西门子6ES7231-7PC22-0XA0常备现货

西门子6ES7231-7PC22-0XA0常备现货

一、概述
华菱衡阳钢管厂石油管生产线是华菱衡阳钢管厂为适应市场需求新投资建设的一条生产线。生产线主要由加厚修磨线、热处理线以及水处理等组成。

该生产广泛地应用了罗克韦尔自动化A-B品牌的产品和技术，包括1397DC Drive直流传动、1336 Plus II 交流传动、ControlLogix系统、ProcessLogix系统、ControlNet、DeviceNet、EtherNet 。此项目为罗克韦尔自动化集成架构策略一次较为全面、典型的应用。

二、设备
加厚修磨包括运输辊道、液压站、加厚机以及修磨等组成，使用ControlLogix与Flex I/O共有9个站点、1 台1397 DC Drive直流传动和3 台1336 Plus II交流变频器。

热处理包括运输辊道、液压站、回火炉、淬火炉、高压水除磷、水泵站、矫直机、探伤、DCS系统，使用ControlLogix与Flex
I/O共有22个站点、DCS采集系统、2台1397 DC Drive直流传动和36 台1336 Plus II交流变频器。

ControlLogix系统，采用Logix5550处理器，是32位的总线控制器，其控制能力可达280000个数字量/4000个模拟量，不仅能组态本地框架的输入模块，还能组态控制网上其他远程ControlNet的输入输出模块，支持热插拔。
水处理采用的FlexLogix系统，其使用与ControlLogix系统同样的组态编程软件，支持ControlNet、DeviceNet、EtherNet网络。

ProcessLogix系统包括一个工程师站，两个操作人员工作站；ProcessLogix系统使用服务器和两个操作人员工作站，用来对系统进行维护和监控。

三、软件
工程师站使用RSLogix5000、RSLinx、RSNetWorx for ControlNet、RSNetWorx for DeviceNet，操作人员工作站使用上位监控软件RSView32与RSLinx。

ProcessLogix系统服务器安装设置：bbbbbbs NT4 for Engling SP6、RSLinx、ProcessLogix R320.0；操作员站安装设置：bbbbbbs NT4 for SP6、ProcessLogix R320.0。

四、网络
随着自动化控制设备、工业控制网络一级计算机技术的发展，越来越多的工厂自动化系统采用设备总线、分布式控制、集中信息管理的系统结构。这种结构极大的降低了工程投资，有效地增强了系统的开发性、可维护性，缩短了设计开发的周期，从而获得了广泛的应用。罗克韦尔自动化的ControlLogix
可编程控制器、ControlNet、DeviceNet 等网络技术就是顺应这种发展方向开发的产品。

用通讯网络代替以往的硬电缆连接，在国内很多时候被认为不好维护的方式。因为一旦发生故障，常规工人会不知如何下手，而要求电气维护人员具备的不仅是常规电气知识，还必须具有自动化知识和网络知识。

但网络的优点是无可比拟的，系统越大越体现出网络的优势：
1．设计简单，减少设计时间和设计出错的可能性；
2．减少现场控制柜之间的控制电缆数量，使施工变得简单；
3．减少了柜间控制电缆的校对工作，使调试过程大大缩短；
4．维护极为方便。

正因为如此，所以减少了投资的三个要素：劳动成本（减少50%），材料成本（减少15%），时间成本（减少50%）。从而节省了成本，获得高效益：

设计（减少20%）―→硬件（减少15%）―→软件（减少20%）―→验收（减少＞50%）―→维护 (减少＞50%)。

DeviceNet连接1397 DC Drive直流传动和1336 Plus II交流变频器等现场设备，其传输速率为125—500Kbps，传输大距离500m，每段节点数为64，允许在线热插拔。DeviceNet支持主从、多主和对等通讯，用户应用程序和PC数据可以通过DeviceNet实现设备的有效控制，并且网络具有24VDC电源，以此可以省去连接每一台设备的独立供电电源。DeviceNet使用RSNetWorx
for DeviceNet软件对网络管理和组态。DeviceNet网络结构简单，实时性强，通讯简单，即插即用，是一种理想的设备层现场总线网络，用以实现低成本，高性能的网络互连。

