6ES7212-1AB23-0XB8详细解读

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汽车传动轴固定节是汽车驱动系统中一个重要的零部件，传动轴固定节的端面，如图1示。由于固定节中6粒钢球由工人手工进行安装，有可能发生少装的情况，如不及时发现，将出现质量问题，影响产品的正常使用和企业的声誉。因此根据厂方要求设计了此套系统，系统采用无损检测，运用图象处理与模式识别技术，对CCD拍摄到的图象进行处理，作出漏装与不漏装判断，并对漏装工件进行声光报警。

  
 
 一、系统组成与控制过程 

 1. 系统组成 

     系统主要由机械部分、电气部分、控制部分组成。机械部分主要是完成零件的传送（从安装位置到检测位置，再送到下一个工序的加工位置）、定位（保证零件与摄像头的同心度）以及不合格零件的剔除；电气部分有传感器、汽缸等执行机构组成；控制部分采用PLC和工控机集成控制。系统硬件配置主要有工控机、可编程控制器、CCD摄像头、图像采集卡、I/O接口板、传感器等硬件及部分外围电路组成，它们的结构，如图2示。
 
 2. 控制流程 

 系统由工控机作为上位机，PLC作为下位机。系统的自动控制流程为： 

 1，工控机与PLC进行通信握手，表明一切就绪； 
 2，送料位置传感器检测到工件，发信号给PLC； 
 3，PLC根据测量位置传感器状态判断测量位置是否有工件； 
 4，如果测量位置没有工件，则PLC发信号驱动汽缸，放开送料挡块； 
 5，测量位置传感器检测到工件已经到达，发信号给PLC； 
 6，PLC进行延时，目的是让工件稳定有利于拍摄，然后发信号给工控机并延时，目的是让计算机进行图象处理与模式识别； 
 7，工控机执行程序由CCD摄像头摄取图像，由工控机实时处理图像，作出漏装或非漏装判断结果。把结果发给PLC； 
 8，PLC判断结果信息，如果全装且翻转位置无工件，发信号驱动汽缸放开定位挡块；如果漏装，PLC发信号驱动报警灯和蜂鸣器，进行声光报警由工人手工剔除。 

     PLC判断下料槽是否可以下料，若可以则翻转工件进入下一道工序。重复顺序执行2～8，就达到了系统的自动检测。从执行过程中可以看到，前后两个位置都实现了互锁。系统控制流程，如图3示。
 
     在这个系统中，实现了工控机与PLC的集成控制。工控机主要完成对图象的处理，PLC完成对现场控制信号的采集与执行元件的驱动，它们之间的通信采用I/O卡来实现。控制系统物理结构，如图4示。
 
 二、系统硬件模块 

     系统硬件模块主要分为数据采集子系统，微机基本子系统，数据分配子系统及基本I/O系统。它们之间的结构，如图5示。
 
 1. 微机基本子系统 

     它是整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用，例如进行复杂的信号处理、控制决策、产生特殊的测试信号，控制整个检测过程等等。同时，利用微机强大的信息处理能力和高速运算能力，实现命令识别、逻辑判断、图像处理、系统动态特性的自校正、系统自适应等功能。 

 2. 数据采集子系统 

     用于和传感器、检测元件联接，实现图像数据的采集、整理并经接口传送到微机子系统处理。 

 3. 数据分配子系统 

 实现对被测工件、测试信号发生器以及检测操作过程的自动控制。 

 4. 基本I/O子系统 

 用于实现人机对话、输入或改变系统参数、改变系统工作状态、输出检测结果、动态显示测控过程、发出报警信号等。 

 三、系统软件设计 

     软件设计采用模块化和结构化的程序设计方法，即自顶向下、逐步求精的设计方法，并且适当划分模块以提高设计与调试的效率。该系统不但要接受来自传感器、待测工件的信号，还要接受和处理来自于控制面板的按钮信号，以及由图像采集卡传来的数字信号，而且要求系统具有实时处理能力。因此，系统软件对实时性有一定的要求，同时还要对系统资源进行管理和调度。 

