西门子6ES7212-1AB23-0XB8代理订购
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1、引言
气箱式脉冲袋收尘器是具有二十世纪九十年代先进水平的高效收尘器。它综合了分室反吹清灰和喷吹脉冲清灰等各类袋式收尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不够、喷吹脉冲清灰与过滤同时进行等缺点。本文介绍基于和利时公司HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC控制的气箱式脉冲袋收尘器的应用实例。
2、气箱式脉冲袋收尘器的工作原理
国内某水泥厂有一套气箱式脉冲袋收尘器。该收尘器共有9个分室，其中每个分室有1个提升阀和1个脉冲阀，共计18个控制阀。这些控制阀的分类如表1所示，接线图如图1所示。下面介绍控制阀的工作原理。
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表1气箱式脉冲袋收尘器控制阀的分类
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图1气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图
首先进行分组。18个控制阀被分为A和B两个阀组，控制阀YV1~YV10组成阀组A，控制阀YV11~YV18组成阀组B，通过阀组选通继电器KA6来进行阀组A或阀组B的选通控制。
然后进行分类。18个控制阀是由提升阀和脉冲阀等两类控制阀所组成，每类控制阀各有9个。通过脉冲阀选通继电器KA7来进行脉冲阀的选通控制。
例如，如果阀组选通继电器KA6吸合，分室1选通继电器KA1也吸合，那么提升阀YV1动作，而脉冲阀YV2不动作。如果此时脉冲阀选通继电器KA7也吸合，则脉冲阀YV2也动作，实现分室1的清灰动作。其它分室的动作与分室1类似。
3、PLC控制系统硬件设计
该系统以前采用单片机进行集中控制，分室的清吹时间和喷吹脉冲依靠时间继电器来进行设定和修改。单片机程序的可读性差，系统不易维护，程序更改复杂。而且由于单片机控制系统的可靠性和抗干扰能力较差，在现场恶劣的环境下，该控制系统经常出现故障。我们对运行环境进行了现场考察和反复研究，在可靠性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，采用先进、实用、可靠的PLC对多个分室进行集中控制，提出了基于和利时公司HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC的控制系统改造方案。
根据图1所示气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图，通过对阀组和阀类的选通来控制某一个阀，因此，PLC控制系统只需使用7个开关量输出点就可以控制18个阀。此外，PLC控制系统至少需要自动起动和过载保护等2个开关量输入信号。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量I/O的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点，完全满足系统要求。系统的I/O点分配如表2所示，PLC外部接线如图2所示。
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图2气箱式脉冲袋收尘器PLC外部接线图
表2PLC控制系统的I/O点分配
4、PLC控制系统软件功能
改造后的PLC控制系统有手动和自动两种运行方式。
(1)手动运行方式
当PLC检修或系统其它环节出现故障时，可以将控制系统随时切换为手动运行方式，通过手动转换开关、按钮和继电器等对收尘器进行控制。手动运行时，阀组的选择如图2所示，将手动/自动转换开关SA0扳到手动位置，通过阀组选通转换开关SA6选择要清灰的阀组。然后通过分室手动选通转换开关SA1~SA5选择分室1至分室9的提升阀，如图1所示。通过脉冲阀手动选通点动按钮SB1选择分室1至分室9的脉冲阀，如图2所示。
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(2)自动运行方式
如图2所示，将手动/自动转换开关SA0扳到自动位置，则PLC控制系统根据预先编好的控制程序，自动控制相关设备的运行。当控制系统给出自动运行的信号后，过载保护开关FR1用来自动检测系统的负载情况。如果系统发生过载，则禁止系统运行，并发出报警信号。如果没有发出报警信号，则系统延时5秒钟后进入自动运行状态。
分室1的提升阀1关闭（Q0.0和Q0.5输出）。2秒钟后，分室1的脉冲阀1动作（Q0.6输出）。0.15秒钟后，分室1的脉冲阀1停止动作（Q0.6停止输出）。8秒钟后，分室1的提升阀1打开（Q0.0和Q0.5停止输出）。
分室1动作结束后，延时5秒钟，分室2动作。
分室2的提升阀2关闭（Q0.1和Q0.5输出）。2秒钟后，分室2的脉冲阀2动作（Q0.6输出）。0.15秒钟后，分室2的脉冲阀2停止动作（Q0.6停止输出）。8秒钟后，分室2的提升阀2打开（Q0.1和Q0.5停止输出），
以此类推，直至分室9清灰结束，完成一个循环。下一个循环又从分室1开始清灰。如此循环执行清灰过程。
5、PLC控制系统的优点
气箱式脉冲袋收尘器控制系统的改造选用和利时公司的小型一体化PLC取代了原系统中的单片机，较大程度地提高了系统的配置，增加了系统的灵活性，能够更好地满足用户的需求。本系统有以下优点。
（1）连锁与保护
在系统中，相关设备的运行要求具有一定的连锁关系和时间顺序，这些功能由PLC的连锁程序完成，从而保证了系统的可靠运行，避免发生堵塞。
（2）灵活性
通过PLC面板的电位器，无须专门工具，也无须知识，一般操作人员可以方便地设定清灰的时间间隔。利用PLC的内部时间继电器取代传统的时间继电器，不但节省和简化了系统的硬件，而且计时更加可靠、准确和稳定。
