西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8产品规格

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 引言

　　塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自独立拖动系统。与此同时，又要求各单元间被加工物(布匹、纸张等)运行线速度能够步调一致，即实现同步运动。造纸设备种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几个部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸各部分传送时具有恒定速度及恒定张紧度。目前造纸设备实现这个要求佳控制方案是变频调速，而对变频器控制主要有两类:一类是PLC控制，另一类是IPC机或工控机控制[1][2]。本文采用PLC控制来实现造纸机同步传动。

　　2 造纸机同步传动系统

　　2.1 造纸生产线控制要求分析

　　图1为造纸生产线操作台面板图。该系统由多个单元组成，各单元要求保持同步，构成同步传动控制系统。对同步控制要求:

　　
图1 操作台布置图

　　(1) 统调:各单元要能够同时升速和降速。统调是主指令单元(通常是一单元)对转速要求来进行调节。

　　(2) 局部微调:当操作人员发现某单元速度不同步时，可以进行微调(人工干预)。微调时，该单元以后各单元转速必须同时升速或降速，而不必逐个进行。

　　(3) 单独微调:检修和调试阶段，遇到特殊情况，又必须能够对每个单元进行单独微调。

　　该生产线由四个单元组成，各个单元运行情况可以由各自线速表直观显示出来。

　　2.2 同步运行

　　(1) 当进行统调操作时，将单/统调开关切换到统位置，统调按钮增/减对四个单元进行同步控制;

　　(2) 当发现某单元速度不同步时，可以进行同步微调，例如:当2单元需要调节时，则2~4单元则同时升速或降速;

　　(3) 当某种原因，某个个别单元速度跟不上时，这时需要进行绷紧。造纸系统来说，需要按下绷紧按钮，使其速度短暂tisheng一小段时间，达到绷紧效果。

　　便于操作人员直观了解系统运行情况，各个操作均有相应指示灯显示。

　　2.3 造纸机同步传动控制原理

　　(1) 变频器启停

　　如图2所示，以#1单元变频器控制图为例，SA13为变频器启动开关，当SA13接通时，运行指示灯LA11亮，停止指示灯LA12灭，此时变频器处于运行状态;当按下变频器停止按钮SA12时，线圈KA13失电，变频器停止运行。

　　
图2 #1 变频器控制图

　　(2) 统/单调控制

　　统/单调开关SA11置于统调位置，此时，线圈KA12接通，生产系统处于统调状态，同步器，可以使#1~#4同时进行升速和降速调整。当拨到单调位置时，线圈KA12失电，同时线圈KA11通电，进入同步微调状态。这时可以调整该变频器及其以下单元。

　　(3) 绷紧

　　当常开开关SA14闭合，此时线圈KA14通电，此时变频器会从外部到一个瞬间稍高电压，控制该单元转速tisheng到正常水平;断开SA14，恢复统调状态。图3为由4个控制单元组成生产系统接线图。

　　
图3 由4个控制单元组成控制系统

　　2.4 造纸机同步传动系统PLC控制

　　采用欧姆龙公司可编程序控制器CPM1A-40CDR-D对该造纸机同步系统进行改造[3][4]，选择两个数字信号输入端X1和X2，功能预置，作为升速和降速之用，同时，把绷紧功能整合到各单元单独微调;改造后控制系统图如图4所示。

　　
图4 采用PLC进行控制同步系统

(1) 控制原理

　　变频器VFD-1至变频器VFD-4FWD端到输入信号时，启动;失去信号时，停止;

　　变频器VFD-1X1端子统调升速和单调升速时到信号，X2端子统调降速和单调降速时到信号;

　　变频器VFD-2X1端子统调升速、2~4单元同步微调升速和单调升速时到信号，X2端子统调降速、2~4单元同步微调降速和单调降速时到信号;

　　变频器VFD-3X1端子统调升速、2~4单元同步微调升速、3~4单元同步微调降速和单调升速时到信号，X2端子统调降速、2~4单元同步微调降速、3~4单元同步微调降速和单调降速时到信号;

　　变频器VFD-4X1端子统调升速、2~4单元同步微调升速、3~4单元同步微调降速和单调升速时到信号，X2端子统调降速、2~4单元同步微调降速、3~4单元同步微调降速和单调降速时到信号。