 1. 上位机软件设计 

     上位机监控软件主要由数据采集程序、检测与控制算法程序、中断服务程序、故障自诊断与处理程序等组成。系统模块划分如下： 

 (1) 初始化模块 

 硬件初始化 对系统中各硬件资源设定明确的初始化状态，包括对可编程器件初始化，各I/O口初始状态设定，为系统硬件资源分配任务等。 

 软件初始化 包括堆栈初始化、状态变量初始化、各软件标志初始化、各变量存储单元初始化、系统参数初始化等。 

 (2) 数据采集模块 

 控制摄像头摄取图像，通过图像采集卡完成A/D转换，并生成待处理的数据文件。 

 (3) 检测/控制模块 

 对得到的图像数据文件进行分析、计算、比较、检测，判别工件是否合格，并实现对键盘的管理。 

 (4) 中断管理模块 

 针对系统中的各种中断源和所选用的微处理机的中断结构，设计相应的中断处理程序模块，包括中断管理模块和中断服务模块。 

 (5) 显示管理模块 

 用于实时更新显示图像和数据，并对报警指示灯进行管理。 

 (6) 时钟管理模块 

 包括数据采样周期定时、控制周期定时、动态刷新周期定时、及故障监视电路的定时信号等。 

 (7) 故障自诊断与处理模块 

 它是提高系统的可靠性和可维护性的重要手段，主要采取开机自检的形式，每当电源接通或复位后，系统自动执行一次自检程序，对硬件电路进行一次检测。上位机监控软件主要程序流程，如图6所示。
 
 2. PLC软件设计 

     PLC的程序采用了模块化设计方法，由主程序、手动控制程序、故障处理程序等模块构成。根据系统要求，PLC的I/O分配，如表1示。 

 (1) 输入输出信号
 
 (2) 梯形图编制 

     根据控制过程及输入输出信号编制出梯形图。PLC采用循环扫描方式，按梯形图从上而下，从左而右的先后顺序予以执行。同时，前后两个工件位置都进行互锁。部分梯形图，如图7示。
 
     R001是内部继电器，表示选择“自动”，当PLC得到信号X010时，即传感器检测到定位工位有工件时，延时并输出允许摄像信号Y000，然后再延时2s（等待计算机作出判断）并且当翻转汽缸不在原位和翻转工位无工件时，输出工件可以离开定位工位信号。如果PLC接到计算机发出的“工件不合格”信号，即X014后，报警，直到按复位键停止报警。 

 四、计算机与PLC的通信 

     在计算机与PLC的集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信问题。在本课题中，对于计算机与PLC之间的通信，我们考虑了两种实现方法：一种是利用串口通信，另外可通过I/O卡来实现。由于串口通信在实时性、可靠性、抗干扰性等方面都没有I/O卡好，又根据厂里具体情况，后还是选用了后一种方法。I/O卡即开关量输入输出卡，在此项目中，我们选择了PCL—724，24位数字I/O卡，传输速率为300KB/s。该I/O卡具有2个八位端口（A，B），端口地址范围为200H～3FFH，两端口都可以进行输入输出操作，在进行输入输出操作时，无需进行握手，因为数据可以直接写或读到设定的端口。由PLC输入输出信号表可以看到，PLC需要接收计算机3个信号，计算机需要接收PLC一个信号。它们的通信协议定义与地址设定，如表2示。
 
 五、结束语 

     本系统是PLC与工控机集成控制的很好应用，投入运行后，为企业带来了可观的经济效益和社会效益。该系统在工业现场控制方面，尤其在PLC控制方面，以其zhuoyue的控制功能和良好的性能价格比，赢得了用户的广泛赞誉

    发动机装配线PLC控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。

     整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200eco从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。

 2  系统结构及功能
     系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场I/O站等几个部分。
 系统各部分功能:

     操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能(操作、显示、报表、报警、趋势)，并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。

 工程师站:用于系统的组态和维护。

 自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。

 现场I/O站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。

 现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。
  
     本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由22个ET200S和22个ET200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。

 系统配置功能图如图1所示:

     系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2~12个，标准型的接口模块其范围为2~63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。

    系统中ET200eco从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8’电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
 网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防水防油防尘等功能。 

 3  目标控制系统
 3.1  系统设计

     汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为核心构成的计算机控制系统，各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。

     安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量，通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S，实现各工位的控制流程。PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外，它有极高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。

