西门子6GK7243-1EX01-0XE0参数说明

西门子6GK7243-1EX01-0XE0参数说明

随着农业科技的不断发展.气力式播种原理已运用于各种播种机械，由于具有播种速度快、效率高，且不伤种等特点.国内外自上世纪50年代起就开始了对该技术的研究?。但就已有的采用该技术作业的播种机.将近90%以上均采用气吸式播种.而气射式播种技术依旧处于试验研究阶段。刁培松等根据“射水成穴播种原理”提出了气射播种理论?.设计了气动射种机构，但该机构控制复杂，不利于推广。

　　近年来.单片机、PLC等多种控制技术应用到了农业机械领域中.以实现生产的控制化与自动化?。可编程控制器PLC(Programmable logic con.troller)主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成.是一种有较好的抗干扰性能、防震性能且操作简单、使用和维护方便、价格低廉的控制器。针对已有气射装置存在的问题，利用PLC控制器来实现对该机构射种过程的控制是一个很好的尝试。

　　1 已有气动射种机构工作原理及存在的问题

　　1.1 工作原理

　　已有气动射种装置结构[31如图1所示.用凸轮轴将气阀凸轮和气门杠杆凸轮同轴连接.为了保证射种装置的协调工作.在播种机地轮上安装一链轮.通过链条把动力传递到凸轮轴并驱动两凸轮转动。此外。在凸轮轴上安装另一链轮把动力传送到排种器上。以保证射种装置的协调工作。当排种阀在杠杆凸轮的作用下被打开时.排种器把适量种子从种箱中排出.并在重力作用下滑落到射种腔内部.随后杠杆凸轮由顶点转动至低点.排种阀在弹簧的作用下关闭.同时待气阀凸轮转到高点时，气阀打开，排出气体。在规定压力和liuliang作用下，把种子射入到土壤预定深度，从而达到气动射种的目的。

　　1.2存在的问题

　　由上述工作原理可知.已有气动射种机构的排种器、气阀凸轮、排种阀杠杆凸轮的动力源均来自于地轮的驱动。因此.要使该机构完成一整套排种入射过程，对于动力源的要求是非常关键的：而播种机地轮的动力传递会因耕地地况的高低不平造成传动动力不稳定.加之地轮的滑移现象.会影响该机构排种与气压射种的传接配合.降低播种机的作业效率：此外.在播种过程中，需要操作人员不断地监控种箱种量及储气罐中剩余气压是否满足气动射种所要求的压力值.费时又费力。

　　2 PLC控制系统设计

　　2.1 系统结构

　　通过对已有气动射种机构的组成部件进行调整和更换.采用PLC可编程控制器实现对播种机作业过程的自动控制。将播种机的气门杠杆凸轮更换为牵引电磁铁.在种箱下部安装了步进电机并与排种器相连接.气阀凸轮更换为二位二通电磁阀：在种箱底部和储气罐出口处分别安装下料位传感器和气压传感器以实现对种箱种量和射种气体压力的控制检测：在排种阀杠杆下部安装一凸轮。通过播种机地轮上链条动力的传递驱动.安装一光电传感器并在凸轮的配合作用下发出信号.实现该机构排种过程与机组前进速度的同步控制。由PLC控制的气动射种机构组成如图2所示。

　　2.2控制系统硬件配置

　　气动射种机构控制系统主要由两部分构成。其中，启动按钮、停止按钮、下料位传感器、气压传感器、光电传感器组成控制信号输入端，步进电机、牵引电磁铁、二位二通电磁阀组成控制系统输出端，控制系统由拖拉机电瓶供电。该控制系统共需5个输入点，3个输出点，控制器所需的I/O点数较少。属于小型单机控制系统。设计中选用德国西门子公司生产的S7—200型PLC作为该机构控制系统的控制器。该控制器主机结构为整体式.上面有一定数量的I/O点。一个主机单元就是一个系统：可进行灵活扩展，当I/O点不够时。可增加I/O扩展模块：如果需要其他特殊功能.则可增加相应的功能模块。

　　图3是S7—200型PLC控制系统的输入、输出分配及信号接线图。

　　2.3基于PLC控制的气动射种原理

在设计的气动射种装置中.PLC控制器主要是对下料位传感器、气压传感器、光电传感器、牵引电磁铁、步进电机、二位二通电磁阀的感应、延时、通电和断电进行检测控制。如图2所示.按下启动按钮，经下料位传感器检测，若种箱种量充足.步进电动机得电工作，步进电机带动排种器转动使种子从种箱进入输种管.对步进电机可进行转速的调整，以实现对播种机构播量的控制。

