6ES7214-1AD23-0XB8使用方式
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1 引言
当前我国机械制造业大量的通用设备在发展现代机械自动化技术时，可以有多种技术路线选择。应用微电子技术改造这些已有通用设备，比如用数显、数控装置改造通用设备，tigao单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。
2 自动剪板机工艺介绍
剪板机应用于许多金属加工和薄板开料操作，在设计剪板机之前必须对几个因素进行考虑，包括剪板机的剪切能力、产率增强选件和安全性。
剪板机类型由许多因素决定，诸如剪板机可处理材料的长度、厚度和种类。 剪板机可以按剪切形式及其驱动系统进行分类，有两种结构形式常用于电动龙门剪床：闸式（也叫滑块式）和摆式。
闸式剪板机利用驱动系统操纵动刀片向下移动到一定的位置，使动刀片在整个行程内几乎与定刀片保持平行。为了使刀架片横梁在相互移动的过程保持合适的状态，闸式剪板机需要一个滑块导向系统。摆式剪板机驱动系统中有一个用来操纵动刀片，使动刀片依附于滚柱轴承向下回转。这种结构不再需要利用凹字形导向条或滑道使刀片在剪切过程保持合适的姿势。
3 系统分析
3.1 控制要求
上电后，检测各工作机构的状态，控制各工作机构处于初始位置；进料，由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位；定剪切尺寸，采用伺服电机控制挡料器位置保证jingque的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值；压紧和剪切，待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具，先压紧板料，然后剪断板料；送料车的运行，包括卸载后自动返回；剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定；具备断电保护和来电恢复功能；能实现加工过程自动控制，加工参数显示，系统检测。9.保证板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10.具有良好的人机操作界面。
3.2 剪板机结构原理
自动剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其结构及原理如图1所示。
图1 自动剪板机原理图
3.3 控制系统的结构
系统设置了7个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，sq1检测待剪板料是否被输送到位。sq2、sq3分别检测压块b的状态，检测压块是否压紧已到位的板料；sq4检测剪切刀a的状态；sq7为光电接近开关，检测板料是否被剪断落入小车；sq5用于检测小车是否到位；sq6用于判断小车是否空载。送料机构e、压块b、剪切刀a和送料小车分别由四台电动机拖动。系统未动做时，压块及剪切刀的限位开关sq2、sq3和sq4均断开，sq1、sq7也是断开的。
3.4 自动剪板机工作原理
当系统启动时，输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。
首先检查限位开关sq6的状态，若小车空载， 系统开始工作， 起动送料小车。小车运行到位，限位开关sq5闭合，小车停车；起动送料机构e 带动板料c向右移动。当板料碰到行程开关sq1时， 送料停止同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构工作；压块电机启动，使压块b压下，压块上限开关sq2闭合。当压块到位， 板料压紧时， 压块下限开关sq3闭合；剪切刀电动机起动， 控制剪刀下落。此时，sq4闭合， 直到把板料剪断， 板料落入小车；当小车上的板料够数时，起动小车控制电动机， 带动小车右行，将切好的板料送至下一工序；卸下后， 再起动小车左行， 重新返回剪板机下， 开始下一车的工作循环。板料的长度l可根据需要进行调整，每一车板料的数量可预先设定。
4 plc控制系统设计
4.1 自动剪板机系统设计
为实现自动化必须根据板材自动jingque剪切加工的工作特点及动作要求进行设计，因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制，设计方案如图2所示。
图2 总体设计方案简图
4.2 系统主电路设计
（1） 设计进料机构e：用交流电机带动送料皮带，传送皮带送料只向一个方向运动，只要求电机向一个方向旋转即可，轻负载小工率电动机可直接起动，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。使待剪板料自动快速稳定地输送到剪切位置。
（2） 设计压料机构b：压块b的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块b又上升和下降两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动，控制电路有联锁保护、熔断器和热继电器短路及过载保护。
（3） 剪切刀：剪切刀有两种运动，下行切断板料，然后上升复位，带动剪切刀机构的电动机也应具有正反转，用熔断器和热继电器作短路及过载保护。
