西门子6ES7222-1HF22-0XA8使用选型

西门子6ES7222-1HF22-0XA8使用选型

1 引言
可编程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）是采用微电脑技术制造的自动控制设备。他以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。

随着PLC技术的发展，其功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强，PLC与上位PC机联网形成的PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中，PLC集三电与一体，具有良好的控制精度和高可靠性，使得PLC成为现代工业自动化的支柱。PLC的生产厂家和型号、种类繁多，不同型号自成体系有不同的程序语言和使用方法，本文拟就用日本立石公司生产的OMRON C20p型PLC，设计几个PLC在三相异步电机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。

2 PLC在电机控制中的应用

2.1三相异步电机的正反转控制
要求当按下正转按钮，电机连续正转，此时反转按钮不起作用（互锁），按下停止按钮电机断开电源，按下反转按钮电机连续反转，正转不起作用。图1所示为三相异步电机的正反转控制原理图。

2.2三相异步电机的Y—△启动
要求起动时电机接成Y型，经过一段时间自动转化为△形运行，要求Y形断开后△形才能启动，防止Y形未断△形启动造成电源短路。图2所示是三相异步电机Y—△启动控制原理图。

2.3三相异步电机时间控制
要求第1台电动机M1启动5 s后，第2台电动机M2自动启动，只有当第2台M2停止后，经过5 s延时，M1自动停止。图3所示是三相异步电机时间控制原理图。

3 程序的写入与运行

将PLC联上编程器并接通电源后，PLC电源指示灯亮，将编程器开关打到“PROGRAM”位置，这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD！这时依次按Clr键和Montr键，直至屏幕显示地址号0000，这时即可输入程序。

在输入程序前，需清除存储器中内容，依次按Clr、Play/Set， Not，Rec/Reset和Montr键，即将全部程序清除。按照以上3种控制的梯形图或程序指令将3种控制程序写入PLC，当上述3部分程序输入到PLC机中后，用上下方向键读出所写程序，如程序有错，可用插入指令和删除指令修改程序。

程序输入正确后，分别按图1（a）和（c）连接PLC外部接线及主回路线路实现电机正反转控制，按图2（a）和（c）连接线路实现电机Y—△启动，按图3（a）和（c）连接线路实现电机的时间控制。此设计可以一次性把3种控制电路的程序全部输入，同时控制3种电路，运行时，按下SBF，SBR电机正反转启动，按下SB1，SB2控制电机Y—△启动，按下SB3，SB4电机顺序启动，互不干扰，事半功倍，实现了一台PLC同时控制多种电路形式。

1、引言

　　我国造纸行业自动化技术起步较晚，传统的计算机加板卡的控制方式在较长的时间内占主导地位。今年来，随着国家加大造纸行业的自动化力度，越来越多的工厂采用了DCS控制系统。
　　随着PLC的浮点处理能力的加强，PLC的组态灵活性，高可靠性，可以和计算机、操作员面板、其它PLC任意配合，适应各种不同的场合等特点逐渐被人们所认识，同时，PLC的现场网络化功能的加强，以及与Internet网络接口模块的相继开发，使它在工业DCS（集散控制系统）中的应用越来越广泛。
　　由于网络化PLC研究发展时间不长，各国的PLC产品没有统一的协议模式，通讯协议各不相同，使用户在使用某一公司的PLC产品作为下位机时，上位机一计算机必须使用同一公司的主态软件，其软件功能有一定的限制，造成用户自行开发的功能无法实现。探究其原因，主要是计算机与PLC之间的通讯协议不公开所至。对于一些协议公开的PLC产品，又因其繁复的“传输权”，造成多帧传输的复杂性。
　　本文针对OMRON C200系列的PLC产品，利用其开放的通讯协议，开发出主从通讯方式，自行开发出主态软件，组成DCS系统中的过程控制单元，并在工程上得以应用。