　　凸轮随着播种机地轮链条的驱动而转动.凸轮与地轮转速比可通过田间作业需要进行调节，当凸轮转至高点时，遮断光束.光电传感器发出信号.牵引电磁铁通电带动气门杠杆将射种腔顶部的排种阀压下。种子依靠自身的重力通过排种阀进入射种腔。待通电延时4 s后牵引电磁铁断电，排种阀闭合;可通过电磁铁通、断电对排种阀开启与闭合的控制来实现对播种作物株距的控制。此时.若气压传感器没有发出气罐气压不足的信号.则二位二通电磁阀通电.气体由气阀进入射种腔，通电状态持续3 s。种子在高压气体作用下加速运动.随即射入土壤.完成一个射种过程。基于PLC控制的气动射种机构控制原理见图4。

　　3试验结果分析

　　通过对以PLC为控制系统的气动射种机构在播种深度及下料位传感器和气压传感器的检测可靠性等指标进行测定.分析判断PLC控制系统对该射种机构的实际控制效果。如表1所示。基于PLC控制的气动射种机构播种深度平均值为39.6 mm，合格率达93.2%，符合播种标准要求;下料位传感器和气压传感器对种箱种量和储气罐排气压力检测可靠性分别为96.7%、93.4%，tigao了气动射种机构的田间作业效率

　1引言

　　某柴油内燃机生产线上有一道工序是对缸体端盖螺栓组拧紧加工，螺栓组拧紧的顺序和预紧力的大小决定了各个螺栓受力是否均匀以及被连接件的紧密性?，为保证装配质量该工序严格规定了螺栓组拧紧的顺序、各个螺栓预紧力、螺栓旋入角度等参数，如图l所示，图上的数字表示螺栓拧紧的先后顺序。

　　为保证装配质量，有两种方案可供选择：1)装备自动拧紧机器人设备，虽然可以保证装配质量，但这样的设备昂贵复杂，对于现场条件来说，初期投资过大，维护难度高。2)购买电动拧紧机，通过人工选择被拧螺栓，将拧紧器手柄对准螺栓后扣动banji，拧紧机按预先设置好参数进行拧紧，如此逐个拧紧。虽然这种方式设备成本比机器人要低很多，但由于该内燃机有多个不同型号的产品，其螺栓数量、预紧力、拧紧顺序各不相同，人工选择难免会犯错误，影响装配质量。因此需要一个辅助监控系统监控人工操作，该系统可以通过工件上的条码识别工件型号，并逐个提示工人被拧紧螺栓的位置，并对工人的工作进行监控，如果工人拧紧的顺序发生错误，则拒绝加工并发出警告，每加工完一个螺栓，都判断加工是否合格，如果合格则提示加工下一个，否则提示继续加工本螺栓，直到该工件所有螺栓加工完毕，提示工人加工合格，放行当前工件，进入下一工件操作。从而避免拧紧参数及拧紧顺序错乱。

　　2系统结构及功能

　　如图2所示，系统由上位机、西门子S7—200PLC、扫描枪、拧紧机、电感式接近开关、PPI\PCI电缆、通讯接头等组成。条码扫描枪的通讯接口为串口，使用一个RS232转485的接头将扫描枪与PLC通讯端口相连接，扫描枪读取到的字符即可传递给PLC来判断工件型号。PLC使用PPI/PCI电缆与上位机相连接并完成数据交换。使用PLC的数字量输出对拧紧机进行参数宏选择，不同输出点对应不同的参数宏，各参数宏中的拧紧参数提前在拧紧机中设置好，包括预紧力、旋转角度、螺栓数量等。接近开关按螺栓组的分布形状布置在活动机架上，其信号发送至PLC数字量输入口，用来检测拧紧器将要加工的螺栓是否符合规定顺序，如果顺序正确，即可加工，否则禁止加工。单个螺栓加工完成后，合格信号由拧紧机的数字量信号反馈给PLC。

　　3软件设计

　　3.1 PLC获取条码信息

　　PLC采用自由通讯口方式读取条码的信息，即CPU的串行通信接口可以由用户程序控制，可以用发送指令、接受指令、接受完成中断、字符接受中断和发送完成中断来控制通信过程障1主要用到SMB30寄存器设置接受指令参数。SMB30用于设置端口0的通信波特率、奇偶校验、数据位数目等参数。

　　pp：奇偶校验控制字，d：每个字符的数据位，bbb.自由端口波特率，min：协议选择。本系统的SMB30设置为0000100l，即参数为：

　　无校验、8位数据位、9600波特、自由端口协议。

　　使用接受指令RCV接收COM端口的整条消息，然后在完成消息接收后，生成程序中断。通过指定的通信端口(PORT)，接受的信息存储在数据缓冲区(TBL)中。数据缓冲区个字节用来累计接收到的字节数。