根据电机控制要求，其电机正反转程序流程框图如图3所示。
图3 电机正反转程序流程框图
4.3 电机正反转控制plc设计讨论
（1） 电力拖动是指对电动机的控制，采用继电器-接触器控制，都有自己的基本控制电路。采用plc控制也应该有自己的基本控制环节，为此而提出电机正反转控制plc设计讨论，寻找其较好的控制方案。
（2） 继电器-接触器电气控制原理：继电器-接触器电气控制原理如图4所示。上、下两图比较，不管是电器元件、触点数量、连接导线的数量都是一样的，分别是5只、9个、13条。按钮连线也是6根，但上图的按钮和接触器连线较集中，从维修的角度看要比下图优越。
（3） 元件的代号意义：sb0-带磨姑头急停按钮。5sb1、5sb2-正反转启/停按钮。5km1-正转接触器。5km2-反转接触器。其中的5km1和5km2要求选用带机械联锁的交流接触器。
（4） 工作原理：正转启动—揿5sb1，5km1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5km2的线圈回路。反转启动—揿5sb2，首先是5km1失电，其互锁触点恢复闭合，才是5km2得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5km1的线圈回路。 再次正转启动——揿5sb1，首先是5km2失电，其互锁触点恢复闭合，才是5km1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5km2的线圈回路。
5 plc控制系统设计
5.1 松下fp1—c24系列plc
图4 继电器-接触器电气控制原理
设计采用日本松下公司生产的fp1-c24系列plc系统作为主机。日本松下电工公司的fp系列plc是可编程控制器市场上的后起之秀，它具有丰富的指令系统，即使是小型机也有近200条指令。cpu处理速度快，运行速度1.6μs/步。程序容量高达2700步/500步，小型机一般都达到3千步左右，高可达5千步，而大型机大也只有60千步。编辑工具的功能强大，无论是手持编程器还是编程工具软件，其编程可监控能力都很强。强大、统一的编程工具，是设计人员的佳选择。网络通信功能强大，此系列的各种机型都提供了通信功能，松下电工提供了多达6种的plc网络产品，在同一子网中集成了几种通信方式，我们可根据需要选择。
5.2 i/o端子分配
（1） 输入设备：限位开关: sq1， sq2，sq3，sq4，sq5，sq6， sq7；系统的停止启动按钮: sb1， sb2。
（2） 输出设备：一块板料剪切完成并落入小车时， 光电检测开关sq7合一次，计数器作减1计数。本设计中假设小车可多载40块板料。km1控制送料机构电机的接触器；km2、km2ˊ控制压块电机的接触器，驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料；km3、km3ˊ分别控制剪切电机的接触器，驱动电机的正反转，控制剪切刀上下运行；km4和km4ˊ控制送料小车电机的接触器，驱动电机的正反转，从而控制小车的左行和右行。hl1为小车空载指示，根据需要， 还可增设其它信号指示。其输入输出端子分配如图5所示。
图5 i/o端子分配图
5.3 系统的软件
分析可知，本系统是一个多工步的顺序控制系统，运用模块化程序结构，实现系统，有结构简单、编程方便等优点。利用plc移位寄存器的移位功能，可实现步进顺序控制，使每一步严格按顺序动作。计数器对每车板料进行计数，其值由用户根据需要设定。
控制系统的流程顺序如图6所示。系统的梯形图如图7所示。
图6 控制系统流程图
6 结束语
自动剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，所以，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制，它较好地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂，大量的接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率这一问题。因此，将plc应用于该控制， 具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改，而且利用光电接近开关检测板料状态非常准确。
1 引言
目前我国大型火电厂采用的燃料大多数为燃煤。一方面，由于煤产地与电厂间地理位置或地域的不同，需要借助汽车、火车或轮船等途径把燃煤先运送到电厂内的储煤站；另一方面，在电厂内，需要通过输煤皮带将燃煤输送到指定的煤仓或煤筒中，供燃煤锅炉使用。
电厂输煤程控系统就是完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务，一般包括卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分。输煤程控系统是保证机组稳发满发的重要系统，是机组安全可靠运行的重要支撑系统。
电厂输煤程控系统具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，一般采用以可编程控制器(plc)为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。
