西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8使用方式

西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8使用方式　本文讨论了可编程序控制器（PLC）在纺织企业温湿度监控中的应用方法，主要阐述了系统的配置、系统梯形图的编制及模拟量的处理等问题。


1　引　言
　　纺织厂的温湿度有严格要求，利用PLC构成的温湿度监控系统可实时监测与控制纺织厂内的温湿度变化，通过自动控制库内的空调机、除湿机的开启与关闭状态，以保证纺织厂内温湿度符合要求。温湿度监控包括：一旦上下限设定，在夏天，空调机将在纺织厂内温度高于上限时制冷，并在纺织厂内温度降至下限时关闭。冬天将在低于下限时处于制热状态开启空调机，而当温度升高至上限时关闭。本文主要考虑夏天的情况。同样，当湿度高于上限时去湿机开始工作，直到湿度接近下限时关闭除湿机，这样可自动控制纺织厂的温湿度状态。
2　系统设计
2.1　系统原理及结构
　　系统使用的是一个具有5个I/O插槽的模块式PLC，如图1示。模拟IN1模块与温度传感器相接，模拟IN2模块与湿度传感器相接，24V输入（IN）模块与开关相接，24V输出（OUT1与OUT2）模块分别通过中间继电器与空调与除湿器相连。
2.2　机型选择与配置
　　每一个厂房有1个温度传感器、1个湿度传感器，1台空调和1只除湿器需要受控制，纺织厂内共4个厂房。总的输入点为开关量2点，模拟量8点，输出点为开关量11点。选用SZ－4型五槽框架的PLC，I/O模块为2块模拟量输入模块，1块24V输入模块，2块24V输出模块。
　
2.3　定义号分配
　　定义号是每个输入输出点在程序中的标记，一般PLC会自动根据安装槽号分配定义号，但有时模块安装位置变动时就要根据实际情况用编程器进行定义，SZ-4系列PLC中输入点用I表示，输出用Q表示。
　　定义号分输入信号和输出信号，输入信号定义，如表1示。
表1　输入信号分配表
编号符号输　入　信　号
1I0自动控制启动开关
2I1手动启动开关
3　1号厂房温度信号
4　1号厂房湿度信号
5　2号厂房温度信号
6　2号厂房湿度信号
7　3号厂房温度信号
8　3号厂房湿度信号
9　4号厂房温度信号
10　4号厂房湿度信号
输出信号定义，如表2示。
表2　输出信号分配表
编号符号输　出　信　号
1Q1自动控制启动开关指示灯
2Q2手动启动开关指示灯
3Q31号厂房房空调
4Q41号厂房房除湿器
5Q52号厂房房空调
6Q62号厂房房除湿器
7Q73号厂房房空调
8Q83号厂房房除湿器
9Q94号厂房房空调
10Q104厂房库房除湿器
11Q11温度异常报警输出
3　软　件
　　梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应。助记符语言，也称为命令语句表达式，它与汇编语言非常近似，每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序来执行，每条语句是规定CPU如何动作的指令，它的作用和微机的指令一样，而且PLC的语句也是由操作码和操作数组成的。
　　PLC是以扫描方式从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，扫描过程按梯形图梯级顺序执行，上一个梯级的结果是下一梯级的条件。一个工程问题可分解成多个相对独立的小问题，后形成一个完整的系统。
图2　空调及除湿器的控制的程序框图
　　系统主要有温湿度监测和空调与除湿器的控制二大块功能。温湿度的监测每隔一定时间要进行数据记录，存储到数据寄存器区，在数据寄存器区需要设置一个数据指针，指向当前存储的地址，每存一次，指针向下移动一次，直至数据寄存器区未尾，再初始化，从头开始，每测一次，计时器要记录下次的测试时间，当到达24点时复位为0点。由于存储几个月的温湿度数据，若想长期保存，可把数据送至其他设备如微机长期保存。数据监测部分的程序框图
4　模拟量的处理
　　系统采用的是0～5V的模拟量输入模块，输入阻抗为20MΩ，占用16个输入点，共有4个通道，因此8个信号需要2块模拟量输入模块，该模拟量输入模块的采样精度及速度均较高，对应于模拟量输入模块的安装位置，有特定的模拟量数据设定寄存器，可在该寄存器中设定使用通道数，数据存放开始寄存器号。设定寄存器号，如表3示。
表　3
模块安装槽号1234
使用通道数设定R7660R7661R7662R7663
存放数据开始寄存器设定R7660R7661R7662R7663
4.1　使用通道数设定
　　在设定使用通道数和数据存放形式：
　　高位为0：BCD形式存放，高位为1：BIN形式存放。例如0400代表4通道数据，以BCD形式存放。
4.2　数据存放开始寄存器设定
　　用BIN数据设定数据存放开始寄存器号，可设定为R0～R177、R1000～R1177、R2000～R3773。例如0400代表数据存放开始寄存器为R2000。
　　模拟模块被安装在0号和1号槽。
5　结　论
　　使用可编程序控制器（PLC）控制厂房温湿度，具有可靠性高，运行稳定，抗干扰性能强等特点，对于模拟量的处理较方便，但是各输入输出信号之间应有较好的隔离方法，如模拟输入模块信号可用光电隔离，输出信号通过中间继电器隔离，再控制强电设备，这样可防止各输入输出信号之间的相互干扰，同时也可防止对前端设备的信号干扰，上述方法成功地解决了纺织厂温湿度的自动监测与控制问题，在其他自动监控系统中也可以应用。