、概述
 可编程序控制器是在微处理器的基础上发展起来的一种新型的微型计算机控制器。由于它把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一毡，国此它兼具计算机的功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等双重优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备。可编程序控制器技术在世界上己广泛应用，成为自动化系统中的基本电控装置。在我国，近几年来，可编程序控制器的应用推广工作已取得较大成效。根据我国大力发展新型的机电一体化产品以推动机械产品的更新换代和实现生产过程自动化的需要，在全国正在形成应用可编程序控制器(PLC)的热潮。
 在为某陶瓷厂研制73.62 米玻化墙地砖辗道窑电器控制系统的任务中，根据该项控制工程的要求，采用了PPC31 可编程序控制器对该项目中的动力系统及煤气安全系统，信号及报警系统进行控制。
 二、机型选择
 ATCS PPC31 控控制制器器
 ---从传统的PLC 到基于PC 的SOFTPPC 控制器具有以下特点：
 多任务、在线编程、与A-B 指令兼容、以太网、WEB 服务器、JAVA C/C++支持等等。CPU31 CPU 模块与电源供应模块、CPU 基架一起构成一套TCS PPC31 的基础。CPU 基架能容纳一个CPU 模块，一个电源供应模块，及分别提供4、6、8 个I/O 槽。PC-104 基架能容纳一个CPU 模块，一个电源供应模块，提供4 个I/O 槽。如果为I/O 模块提供SOLT 槽的CPU 基架不够，则可用扩展型I/O 槽基架，6-8 槽的都可以。CPU31 允许一个CPU 基架可扩展达三个I/O 基架。这种配置叫本地工作站。CPU31/R 已建立远程I/O 控制能力。增加本地工作站可以连接达15 个远程站。本地站与后一个远程工作站的大距离为20000 英尺.
 由于本控制系统均属开关量控制，并根据输入输出点数的要求，我们选用了一套PPC31系统。系统配置如下图所示：
 

 三、玻化墙地砖棍道窑动力系统控制要求的实现
 该生产设备的动力系统主要有主传动电机和抽烟，助燃，抽热和急冷四台风机的拖动电动机。四台风机各有主，备两套电机，以保证某台电机出现故障时，备用的一台及时投入。主传动系统要求稳定运行并具有良好的调速性能，在这里我们采用一台变频调速器进行主传动电机调速，由可编程序控制器PLC 提供主传动离合器联锁信号及正反转控制，运行指示及失电，超载报警等信号。
 四台风机的风量控制对该生产过程的控制具有至关重要的作用，下面重点介绍一下四台风机电动机的PLC 控制方案。
 这四台风机均选用正常工作时为Δ接法的Y 系列电动机拖动，电机容量分别为22KW 和18.5KW。在投入及工作时四台电机具有联锁要求，如台电机起动后第三台电机才能起动；台电机停机，第二台也须停机等。为减小起动时启动大电流的影响，每台电机均要求进行Y—Δ 换接启动。
 四、煤气安全阀控制及信号指示系统
 该部分是由PLC 检测电机运行及各种压力，设备状态信息，发出各种指示或报警信号，提醒值班人员作各种相应处理。如当抽烟风机，助燃风机停转，煤气压力过高，过低，窑炉温度过热，上述任一非正常情况出现时，应立即切断煤气供应，关闭煤气总阀。上述控制要求的实现，是通过PLC 检测各压力信号及电机工作状态信号，经内部程序逻辑处理，由输出控制信号点燃各工作指示灯或报警灯，或控制煤气总阀使之打开或关闭。
 五、结束语
 由TCS PPC31 PLC 控制的玻化墙地砖辗道窑动力系统，经投入运行一年多来，工作稳定，操作简便，可靠性高，控制方便灵活。利用德维森公司的PPC31 系列PLC 进行生产过程控制是一种行之有效的方法，值得进一部推广.

   1、引言 

     水处理是长期以来倍受关注的领域之一，它是改善居民生活环境、提高人民健康水平的重要手段。旋转流管式膜微滤水处理装置是一种新的水处理工艺，它采用OMRONPLC对整个工艺流程进行控制，采用Inbbblution公司的FIX6.1组态软件对整个工艺流程进行动态实时显示，实现了对流量和压力瞬时值的数据采集、显示及曲线记录，以及各种事故的报警控制等功能。 

     2、系统工艺流程及控制要求 

     (1)工艺流程 

     旋转流管式膜微滤水处理工艺流程如图1所示，被控系统有两套净化装置，这两套净化装置不允许同时工作，当一套处于净化状态时，另一套应处于反冲状态或备用状态。净化时，进水加压泵M1工作；反冲时，反冲加压泵M2工作。不论是在净化状态还是在反冲状态，均有相应的仪表对流量和压力信号进行检测和记录。 

     (2)系统的控制要求 

     根据工艺流程，对所设计的控制系统提出以下要求： 

     ①将开关SA打到微机控制状态，在微机控制界面上起动Ⅰ套净化装置，由接触器KM1控制进水加压泵M1（由变频器控制）工作，同时电磁阀YVX11及YV112、YV113、YV114（后三个阀由KM1通过中间继电器KA1控制）打开，控制Ⅰ套的净化工作。 

     ②Ⅰ套进行净化工作时，通过压力表PIT1、PIT2，流量计FIT1、FIT2、FIT5对其管道中的压力与流量进行监测。当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明Ⅰ套的净化装置由于杂质堵塞而效率过低，此时应使Ⅰ套停止净化，加压泵M1停止工作，电磁阀YVX11、YV112、YV113、YV114关闭；进行Ⅰ套反冲洗，由KM2控制的反冲泵M2工作，电磁阀YVX21、YV122和YV123打开（反冲工作一段时间后自动停止）；Ⅰ套反冲洗的同时，起动Ⅱ套净化装置进行净化。 