2 输煤程控系统设计
输煤程控采用双主机(热备)配置的hollias lk系列plc完成上煤及配煤控制等功能，plc置于输煤程控室。在粗碎机室、1#转运站、2#转运站、细碎机室、煤仓层、输煤综合楼设6组远程i/o站，各信号就近引接至附近的i/o站，各i/o站及plc之间采用冗余profibus-dp现场总线通讯。该网络能满足输煤程控的实时要求。在输煤程控室设上位监控系统，通过两台上位监控计算机机进行输煤系统的集中监测及控制，不再设常规模拟屏及仪表盘。
hollias lk系列plc是和利时公司利用十多年控制系统设计和工程实施经验而推出的新一代高性能、高可靠性、高易用性的可编程逻辑控制器产品，可以为不同工业领域提供个性化解决方案，广泛应用于电力、冶金、石化、交通、水处理等行业。
2.1 系统结构
参见图1，整个系统可以分为三层，包括生产管理层(输煤程控室)、现场控制层(plc控制站)及就地控制层。现场各种数据通过plc系统进行采集，并通过主干通讯网络——环形工业以太网传送到中心控制室监控计算机集中监控和管理，通讯速率为100mbps，通讯介质根据通讯距离可以选择光纤或屏蔽双绞线。同样，中心控制室监控计算机的控制命令也通过上述通道传送到plc的测控终端，实施各单元的分散控制。
图1 输煤程控系统结构图
根据输煤系统的联锁性强、地理较分散的特点，系统设有一个主站和若干个远程i/o分站，现场设备信号直接接入附近的远程i/o分站，并通过冗余的profibus-dp总线网络实现与系统主站的通讯，由系统主站完成对所有系统内设备的监控和管理。
考虑到输煤程控系统在安全性、可靠性方面的要求，系统主站采用hollias lk plc具有冗余功能的cpu模块lk210，支持电源冗余、cpu冗余、以太网冗余、总线冗余，以保证整个系统的不间断运行。
2.2 控制方式
输煤程控系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制三种控制模式。三种模式的级别由高到低依次为就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制。
(1) 正常情况下，所有设备的运行、停止等由plc按预定的程序自动完成，plc自动识别各设备所处状态。上位机发出指令后，由plc按预定的程序自动完成对设备的运行操作。包括程控上煤、程控配煤、故障连停等控制功能。
(2) 远程手动控制又可分为联锁手动控制和解锁手动控制两种形式，多用于设备调试和检修阶段。
(3) 就地手动是指在就地设备控制箱上操作设备，具有高的控制优先级。
3 输煤工艺控制方案
不同的电厂由于其机组的大小，厂外来煤方式、煤场到原煤仓距离的远近和输煤设备等方面的不同，在输煤系统工艺形式上也存在着较大差异。但按照工艺段和功能一般都包括卸煤流程、堆煤流程、上煤流程和配煤流程几个部分，如图2所示。
图2 输煤系统工艺流程示意图
(1) 卸煤流程，主要指将厂外来煤(包括汽车、火车、轮船等途径)通过卸煤设备到厂内储煤站，以备使用。
(2) 堆煤流程，主要是通过堆料机对卸到卸煤站的煤进行整理，以方便输煤系统上煤。
(3) 上煤流程，是输煤系统工艺的关键环节，通过输煤皮带机完成将原煤从煤场输送到原煤仓的过程，同时通过辅助的碎煤机、筛煤机、除铁器、采样装置、电子皮带秤等设备完成对筛分、计量等处理，以达到使用要求。
(4) 配煤流程，主要是将从上煤系统输送来的煤按照一定的要求、规律、顺序地分配到机组受煤仓中的过程。
3.1 输煤系统设备
按照在整个输煤系统中的地位和作用，这里我们把输煤系统设备分为主设备、预启动设备、辅助设备和保护开关设备几类。
(1) 主设备，为输煤工艺线上的关键设备，直接纳入整个系统的联锁中，设备故障会引起系统联锁停机。主要包括：给煤机、输煤皮带机、振动筛、碎煤机、缓冲滚筒、除铁器等。
(2) 预启动设备，这些设备一般先于主设备启动前动作，用于进行流程选择。主要包括：电动三通挡板、皮带头部伸缩装置、犁煤器、警铃等。
(3) 辅助设备，一般不纳入到流程联锁中，可以单独启停设备，故障不会造成联锁停机。主要包括：除尘器、皮带秤、实物校验系统、采样装置等。
(4) 保护开关设备，各种皮带保护开关，用于流程监控、设备联锁、报警等功能。主要包括：拉绳开关、跑偏开关、堵煤开关、速度检测器、撕裂检测器、料流检测器、煤仓料位开关、料位传感器等。
3.2 控制策略
输煤系统控制就是通过对输煤设备的监控，完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务。系统的控制要求遵循如下原则：
(1) 上煤原则
● 流程预启：进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备；
● 流程启动：接收到流程启动允许信号后，系统主设备按逆煤流方向延时顺序启动；
● 流程停止：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止；
● 故障联锁停机：当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游（逆煤流方向）的主设备；
● 重故障信号：急停、拉绳、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。
(2) 配煤原则