　　(2) I/O分配

　　该型号PLC输入端I/O址为:00000-00915;输出端I/O址为:01000-01915。I/O分配表附表所示。

　　附表 I/O分配表

　　(3) 梯形图控制程序

　　造纸机同步系统PLC控制梯形图如图5所示。

　　
图5 造纸机同步系统PLC控制梯形图

　　3 结束语

　　以上设计，我们采用了欧姆龙公司可编程序控制器CPM1A-40CDR-D、台达VED-B变频器和SCD同步器进行了造纸机同步系统试验。运行中效果良好，充分显示出其功能较强、构造简单、便于维护和检修、可靠性高等待点，达到了预期目，具有广阔应用空间

六面顶压机的对控制装置的要求:
六面顶压机为人造金刚石合成的关键性设备，它具有多规范、自动化程度较高的特点，过去采用继电器-接触器方式进行控制，其逻辑关系繁琐，所用继电器数量较多（四十多个），因而鼓胀率较高，常由于继电器动作失灵导致压块撞碎，甚至损坏顶锤，增加了原辅材料消耗，影响到设备正常运行。另外，六面顶压机对六只压缸的定位精度及同步性能也有一定的要求，过去的继电器-接触器控制方式存在着响应速度慢、动作迟缓、衔铁粘滞、接触不良等现象、使得六缸定位及同步性能变差，增加了硬质和金顶锤损坏的机会。所以，六面顶压机对控制装置提出了这样的要求：
1、可靠性要高
2、六缸定位及同步控制性要好
针对以上二个基本要求，结合六面顶压机的工艺特点，我们利用PLC控制压机使之按以下的程序工作。

PLC机型选择:
PLC机型选择的着眼点不外乎有这样几个方面：
1、确定控制规模，即I/O点数；2、价格；3、售后服务是否有保障，我们经过充分调研，以及考虑日后维修上的便利后，终确定选用中外合资无锡华光电子有限公司生产的SR-21PLC,这是一种性能价格比较高的小型PLC，大I/O点数达168点，大容量达1.7K～3.7K指令字，模块化结构，配置灵活，有多种I/O模块和特殊功能模块。该PLC指令丰富，有数据处理功能，能和上位机连接，组成工业局部网。与之相配套的外围设备也基本上能满足用户要求，有打印机接口、EPROM写入器，可接磁带录音机。

控制装置的配置:
根据压机工艺特点和对控制装置的基本要求以及整个装置的成本所确立的配置原则，我们决定采用I/O点数80点这一规模的PLC,为了便于今后操作使用，还配置了编程器及打印机接口单元。

电路设计:
我们将122～127六个定义号接上接近开关输入信号，分别作为右、前、上三缸活塞空程前进时是否越位以及充液时六缸（此时包括左、右、下三缸活塞）是否同时运行（即同步动作）的监测，其余的I/O接按钮，行程开关，外设时间继电器、接触器、220V交流电磁阀、指示灯等电气元件。在实际安装过程中，为了防止电磁干扰，所有输入线与强电导线严格分开；接近开关输入信号线用双绞线；PLC电源侧加装隔离变压器；所有电磁阀及接触器线圈两端并接R-C吸收器。由于考虑到成本及PLC对来自电源干扰抑制器。

软件设计及数据处理功能的应用:
1、 软件设计：
分段工作程序与自动工作程序基本相同，只是在保压结束后不会立即自动卸压，需操作者掀压增压器卸压（即分段卸压）按钮后才卸压，然后直至程序结束。调整程序主要用于手动调整六缸活塞的位置。
2、 数据处理功能的应用
由于篇幅，我们这里仅举例说明SR-21数据处理指令在六缸同步监测及调整时防止多个按钮同时操作的用法，下面逐一说明。
（1） 同步监测程序模块

同步检测程序框图

上图为同步监测程序模块的框图，框图中的延时是根据具体设备中六缸活塞运动响应快慢来设定的，时间短要求六缸活塞在充液时基本上要求同时开始运动，时间长则允许六缸活塞在充液瞬间是不会同时开始运动的，由于液压系统的调整、高压油路的长短，活塞的摩擦阻力，liuliang的大小等因素均可能影响到每只缸活塞响应速度的快慢，总会有少数缸的活塞运动出现滞缓运动的现象，当这种现象比较严重时，就可能会产生六缸超压时六只顶锤不在中心线上的现象，从而导致故障发生。同步监测的目的就在于：当滞缓现象较严重时，能发出不同步报警信号，同时停止六缸活塞运动，让操作者及时做出相应的处理。
（2） 同步监测梯形图
如图所示，它是上面程序框图的具体应用。值得提出的事，梯形图中用772、773、774标志继电器作为compare（比较）的结果，当六缸活塞同步时，与常数63（BCD数）比较结果相等，标志继电器773建立，否则772获774间里，不同步报警。