　　3.2 PLC逻辑控制程序

PLC的控制程序采用西门子的编程软件STEP7完成，编写完成之后通过上位机传送给PLC，其程序结构流程如图4所示。

　　当工件被送至操作位，先使用扫描枪扫描工件条码，PLC针对条码信息判断工件型号，并设置拧紧参数宏。随后布置有接近开关的机架移动至工件的正上方，上位计算机提示工人被拧紧螺栓位置，工人将拧紧手柄移至该螺栓加工位，同时接近开关判断拧紧器是否在正确的操作位置，如果操作位置正确，允许工人操作，否则禁止工人操作，并在上位显示器上进行报警提示。当前螺栓加工停止后，拧紧机判断加工是否合格，并将判断结果发送给PLC，若合格，则上位机提示下一个被加工螺栓位置;否则提示本螺栓未完成请继续加工，直至盖螺栓加工合格。如此循环直至该工件所有螺栓拧紧完成，接近开关布置架上移，放行本工件，进行下一个工件的操作。

　　3.3上位机程序

　　如图5所示，上位机程序采用组态王编写，通过PPI/PCI电缆与PLC连接，当PLC判定型号后，上位机程序调取辅助画面，画面中的被加工螺栓通过红绿交替闪烁提示工人操作，操作完成之后读取PLC中状态变量判断加工是否合格，加工合格后画面显示为红色表示该螺栓加工完成，然后闪烁提示下一个被加工螺栓位置。操作人员按照规定的顺序将所有螺栓拧紧，则提示当前工件加工完毕，放行本工件，并进入下一工件操作，如此反复。

　0 前言

　　在煤矿矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，排水泵的安全可靠运行对保证矿井安全生产起着非常重要的作用。

　　目前， 许多矿井下主排水系统还采用人工控制，水泵的开停及选择切换均人工完成，完全依赖于工人的责任心， 也预测不了水位的增长速度，做不到根据水位和其他参数在用电的峰谷期自动开停水泵，这将严重影响煤矿自动化管理水平和经济效益，同时也容易由于人为因素造成安全隐患。

　　1 控制系统功能设计

　　针对当前许多煤矿排水泵控制自动化水平不高、主要以人工控制为主，开发出一套以PLC 为核心的井下泵房自动控制系统，主要实现以下功能：

　　(1)控制功能系统设有手动、半自动和自动3种控制方式。手动控制方式通过就地控制箱实现，操作方法与原来人工控制流程相同，即：开泵时先注水，泵体灌满水后或用真空泵将泵体抽成一定真空度后，启动电机，然后逐渐打开排水阀门，泵组正常工作排水;停泵时先关排水阀门，再停电机。该方式主要用于初期调试和检修时的就地控制。半自动控制方式主要是由人工选择要开启的泵以及泵的台数，开泵、停泵按PLC 设定程序自动完成, 主要用于满足矿方特殊控制要求。自动控制方式完全以PLC 设定程序自动执行一系列操作，完成排水工作，不需要人为干涉，为正常投入使用后的常用模式。

　　(2)保护功能系统具有故障自诊断功能，对供电电压、电机电流、电机轴承温度、电机定子温度、水泵前后轴承温度、进出口压力等各项参数均有监测。当某项参数异常或超出设定值时，PLC 判断故障并报警，同时停止故障泵组运行，有效保护电机和水泵，有利于故障的及时排除。

　　(3)实时显示参数信息采用西门子人机界面TP270 (触摸屏) 实时显示灌泵时水泵腔体的真空度，正常运行时单台水泵的liuliang、主排水管总liuliang、排水管路压力，电机定子及轴承温度、水泵轴承温度、水位，负载电机的低压开关柜的状态等参数。出现故障时还可显示报警信息。

　　(4)远程通讯及监控功能通过光缆以及相应信号交换设备， 将井下PLC 与井上工控机相连，采用WINCC 自动化监控软件建立综合自动化网络平台，可实现远程自动、半自动控制，实时显示、记录各泵组运行情况和相关参数， 支持历史数据查询。井下还可装设防爆型网络摄像机，通过光纤将图像传送到地面系统，地面调度中心通过硬盘录像机将画面发送到地面工业电视上。

　　(5)合理调度除可根据水位自动启动、停止泵组工作外，还可实现根据水位上涨速度控制泵组开启台数;根据水泵的平均备用时间自动轮换水泵的运行; 在满足排水要求保证安全生产的前提下，通过调整开泵时间，避开电力负荷高峰期，有效地削峰填谷，节约电费开支。

　　2 控制系统结构层次

　　为实现设计功能，该自动控制系统主要由以下六部分组成：

　　(1)监控组态软件;

　　(2)数据采集终端及数据处理系统;

　　(3)通讯接口及网络传输;

　　(4)机房设备及电控设备;

　　(5)信号采集装置;