● 顺序配煤：先设定一个尾仓，从个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同的时间(或依据煤仓料位)依次配煤，直到尾仓和尾仓前所有煤斗发出高煤位信号为止。顺序配煤时如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，优先给低煤位配煤；
● 优先配煤：当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行配煤的煤斗停止配煤并记忆。先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失；
● 余煤配煤：当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至原煤仓皮带机停止运行。
4 软件设计
4.1 流程控制
流程控制如图3所示。
图3 上煤顺序启停控制流程图
(1) 流程选择、流程预启
(2) 上煤顺序启停控制
(3) 配煤流程控制如图4所示。
图4 配煤控制流程图
(4) 事故处理
系统事故处理是系统稳定、安全运行的重要措施，主要包括以下三方面事故处理措施：
● 在系统运行过程中，当某一设备发生故障停机时，联锁跳停故障设备点上游(逆煤流方向)的所有设备，并给出报警信息。当设备故障恢复后，才允许重新从发生故障的设备处按逆煤流方向重新启动设备的运行。
● 拉绳、重跑偏、堵塞、撕裂等保护开关动作，联锁跳停相关设备。
● 当设备运行过程中存在危及人员安全及损坏设备的可能，而操作员来不及判断该怎样处理的情况下，可以通过操作画面上的“急停”按钮来停止所有现场设备的运行。
4.2 软件功能
输煤程控系统上位监控软件采用和利时公司的facview组态软件，主要功能如下：
(1) 实时流程图显示：实时流程图是整个系统的主监控画面，在流程图中可以实时监控到系统主要设备的运行状态。流程图中所有设备的运行状态采用绿色表示；停止状态采用红色表示；故障状态采用黄色表示。流程图中所有由plc控制的设备设置远程手动/程控自动转换按钮，只有当设备就地/远程转换开关处于远程时，远程手动/程控自动转换按钮才可用，当远程手动/程控自动转换按钮处于程控自动时，禁止人工遥控设备。当设备出现故障信号时，停止运行或禁止启动这些设备。
(2) 设备监控：系统软件对每一个控制设备设置有单独的操作画面，通过鼠标点击实时流程图上的设备，就可以进入相应设备的操作画面。
事件报警系统软件具有完善的事故报警功能。当事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时，lcd屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间，并自动启动打印机记录，打印故障内容及发生时间。
(3) 数据报表：系统软件具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，能实现实时liuliang编制、修改及状态显示，能按规定时间或召唤打印各种报表，能在lcd上查询并调用有关数据，对正常生产运行定期打印记录，包括交接班记录、日报、月报、年报等报表的打印。
(4)其他功能：系统软件除了具有上述监控功能外，还集成有煤量统计、设备运行管理、与其它系统通讯接口等功能。
5 系统特点
本电厂输煤程控系统解决方案以和利时公司hollias lk plc为核心控制器，采用冗余的以太网络、profibus-dp总线网络将中心控制室计算机和plc系统主站、plc系统主站与远程i/o分站联系起来，构成一个分布式的控制系统。系统具有如下主要特点：
5.1 冗余的解决方案
输煤程控系统设计为冗余配置，包括电源冗余、cpu冗余、以太网络冗余、profibus-dp总线网络冗余，无论那个环节出现故障都不会造成系统停车，这样就大限度地保证了系统的可靠性和安全性。
5.2 集中管理、分散控制
输煤程控系统设计为一个主站多个从站的网络结构，由系统主站统一管理系统内的设备，远程i/o分站只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构既满足了系统设备间联锁关系强的要求，又满足了系统设备位置分散的要求。
5.3 软件界面友好、功能强大
powerpro编程软件符合iec61131-3标准，易学、易懂、易用。facview组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。
5.4 开放性
输煤程控系统设计为一个开放的系统，工业以太网、profibus-dp总线网络是目前应用广泛和开放性好的工业通讯网络，系统软件支持dde、opc、odbc、sql，且提供丰富的api编程接口，另外系统还支持modbus/tcp协议、modbus rtu协议、自由口协议等多种接口形式，可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、mis和其他子系统进行无缝连接。
图5 实时流程图显示画面
6 结束语
随着我国火电厂装机容量的tigao，对输煤程控系统等公用自动化控制系统提出了更高的要求。本输煤程控系统设计在考虑电厂输煤系统特点和要求的基础上，充分利用了和利时公司hollias lk plc可靠性高、性能优异、功能丰富、扩展性好、易于使用等方面的优势，给出了针对性强和个性化的解决方案。
