6ES7223-1BH22-0XA8使用方式
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1. 引言
清梳联是纺纱工艺的道工序，完成棉包的开松、除杂、混合、输送和梳理等任务，制成合格的棉条（称作“生条”）供精梳和并条工序。清梳联的除杂效率可达99%，是纺出品质优良的棉纱、化纤纱或混纺纱的基础。
清梳联系统由一组开清棉机联合机（抓棉机、混棉机、除杂机等）和6～12台梳棉机组合而成，以抓棉喂入为尾端、棉条输出为始端对原棉进行循序加工。在加工过程中，首先必须实现各机组之间的联锁控制，保证后方机台对前方机台喂棉不脱节、不跑空，tigao单机的运转效率，制出合格的棉条；其次各机组需要配备用于操作和运行状态显示的人机界面，以实现安全防范、故障报警和处理等联锁控制，保证生产的正确性和可靠性。因此，从系统控制角度看，需要将整个清梳联系统当作一个整体，即采用一个PLC对整个系统进行控制，而各单元机可通过现场总线以远程I/O的方式进行控制。
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2. 控制系统方案
系统由一个主PLC（Premium）和若干个从PLC（Micro）加Magelis XBTG触摸屏组成，通过FIPIO现场总线实现远程I/O方式控制。主PLC带FIPIO通讯接口（联接各单元机）和以太网接口（联接工厂自动化系统），所有控制程序均在主PLC上编写；从PLC仅执行对主PLC的I/O映像和人机界面功能，无控制程序。
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3. 控制系统简介
Premium PLC是施耐德电气公司推出的先进的中型可编程控制器，采用模板式结构，具有高可靠性、大存储容量、以及强大的系统扩充能力，开关量I/O大容量可达2048点 （本系统大为1024点） ，模拟量I/O大容量可达256路（本系统大为80路）；中央处理器部分采用先进的多处理器技术，具有高效的数据处理能力和处理速度（每条布尔指令0.12s）；同时，集成了伺服控制、PID闭环控制、称重系统、“透明工厂”等先进控制技术，是面向未来的理想的自动化平台。本系统采用嵌装Ethernet 和FIPIO接口的TSXP572823M CPU。
Premium PLC的FIPIO接口可连接多达127个从站，传输速率为1Mbps，采用屏蔽双绞线以菊花链方式与各从PLC相联；通过功能强大的PL7 Pro编程软件进行简单配置，即可实现Micro PLC （TSX3721/22 CPU模块加TSXFPP10 FIPIO扩展卡）中64个字（32个输入字和32个输出字，见下图）在Premium PLC内存中的I/O映像，这64个字的数据交换是周期性高速自动执行的，无需编写任何通讯程序。因此，主PLC对从PLC的远程I/O的控制可以当作对自身内存的读写操作，实现对清梳联系统的整体控制。
Magelis XBT-G触摸屏是施耐德电气公司新推出的高可靠性人机界面产品，有多种屏幕尺寸（5.7”～12.1”）和色彩（黑白、彩色），采用先进的100MHz RISC CPU技术，通过bbbbbbs环境下的VijeoDesigner VJD SPUL软件配置用户界面，可提供丰富的功能和大量数据的处理、以及与PLC的高速同步链接。本系统采用5.7”蓝屏触摸屏（XBT G2110），通过Uni-bbbway总线与Micro PLC编程端口相联。
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Premium PLC的以太网接口集成了施耐德电气公司先进的内置WEB Server的“透明工厂”技术，通过与工厂自动化系统网络的连接，以浏览网站的方式方便地访问系统的数据，实现“管控一体化”；更可以通过英特网等公共网络的远程访问监控系统的运行状况，降低系统维护成本。
1 引 言
VFD-E变频器是台达公司的第三代产品，其独特之处主要反映在功能特征上，如VFD-E提供了多样化的现场总线通讯模块，非常适合系统整合应用、立体停车设备、以及远程监控的应用；内建的PLC控制功能可以取代小型的单片机控制器、计数器以及定时器等，从而大幅度降低了系统成本，非常适用功能简单、价格敏感的机械加工行业应用；采用欧式设计，既可以并排安装又可以加挂导轨背板，加上其小巧可以大幅度缩小安装空间；可以作直流母线并联供电，有效的吸收回馈能量，分散刹车电阻负担，并且可共用同一个刹车模块，大大降低系统成本；滤波器内建（230V 1 phase and 460V 3 phase）符合CE/UL标志，也完全符合中国出口的市场需要；可方便灵活地选购各种配件，例如I/O卡，A/D,D/A模块，数字操作器，PG卡，通讯模块等，用户可以根据系统的需要合理地配置系统，使系统达到佳性价比；完善的保护功能、高精度的电流检测等都是其亮点。本文从系统设计和应用角度对相关技术的关键点作概略说明，以下是对相关问题的讨论。
