西门子6ES7223-1BF22-0XA8使用选型

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1 引言

　　　近年我国不少矿山企业为了实现高效、节能、环保等各方面日益增长的要求，积极进行 设备的更新改造。某金矿在碎矿生产环节引进了Nordberg HP 圆锥破碎机，以进一步优化生 产指标和提高效率。但是该矿原先采用的碎矿生产控制系统是以人工操作为主的常规继电器 控制方式，自动化水平低，对生产过程的各种信息缺乏有效的监控手段，不能及时响应各种 情况，加上电气设备老化，故障率高，维护频繁，严重制约了新装备生产效率的发挥。因此， 需要对原有控制系统一并进行改造。可编程控制器（PLC）作为一种先进的工业自动控制装 置，具有功能强大、编程灵活、调试使用方便，且等众多优点，特别是它适应各种 工业环境的能力和高可靠性，使它得到广泛的应用。因此在本改造项目中，决定采用PLC 来改造并扩展原有控制系统的功能，并且运用组态软件，设计生动直观、功能丰富的监控流 程画面，实现生产过程信息的集中显示和处理。

2 工艺与控制要求

　　　某金矿碎矿工艺为三段一闭路流程：原矿首先从原矿仓通过重型板式给矿机送入鄂式破 碎机进行粗碎，然后由1# 皮带给入标准圆锥破碎机进行中碎，再经2# 皮带给入振动筛， 筛上产品经3# 皮带返回短头圆锥破碎机进行细碎，细碎产品汇入2# 皮带，与振动筛构成 闭路；筛下合格产品由4# 皮带送至粉矿仓。在控制上主要是对破碎、筛分及输送设备的起 /停控制、联锁控制及保护，以及对设备运行状态和关键参数的监测记录，包括：①重板给 矿机、鄂式破碎机、2 台圆锥破碎机、振动筛及4 台皮带设备的电机起停控制、电机过载（热 继电器状态）的监测及自动联锁；②2 个圆锥破碎机稀油站、自动除铁装置、及3 台除尘风 机起停控制和工作状态监测；③粉矿仓超声波料位计的信号监测；④控制室与现场各车间联 络的声光警示信号。

　　　本次改造还增加了以下项目：⑤鄂式破碎机、2 台圆锥破碎机和轴瓦温度监测；⑥2 台 圆锥破碎机的电机工作负荷电流监测，以实现恒定负荷控制；⑦1#和3＃皮带安装电子皮带 秤和变频器，以实现给矿量控制；⑧控制室原有集中操作台和设备就地开关保留，和PLC 控制系统通过转换开关进行工作方式切换。

3 系统硬件配置 根据前述控制要求，在充分考虑了系统的可靠性、稳定性、通用性基础上，确定本监控 系统采用集中式的控制结构，分为3 级：过程监控站、PLC 控制器和现场电气驱动和信号 检测。PLC 控制器选用西门子SIMATIC S7-300，该型PLC 技术成熟可靠，应用广泛，具有 功能强、速度快、模块化等特点，具体配置为：CPU314，带有MPI 接口，配64k EPROM 存储卡做程序掉电保护；16 通道DI 模块SM321，5 个；16 通道DO 模块SM322，3 个；8 通道AI 模块SM331，2 个；4 通道AO 模块SM332，1 个；考虑系统的总点数和今后扩展 的需要，配置了1 个扩展机架，主机架和扩展机架之间通过通信模块IM360 和IM361 通信。 监控站采用研华工控机，运行澳大利亚的CitectSCADA 过程监控组态软件。S7-300 和监控 站计算机的通信采用MPI 接口，在上位机中安装CP5613 通讯卡，通过MPI 电缆进行连接。