3） 调整防误操程序框图

结束语:
实践证明，PLC在六面顶压机改造中的应用是卓有成效的，所采用的数据处理功能使设计的监测及防误操作程序达到了预期的要求，

1 引 言

　　随着计算机技术引入工业控制系统，PLC已经成为工业自动化控制系统的重要组成部分。包钢原料场是一个大型综合原料处理系统，整个综合料场占地约6平方公里。要保证一个大型现代化钢铁企业正常运转，首先必须保证原料正常、稳定、高效供应。包钢原料场工艺复杂、设备多、距离长，原料场主要生产设备有：胶带运输机、堆料机、取料机、带斗门机、圆盘给料机、卸车机、移动小车等。由这些设备组成输入、混匀、配料、输出等主要系统。这些运输系统由皮带运输机构成复杂的运输网络，工艺流程复杂。为tigao设备效率，稳定地向高炉、烧结供料，必须实现原料处理作业的自动化控制。

　　2 控制系统的组成及原理

　　电气控制设备主要由浙江中控技术有限公司的GCS-1控制系统和各种电机和变频器组成。

　　2.1 网络结构

　　2.1.1 系统网络拓扑图

　　由于整个料场设备很多，所以控制系统依据现场电气的分配原则分为11个控制站(电磁站)，分别控制混匀系统、卸料系统、矿石及焦炭筛分系统、原料输入系统、原料输出系统、除尘系统的各个设备。每个控制站均采用冗余的PLC控制系统，通过双层双光纤环网与中心调度室进行通讯，来实现设备的监控。系统整体架构如图1。

　　图1 系统整体网络结构拓扑图

　　2.1.2 双层光纤环网

　　由于系统分站较多，地域广，而且系统要求的可靠性很高，所以在网络结构中采用冗余方式。双层光纤环网由两个平行的单层光纤环网构成，主要网络部件采用MOXA的光纤转RJ45口的光纤环网交换机。它除了具备光纤网络的传输距离远，传输信号不易受到干扰的特点外，还具有环网的优点，处在环网中的任何节点断开或环网中的任一点断开，并不会影响网络的正常运行，只是由原来的环网变为单总线的网络结构，从而tigao了网络的可靠性。双层的环网结构本身就具有冗余的功能，使网络更加可靠。

　　2.1.3 控制站内部网络结构

　　在各控制站中均配置为冗余的CPU，使各站具有冗余功能，各有两个光纤环网交换机，用于连接两层光纤环网。由于整个综合料场是一个整体，工艺系统结构紧密，设备间连锁信号较多，而我们各个控制站的分站原则是按照电气站进行分离的，主要依据是现场各个设备所在的地理位置，人为将整个系统进行分割，所以在各个控制站的站间数据交换将非常频繁，而且相对比较重要，因此我们将CPU以太网接口直接与光纤交换机相连。

　　2.2 控制原理

　　综合料场作业流程控制是一种生产过程控制。原料运输与加工的生产过程，是在统一控制下的一群设备的集约化行动。原料区改造后共有作业流程335条，其中允许同时运行的流程32条;运行过程中可切换路线的流程有49组98条;运行过程中可换料种的流程有11条，此外，还有9组流程具有叠加功能。

　　流程控制要求：

　　1)拥有相关设备的流程，称为互相“干扰”的流程，通常情况下只允许其中一条运行。考虑到系统能力充裕，输送物料相同，起点不同，终点相同的若干流程可不互相干扰，允许同时交叉运转。另外，还有一些流程可以相互切换。

