西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8产品规格

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1 引言

　　随着科技的飞速发展，纺织机械设备制造业也迎来了革命性的发展，当前纺机设备的发展特点主要体现在：触摸式人机界面(HMI)，可编程逻辑控制器(PLC)以及各种气动控制元件的广泛应用;目前不断提高纺机设备的自动化程度以减轻操作者的劳动强度和提高纺织厂的生产效率成为纺织机械生产厂家的一个重要的研发设计宗旨。而自动化动作的实现则普遍需要通过用PLC来控制电磁阀以及气缸等执行部件来实现。条并卷联合机是前纺中精梳准备工艺中生产效率高的一种设备，HXFA368型条并卷联合机的自动化动作的实现需要通过压缩空气驱动气缸来实现，而压缩空气则是由PLC控制电磁阀来实现控制的。HXFA368型条并卷联合机采用了亚德客的电磁阀和气缸等气动元件来实现自动动作的执行。

　　2 应用设计

　　2.1 HXFA368型条并卷联合机的气动控制系统概述

　　一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。 HXFA368型条并卷联合机选用亚德客的电磁阀、气缸、压力表以及管接头做为标准配置，主气源进气处先通过三连件后再进入主气路，各个电磁阀用来作为相应动作单元上压缩空气通断的控制，电磁阀则由PLC控制器来实现逻辑上的控制，气缸的选用根据具体机械动作的实现来确定，气缸运动的速度根据相应的节流阀来进行调节。

　　2.2 HXFA368型条并卷联合机的动作流程概述

　　
图1 HXFA368型条并卷联合机的部分动作流程图

　　HXFA368型条并卷联合机在当设定的棉网长度到时主电机转为低速，电磁离合器分、扯断棉网，主电机停，此时棉架快速上升，上升到位时打开夹盘，棉架暂停在高位，开前门，前门打开后推棉卷，棉卷推出后推卷机构返回，推卷机构返回后关闭前门，前门关闭后棉卷架快速下降到低位，然后再进入上空管的步骤;棉卷推出后执行翻棉卷到小车的动作，翻棉卷机构返回后小车前进一步，推小车机构返回。

　　HXFA368型条并卷联合机各种动作的实现均是通过气动执行元件来实现的，在气动控制系统中将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动的元件，称为气动执行元件。在条并卷联合机中是采用电磁阀来控制气缸来执行动作的，而电磁阀的动作则由PLC来控制，在本设备的控制系统中采用了中达电通有限公司的DVP60ES型PLC来控制整个系统工作;电磁阀及气缸则均选用亚德客有限公司的产品。

　　2.3 HXFA368型条并卷联合机的自动动作的实现

　　HXFA368型条并卷联合机具有机电一体化程度较高的特点，其主动力由11KW的变频电机通过变频来实现变频调速控制，各个分步动作的实现主要由电磁阀控制压缩空气驱动气缸来实现动作控制，上下空管、翻棉卷、棉卷支架上升下降、推棉卷、小车前进、前防护门开合、空管仓落空管以及送空管机构上升下降等动作都对应着相应的电磁阀和气缸，而整个动作的协调运作则有PLC控制器来实现控制功能，在此只做一个简单的概述。

　　2.4 控制电磁阀的PLC程序设计概述

　　HXFA368型条并卷联合机上的各种自动动作的实现是通过用PLC控制电磁阀来实现的，下面是一段对部分动作进行控制的步进程序。

　　
图2 步进程序

　　在程序中：

　　S41是“送空管上升”过程的控制，X17 是送空管机构上升限位位置检测点，X30是棉卷夹盘左合到位检测点，X31是棉卷夹盘右合到位检测点，M131继电器是实现对送空管机构上升动作的过程控制，程序中行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构没有上升到上升限位点而且左右夹盘均没有处于闭合状态的条件下执行送空管机构上升的动作。程序中第二行的M132继电器实现对送空管机构下降的控制，第二行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构已上升到上升限位点时实现对送空管机构下降的控制。第三行程序的指令是当送空管机构已上升到上升限位点时程序进入S42步进程序段即夹盘上升1mm步进段。

　　S42是“夹盘上升1mm”过程的控制，X16是送空管机构下降限位位置检测点，第四行程序实现的指令是当送空管机构复位时将送空管机构下降的动作复位;第五行程序实现的指令是通过Y7来控制相应的电磁阀以便实现棉卷夹盘上升1mm的控制;第六行中的X33是棉卷支架上升1mm和下降限位的检测点，第六行实现的指令是棉卷夹盘上升1mm后进入S43步进程序段。