     ③Ⅱ套装置净化时，由接触器KM1控制的进水加压泵M1（由变频器控制）工作，同时电磁阀YVX11及YV212、YV213、YV214（后三个阀由KM1通过中间继电器KA3控制）打开，同时通过压力表PIT3、PIT4，流量计FIT3、FIT4、FIT5对其管道中的压力和流量进行监测，当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明Ⅱ套的净化装置由于杂质堵塞而效率过低，此时应使Ⅱ套停止净化，加压泵M1停止工作，电磁阀YVX11及YV212、YV213、YV214关闭；进行Ⅱ套反冲，由KM2控制的反冲泵M2工作，电磁阀YVX21、YV222和YV223打开（反冲工作一段时间后自动停止）；Ⅱ套反冲洗的同时，起动Ⅰ套净化装置进行净化，如此反复循环。 

     ④Ⅰ套和Ⅱ套装置在工作的过程中可通过微机界面上的停止按钮随时可以停止工作，Ⅰ套和Ⅱ套装置也可以单独地进行反冲。 

     ⑤进水加压泵M1通过模拟量输出模块对变频器进行变频调速。 

     ⑥当M1、M2过载或变频器故障时，进行声、光报警，以提示操作人员进行处理。 

     ⑦变频器故障时可给PLC提供相应的控制信号。 

     ⑧必要时，可将电磁阀YVX15打开，使净化装置断水。 

     ⑨考虑到电动机的惯性，系统停止工作时，先停止水泵，短暂延时后再关闭阀门。 

    图1旋转流管式膜微滤水处理工艺流程图 

  3、控制系统的设计 

     (1)控制系统的结构 

     根据工艺要求，考虑到系统中处理的主要是开关量信号，所以采用PLC来实现对整个系统的控制；采用组态软件对系统进行显示和监控。 

     (2)PLC系统设计 

     本系统采用OMRONC200HE系列的PLC，从系统的输入/输出点数考虑，PLC系统构成如图2所示。 
 

 图2PLC控制系统结构

     PLC控制系统中包括：8槽CPU底板（C200HW-BCO81-V1）一块，通过内置的总线将各模块连接在系统中；电源模块（PA204）一块；CPU（CPU42-E）一块；16点开关量输入模块（ID212）一块；16点开关量输出模块（OC225）一块；8路模拟量输入模块（AD003）两块，分别对Ⅰ套和Ⅱ套净化装置的压力和流量进行采集；8路模拟量输出模块（DA004）一块，对变频器进行控制，从而对进水加压泵进行控制。 

     编程软件采用OMRON公司SYSMAC-CPT通用软件包，它可对C200HE系列及其它系列进行编程。SYSMAC-CPT是基于bbbbbbs环境下的编程软件，将它装入上位计算机中，用RS-232通信线和PLC连接，采用梯形图直接对PLC编程和监控，编制的程序可在PLC和计算机之间相互传送或存储在磁盘上。 

     (3)上位机监控组态软件 

     本系统采用美国Inbbblution公司的FIX6.1工业控制组态软件，通过RS-232串行通讯口使PC机与C200HE系列的PLC进行通讯。 

     通过FIX组态软件可以对工艺过程进行实时监控。FIX组态软件是以块为基础的，不同类型的块可以定义多种不同的节点，每个节点承担了一定的控制功能，在整个水处理的工作过程中，要用到模拟数值输入/输出块、数字数值输入/输出块、计算块等。上位机对电磁阀的控制就必须通过数字数值输出块来进行，每个阀门的控制对应了相应的数字输出节点。因此，上位机不仅能接受来自PLC的控制信号并以动画的形式进行显示，而且还能够通过通讯端口向PLC发出控制命令，对现场进行控制。通过模拟块，上位机通过通讯端口可以从PLC上读取来自控制现场的仪表所采集到的压力和流量的实时数据，再经过计算块的转换，在上位机上将数值实时地显示出来，并对系统出现的故障能及时报警。旋转流管式膜微滤监控界面如图3所示，数据的实时曲线和历史曲线如图4所示。 
 

 图3旋转流管式膜微滤监控系统界面
 
 
 图4数据的实时采集曲线

     4、结语 

     旋转流管式膜微滤是一种新的污水处理工艺，采用本文所设计的控制方案对其进行自动控制，各项指标均达到工艺要求，取得了较好的控制效果。目前，控制系统已调试完毕并投运，运行情况良好。