　　2)综合料场多可以有25条无相关设备的互相不干扰的流程，这些流程可以同时运行。

　　3)不论是原料运输作业还是加工作业，流程的启动、给料、顺停全过程，必须完全符合工艺要求，必须把整个生产线上的余料全部排放干净才能停止。

　　4)任程的顺序启动、顺序停止或设备故障，不影响正在运行的其它流程。

　　5)具有完善的流程状态演变过程的显示和报警功能，可保障运行安全，操作灵活方便。

　　2.2.1 皮带控制程序

　　皮带控制包括：普通皮带控制和正反转皮带控制，原理类似，下面以普通皮带控制为例简要说明。

　　设备自动启动条件具备，自动状态下按下启动按钮(或顺启条件具备)，首先输出电铃信号，发出启动警报，同时开始计时，3秒后发出皮带启动指令输出至现场接触器，使其动作，启动电机，同时返回设备运行信号，会同启动输出指令一起为DO输出做自保持。当按下停止按钮后，自动启动回路断开，DO无输出，接触器断开，设备停止。

　　设备手动启动条件具备，手动状态下按下手动启动压扣，手动启动回路接通，发出皮带启动输出指令至现场接触器，接触器动作，启动电机，同时返回设备运行信号，会同启动输出指令一起为DO输出做自保持。当按下手动停止按钮后，手动启动回路断开，DO无输出，接触器断开，设备停止。

　　2.2.2 设备连锁停止

　　当所选料线设备正常运行，若料线其中一个设备停止(故障或非故障停车)，则所选料线此设备上游设备将联锁停止，下游设备仍保持运行。例如，若所选料线为A1→A2→A3→A4→A5→A6都处于运行装态，当A5出现故障停车时，其上游设备A1→A2→A3→A4都将停止，而下游设备A6则仍处于运行状态。由于料场控制是顺控的过程，这样可以避免因中间设备故障停机而发生堆料情况，有效地减少经济损失。

　　2.2.3 设备顺起

　　设备顺起首先要确定所选料线中各设备具备自动启动条件。选择合适料线，按下顺起按钮后，设备将从所选料线从下往上逐个启动。直至所选择的料线全部启动完毕后或顺起指令发出100秒后顺起复位。若顺起失败或其他原因需要停止设备启动，则可按下顺起复位按钮将其手动复位。

　　2.2.4 倒系统

　　当所选料线设备正常运行，若需要小范围更改料线而不是整个系统停车，则可执行“倒系统”操作。此时倒系统不会使整个系统停车，但是在倒系统结束后，应及时点击“倒系统”按钮使倒系统操作结束。

　　2.2.5 系统急停

　　在现场时常会发生人们难以预料的情况，此时如果每个设备都要现场操作人员手动停止的话，往往可能快速性不够，很难达到一有情况就全线立即停车的目的。在软件中设置“急停”，保证对现场事故迅速作出反应，大限量达到避免现场操作人员伤亡和减少经济损失的效果。当监控画面按下“急停”按钮时，整个料场系统所有设备都会无条件停车。

　　3 系统功能

　　(1)按照生产需要选择上料、堆料、取料、应急取料等不同的流程， 并控制流程上设备的顺序启动、同时启动、顺序停止、同时停止、紧急停止、故障停止等。

　　(2)可以根据生产需要选择不同的含铁原料， 改变或设定各种含铁原料的配比，通过自动配料控制系统实现所选原料按配比下料。

　　(3)报表打印功能。可以在每次改变配比后将原配比和新配比打印出来;可以统计各班的配料总量、各种原料的消耗量， 在当班结束时打印出来;统计每月的配料总量、各种原料的月消耗量，每月末以报表的形式打印出来。

　　(4)报警功能。本控制系统可以在生产过程中实时监控各种关键设备的运行状况，若设备的运行参数超出预先设定的上下限，则在主控室的上位机上发出报警信息，提醒操作人员采取相应的措施。

　　(5)故障记录功能。本系统可以记录在运行过程中出现故障的设备， 故障时间及有关故障的简单信息， 方便维护人员维护系统设备。

　　4 结束语

　　系统自调试、投入运行以来，运行状态良好。实践证明，采用GCS-1控制系统及光纤环网的网络结构，很好的适应了控制设备多、采集分站较多、地域分布较广、实时性要求较高，系统可靠性要求高的场合，解决了综合料场各控制站与中心控制站数据交换的问题，使现场设备在中心调度室进行集中控制节省了大量的操作人员和项目投资。在整个系统中，PLC、变频器和网络的结合使用，减少了现场电缆的敷设，tigao了设备的可靠运行和自动化程度，降低了设备维护量，且在生产过程中节省人力、减少中间环节，有效tigao了生产效率