西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0实体经营

西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0实体经营

    国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的安全与保护。随着产能的不断提升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。因此，厂商对这些机器的安全要求也越来越高。我们既要能够保证安全、可靠性，又要保证灵活、易维护性。这就对安全元器件的正确和合理的设计和选择提出了一定的要求。
      安全功能在工业设备上的使用在发达国家已十分普及，例如，在欧洲有强制的安全标准，达不到相应安全等级的设备不能投产；在美国则依靠高额的事故赔偿来强制设备的安全性。通常，我们可以参照以下欧洲标准进行设备的设计：
　　EN 1050-1996  机械安全  风险评价
　　EN 292－1：1991 机器安全 基本概念与设计通则
　　EN 954-1 机械安全 控制系统有关安全部件 第1部分 设计通则
　　EN/IEC 60204 机械安全  机械电气设备
　　EN/ISO 13894 机械的安全 控制系统有关的安全部件
　　EN/IEC 61508 主要涵盖了电气/电子/可编程电子系统的功能安全
　　EN 418 紧急制动设备
　　EN 1088  与保护装置有关的连锁装置   设计和选择原则
　　EN 12415  机床 安全  小型数控车床和车削中心
　　EN 12417  机床 安全  加工中心
　　EN 12478   机床 安全  大型数控车床和车削中心
　　EN 692：1996 机械压力机安全
　　EN 693：2000 机床安全 液压机
　　EN 1550：1997 机床安全 工件夹紧用卡盘设计和制造的安全要求
      在这方面我国还处于起步阶段，很多有一定危险性的设备没有任何安全保护措施，这也是工厂事故频发的一个重要原因。随着国家对此重视程度的提高和以人为本理念的逐渐深入人心，设备的安全性正得到越来越多的重视。
      设备的安全性能由机械安全防护和电气安全控制两方面组成。机械安全防护在本文不做过多介绍，下面详细介绍电气安全控制的原理及应用。
      安全控制系统必须提供一种高度可靠的安全保护手段，大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全，防止恶性事故的发生、减少损失。该系统在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护操作期间对机器设备提供安全保护。一旦当机器设备本身出现危险，或由于人为原因而导致危险时，系统立即做出反应并输出正确信号，使机器安全停车，以阻止危险的发生或事故的扩散。
      一套安全控制系统，由安全输入信号（即安全功能，如紧急停止信号、安全门信号等）、安全控制模块（如安全继电器、安全PLC）、和被控输出元件（如主接触器、阀等）三部分组成。
      要使设备达到相应的安全等级就离不开必要的安全元件和安全线路，常见的安全元件有急停按钮、双手按钮、安全门开关、安全光栅等。这些元件通过线路（一般是双回路）连接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因为它不具备安全功能。
      具有安全要求的机器中，普通的继电器或者PLC被广泛地作为控制模块，对安全功能进行监控。从表面看来，这样的机器在一定条件下也能够保证安全性。但是，当普通的继电器和PLC由于自身缺陷或外界原因导致功能失效时（如触点熔焊、电气短路、处理器紊乱等故障），就会丢失安全保护功能，引发事故。
      而对于安全控制模块，由于其采用冗余、多样的结构，加之以自我检测和监控、可靠电气元件、反馈回路等安全措施，保证在本身缺陷或外部故障的情况下，依然能够保证安全功能，并且可以及时的将故障检测出来。从而在大程度上保证了整个安全控制系统的正常运行，保护了人和机器的安全。

电气安全控制的方式大致分为以下几种：
1.用普通继电器搭建有自锁和互锁功能的双回路线路。这种是原始的安全控制方式，能达到较低的安全等级。其优点是成本低廉，缺点是维护和改造十分复杂，无法监控。
2.使用安全继电器搭建安全回路。上个世纪随着安全继电器的出现，它已经越来越多的应用于各种工业设备中。可以用于控制单一安全功能，适用于小型的安全控制系统。其安全输出通常有继电器触点输出或晶体管输出。无论采用何种形式的输出结构，安全继电器都能够保证至少2个通道进行输出的控制。在一个输出通道出现故障的情况下，另外一个冗余的通道依然能够保证安全继电器的安全功能，并且及时检测出故障通道。常见的安全继电器品牌有皮尔兹、施迈赛等，现在西门子、欧姆龙等系统集成商也都相继推出了自己的安全继电器产品。此控制方式成本适中，能达到较高的安全等级，但如果安全元件多线路依然比较复杂，不适于大型生产线。
3.使用安全PLC进行安全控制。安全可编程控制器的CPU采用冗余的多处理器结构。各个处理器之间相互监控，一旦出现不一致，立刻使控制器处于安全状态，并且发出报警信息；同时，安全可编程控制器对内部的RAM，EPROM，输入输出寄存器等元件进行实时监控，并且采用特殊的测试脉冲对输入信号和输出被控元件进行检测，一旦出现任何不安全隐患，控制器立刻切换至安全保护状态。安全总线系统适用于大型、离散式的安全控制系统。其原理是在现有工业现场总线的基础上，采用了一系列的时间检测、地址检测、连接检测和CRC冗余校验等措施，达到高的安全等级。安全PLC是上世纪末出现的产品，他的优点是可编程性能强大，使用安全总线能实现很高要求的安全控制，但成本较高。
4.使用可编程安全继电器进行安全控制。可编程安全继电器是近年推出的安全产品，它介于安全PLC和安全继电器之间，即具有一定的可编程性，价格却不是很高。安全继电器是一个多功能、可自由配置的模块化安全系统。与其他普通安全继电器不同，可编程安全继电器的安全电路可在个人电脑上使用图形配置工具轻松生成。通过基础模块上的RS232接口可以直接向可编程安全继电器写入程序。