4 PLC 控制功能设计

　　　PLC 程序是实现整个系统功能的核心，设计内容较多，下面主要介绍生产设备的起停联 锁逻辑控制和破碎机恒定负荷控制。

4.1 设备起停联锁逻辑控制

　　　碎矿设备控制具有以下特点：逆流程起动，即先起动4 # 皮带机，后起动重板给矿机； 顺流程停机，即先停重板给矿机，后停4 # 皮带机，并根据皮带速度、长度加以延时间隔， 以免发生堆料的现象。为保护设备及人员安全，还需要满足较为复杂的联锁关系：①当皮带 机、振动筛、圆锥破碎机、颚式破碎机中任一设备发生非正常停车或严重故障时，立即停止 上游设备的运行，下游设备保持原工作状态不变；当重板给矿机、除尘器和除铁装置等辅助 设备发生故障跳闸时，只向主控室发出故障信号，而不中断系统的运行；②重要设备如圆锥 破碎机等受到监测的轴瓦温度、电机负荷电流和稀油站工作参数信号也参与联锁，在信号超 限时自动停机，以防止设备受损；③根据皮带机系统的故障性质，进行紧急停机、顺序停机 或发出声光报警；④在监控站画面上及操作台都设有“紧急停止”按钮，当出现重大险情和 故障时，操作“紧急停止”按钮能立即停止全线设备。

　　　系统从安全可靠、灵活高效的原则出发，设置3 种控制方式：①计算机控制方式，正常 生产时使用，操作员在监控站画面实现设备联动或单动；②操作台控制，是保留系统原来的 操作方式，作为监控站失效时的备用；③就地控制，可以用机旁电气开关实现设备的起/停， 满足设备检修、试车、紧急事故处理的需要；在PLC 柜上设有转换开关和转换预置按钮， 可在3 种控制方式间进行任意转换。

　　　通过对上述控制功能和PLC 各个输入输出信号的仔细分析，确定出单台设备的控制逻 辑，利用西门子STEP7 编程软件编写出梯形图（LAD）程序，见图1。其中，K 为控制设备起 /停的PLC 输出信号，Y 为启动逻辑信号，T 为停止逻辑信号，由以下信号按一定逻辑关系产 生：L ，与该设备有联锁关系的其他设备运行状态；S1，上台设备启动后延时触发信号；S2， 转换开关处于计算机控制方式；S3，监控画面单动/联动方式选择按钮，“1”为联动，“0” 为单动；S4，监控画面单动按钮；S5，控制方式预转换按钮；S6，转换开关状态，为“1”表 示处于就地控制；S7，设备正在运行状态，是中间继电器信号；B1，联动停止信号，由上台 设备停止后触发产生；B2，监控画面停止按钮；D1，预转换过程结束信号，“1”表示转换结 束，由定时器延时触发；B3，监控画面紧急停止按钮；B4，操作台紧急停止按钮；S8，与该 设备存在联锁关系的其他设备运行状态；S9，该设备PLC 控制输出状态，为“1”表示PLC 控制线路接通。

一、前言

毛巾织机是剑杆织机一种，它和普通剑杆织机的主要区别在于毛巾织机比普通剑杆织机多了一个经轴，即天经！

由于是双经系统故控制就比一般织机的电控系统要复杂。但毛巾织机天经相对来说又有一定的独立性和特殊性，它的独立性对于其它控制部分来说，它们之间只存在张力、纬密、速度、起停的同步；它的特殊性在于在整个运行过程中存在三个张力段、三个纬密，这和地经（普通织机的经轴）有着明显的区别！对此，以往有不同的控制方案：

1、算出当前天经直径和初始直径及初始速度算出当时天经速度：这个方案需要值编码器采样、相应速度快的专控器(单片机)才能支持和完成该算法。这种方案特点是系统性能好，但价格高，国外一般采用。

2、分段控制当前张力：及时采集当前张力信号和设定张力相比，根据差额情况确定加减量多少！这个方案国内有些厂家采用。该方案主要硬件采用单片机+LCD+张力传感器，成本低，但系统实际运行效果不佳，原因在于它的算法比较粗糙、结果实际系统运行天经张力不均匀、有抖动现象。

根据事前充分的调研和在调试过程中的体会，我们控制系统的特点在于：

A、该系统硬件均采用DELTA 自动化产品即 ：EH型可编程控制器、ASD-A 型伺服控制器、TP04G文本显示，这样系统维护方便、升级简便。

B、该系统软件算法和以往不一样，它的特点在于：

1）以张力设定值为基准、以张力测量值为参考，通过速度来改变张力。
2）当前速度为初始速度+脉冲增量速度+PID增量速度之和。
3）脉冲速度增量权值和PID速度增量权值不是固定的，在不同的经直经值段是不一样的。