2 内置PLC控制系统
台达改进型VFD-E系列变频器内置PLC控制系统有完善的控制功能，该控制系统有以下特点：采用内存程序、往返式来回扫描控制方式；结束再生的输入/输出控制方式（当执行END指令时输入输出有立即刷新指令）；基本指令的处理速度高，只有几个uS；指令＋梯形图＋SFC 的程序语言；350步程序容量；45个指令种类，包括28个基本指令，17个应用指令；基本配置6个输入点（X）, 2个输出点（Y），通过I/O卡可以配置9个输入点，4个输出点；一般用辅助继电器共160点，M0-M159, 特殊用继电器共32点，M1000-M1031；100ms的定时器16个，T0-T15；16位的计数器8个， C0-C7，32位的计数器1个，C235；一般用的内部寄存器30点，D0-D29, 45点特殊寄存器，D1000-D1044，用作存放系统状态、错误信息和监控信息；通过RS485方式来进行程序的读出/写入。这些特点给系统设计和用户灵活发挥系统功能提供了方便。
3 变频器系统的程序执行
变频器系统程序执行有三种方式，值得注意的是：程序的上传和下载必须在PLC2页面下执行,首先按MODE键到“PLC0”页面，然后按上 键切换到“PLC2”，接着按下“ENTER”,成功后会显示“END”,然后会跳回“PLC2”。在没有下载程序到变频器里面之前，如果出现警告可以不理会，在上传和下载程序前变频器应当处于在停止状态。执行VFD-E变频器内部程序的种方式，在PLC1页面下，可以自动执行PLC程序；第二种方式，在PLC2页面下，可经过WPL由通讯控制PLC程序执行/停止；第三种方式，当为外部多功能输入端子（MI3-MI9）设定为“RUN/STOP PLC(99)”后，端子接点导通(close)时，在PLC页面会显示PLC1,执行PLC程序。端子接点断路（open）时PLC页面会显示PLC0,停止执行PLC程序。
4 内置特殊功能配置
在本文中只对常用的特殊继电器和寄存器等作简要说明，其细节可参见中达电通股份有限公司的网站关于VFD-E系列的说明。
1）特殊继电器
M1000，运转监视常开接点（a接点），RUN的状态下，此接点为On；
M1001，运转监视常闭接点（b接点），RUN的状态下，此接点为Off；
M1005，变频器故障指示；
M1006，输出频率为零；
M1007，变频器运转方向FWD(0)/REV(1)；
M1025，变频器RUN(ON)/STOP(OFF)；
M1026，变频器运转方向FWD(OFF)/REV(ON)；
M1028，高速计数功能开启(ON)/关闭(OFF)。
2）特殊寄存器功能
D1025，高速计数器现在值(低位)；D1025，高速计数器现在值(高位)。
3）变频器特殊指令
DHSCS高速计数功能
DHSCS S1 S2 S3
其中：S1，比较值；S2，高速计数器编号；S3，比较结果。
需要注意的是：
（1）高速脉冲计数功能需要借助PG卡来实现外部脉冲输入；由设置DHSCS指令所需要的目标值，把M1028 ( 特殊功能继电器，变频器高速计数功能开启ON/OFF ) 打开，将自动进行计数，如果要清除计数器的数值，可将M1029 ( 特殊功能继电器，清除高速计数值 )设置为ON；高速计数器有3种控制模式，可以通过特殊寄存器D1044来设定，种模式是“A-B相脉冲”的模式，用A相和B相的脉冲作计数器输入，但 需要与GND连接。第二种模式是“脉冲＋符号”的模式，可利用脉冲输入及符号来作上数或下数，定义A相作脉冲，B相作符号，注意 需要与GND短接。第三种模式是“脉冲＋标志位”，在计数方式中，可以通过标志位M1030来判断上数或下数，使用者只需连接A相，但 需要和GND短接。
（2）FPID变频器PID控制
FPID S1 S2 S3 S4
S1，PID参考目标的输入端子选择（0～4）；S2，PID比例增益P(0~100)；S3，PID积分时间I（0～10000）；S4，PID微分时间D（0～10000）。
（3）FREQ变频器运转控制
FREQ S1 S2 S3
S1，设定频率；S2，加速时间；S3，减速时间。
例如：FREQ K5000 K200 K100
则：设定目标频率为50HZ, 加速时间是20S, 减速时间是10S
（4）RPR变频器参数读取
RPR S1 S2
S1为参数字地址；S2把读取的参数保存到S2中。
（5）WPR变频器参数写入
WPR S1 S2
S2为参数的地址, 把参数数值S1写到参数S2中。
5 VFD-E变频器应用举例
VFD-E变频器示意图如图1所示。