　　S43是“上升1mm后夹空管”过程的控制，第七行中的M129继电器实现松开棉卷夹盘的控制功能，第七行实现的指令是对松开棉卷夹盘动作进行复位。第八行中的M124继电器实现的是闭合棉卷夹盘的控制功能，本行的指令实现的是实现控制闭合棉卷夹盘的命令;第九行实现的指令是当左右棉卷夹盘闭合时进入S44步进程序段。

　　S44是“棉卷支架上升、落空管”过程的控制，在第十行的程序中M513继电器实现的是运行状态下棉卷支架保持的的控制功能;第十一行中的M134继电器实现的是空管仓落空管命令;第十三行执行的是延时2秒后翻空管命令。第十四行中X25是弹簧板处空管检测点，本行指令执行的命令是弹簧板处有空管时进入S45程序步进段。

　　S45是“换卷后启动”过程的控制，第十五行执行的是启动低速运行控制指令。

　　PLC通过对各个自动动作的限位点的检测来实现对各个汽缸动作执行的协调，气缸是通过电磁阀控制的压缩空气来驱动的，具体动作执行的是否到位是通过传感器的检测来确定的。汽缸的运行速度则是通过调节节流阀来实现调节的。

2.4 控制电磁阀的人机界面程序设计概述

　　在HXFA368型条并卷联合机上为了便捷的实现对各种自动动作的分立调试在此应用了台达DOP-AE10THTD型人机界面。通过人机界面可以方便的实现操作人员对各个电磁阀的实时控制，大大的方便了对各个自动动作的调试。

　　2.4.1 HXFA368型条并卷联合机上通过人机界面控制和调试电磁阀执行动作的界面设计。

　　
图3 界面设计

　　在此界面中通过对打开棉卷夹盘，推棉卷，翻空管一次等触摸键的操作可以实现对相应电磁阀的控制，电磁阀通过对压缩空气的控制来实现压缩空气对气缸活塞的驱动进而实现相应的汽缸动作。在设备的调试过程中调试人员先通过调试设定界面中的触摸键来控制单步动作的执行，然后根据实际操作的需要来调整节流阀，以此实现对气缸运行速度的调节。

　　3 HXFA368型条并卷联合机气动控制系统中常见故障及解决方法

　　3.1 电磁阀故障

　　电磁阀做为一种执行元件受控于PLC控制器，由于棉纺织设备长时间处于24小时运作状态电磁阀长期动作易造成电磁阀吸合不到位或者彻底损坏两种情况，电磁阀吸合不到位在HXFA368型条并卷联合机上体现出来的状态是间歇性动作故障，进而引起设备间歇性故障停车，在此种状况下当对单个电磁阀进行检测时又不好判断出阀体埙坏，需要根据具体情况进行综合判断;在电磁阀彻底埙坏的情况下体现出来的故障情况是某个动作不执行，在此情况下可以根据实际情况更换相应的电磁阀来解决问题。

　　3.2 传感器故障

　　在设备自动动作执行的过程中需要用传感器对气缸动作的执行进行限位检测以便PLC对设备的自动动作进行逻辑上的协调控制，检测传感器的选用一般有磁感应传感器和接近开关两种类型，检测传感器一旦损坏就会导致自动动作停留在某个动作位停止而不继续往下执行下一步动作。遇到这种故障情况时就应当根据自动动作执行的情况来查找个并更换相应受损的传感器。

　　3.3 气缸故障

　　作为一种重要的执行部件气缸通常会因为长时间的运作而导致气缸内部的活塞出现漏气现象，这种故障情况下气缸所表现出的现象是在压缩空气送入气缸后气缸不动作或者动作力度及行程达不到相应的要求，遇到这种情况时就应当对损坏的气缸进行维修或者更换气缸。

　　4 结论语

　　HXFA368型条并卷联合机是一种自动化程度比较高的棉纺织设备，该设备是为棉纺织企业前纺工段中的精梳工序做准备的一种高效能棉纺设备，该型纺机设备经过多年来的改进提升总体性能和效率已经完全可以替代国外同类纺机设备如瑞士立达公司生产的E32型和E35型条并卷联合机，而其价位却仅为后者的三分之一左右，为国家节约了大量外汇。目前HXFA368型条并卷联合机已经广泛的应用在山东、河北、河南、陕西、甘肃以及湖南等多数棉纺织企业，其优良的性能已经得到了棉纺织企业用户的

