西门子6ES7221-1BH22-0XA8规格说明

西门子6ES7221-1BH22-0XA8规格说明

1、引言
　　
    锦纶厂聚合车间粒料输送装置是整个锦纶生产装置中的一套重要的设备。随着微处理器，大规模和超大规模集成电路的迅速发展，过程控制领域中，传统的常规仪表监控设备、继电逻辑控制器很大程度上被PLC所取代。如何充分利用PLC硬件、软件资源，用较低费用获得高性能的自控系统便是自动化人员面临的现实问题。由于锦纶厂原系统采用继电逻辑控制，控制系统性能不稳定，故障多，维护困难，因此须对原设备进行改造。本文应用SIEMENS公司生产的SIMATIC S7-200型可编程控制器，研制了一套符合锦纶厂聚合车间生产工艺要求的PLC控制装置。设计过程中，充分利用PLC本身资源，大大减少设各故障率和设备占地面积，发挥系统的高性能。 

　　2、工艺流程

　　锦纶化纤生产过程中的聚合车间，是整个生产过程中的一道关键工序，当上道工序把其加工出来的粒料送入聚合车间的下料罐后（如图1），通过控制下料阀，使物料进入输送罐，然后利用压缩空气把加工好的粒料输送至下一道工序。整个工艺过程中须考虑到与上、下道工序的协调控制问题：1.检测空压机是否正常运行，压缩空气压力是否正常，以便加工后的物料迅速送走。2.检测下一道工序所要求的氮气压力是台正常，在系统无故障时，控制装置可工作于手动或自动工况，否则以声光报警，提示操作人员，以便进行处理。

　　3、PLC控制系统硬件设计及工作原理

　　按系统要求，保证操作人员的现场控制能力，设计“手动”和“自动”两种控制方式进行控制，用一个方式转换开关进行转换。

　　“手动”方式时，需采用对应的按钮“手动下料”、“手动”输送去控制相应的电磁阀。“自动”方式时，要求系统在启动后按规定的时间与顺序，依次进行“下料”与“输送”。即EV1阀得电，开启“下料”阀，一定时间后关闭，启动EV2进行“输送”，再过一定时间后再启动EV1，如此周而复始，直至接到“停止”指令。同时系统在EV1得电时，EV5亦得电，EV2得电时，EV3亦在｝电，以便同时进行氮气的“充气”与“排气”（如图1）。

　　按系统要求，为便于整个工艺流程操作管理的集中性，我们设计了既可在现场进行近地“启动”与“停止”的方式，也可远地进行“启动”与“停止”。

　　该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着实时响应快，操作管理集中，便于集中管理。

　　控制系统框图如图2所示，PLC通过系统的现场状态输入、控制面板和外部输入指令决定系统运行方式，并能显示系统状态。

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　　4、PLC软件程序流程图与梯形图设计

　　我们选用的SIMATIC S7-200型可编程控制器I/0点数多，编程指令丰富，程序内存大，并配有相应的编程软件STEP7-Micro/WIN，可通过PC进行编程，然后下载输入PLC，这种软件还能在PLC运行时监控其运行状况。指令系统具有很强的通讯功能，可与上位机或PLC之间进行通讯。

　　根据系统要求，编写了系统软件。程序流程图和梯形图分别如图3、图4所示。程序由主程序和两子程序组成，主程序实现系统初始化、检测、判断，子程序分别实现手动和自动控制。程序中编写了定时程序，使内部定时器按规定的时间动作，去控制下料阀和输送阀以及脉冲和旁路阀的开通和关断时间。为了方便现场人员调整下料时间和输送时间，本文利用CPU215主机配置的模拟电位器作为下料和输送时间的设定，软件编程时将模拟电位器对应的特殊存储器内容送入相应定时器。调节电位器可调整定时器定时值。