ControlNet连接主控设备ControlLogix或ProcessLogix，Flex I/O以及工程师站和操作人员工作站等。ControlNet是一个开放的高速的确定网络，它用于传输对时间有苛刻要求的信息，通讯速度为5Mbps，提供实时的对等的通讯服务。ControlNet融合了现有远程I/O和DH+网的性能，对于离散和连续过程控制应用均具有确定性和可重复性功能，用户可自设定网络交换时间达毫秒级，从而大大改善了网络控制的实时性和快速性，采用生产者/客户方式，将传动网络针对不同站点需要多次发送改为一次发送多点共享，减少网络发送次数，从而使网络实时高效。

ControlNet网络中的I/O，无论CPU框架还是远程扩展框架均通过通讯模块挂在ControlNet网上，然后由软件管理其归属，从而使网络扩展和走线十分灵活。

EtherNet 在此用来连接ProcessLogix系统服务器与操作员站。

EtherNet 作为信息层网络，同样可以实现与ControlNet互连，用户通过工厂EtherNet网络对系统进行维护，真正地实现系统管控、信息一体化。

罗克韦尔自动化网络从结构上看，一个典型的控制系统由三层网络组成，即信息层、控制层和设备层。但各层之间可灵活运用：在设备层的DeviceNet除连接现场设备外同时还可以是I/O，同样在ControlNet同时也可以是现场设备，ControlNet网也可以用EtherNet来实现。

五、调试、问题和解决
由于此系统站点数以及I/O量较大，我们采用分段的方法，将整个系统按工艺区分两部分调试。每工艺区有由中控室往外站点逐一连通，分站点调试。ProcessLogix部分先调试服务器，然后调试工作站，ControlNet调试完成后调试DeviceNet。

调试过程中问题是难免的，主要有ControlLogix、网络以及ProcessLogix方面的问题。
ControlLogix及网络方面表现在以下几点：

1．连接数的问题和解决
ControlLogix系统的控制能力虽然可达280000个数字量/4000个模拟量，以及ControlNet网络每段能达到99个节点。但在使用规划时，还有一个重要的参数——连接数，我们在调试过程中随着站点的增加出现了网络不通，就控制器的处理能力以及网络的节点数来说远远没达到，原因就是超出了控制器连接数。

在ControlLogix系统中连接可以是：
控制器到本地I/O模块或者本地通讯模块；
控制器到远程I/O模块或者远程通讯模块；
生产者和客户标签
通讯

由于在RSLogix5000里对I/O模块组态时采用的是I/O模块直接连接，致使每个数字I/O模块的占用一个连接，使得连接数超出。当重做I/O模块组态采用机架优化连接，这样一来I/O模块的连接压缩到了一个机架优化连接内，节省了连接数量和带宽。

2．NUT、RPI、带宽
NUT（Network Update Time）、RPI（Requested Packet
Interval）这两个参数在网络中常常影响到网络的带宽，使得网络不畅通或效率不高。在理论上来说当带宽在60%~70%网络效率较高，当带宽不够时就应该减少NUT与RPI时间。另外NUT，RPI之间按一定的关系来确定数值，也能tigao网络效率减少带宽，即RPI=2nNUT。

3．安装
除了软件设置，安装不合格同样会引起很多问题。

敷设ControlNet网络的RG6电缆保护要做好。电缆破损，分支器进水以及BNC头做得不好都将影响网络的畅通。在网线敷设好后，分支器不联入节点，装上终端电阻，测量分支器联入节点的BNC芯线与外层电阻应在37.5 ~43Ω之间，小于37.5则有短路现象，过大则接触不好。BNC头的制作建议使用1786-CTK专用工具制作，在工具箱内光盘中有制作的全过程的影像文件。

DeviceNet
网络采用的五芯屏蔽电缆，注意不要接错，另外当电缆接入分接器时，线头如不烫锡或不使用接线鼻，很容易断线引起网络不通，所以要特别注意。
Flex I/O中经常有能扫描到站点而扫描不到模块或个别模块的现象，这主要是由于使用的安装轨道不平整或质量不高，以至于模块底座安装不稳，底座之间联接不可靠引起。拆下模块重新安装到位即可。建议使用质量高不易变形的安装导轨安装Flex I/O。