（3）可靠性高
本系统的控制核心是和利时公司HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC，能够在恶劣的环境中长期、可靠、无故障地运行，接线简单，维护方便，隔离性好，抗腐蚀能力强，能够适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。
（4）功能强大
和利时公司HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC的编程语言遵从IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。除了具有传统的指令表、梯形图和功能块图等编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图等编程功能。和利时公司的PLC系统提供了多种应用功能模块，包括各种通讯功能模块、可以具体到年月日和时刻的多种定时器和超长时间继电器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。
6、结论
改造后的气箱式脉冲袋收尘器PLC控制系统的实际运行结果表明，基于和利时公司HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC的控制系统达到了预期的效果，实现了对气箱式脉冲袋收尘器的控制，可以方便地更改收尘器的设定时间，减少了外部电路与元器件，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特色。
1引言
HMI(人机界面)以其体积小，高性能，强实时等特点，越来越多的应用于工业自动化系统和设备中。它有字母、汉字、图形和图片等不同的显示，界面简单友好。配有长寿命的薄膜按钮键盘，操作简单。它一般采用具有集成度高、速度快、高可靠且价格低等优点的单片机[1]作为其核心控制器，以实现实时快速处理。PLC和单片机结合不仅可以提PLC的数据处理能力，还可以给用户带来友好简洁的界面。本文以Modbus通讯协议为例，详细讨论了一个人机系统中，如何用C51实现单片机和PLC之间通讯的实例。
2Modbus通讯协议[4]
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。
Modbus协议提供了主—从原则，即仅一设备(主设备)能初始化传输(查询)。其它设备(从设备)根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备查询的格式:设备地址(或广播，此时不需要回应)、功能代码、所有要发送的数据、和一错误检测域。从设备回应消息包括确认地址、功能码、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
控制器能设置为两种传输模式:ASCII和RTU，在同样的波特率下，RTU可比ASCII方式传送更多的数据，所以采用KTU模式。
(1)典型的RTU消息帧
典型的RTU消息帧如表1所示。
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RTU消息帧的地址域包含8bit。可能的从设备地址是0...127(十进制)。其中地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时，它把自己的地址放入回应的地址域中，以便主设备知道是哪一个设备作出回应。
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RTU消息帧中的功能代码域包含了8bits，当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为;当从设备回应时，它使用功能代码域来指示是正常回应(无误)还是有某种错误发生(称作异议回应，一般是将功能码的高位由0改为1)。
从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息:从设备必须用于进行执行由功能代码所定义的行为。这包括了像不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实际数据字节数。如果没有错误发生，从从设备返回的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此域包含一异议代码，主设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。
当选用RTU模式作字符帧时，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测(CRC)方法得出的。CRC域附加在消息的后，添加时先是低字节然后是高字节。
(2)所有的Modbus功能码
Modbus的功能码定义如表2所示。
3常用功能通讯程序的设计[5]
本文介绍了几个Modbus常用功能程序的设计。笔者采用单片机作为主机，在单片机上编写程序实现单片机与PLC之间的通讯。由单片机向PLC发出命令信息，PLC自动作出回应。PLC通过单片机的串行通讯口通讯，程序用C51实现。程序的子函数及其功能:
(1)串口初始化
voidProtocolInit(void)
函数功能:串口设置为异步通讯方式1(起始位1位，数据位8位，停止位1位);定时/计数器1设置为波特率发生器，通讯速率9600bps;开串行中断，并把串行中断设置为高优先级。
(2)CRC简单函数
unsignedcharCrc16(unsignedchar*puchMsg,unsignedcharusDataLen)
函数功能:先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节各当前寄存器中的值进行处理。每个8位字符都单独和寄存器内容相或(OR)，结果向低有效位方向移动，高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在后一位(第8位)完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。
