西门子6ES7216-2BD23-0XB8使用选型

西门子6ES7216-2BD23-0XB8使用选型

一 系统介绍：
确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气流量等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有更重要的意义。
联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。
联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。
空压机联控系统图：

工控机选用研华工控机，监控软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。
1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制中心完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；
由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。
二 设备工艺
PLC控制部分是系统的核心部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。
一个正常的供气流程如下：

把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来必须是在中间状态，边界状态是不能稳定的。
三 控制程序
空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。
程序的编写主体上分两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

（一）读取单片机的信息
根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所必须的标志位。
（二）向单片机中写入相关信息
整个写信息部分分下面三块：
a.逻辑判断运算部分
供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。
为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。
由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）
对故障分类的控制策略是很有价值的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。
b.数据帧结构部分
在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。
c.Modbus通讯指令发送部分
指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
客户还要求机组顺序可以任意打乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把机器号放到依照固定顺序排列的机器号寄存器里面去，打乱这些机器号寄存器里面存放着的机器号的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组机器号寄存器的后面机器号寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退先进。
四 总结
空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了更多的能源，提高了监控系统的全面有效性，真正实现了无人自动化操作。

上海三菱电梯有限公司是一家提供电梯、自动扶梯的中日合资企业，是中国大的电梯生产企业之一，近年来市场占有率均持续保持。

随着我国房地产业的迅速发展，也带来了电梯制造业的繁荣和激烈竞争，作为中国电梯行业领头羊的上海三菱，面临着巨大的压力和竞争挑战。为了保持优势，在降低制造成本的同时也能增大产量来满足订单的需求，上海三菱电梯着手进行生产设备的改造和添置。
　 电梯的轿门（即电梯门）是整个电梯直接接触乘客的部分之一，每部电梯都会使用到几十甚至上百块轿门。一般的轿门均采用不锈钢或者类似的材料进行制造。为了美观，轿门板和其他工件的连接不能使用焊接、螺栓或者铆钉，而是要使用某种金属专用粘合剂。以前，专用的粘合剂的涂敷需要熟练的技术工人手工操作，但是涂抹的均匀度和速度都不能让人满意。同时，在凝固的时候没有专门的恒温加热设备，自然凝固的粘合质量难以控制。对于这个电梯中关键部件的制造，上海三菱电梯决定定做全新的专用生产线，在轿门涂胶这个工艺环节上进一步保证产品质量，提高生产效率。
　　
　　流水线的工艺流程
　　在这套生产流水线的解决方案中，预加工好的不锈钢轿门板先在前处理工作台上进行清洁，然后送入涂胶平台，按照预先设定好的图案和涂胶量由全自动喷枪自动进行涂敷。操作工人确认涂敷无误后再在门板上安放好需要粘接的其他工件。

在涂胶完毕之后，门板被送入加载平台，加载平台将自动运行，把门板送入烘箱内进行加热。
　　 烘箱内一共有4层，每层4个，一共16个工位，可以同时容纳16块门板进行加热，促使胶水凝固。每个工位的温度都是进行独立控制的，以确保升降温的平滑性。同时，其加热时间也都是单独进行计时，以保证不会有胶水被过分加热或者加热不足而导致质量问题。
　　 这样，在预先设定好温度下，加热了设定的时间之后，门板会自动被送出烘箱，通过卸载平台放置到检查台上，经工人确认没有质量问题之后送进下个加工工段使用。至此整块电梯轿门涂胶加工完毕。 　　
　　解决方案
　　 经过多方比较，上海三菱电梯决定采用由奥地利Sigmatek公司生产的DIAS系列PLC和工业PC产品作为中央控制系统。
　　 整个中央控制系统包括一台PCT121 工业PC担当的SoftPLC CPU。伺服控制模块一组，用以控制用3轴伺服电机驱动的涂胶平台。数字量和模拟量的输入输出模块若干，负责外围液压、气动以及变频器等执行设备的控制。此外还通过通讯端口同美国生产的专用胶水泵送、计量和喷枪系统进行通讯，共同配合使用。
　　
PCT121工业PC不同于传统意义上的工控机。它采用了10.4寸TFT真彩液晶显示触摸屏，具有的显示效果。整个系统的各种参数均在这个界面上进行显示。而PCT121的处理器采用300MHz Inbbb Celeron芯片，内存64MB，内建10GB的硬盘。不论是运算的速度，还是针对生产数据的存储空间都可以说是绰绰有余。而其操作系统则是采用Sigmatek LASAL OS，而不是稳定性欠佳的bbbbbbs平台，保证了整个系统365X24小时连续运行的稳定性。
　　 在3轴伺服电机驱动的涂胶平台方面，整个系统采用了3套YASKAWA安川交流伺服。可通过进行X、Y两轴联动画出任意的平面曲线。通过Z轴调整涂胶喷头的高度，以便适应不同的厚度。所有伺服控制程序的运算由PCT121进行，再由Sigmatek的伺服控制模块进行发出和接受位置控制和编码器反馈的信号来进行闭环控制。
　　 除去需要控制伺服涂胶，侦测各类限位开关信号和控制液压输送回路之外，PCT121还需要进行16路的PID温度闭环控制。通过16组电加热丝以及变频器带动的风冷机构之间的交替动作，可以jingque地独立控制每个门板的温度，精度达正负0.5度。
　　 除了上述的工作之外，PCT121还需要计算每块门板的加热时间，还要保证各个工作之间的互锁保护等等任务。 　　
　　后期改造工程
　　整套生产线于2002年底投产之后一直运行正常，为上海三菱电梯的增产增效做出了贡献。在将近一年的使用之后，上海三菱电梯决定将这套生产线的控制系统并入工厂ERP的监控网络之内，这是当初设计制造的时候所没有提出的要求。
　　所幸，Sigmatek的软硬件系统均具有良好的开放性和可扩展性，系统程序也非常容易进行修改和升级。经过双方的沟通，鼎茂兴公司技术人员用数天的时间进行讲解和培训，后，和上海三菱电梯的工程师一起进行了将该生产线并入ERP系统的改造。

由于PCT121工业PC自带有以太网接口，所以省去了扩展硬件的麻烦。通过简单地配置启动参数，直接将PCT121定义好IP地址、DNS、默认网关等参数，便顺利接入了车间现场的交换机，并路由成功。由于LASAL采用变量的方式取代了一般PLC编程的地址定义方式，所以在后期的修改上就变得极为简单。工程师们根据ERP系统所需要读取的生产参数，对应找到了原程序中的各个LASAL系统变量，这样就可以直接修改程序来实现进行发送和读取的相关功能了。经过一段时间的程序编写和调试，PCT121顺利和SAP R/3以及mySAP.com完成了信息的交换。ERP可以直接地实时得知生产线的当前值班职工编号、生产产品型号、产量、累积产量、设备状态、报警信号等等信息，还可以上传备份生产数据，甚至可以直接远程控制生产线紧急停车。至此这条轿门涂胶生产线已经成功地和上海三菱电梯的ERP系统完成了整合。
　　
　　SIGEMTEK应用优点
　　
　　1. 编程简便快捷，更易于修改和扩展；
　　2. 实现了双轴联动的高效率运行，确保精度；
　　3. 强大的处理性能保证了多路PID温度控制的可靠性；
　　4. 人机界面上对工艺过程实时监控和动画显示，能够
　　5. 高度可拓展性保证了系统升级，更新和生产规模化的简便。