2 系统分析 

根据客户提出的控制要求，罗升企业的工程师对施工现场进行了考察。在施工现场工程师发现客户的22个信号点相对于控制室比较分散，远处离控制室有150米远，近的也超过10米。如果只用1台PLC在控制室，要料信号、料门开关到位信号以及输出控制都通过铺设电缆来实现的话，就会造成现场布线麻烦和线缆成本过高。于是我们采用了两台丰炜PLC作Parallel bbbb通讯的方案来解决这个问题。 

另外由于系统所在地区经常停电，上位机如果选用工控机的话，可能会因为经常停电而损坏。因此我们选用了稳定可靠的罗升瑞典BEIJER人机，该人机不但能保存大量的工作数据，而且可用FTP的方式通过以太网方便的访问。 

经过上述分析，我们提出了以下控制方案：

 
自动饲喂控制系统框图

2.3 运行画面

 
配料系统画面

3、程序要点 

3.1 罗升瑞典BEIJER FTP服务器模式的设置 

此系统可按照客户要求实现按照配方自动配料，并保存当前的实际配料信息到PLC中的资料银行当中，然后以Excel表的格式转存到BEIJER人机当中。另外BEIJER的Ftp功能可让远方的计算机方便的把保存在人机当中的数据给读取出来，供人们在计算机上查询。

 
BEIJER FTP服务器模式的设置

3.2 罗升丰炜PLC Parallel bbbb网络设置 

两台丰炜PLC采用Parallel bbbb网络进行通讯，采集处理共22个饲养单元的要料送料任务。从站PLC在远端采集11组的要料信号，可实时的把远方的要料信号传送到主站PLC当中供主站判断使用，主站通过堆栈指令保存所有当前的状态，即使停电后再来电也能准确的把所配好的送到指定的料口。

 
Parallel bbbb网络设置

3.3 实施效果 

在此系统中高端的罗升BEIJER人机发挥了他强大优势：①大量的数据存储功能，供客户存储3个月的数据。②方便的网络功能，可通过FTP模式把存储的数据传送到计算机上。③6万4千色的真彩显示，可方便的组态丰富的画面。④余留有串口和以太网接口，为以后的系统扩充留下空间。 

经济灵活的罗升丰炜PLC也展现了他与重不同的特点：①方便的组网功能，只用通过硬件连接和简单的设定就可实现多台PLC的数据共享，在分散控制当中可为客户实现灵活的搭配方案。②稳定的AD采集模块，为称量的准确提供了可靠的保证，在500kg的满量程称量时达到了0.5kg的精度③在需要大量掉电数据存储的时候，128K的资料银行为数据存储提供了极大的便利。 

1 引言

　　可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。在电力工业中，应用可编程控制器的场合比比皆是。例如电厂输煤系统、锅炉燃烧系统、汽轮机和锅炉的起动及停车系统、废水处理系统、发电机和变压器监控系统、整个电力网的联网通讯、调度及控制、利用可编程控制器进行软动控制等等。作为电力职业技术学院，在教学中让学生掌握现代自动化控制先进的技术以适应电力系统以及社会各企业对高技能人才的需要是非常必要的。

　　武汉电力职业技术学院电力工程系供用电技术教研室本着“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”的职业教育办学理念，与湖北华茂机电技术工程公司联合开发、研制的PLC工业控制实训系统(如图1所示)，注重实用性，兼顾超前性、通用性，努力营造工业现场环境，创造工业现场气氛，所组成的工控系统与生产现场所使用的设备完全一样，在国内尚属首例。

　　已经引起相关部门的关注。该装置已被欧姆龙自动化(中国)统辖集团作为CP1H应用范例登载在中国电工技术学会“培训部”的宣传图册上。

　　2 系统简介

　　该实训系统大的特点就是对学员的训练可做到由浅入深，由易到难，设计巧妙的控制对象，在学生实验(训)中起到了非常好的效果。实训系统采用日本欧姆龙公司目前新、具优势的PLC——CP1H-40CDR-A作为控制中心主体，同时配有触摸屏、变频器、温度控制器等具备通讯功能的控制设备以及工业现场常用的传感器、旋转编码器、接近开关等等，系统的下层还配有一台三相异步电动机、一台直流电机及一个加热器等控制对象。实训项目从基本的PLC编程、变频器、温控器及触摸屏单独的实际训练(包括控制对象)开始，逐步深入通过RS232口和485口进行各设备间的相互通信，形成闭环控制系统。可编程控制器主机可准确地处理来自传感器、计时器、温度调节器、开关等控制部件的信息，有效控制机器与设备的运转。以可编程控制器为中心，配合触摸式画面的可编程终端便于对生产对象的控制与参数的变更，作为操作者与机器设备人机交互的界面，在提高生产效率方面可发挥重要的作用。