通过如图1所示织物可以看出其主要工艺：

三张力：起毛张力、缎档张力、平纹张力
三过程：起毛、缎档、平纹
三纬密：起毛纬密、缎档纬密、平纹纬密

三、系统构架

硬件构架（TP04+EHPLC+ASD）

A、系统构架图：

图1 硬件结构框图

B、PLC控制接线图：

图2 PLC接线示意图

C、伺服控制接线图

图3 伺服接线图

软件构架(TP04+EHPLC)：

表1 软件结构图

四、调试

步：电路接线检查并通电
第二步：输入/输出信号测试
第三步：三张力手动测试、上下限张力确定
第四步、工艺参数设定
第五步、伺服参数设定
第六步、手动动作调试
第七步、快车测试、纬密调整（起毛倍数调整）

五、结论

本系统已在山东一家纺机机械厂成功试用，效果很好！该系统结构简单，操作方便，界面友好，它整个系统采用DELTA自动化产品构成，故该系统，市场开发应用前景广阔！本文可供使用DELTA 自动化产品或毛巾织机的相关人员参考。

1 概述
　　1.1 引言 　　
　　随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要根据个人工作经验就一台水冷螺杆机组来阐述PLC控制设计与智能化中央空调系统的关系。
　　1.2 PLC原理及应用
　　中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。
　　可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 即简称为PLC。
　　PLC具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。 　　
　　2 PLC的体系结构
　　PLC结构图
　　PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图2.1.1所示：

　 图2.1.1 PLC硬件的基本结构 　　

PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。PLC相当于继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。
　　3 PLC控制系统主要功能与特点
　　3.1 PLC控制系统功能说明
　　
　　在中央空调系统上PLC系统有如下功能：
　　◆ 数据显示功能
　　显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。 历史数据的存储及检索功能 对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。
　　◆ 控制功能
　　根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据 (如室内温度等)进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和经济性。
　　◆ 连锁与保护功能
　　各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的可靠运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。
　　3.2 系统特点
　　◆ 灵活性
　　本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。
　　◆ 高可靠性
　　PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能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。
　　◆ 强大的功能
　　现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设置，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等，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。
　　4 控制方法
　　4.1
　　对于冷冻水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，而回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计大温差为：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水温差（如：△T=5℃）控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变化。
　　
　　4.2
　　对于冷冻水系统，由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况，我们只需控制高温冷冻水（ 冷凝器出水）的温度，即可控制温差。现采用温差变送器、 PID 调节器和变频器组成闭环控制系统，冷凝器出水的温度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。
　　
　　5 系统的设计和应用总结
　　由于整个实验室正在逐步筹划和建设的过程中，许多设计还处于探讨之中，众多功能还未付诸实施。
　　现在本文就系统改造实现情况作简单介绍：本文的系统调试应分为两步，设备电气控制系统调试和中心网络系统调试。我们就已完成的设备电气控制系统设计、调试及使用情况作一下说明：针对实验室的要求：要求电气系统运行稳定，感温jingque度高，维护方便寿命长，并能联网进行管理。除此之外在实际使用中由于压缩机的启动方式采用星三角方式启动，属于硬启动，这种启动方式对接触器的质量要求比较严格，特别是对接触器的灭弧处理等要求很严格。通过我的使用经验，在这些方面ABB做的很好，而且ABB的接触器在更换时比较方便，它的顶盖可以拆卸，更换时不需要拆下接触器底座，直接卸下顶盖更换线圈即可。
　　当然此系统设计达到了使用要求，它不仅具备基本逻辑控制功能，还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统，它工作稳定、故障率低，并能进行系统自动报警，操作及维护十分简便，维修综合成本（待机时间等）大大降低。
　　6 结束语 　　
　　在智能化中央空调冷冻系统中，采用PLC控制系统是切实可行的，中央空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可靠，便于维护，且性能价格比高。 同时以PLC为核心的高可靠的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制，具有先进、可靠、经济、灵活等显著特点。