图1 VFD-E变频器示意图
运行内置PLC源程序梯形图如图2所示。
图2 PLC源程序
在上述程序下的运行结果界面如图3 所示。
图3 运行结果界面
6 结束语
VFD-E系列变频器为台达变频器机种系列的新产品，在产品功能、性能与控制技术上都保留了现有产品的优点，但性价比tigao有很大的tigao，补充了现有市场的不足。VFD-E系列变频器预期因为在食品加工、风机、水泵、造纸纺织机械、机床/金属加工机械、输送机与搬运机械及木工机械等领域有广泛的应用。
0引言
黑液蒸发把洗选工段产生的副产品------稀黑液高度浓缩后送燃烧工段处理，碱回收设备的工况十分恶劣，尤其是腐蚀性和黑液结垢问题很为棘手，平稳整个工艺过程的运行，使设备工作在合理，优的工艺参数范围内是减慢结垢速度、延长设备使用寿命的有效方法。
由于后续工段燃烧的要求，蒸发站的出浓液浓度不能低于某个极限，但出浓液浓度偏高也会带来许多问题，如蒸汽消耗大、结垢速度加快，管道阻力大，易堵，恶化燃烧工段许多设备如圆盘蒸发器的工况等。我国制浆造纸碱回收设备中，对黑液蒸发浓度实施自动控制的比例很小，而不熟练的手工操作易出现出浓液深度偏低或偏高的情况，使设备工作在不合理的工况。本文简要介绍作者在河南白云纸业五效蒸发站实施计算机集散控制的控制方案。
1控制方案
黑液蒸发的主要设备是蒸发器。蒸发器串联组成蒸发站。本设计中所控制的蒸发站是由五台板式降膜蒸发器串联组成。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽, 闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下三个基本的工艺流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸发站中，外网来低压蒸汽(0.4Mpa 151℃)，首先进入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入II效，为II效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来稀黑液，首先进入稀黑液槽,经稀黑液泵进入末效蒸发器，然后再到IV效，III效，以此类推，直至I效。与蒸发流程反向而行。这样随着黑液浓度的tigao，蒸发温度也tigao，而黑液粘度增加缓慢。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式，不仅可节省蒸汽消耗，部分程度上也可缓解黑液结垢问题。
在本蒸发工段的主要控制目标是稳定浓黑液的深度和降低蒸汽消耗，影响浓黑液波美度的因素主要是进效稀黑液的浓度和liuliang及蒸发设备各效的总有效差压。稳定有效差压首先要稳定进第I效的新鲜蒸汽的压力和末效二次蒸汽的真空度，即稳定总压差。然后尽量减少和稳定蒸发过程中的压差损失，因此，必须要控制下列参数：
进效稀黑液的浓度和liuliang；
（1）出效浓黑液的浓度；
（2）进效新鲜蒸汽的压力和liuliang；
（3）末效的二次蒸汽的真空度；
（4）出效黑液的液位；
（5）出效冷却水液位；
所以，我们选取压力、liuliang、温度、液位为主要的控制对象，共设置了8路压力、6路liuliang、21路温度、16路液位总计51个测控点。为防止流送过程中，因电机启停不当而造成的不良后果，我们又对所使用的22台电机实行连锁控制。
1.1系统硬件设计
1.1.1本自动控制系统采用西门子先进的S7-400可编程控制器。它是西门子公司开发的适合当代计算机技术发展的新一代可编程控制系统。它具有更高的控制能力、运算速度、网络功能和更优的性能价格比。通过PROFIBUS-DP现场总线可与ET200M I/0站相连。ET200M 可置于MCC低压柜旁边，从而可方便将电机和泵类的控制纳入DCS中去。
1.1.2系统网络采用工业以太网。其优点：
抗干扰能力强，不需特殊的接地要求，不对其它电子设备产生影响。
中央处理单元型号为CPU 414-2DP。系统的输入输出模板的型号和数量由现场电气和仪表信号的类型和数量决定。具体如下：
图1 硬件控制系统示意图
DI模板主要用于显示电机启停和过载指示；DO模板用于控制电机启停；AI模板主要用于对电动机电流、功率以及各测控点如温度、压力、liuliang、液位进行采样显示。DO模板在实际应用中为tigao抗干扰能力和控制容量要通过中间继电器隔离，由中间继电器触点去控制电气设备（如接触器etc）。模拟量输入模板在使用前要通过跳线组态成本方案所需要的输入方式。