2、纸厂DCS控制系统结构

3、上位机与PLC在DCS系统中的具体分工

　　3.1PLC在DCS系统中的作用：
　　①所有现场模拟量的输入、输出信号的处理。
　　②所有现场数字量的输入、输出信号的处理。
　　③控制算法的执行。
　　④与上位机的通讯过程中，始终处于被动状态，不主动上传数据。
　　⑤OMRON CPT编程软件。

　　3.2上位机（计算机）在DCS系统中的作用：
　　①控制参数的设定，传输至PLC。
　　②现场工艺参数的设定，传输至PLC。
　　③现场所有信号的显示画面。
　　④历史查询，报表的制作和打印。
　　⑤通过以太网卡，将现场数据传输到工厂的局域网上，实现数据共享。
　　⑥与PLC的通讯过程中，始终处于主动状态，主动下载数据，主动向PLC要数据。
　　⑦WIN98操作平台，VB6.0编程软件。

4、OMRON C200系列的PLC产品的通讯方式

　　4.1传统的上位机和PLC主主通讯
　　发送帧的权利简称“传输权”，具有传输权的单元每次发送3帧后，传输权在上位机和PLC之间来回交换，见下图：

　　这种通讯方式的通讯时间较长，对于一台上位机联结多台PLC的组态方法，特别命令帧多131个字符，工程应用中，传输的正文字符通常大于132个字符，这就需要多帧传输方式。主主通讯对多帧传输时，由于传输权的频繁在计算机和PLC之间来回交换，通讯时间会更长，同时上位机主动下载和PLC主动上传，占用PLC的CPU处理时间，其次，对于计算机多帧下载数据，PLC的接受程序编制较为复杂。在实时精度要求较高的工业控制中，一般采用下面的主从通讯方式。

　　4.2主从通讯方式
　　由于主主通讯方式在工程实际应用中存在以上的几点问题，结合PLC的命令帧的格式，计算机作为上位机主要作用是显示、下载和通讯，加上计算机的CPU处理速度较快，系统可用资源较多，由计算机承担所有的通讯功能，将PLC的CPU从繁琐的通讯过程中解放出来，降低PLC的程序扫描周期，可以将更多的回路模拟量控制和复杂的控制算法加入程序中。
　　在主程序编制中，利用VB6.0计时器控件Timer的功能，创建一个计时器，定时以命令帧的方式将读取数据储存器（DM）区的命令Redd-DM Data （），以及读取内部继电器（IR）区的命令Read-IR Data （）发送至串口SendPLC（），检查串口缓冲区，接收到的字符串如果节点号，识别码均与发送指令相同时，如果检查到结束码为“00”时，认为此次接受的数据有效，通过处理接收到的字符串，将结果送到界面显示RevBuffer（）。
　　由于纸厂DCS控制系统中由上位机所承担的控制参数、工艺参数的设定和下载并不是实时发送的，只有当控制参数、工艺参数改变时，才将新值下载到PLC的相应数据储存器（DM）区，通过按压界面上的软按钮触发事件Send-DM Data，将数据通过SendPLC（），发送到PLC相应的DM区。
对于下载数据中出现的多帧数据时，按照命令帧的容量（132个字符）分配帧结构，当l帧参数-F载时，检查串口缓冲区，接收到的字符串如果节点号，识别码均与发送指令相同时，如果检查到结束码为"00"时，自行发送2帧命令。出现一台计算机与多台PLC连结的方式，在组成命令帧的格式时，节点号按照网络系统中，各个PLC的网络节点号而定。

5、结束语

　　在以OMRON C200系列的PLC为基础，以其开放的通讯协议为依据，自行开发主态软件，组成DCS系统中的重要组成部分-过程控制单元，将DCS系统产品化过程中，我们觉得OMRON C200系列的PLC具有较强的组态能力，不仅适用于小型DCS系统（100个控制回路以下），通过过程控制单元的形式，将其使用范围扩大到中型控制系统（500多点控制回路），而且与其他公司的PLC和操作员面板有较强的兼容性。因此，具有较高的性价比。