典型配置

　　SIMATIC S7 PLC 是全集成自动化(TIA) 的核心。在高效的操作处理、灵活的通讯扩展以及强大的控制能力的帮助下，此系统提供了控制、网络通讯、IT 服务等功能。因此，SIMATIC S7 PLC 才能成为全球市场占有率高的PLC 产品。中控室采用冗余服务器软件进行监控，完成设备监控、回路调节、生产信息管理、报警、报表、权限控制等功能。所有的组态及维护工作只需在服务器端进行即可。如选用Web服务器选件，客户机端只需有浏览器软件即可完成监控功能。

全系列PLC —高度可靠，功能强大

· SIMATIC S7 PLC 可以在不同的环境条件下安装和运行，例如热带干燥气候、低温气候、热带潮湿气候等等。作为全集成自动化的一部分，它们拥有很长的产品寿命。

· SIMATIC S7 PLC 满足以下标准：DIN、EN、IEC、UL认证、CSA 认证、Class FM1 Sec.2；A、B、C、D 组，温度组别T4(<135°C) 以及美国、英国、法国、德国和挪威的海军分级认证。

· 为了使您的生产过程能够正常运行，可以采用软件冗余( 热备)，或者采用硬件冗余( 热备)。冗余的I/O 和PROFIBUS 构成了高可用性功能。

· 先进的PROFIBUS-DP 总线可实现的分布式控制，PROFIBUS-PA 总线可连接智能仪表，只需一根总线即可完成设备供电及信息采集工作。

WinCC —过程可视化和IT 平台

　　WinCC 是享有盛誉的、在全球及中国有极高市场占有率的SCADA 监控软件，它提供用于SCADA 监控的基本系统和相应的选件。在水泥行业中，我们推荐使用WinCC 开发版用于工程师站组态画面和开发其他功能，使用WinCC 运行版用于操作员站的监控。在操作员站较多的情况下，采用冗余服务器/ 客户机结构；为了降低成本和更好地为领导层提供决策依据，将一台WinCC 客户机作为Web 服务器，使本局域网内其他计算机可以方便的浏览生产数据和设备数据，这种应用甚至可以延伸到Internet。

一、 传统纺织机械存在的一些问题和改造
　　1. 棉纺过程有开纤（开棉，除尘，混棉），制纱（疏棉，制棉条），粗纺（将棉条进一步延伸，稍加搓捻），后是精纺（将粗纱延伸，搓捻，做成细纱）。棉纺老机在设计方面由于受到当时的技术条件、设备制造成本，市场需要等因素的限制不可避免的存在着一些缺陷，影响质量和产量。

2.改善梳棉机运行状态的过程。如老式梳棉机道传动系统中的电磁离合器由于故障较高，经常造成停台，不时出火警，给生产效率与产品质量造成一定的损失，要保持与维护需投入大量的人力与物力。有些企业惯性轮电磁离合器被弃用。这样在道夫慢转快的过程中产生细条，严重时出现破边，棉网拉断的现象影响生条质量。老式梳棉机为了使道夫达到升、降速平滑，在机械传动中设计双速电机，惯性轮、电磁离合器，用电气加机械的手段来实现。改造后的梳棉机设计中又增加了电动机的星-三角转换这一控制环节，从而进一步改善了升、降速斜率。而梳棉机采用交流变速调速，从而实现了道夫升速斜率的任意调节，道夫工艺转速的任意可变的功能。为老机改造提供一个好的范例。对老式梳棉机进行交流变频调速改造，不但提高设备性能，降低故障停台。还能提高生产效率与生条质量。