各模板的型号、数量确定后，再选择放置模板的框架的型号和数量以及电源的型号和数量。终选用长为530mm的导轨。据模板的数量选取择4个机架，考虑到成本问题而选取用了3个S7-300机架，1个S7-400机架，一个为主框架（含3个机架、一个S7-400机架、2个S7-300机架）放在蒸发主控制拒中，另一个远程控制I/O框架(含一个S7-300机架)放在ET200蒸发控制柜中。
2控制措施
纸机碱回收控制中浓黑液在线测量一直是一个难题，而浓度控制是碱回收蒸发工段的终控制目标，其控制效果的好坏对后续燃烧工段起着举足轻重的作用，虽然浓黑液的浓度无法直接测量，但在本项目中可利用黑液的沸点在一定的压力下随其浓度的增大而升高的特性进行间接测量。即D= F（P，T）其中 D：浓度P：压力T：温度。为了使系统更稳定，对浓黑液的浓度和进效蒸汽实施串级控制方案。事实证明在对驻马店遂平白云纸业的工程中不但效果稳定而且节能。如图：
图2 浓黑夜浓度控制方案
3软件设计
本系统采用西门子公司的S7-300系列产品。在设计当中，根据设备测控点的情况和厂方用户的要求，系统以S7314-2DP控制器为核心，通过PROFIBUS-DP总线与2个ET200M远程站相连（如图2 所示），用于采集现场仪表数据信息和控制算法的实现。在现场实际应用中，数字量输入输出，、模拟量输入输出都留有部分备用，已备系统将来扩充的需要。西门子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP协议的分布式I/O，应用时，S7PLC作为DP主站，通过带有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS总线，而ET200作为DP从站接到PROFIBUS。整个控制系统采用两个控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M从站放在主柜，采集系统的模拟信号；#2 ET200M从站放在副柜，用来采集工段的电动机执行机构阀位反馈信号及输出执行机构的驱动信号。系统采用主站加从站的结构，可使系统造价降低，并且扩展灵活。
据本工段的工艺特点和工艺要求，我们编制了采样子程序，该程序主要用于对所设测控点的温度压力liuliang进行信号采样；受外界影响，在不同时刻所采样的信号jingque度不够高，为此我们又编制了滤波子程序，以及PID控制程序和量程转换子程序、电机启停子程序、设备间连锁子程序等。
4人机界面操作系统（HMI）
这部分主要由操作站、工程师站和打印机（外部设备）组成，实现人机接口。它的主要功能是集中各分散过程控制装置送过来的信息，通过监视和操作，把操作和命令下送到各分散控制装置。工业控制PC以Wincc作为人机界面，并分别设置了操作员站和工程师站。操作员站（OPU）用于画面显示、报警、泵和电机的手/自动启停以及现场各被控参数的采集、显示和控制，而工程师站（ENG）用于工程师对生产现场的监视、打印报表以及对工艺参数和控制器参数的修改等。操作员站和工程师站的画面组态软件选用SIEMEN公司的WINCC完成用户二次软件开发。PC的主要功能是显示工艺流程、电机及阀门等的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及其处理方法；显示温度、液位等模拟量，并能通过打印机打印。WINCC是西门子公司专门为过程控制和现场监控开发的监控系统软件，本系统分别制作了蒸发工段一、蒸发工段二个工艺画面，画面中的各参数的设定都是随着PLC的改变而改变的。工作人员可以通过这些画面监控各个电动机的运行和池中液位的高低，而且可随时根据系统运行状况而直接控制电动机的运行。
图3 蒸发工段工艺图
5 仿真结果
图4～图6是蒸发器液位、板式冷凝器冷凝水的温度、蒸汽压力的仿真结果。
图4 蒸发器稀黑液液位
图5 板式冷凝器冷凝水的温度
图6 进效蒸汽的压力
从图4～图6可看出：3个被控参数在阶跃输入信号作用下的响应曲线的衰减比都近似于4：1，系统响应速度快，调节时间短，能很快达到稳定，系统超调量小，且控制精度都比较高，其动态性能、稳定性能都能满足厂方的要求，如精度为0.05,远小于厂方提出的0.02，蒸发器开机10秒左右，液位、温度基本稳定于设定值。
6 应用体会
本S7-300具有以下显著特点：（1）循环周期短、处理速度高；（2）程序结构简单、可用于复杂功能；（3）产品设计紧凑、可用于空间有限的场合；（4）模块化结构、适合紧密安装；（3）无需电源备份，免维修；（4）可在恶劣气候条件下露天使用。而且添加的分布式I/O与PLC站中的本地I/O具有同一的编址，因此在用户程序中可以像访问本地I/O一样方便的访问分布式I/O,这样编程时就完全不必考虑一个I/O地址在物理上是通过何种方式连接的。本系统抗干扰能力强，控制精度高，传输数据及时可靠。高效、节能，已于2002年6月投入现场使用，经过近半年来的现场运行，系统至今仍稳定可靠。