　　在程序的编写过程中，充分考虑到PLC的特殊的程序执行方式。由于PLC采取的是顺序扫描方式，因此PLC语句放置的顺序将会影响到输出结果，有时会偶尔出现与平常不一致的结果，甚至可能会出现与设计逻辑结果完全不同的结果。本文所讨论的程序充分考虑到这种情况。
 

　　5、结论

　　实际结果证明，将PLC应用聚合工艺输送装置可大大减少设备占地面积和设备故障率。具有功能完备、操作简便和安全可靠等优点，符合生产工艺要求。

、系统概述 
    FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，不但提高了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的缺陷，大大降低操作者劳动强度；同时锭子曲线控制也提高了纱线的质量，保证了纱锭成型，提高了全机的产量。 

    系统设计特点:
    1、 用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。 

    2、 设定纺丝的工艺参数，依据工艺要求自动协调控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。 

    3、 显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。 

    4、 采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。 

    二、系统硬件 
    电气控制系统包括：数字量输入及数据检测部分、可编程控制器部分、执行机构、人机界面。见图一 

    1、 数字量输入及数据检测部分： 

    1） 各种数字量开关 包括开停车开关、功能开关，用于开停车与实现工艺要求的各种功能动作。

    2） 三自动检测部分 由关主电机、下钢板、刹车传感器构成。其作用为当落纱开始后能自动适位停车、自动留头、为重新开车降低断头创造条件。 

    3） 数据检测部分 由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。其作用是自动检测纺纱过程中主轴、前后罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及为锭子速度曲线控制提供数据。 

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    2、 可编程控制器（PLC）部分： 该部分主要由永宏FBs-60MC主机与扩展模块构成，可编程控制器专为工业环境而设计的通用自动化装置，它吸取了微电子技术、计算机技术及自动化技术的新成果，采用可编程的存储器，实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各生产过程，永宏FBs-60MC主机有16点数字量输入、24点数字量输出，可带7个扩展模块，本系统设计所有数字量输入全部由主机完成，模拟量输入由扩展模块有 FBs-6AD 完成 

    3、 执行机构 包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源等，用于完成纺纱过程的全部工艺动作。其中变频器锭子速度控制由变频器、锭子传动部分、主电机构成。其作用是变频器根据PLC的指令（锭子速度控制曲线）自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。 

    4、 人机界面 采用TP27触摸显示屏做人机界面，完成参数设定、显示，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。并能根据工艺要求修改参数。TP27与PLC 之间以PPI协议通讯。 

    二、 软件设计： 

    电气控制软件分为：控制主程序、参数设定显示子程序、计算采样子程序、数字通讯子程序和锭子运行曲线子程序。 

    1、 控制主程序 软件主控制程序部分，依据工艺要求编制的程序，上电后自动检测各开关量和传感器输入的数据，完成整个纺纱过程自动控制和调用子程序。 

    2、 参数设定显示子程序 主要依据TP27配置完成参数设定显示，包括班次设定、错误设置提示，总产量、班产量累计显示、锭子速度、前罗拉速度、牵引倍数、捻度、产量、细纱号数等参数显示。 其中参数设定菜单程序结构见框图二 

    3、 计算采样子程序 主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。 

    4、 数字通讯部分和锭子运行曲线子程序 主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据传输。通讯设置自由口通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式，程序通过接收中断和发出中断以及发送指令XMT控制通讯口的操作，在自由口通讯方式下通讯方式由程序梯图控制。通讯设置还定义了波特率、校验方式和数据长度等。为了使锭子运行曲线平滑。在设定的点与点之间采用数学建摸的方法拟合发送参数，该部分程序框图见图三。

    三、 通讯设计： 
    该控制系统大特点是应用数字通讯方式完成TP27与PLC以及PLC与变频器之间的数据传输。PLC的

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Prt0口与TP27连接，以PPI协议通讯完成参数设定显示， Port1口与变频器相连，以自由口协议通讯完成锭子运行曲线控制，以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样硬件成本高且控制精度较低。采用数字通讯后，硬件仅为一条屏蔽线，抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本;数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争能力。 