3.变频调速在粗纱机上的应用取代防细节装置。粗纱机的筒管卷绕与前罗拉的转速在开停时容易产生差异，造成粗纱张力的过大与过小，这样就很容易形成粗纱的粗细节，为了减少粗细节的产生，在粗纱机传动设计有电抗器，时间继电器加电磁离合器，统称为防细节装置。电抗器的作用是在粗纱机启动时使主电机处于三相不平衡状态，从而降低电机的启动力矩，达到软启动的目的，时间继电器与电磁离合器则是在粗纱机停车时铁炮与筒管卷绕相脱离，筒管停止卷绕，而前罗拉则仍以惯性继续输出粗纱，使用罗拉与锭翼之间的粗纱又一定的松弛程度，防止粗纱再次开车时产生过度张力。 此种防细节装置在实际使用过程中存在缺陷。一是电抗器串在三相回路中的一相，利用三相不平衡原理来降低电机的启动力矩，当粗纱机启动结束后通过时间继电器将电抗器短接，使电动机恢复三相平衡状态，投入正常运行。如果时间继电器一旦出现问题，就会使电机长期处于三相不平衡运行，造成电机过热而烧坏。二是停车用的电磁离合器的离合时间是通过两个时间继电器配合调节来实现的，使粗纱的松弛程度掌握难度较大，再者电磁离合器的故障也较高；因此这种防细节装置，在实际生产中能保持的很少，粗纱的防细节问题一直没有得到很好的解决。目前新型粗纱机及老机改造采用交流变频技术。使这一工艺难题得以解决。

4.变频调速在浆纱机上的应用减少了机械结构和电机。在老式浆纱机改造中采用交流变频调速，减少原设计中的组机械无级变速器，同时省去了一个伺服电机和一个慢速电机。而在满足上浆工艺上，车速由慢速、主机加升降速改造成了车速由启动道工艺车速的无间断无级调速。为车速变化调整压力实现浆纱上浆率均衡提供了条件。

　　5.细纱机是绵纺过程的后一道工序，精纺机械的纺织时间长，且需要强驱动力。由于该道工序的好坏直接影响到棉纱的质量和产量，选择细纱机传动电器元件十分关键。新型细纱机是成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序，尤其采用PLC作控制器，变频调速器件作为驱动器，不但提高了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的缺陷，大大降低操作者劳动强度；同时锭子曲线控制也提高了纱线的质量，保证了纱锭成型，提高了全机的产量。
　　
二 LS产电MASTER-K120S系列PLC的特点
　　（1）该系列分为经济型和标准型两种，可以满足不同客户的使用要求：
　　经济型：10/14/20/30点（10/14点内置2个模拟电位器），大扩展70个点
　　标准型：20/30/40/60点DR / DRT（2轴位置控制）/DT类型，大扩展120点

　　（2）该系列产品具有结构紧凑，高速处理（0.1-0.9μs）,多种输入处理（输入滤波，脉冲捕捉），高速计数功能（大4通道），位置控制（2轴100Kpps），PID控制（自整定功能；8路），丰富的通讯通道和功能（支持内置的RS232C/RS-485/编程口）等功能

　　（3）特别指出的是，其特有的3串口通讯功能，可以在不增加通讯模块的情况下，同时进行程序监控和传输；同上位机（如HMI）通讯；同变频器（大32站）通讯等，非常方便用户的使用，节约用户的成本，在小型机械配套设备中得到广泛的应用。

三 LS产电系列变频器的特点：
　　 （1）IG5系列变频器的特点: 结构紧凑；8 段速运行；智能加速 / 减速 ；参数复制下载功能;可分离的键盘；（面板连接电缆 : 2, 3,和 5米）；内置 ModBus-RTU / RS485接口，方便于上位机通讯；经济实用等特点。在小型机械配套上得到广泛的应用。

　　（2）IG5A系列变频器的特点: V/F 和无传感器矢量控制;全范围内的150%转矩;停止模式的电机参数自整定;根据模块的温度改变载波频率 ;内置 PID 控制;Up/down & 3-线运行; 内置远程键盘; 0～10Vdc, -10～+10Vdc 模拟输入;PNP/NPN 可选信号输入;输入输出 I/O可选择定义; 内置 Modbus （RS485） 通讯; 冷却扇 on/off 控制等特点。

　　（3）IS5系列变频器的特点: jingque高转矩全矢量控制变频器；无传感器和传感器矢量控制；载波频率（1k-15kHZ）；CE, UL, cUL 认证；可选的通讯板：RS232C/RS485, DeviceNet, ModBus, ProfiBus-DP；可选的扩展I/O子板：SUB-A 、SUB-B 、SUB-C；电机 参数自整定；内置过程PID控制；32字符LCD和7段码显示键盘；参数组上传和下载； 智能加速 / 减速；可选择多电机控制（可达到4台）等特点。
　　
四．采用LS产电PLC和变频器制作纺织机械的几个案例
　　1〉梳棉机控制系统接线示意图：
　　

　　2〉纺织预缩机机控制系统接线示意图：
　　

　　3〉粗纱机控制系统接线示意图：　　

　　
五、 变频调速器在纺织行业的应用展望
　　中国是个纺织大国，目前纺织业国际化进程正在加快进行中。但与国际先进水平相比还有很大的差距，为了缩小差距，应在纺织机械的机电一体化的水平上不断提高。把交流变频技术更好地应用于纺织机械的控制之中，高质量、高水平的变频器以及交流伺服电机和PLC控制器。积极推广智能化技术、现场总线技术，实现网络控制。LS产电将一如既往地同国内广大纺织企业合作，为推动中国纺织业的更快发展及自己的一份力量。