一、系统概述
FA506型细纱机是目前成纱质量好，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，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。

系统设计特点:
1、 用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。

2、 设定纺丝的工艺参数，依据工艺要求自动协调控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。

3、 显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。

4、 采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。

二、系统硬件
电气控制系统包括：数字量输入及数据检测部分、可编程控制器部分、执行机构、人机界面。见图一

1、 数字量输入及数据检测部分：

1） 各种数字量开关 包括开停车开关、功能开关，用于开停车与实现工艺要求的各种功能动作。

2） 三自动检测部分 由关主电机、下钢板、刹车传感器构成。其作用为当落纱开始后能自动适位停车、自动留头、为重新开车降低断头创造条件。

3） 数据检测部分 由主轴、前罗拉、后罗拉传感器组成。其作用是自动检测纺纱过程中主轴、前后罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及为锭子速度曲线控制提供数据。

2、 可编程控制器（PLC）部分： 该部分主要由永宏FBs-60MC主机与扩展模块构成，可编程控制器专为工业环境而设计的通用自动化装置，它吸取了微电子技术、计算机技术及自动化技术的新成果，采用可编程的存储器，实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各生产过程，永宏FBs-60MC主机有16点数字量输入、24点数字量输出，可带7个扩展模块，本系统设计所有数字量输入全部由主机完成，模拟量输入由扩展模块有 FBs-6AD 完成

3、 执行机构 包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、自动润滑装置、自动清洁装置、变频器、落纱电源等，用于完成纺纱过程的全部工艺动作。其中变频器锭子速度控制由变频器、锭子传动部分、主电机构成。其作用是变频器根据PLC的指令（锭子速度控制曲线）自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。

4、 人机界面 采用TP27触摸显示屏做人机界面，完成参数设定、显示，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。并能根据工艺要求修改参数。TP27与PLC 之间以PPI协议通讯。

二、 软件设计：

电气控制软件分为：控制主程序、参数设定显示子程序、计算采样子程序、数字通讯子程序和锭子运行曲线子程序。

1、 控制主程序 软件主控制程序部分，依据工艺要求编制的程序，上电后自动检测各开关量和传感器输入的数据，完成整个纺纱过程自动控制和调用子程序。

2、 参数设定显示子程序 主要依据TP27配置完成参数设定显示，包括班次设定、错误设置提示，总产量、班产量累计显示、锭子速度、前罗拉速度、牵引倍数、捻度、产量、细纱号数等参数显示。 其中参数设定菜单程序结构见框图二

3、 计算采样子程序 主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。

4、 数字通讯部分和锭子运行曲线子程序 主要采用自由口通讯协议完成与变频器的数据传输。通讯设置自由口通讯控制寄存器设置为自由口通讯方式，程序通过接收中断和发出中断以及发送指令XMT控制通讯口的操作，在自由口通讯方式下通讯方式由程序梯图控制。通讯设置还定义了波特率、校验方式和数据长度等。为了使锭子运行曲线平滑。在设定的点与点之间采用数学建摸的方法拟合发送参数，该部分程序框图见图三。

三、 通讯设计：
该控制系统大特点是应用数字通讯方式完成TP27与PLC以及PLC与变频器之间的数据传输。PLC的Prt0口与TP27连接，以PPI协议通讯完成参数设定显示， Port1口与变频器相连，以自由口协议通讯完成锭子运行曲线控制，以往我们进行锭子速度曲线控制时只能选用模拟量来控制变频器运行，这样硬件成本高且控制精度较低。采用数字通讯后，硬件仅为一条屏蔽线，抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，降低了控制成本;数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争能力。

四、应用效果
FA506型细纱机控制系统前身采用PLC开关量控制和协议参数仪构成，全机控制精度低，可靠性和抗干扰性能差，系统成本高。采用永宏FBs-60MC系列PLC构成系统后，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高，可靠性和抗干扰性能大为提高。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了系统成本，单机实现成本降低达控制系统的10％左右，极大提高了产品盈利能力，市场前景十分广阔