确的接地和电气控制柜布线的不合理，都会导致PLC受电器噪声干扰而不能正常工作。为避免此类故障的发生，要求系统应正确良好的接地。低电压信号线和高电压动力线应尽可能的独立布线，放置在各自的线槽中，并尽可能的减少电线的长度，将干扰降到低。

5 结束语

机床改造一年多来维修率下降了90%以上，只零星维修过外围的按钮和行程开关，充分证明了可编程序控制器PLC在仿型车床控制系统中的成功应用，大大减轻了机床维修人员的劳动强度，节省了人力物力。有效保证了机床的安全可靠高效运行，产生了显著的经济效益。