(3)初始化变量
voidInitvar(void)
函数功能:初始化所有过程变量。
(4)串行中断服务程序
voidProtocolSerialProcess(void)interrupt4using2
函数功能:发送中断发送主机形成的命令数组，发送完后置标志位;接收中断接收PLC返回的响应数组，存入接收数组，并置标志位，且假设响应正确，留待主机处理。
(5)读N个位变量(线圈)
voidProtocolRead_bit(unsignedcharDeviceAddr/*PLC局号*/,unsignedcharRegType/*寄存器类型*/,unsignedintBitAddr/*起始地址*/,unsignedcharSubAddr/*子地址*/,unsignedintBitNum/*位数*/)
函数功能:根据函数参数，形成读N个位变量的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，保存读取的数据;错误，重新发送。
(6)写一个位变量
voidProtocolSetBit(unsignedcharDeviceAddr/*PLC局号*/,unsignedcharRegType/*寄存器类型*/,unsignedintBitAddr/*地址*/,unsignedcharSubAddr/*子地址*/,unsignedi
ntClrSet/*写值“1”或“0”*/)
函数功能:根据函数参数，形成置某位变量为“1”或“0”的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，返回;错误，重新发送。
(7)读N个字节变量
voidProtocolReadByte(unsignedcharDeviceAddr/*PLC局号*/,unsignedcharRegType/*寄存器类型*/,unsignedintRegAddr/*起始地址*/,unsignedcharSubAddr/*子地址*/,unsignedintRegNum/*个数*/)
函数功能:根据函数参数，形成读N个字节变量的命令数组，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，保存读取的数据;错误，重新发送。
(8)写N个字节变量
voidProtocolSetByte(unsignedcharDeviceAddr/*PLC局号*/,unsignedcharRegType/*寄存器类型*/,unsignedintRegAddr/*起始地址*/,unsignedcharSubAddr/*子地址*/,unsignedintRegNum/*个数*/)
函数功能:根据函数参数，形成写N个字变量的命令数组(要写的数从某参数数组中读取)，启动发送。等待发送完并接收完(如超时未接收完则重新发送)。分析接收数组:正确，返回;错误，重新发送。
4结束语
以上的程序已经通过实验，并应用于实际的人机系统中。依照类似的方法，可以编写其他不同功能的程序，实现对PLC的不同控制和操作。利用单片机和PLC进行优势互补，可以组成网络化、智能化的工业控制系统。另外整个单片机系统程序用C51语言编程，程序简洁，便于阅读与调试。单片机和人机界面结合可以实时的显示PLC的工作状况，实时的控制、设置、调整PLC工作情况，提高工业控制的自动化程度和实时性。
改造主要目的：
对粗轧区域油库控制设备进行升级。
主要问题：
1.系统抗环境干扰能力差。
2.系统本身的固有缺陷难以克服，S5-115U的位故障不断发生，而始终不能找到根本的原因，而且故障一旦发生根本无法准确地找到故障点，只能逐块更换模板直到故障排除。
3.L1网是西门子公司开发的低速网，扩展性差，数据传输速率低。
4.VIDEO 2000监控系统组态复杂，维护困难，备件已无法供应,出现问题很难解决。
改造方案
航星公司对系统的改造采用西门子高性能的S7-400产品来替代原有的S5-115U，并将这两个系统上连入西门子的开放性好、扩展性强、速度快的PROFIBUS 网络上。原有ProfiBus网因当时站点少、通讯距离短，从经济上考虑采用电缆作为通讯媒介。
本次改造后，通讯距离大大加长，考虑到将来整个系统都将逐步改造升级连入ProfiBus网络，通讯速度、网络的抗干扰能力及网络通讯的可靠性也必须改善，所以这次改造将原有的ProfiBus 电网络改为光网，以提高网络的通讯速度和可靠性。
具体方案：
1.控制设备采用西门子公司的S7-400，分别用作换辊平衡液压系统、E1 AWC液压系统等七个系统。
2.四个换辊的操作台，操作站改为系统通过PROFIBUS-DP网与西门子的液晶操作面板相连。
3.监控采用WinCC。
4.在SHC电气室放置与BA相连的操作站用于监视基础自动化的状态和工程师站用于维护和临时修改程序。
改造特点：
1.此次S5升级S7系统，柜内接线上基本不变，模板的选型也基本与原设计保持一致,这样可以给年修提供更多的调试时间。
2.此次改造将原西门子低速网L1网改造为西门子开发的开放性好的PROFIBUS网,保证了现场设备的快速性并提高了系统的抗干扰性。通过该网将新改造的油库控制系统和已有的R3、R4换辊控制系统及WINCC操作系统组成的ProfiBus 现场总线（为提高其可靠性和通讯能力，将现有的ProfiBus 电网络改为光网）相连接, 使它们之间进行可靠的数据交换 。
3.该改造后的系统增加上位监视功能,，监控该系统的运行状况。
4.改善后的系统在每套150U中加一块网卡，使新老系统的信息可相互传送。
5.增加4个操作箱站，可以就地进行换辊操作。
6.将使以前独立的阀手动调节控制更改为S7-400内部的闭环自动控制系统，操作更加方便，可靠性大大提高。
7.将多套系统并入改造后的PROFIBUS网内，进行统一的集中监控。