4．接地
系统接地的可靠性大家一般不会忽略，但计算机的接地往往会忽略。当计算机连接于ControlNet时，如果计算机接地不好，很容易损坏与其连接的CNB模块。

5．ProcessLogix
ProcessLogix系统关键是软件的安装，由于ProcessLogix R320.0 软件在很多地方与bbbbbbs NT4 系统相关联，所以建议从bbbbbbs NT4系统安装开始就照着手册一步一步安装，否则可能会出现不可预见的问题。当然，如果对bbbbbbs NT4熟悉也不会有大问题。

1背景

φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。

2 方案选择

原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。

系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列先进功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚至高于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个刀架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。

3 PLC机型选择

3．1 输入输出点数

PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和刀架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。

PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右刀架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。

3．2 PLC选型

确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。

4 系统设计

4．1 变频器设计

系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁 U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。

在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。

4．2 软件设计

PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在刀架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。

5 结束语

实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），tigao了效率，为企业创造较好的经济效益。

一、原系统分析
　　株洲硬质合金厂空调系统共有溴化锂机组两台，其中冷冻水泵2台功率为200KW，采用自耦降压启动。操作工根据负荷情况开1台或2台。单台水泵大输出liuliang为600m3/h，系统全开时为1200m3/h。现水泵运行出口压力为4.5-9kg，小liuliang需求为200m3/h，大liuliang需求为950m3/h。压力波动较大的原因为，冷冻水泵liuliang不能根据负载变化调节，一旦后级工段冷冻水量减少水泵出口压力就会急剧上升。冷冻水在管路里快速循环未充分换热就回水，造成回水温度低。水泵和主机都白白消耗能量。

　　当1#机组开起后，1#liuliang必须满足低liuliang值200 m3/h，如果用户liuliang没有达到低liuliang值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来保证机组内有200 m3/h以上的liuliang。2#也如此。

二、改造控制要求：
分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
机组冷水出口liuliang不得低于200 m3/h;
　　当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
　　选择1#或2#泵为变频运行泵。
　　当需求liuliang为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，保证300 m3/h的总liuliang输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保证输出用户所需的liuliang;
　　当需求liuliang为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;
　　当需求liuliang为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的liuliang;2#泵工频运行，输出600 m3/h的liuliang;旁通调节阀打开并做PID调节，保证6kg的输出压力;
　　当需求liuliang为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
　　变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水liuliang。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出liuliang送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
　　同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限liuliang值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，极大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。
三、设备的配置
　　（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口liuliang、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、liuliang值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、liuliang值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
　　（2）PLC：
　　PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
　　（3）PLC的配置
　　主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
　　（4）输入输出设备配置
　　输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
　　（5）模拟输入输出设备配置
　　利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口liuliang、2#泵出口liuliang；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀。
四．工作原理
　　主电路图如下：

　　系统采用工变频互备，另外可以灵活的选择需变频的电机是1#还是2#由KM3、KM4来完成。
　　PLC的I/O接线图如下：

五．程序要点
　　EC20的COM0与EVIEW人机界面通过MODBUS协议进行通讯，COM1通讯口与艾默生的EV2000变频器进行自由协议通讯，PLC软件设置：

　　COM1的自由口协议中的波特率、数据位、停止位、效验位必须与变频器中设置一样才能通讯上。EC20时刻检测着变频器的频率、电流、故障再反映到人机界面上。

系统需恒压、恒流，所以做成双PID对变频器和旁通阀进行控制，控制的压力和liuliang在EVIEW人机界面上进行设置

　　在现场调试过程中，发现现场的负载在每天下午五点下班时会突变，由于负载500m3/h的liuliang突变成几十的liuliang，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。负载突变的时段设置和旁通阀的开度设置画面如下：

五．结束语
　　本系统已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC进行控制，性能稳定，运行可靠，系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。变频器的频率在40HZ左右稳定压力，节能率达到48%。因此不但大大的tigao了产品的技术含量和自动化水平，而且还极大地tigao了企业的经济效率，非常具有推广价值。