    四、应用效果 
    FA506型细纱机控制系统前身采用PLC开关量控制和协议参数仪构成，全机控制精度低，可靠性和抗干扰性能差，系统成本高。采用永宏FBs-60MC系列PLC构成系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高，可靠性和抗干扰性能大为提高。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的10％左右，极大提高了产品盈利能力，市场前景十分广阔。 

1. 引言

    中央空调是对建筑物内空气进行调节的专用系统，它通过对风机、阀门、泵等设备的开、关及连续调节来控制室内温度、湿度，使之满足一定要求，从而提高人体的舒适度。随着人们生活水平的不断提高，越来越多的大、中型建筑采用中央空调系统，以达到夏季致冷、冬季取暖的目的。

     为提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性，需采用控制产品对中央空调系统的各个设备进行控制。早期的中央空调控制器多为就地式专用控制器和DDC控制器，它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器（PLC）来进行控制。本文介绍用和利时公司小型一体化PLC产品HOLLiAS LM系列PLC控制中央空调的实例。

2 .系统介绍

    国内某主要空调设备制造商为一建筑面积2.5万平方米的办公楼提供了一套中央空调系统，该中央空调系统包括1250000kcal/h蒸汽型溴化锂吸收式制冷机3台、吊顶式新风空调器11台、立式空气处理机组18台、风机盘管327台、管道式通风扇180台、消声型管道斜流风机2台、吊顶式空气处理机组32台。该中央空调系统的全套控制产品采用和利时公司生产的G3系列小型一体化PLC，采用40点的晶体管输出型CPU模块LM3108和其它扩展模块。 

3. 系统组成

    控制系统包括上位机集中监控和各机组本地PLC控制两部分，结构框图如图1所示。

图1 控制系统结构图

    上位监控系统由一台计算机和相应的监控软件组成，用于监控各机组的运行参数，并对PLC发出各种控制指令，以控制三台机组的协调运行。上位组态软件选用和利时公司的组态软件Focsoft3.1，上位机通过RS-485串口与各机组的PLC进行联网。上位机不仅显示各机组的运行参数及状态，还保存相关历史数据。

    各机组PLC的I/O点数均为DI 20点、DO 20点、AI 14点、AO 1点，PLC在数据采集的基础上对相关设备发出控制指令，控制各机组的安全、经济运行。同时，PLC将机组运行数据实时送往与之连接的人机界面（HMI）和上位监控计算机。另外，PLC需接收上位计算机的协调控制命令。

    为了满足以上控制要求，每套PLC包括一个40点CPU模块LM3108、一个8点DO模块LM3220、4个4点AI模块LM3310和1个2点AO模块LM3320。CPU模块自带2个串行通讯口，一个串口（RS-232）用于连接人机界面，采用标准的Modbus从站协议。另一个串口（RS-485）组成网络，与上位监控机进行通讯。 

4 .控制系统主要功能与特点

    上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务，下位PLC主要完成数据采集、现场设备的控制及连锁等功能。

4.1 系统主要功能

·数据显示

    显示3台机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。

·历史数据的存储及检索

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    对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。

·控制

    根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据 （如室内温度）进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和经济性。

·连锁与保护

    各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的可靠运行，对相关参数的越限采取保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。

　　4.2 系统特点

·灵活性

    本控制系统选用和利时公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。

·高可靠性

    控制核心HOLLiAS LM系列PLC能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。

·强大的功能

    HOLLiAS LM系列PLC的编程语言遵从IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。除了具备传统PLC的助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。

·优良的开放性

    上位软件Focsoft3.1支持DDE、OPC、ODBC、SQL，并提供丰富的API编程接口，方便接入其它系统。 

5.结束语

    该方案已经成功应用于中央空调的控制系统中，运行效果良好。实现了对空调主机的控制及三台主机之间的协调控制，具有先进、可靠、经济、灵活的显著特色。监控人员可以对中央空调进行远程监控，提高了中央空调的可靠性