　　(6)工业电视监控系统。

　　整个系统可分为3 个层次： 地面监控主站层;以PLC 为核心的控制及通讯管理层;机械设备层。

　　2.1 地面监控主站层

　　主要由工控机、监控组态软件、工业电视监控系统等组成，通过光缆与井下PLC、防爆型网络摄像机连接。工控机通过组态软件可以实时显示由井下PLC 采集并传输的主排水泵的运行参数， 并存储相关记录，操作人员也只需在地面生产指挥中心采用鼠标操作，就可以实现对各泵组的控制;工业电视和硬盘录像机可实时显示、记录井下状况。

　　2.2 控制及通讯管理层

　　由PLC 和触摸屏组成的数据采集终端及数据处理系统、电控设备、数据交换设备、信号采集装置等组成。PLC 负责完成信号处理、逻辑判断、故障诊断和参数记忆等功能。通过数据采集模块采集水位信号决定泵是否开启以及开启台数，然后根据选择的控制方式按流程启动泵组，此时数据采集模块将采集供电电源、电机、水泵的各项参数，如：检测开关的带电状态、电机定子温度、轴承温度、泵出水口压力、主排水管liuliang、水泵前后轴温度等。各参数将在触摸屏上显示，并且通过数据交换设备传输到地面监控主站。控制原理如图1 所示。

　　2.3 机械设备层

　　煤矿排水系统主要设备包括电机、水泵、吸水管道、排水管道、管道阀门等。该自动控制系统是基于原煤矿排水系统的设计，只需在原有排水系统设备的基础上进行部分改动。除在电机、水泵和管道上做部分机械结构的改动以满足传感器的安装需要外，主要是对原有排水阀门、注水阀门更换为电动可控阀门;加装为水泵注水的射流泵或为泵抽真空用的真空泵以满足水泵启动的需要。为保证安全性，防止自动控制系统出现故障时不能正常启动泵组排水，不破坏原排水系统结构形式，保留原始人工操作方式。

　　3 控制系统程序设计

　　控制系统程序的设计主要基于控制要求和具体控制方案的实现。本系统程序设计包括PLC 程序设计和组态软件程序设计两大部分。

　　3.1 PLC 程序设计

　PLC 程序设计采用STEP 7 软件编制。STEP 7软件是用于西门子S7-300/400 型PLC 创建可编程逻辑程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表进行程序编制。S7 系列PLC 包括一个供电单元、一个CPU， 以及输入和输出模块(I/O 模块)。PLC 应用STEP 7 软件编制的S7 程序监视控制整个系统，并通过地址寻址寻找I/O 模块，实现数据的输入输出。

　　PLC 编制程序时首先作硬件组态。其主要任务就是在STEP 7 中生成一个与实际硬件系统完全相同的系统,生成网络、网络中各个站的机架和模块,以及设置各硬件组成部分的参数,即给参数赋值。硬件组态确定了输入/输出变量的地址,为编制顺序控制程序打下了基础。

　　用梯形图在STEP 7 中进行顺序控制程序编程。PLC 上电起动后首先执行内部初始化,然后根据手动、半自动、自动控制的方式选择，进入相应的程序流程。整个程序主要包括运行前水位和供电状态检测、正常启停泵组、运行中参数检测和故障报警、故障停泵等模块，程序流程如图2 所示。STEP 7 软件通过建立在线连接下载程序到PLC 以对编制好的程序进行调试， 可实现程序的运行状态监视、强制性数据变更和输入输出信号的强制开/关等。

　　3.2 组态软件程序设计

　　组态软件编程主要用于生成人机交互界面，以便进行实时监控。本系统应用西门子公司的WINCC自动化监控软件进行程序设计，可以生成标准化输入/输出域、棒图、趋势图、光栅和矢量图，且具有动态性能的属性，可进行便捷的过程可视化,并提供集成的消息和报警系统。

　　编制的人机界面主要有控制画面、参数显示画面及故障报警记录等状态信息，编程框图如图3 所示。操作员可通过触摸屏进行系统的控制方式选择以及各项检测参数的显示，实现了整个控制过程的可视化。并且可以通过通讯同步到地面上位机，实现远程控制与监测。

　　4 结语

　　以西门子S7-300 型PLC 为核心的水泵自动控制系统，通过合理的程序设计和对原排水系统的改进，实现了根据水仓水位的高度、水位变化速度及用电避峰填谷原则，自动启动水泵进行排水，减轻工人劳动强度，增强井下排水的可靠性。同时也实现了水泵运行的合理调度，tigao设备利用率，节能增效。

　　自动控制系统采用了技术先进的西门子S7-300 型PLC，性能稳定，故障率低，且具有完备的故障诊断和保护功能， 保留的人工控制方式可在PLC控制系统故障时正常启动水泵。通过西门子触摸屏TP270，可实现界面切换、系统巡查、故障复位、控制方式转换等功能。系统的通讯功能还可实现远程监控。该系统的使用必将tigao煤矿生产的自动化水平，对矿井安全生产具有重要意义。