　　在工业控制领域，各种生产设备、控制器以及智能仪器仪表等往往分散在工厂、车间的不同地方，如何将这些控制设备连接起来，完成对现场信息的实时采集、通信以及对设备的实时控制、监视和远程维护;如何把厂房处于不同地理位置上的PLC与PLC、PLC与计算机或PLC与智能装置间通过传输介质连接起来，实现通讯，以构成功能更强、性能更好的控制系统等等，这些都是工厂自动化网络解决的问题。

　　根据工业现场的实际情况，该实训系统还具备强大的网络通讯配置供学生实训用：上层采用以太网(Ethernet)来实现高层数据传送，以太网模块使得PLC可以作为工厂局域网的一个节点，在网络上的任何一台计算机都可以实现对它的控制。通过以太网通讯模块与上位机通讯，实现上位机的监控等操作，同时通过现场总线模块DRM21实现PLC与PLC间的数据共享。SCU串行通信模块实现与第三方设备如DCS、锅炉等通讯，创造一个远程监控环境;中间控制层网络(Controllerbbbb)，是OMRON推出的FA(工厂自动化)领域用于在PLC间、计算机和PLC间进行大容量数据交换的网络，而计算机也可作为一个节点对PLC进行监控，编程运行组态软件;后通过设备层网络(DeviceNet)实现对底层控制设备的远程控制。

　　学生们通过PLC工业控制实训系统的训练，加强了综合实践能力的培养，对于提高学生动手能力，提供了有利的条件。对增强学生岗位适应性，缩短上岗前的培训时间(“零距离”技能型人才)，使学生真正成为对企业有用的高技能型人才具有独特的作用。

　　3 控制实例

　　电力生产设备大多是由电动机作为原动机进行拖动的，通过对电动机的状态进行控制从而达到对生产设备进行启动、停止的控制，改变生产设备的工作速度、运动方向等等。“PLC工业控制实训系统”具备了这些方面的功能。该系统通过变频调速器可对电动机进行速度调节，达到对生产设备的运动速度的调节;也可通过变频调速器配合接近开关，将电动机的运行信息输入到可编程控制器，可编程控制器根据这些信息对电动机的状态进行控制(启动、停止、调速、正反转等)，形成一个真实的工业闭环控制系统。通过触摸屏可以对电动机的状态进行控制和监视，同时还可以对变频调速器、PLC中的计数器和定时器的参数进行在线修改。下面对这个闭环控制系统作一简单介绍。

　　(1)控制要求

　　①当按下启动按钮SB1时，电动机以5Hz频率对应的速度正向启动;

　　②当转过200圈时，电动机以30Hz频率对应的速度加速运转;

　　③运转200圈，电动机还是以30Hz频率对应的速度由正转变为反转;

　　④反转100圈，电动机停转(也可以通过手动停止按钮SB2控制电动机停转)。

　　(2)控制系统的组成

　　该控制系统由PLC、变频调速器、三相异步电动机、接近开关、触摸屏等组成。其框图如图2所示。

　　该控制系统的接线如图3所示。

图3电动机控制系统接线图

　　系统中，PLC与变频器之间通过RS485通信口采用Modbus—RTU简易主站功能进行串行通信;PLC与触摸屏之间通过RS232通信口进行通信。

　　4 程序的实现

　　首先要对变频器本体的参数进行设定：选择RS485通信口进行通信;波特率选9600bps等等。然后对PLC进行设定：设定通信波特率9600bps、8位二进制/偶数校验/停止位1(8.1.E.9600)、串行网关等等，如图4所示。

　　图4PLC设定

　　实现该控制的部分梯形图程序如图5所示。

　　图5梯形图程序

　　程序说明：通过安装在CP1H上的串行端口1向地址为1的变频器发送指令，以改变变频调速器的参数，达到对电动机状态的控制。

　　当按下和输入端0.00相连接的启动按钮SB1时，变频器开始驱动所带的电动机以5Hz频率对应的速度开始低速正向启动;电动机每转一圈，检测元件接近开关会产生一个脉冲，这时在PLC的0.03输入端(与接近开关相连)就会有一个信号输入，计数器CNT0000的当前值会自动减1，当电动机转过200圈时，通过程序的执行，变频调速器的频率参数由5Hz改写为30Hz，电动机将以30Hz频率对应的速度加速运转;当电动机提速运行转过200圈时，执行程序将变频调速器的参数由正转改写为反转(频率参数仍然保持为30Hz)，这时电动机就会由正转运行变为反转运行;当反转运行100圈时，电动机会自动停转。

　　除此之外，还可以由触摸屏对参数进行修改和适时干预程序的执行