      以上简单介绍了安全控制的几种方式，那么与安全等级密切相关的安全元件是如何达到安全控制的目的的呢？下面进行分类介绍：
1.防短路功能。安全线路一般使用双回路控制，即使有一条线路发生短路，依然能防止设备在不满足要求的状态下运行，另外安全继电器和安全PLC都有短路诊断功能。
2.放粘连功能。安全继电器与普通继电器不同，普通继电器在长时间电弧的作用下有可能发生触点的粘连，而安全继电器由于其特殊的结构，能保证在回路不满足条件的情况下触点强制断开。
3.安全区域功能。通过安全门锁和安全光栅行程指定的安全区域，一旦进入安全门或穿越光栅，在安全控制的作用下设备能够强制停机，保证生产人员的安全。
4.冗余功能。安全PLC和安全总线都具有冗余功能，确保在外界干扰下的安全性能不受影响。
      对于安全功能4个以下的单台设备或流水线，我们可以使用紧凑型安全继电器。例如，在动力车间中的单台数控机床，其安全功能通常包括数个紧急停止按钮、一扇至二扇安全门，并且安全等级在3级以上。对于这样一个应用，我们可以采用一个紧凑型安全继电器控制所有的紧急停止按钮；再使用1/2个紧凑型安全继电器控制1/2扇安全门。任何一个安全继电器被触发，安全输出必须切断相关负载（如控制轴运动的变频器或伺服）。
      对于安全功能在4至14个的设备或流水线，我们推荐使用模块化的可编程安全继电器来得到更高的灵活性和更低的成本。我们以一条油漆自动化线为例，在此生产区域中，通常包括在安装在喷涂区域进出口的2对安全光栅、4/8个安全门、若干个紧急停止按钮、2套屏蔽传感器，并且安全等级在3级以上。我们当然可以选用紧凑型的安全继电器来实现以上安全功能。但是这种解决方案的成本较高、接线繁琐、故障诊断困难。而可编程安全继电器的应用，不但能够可靠、高效的完成安全功能，并且能够从设计、购买、维护中降低成本。
      对于安全功能在数十个以上、或者大部分的安全功能都离散分布的现场，可编程安全PLC系统和安全总线系统可以使复杂的安全控制变得简便、清晰。在大型冲压流水线中，安全PLC都有成功的应用案例。通常，一条冲压流水线高10m，长50m，分为涂油、冲压、剪切 等几个工作区域。每个区域都有2扇冲程门和若干的紧急停止按钮；外围还需要有安全光栅保护换模区域；此外冲压机械中还有大量的安全信号（比如上死点、阀信号等）需要接入安全控制系统，并且以复杂的逻辑关系贯穿于整个安全控制回路。在这种情况下，可编程安全继电器和安全总线系统是为合适的解决方案。安全PLC可以简便的实现复杂的逻辑关系。通过安全总线可以将分散在现场的安全输入信号通过一根电缆集中至主站进行控制。
      在我国的生产制造行业，各种安全控制系统已经得到广泛应用。以汽车行业为例，合资企业使用欧美的进口设备，一般都具有较高的安全等级，例如一汽大众、上海大众、上海通用的生产车间就是如此。而多数民族汽车品牌大都使用国产设备，如奇瑞汽车，长城汽车等，在其冲压焊装和总装线上大范围使用了国产设备，也大都配备了安全继电器和安全PLC等安全控制系统，提高了生产的安全性。随着以人为本理念的深入贯彻，相信安全控制在未来的工业生产中将得到更加广泛的应用。

1、引言
    随着现代化城市建设的不断发展，基础建设，房地产业日益红火，对建设项目的质量要求也越来越高，而高质量的建材则是整个工程高质量的保障。那种传统的以工地自行生产混凝土的方式由于其质量难以保证，噪声及粉尘污染大。因而必将被自动控制的混凝土搅拌站取代。自动控制的混凝土搅拌站具有产品质量优良、生产效率高、环保性能好等特点，正在成为混凝土生产的主流。
    本控制系统稳定、可靠。它可以按照设定的配方，自动、连续的控制各部分物料的计量、投料、搅拌和出料。同时本系统还有对数据进行浏览、查询、统计、打印等一系列管理功能。另外，通过除n取余震荡曲线法对落差进行自动修正，准确的控制了精度问题。
     
2、系统结构
    2.1 硬件结构
    控制系统采用上位机和下位机组成，系统硬件结构如图1所示。

     由于系统对运行速度、灵敏度、稳定性及防尘抗震抗噪音等方面的要求，上位机选用研祥IPC-810P/FSC-1621VD工控机作为上位机，它具有比普通PC机更强的I/O扩展功能，内置8MB独立显存支持3D图形加速，这样能直观的监控现场，板上带有ISA总线高驱动，大驱动能力高达64mA，具有串口15000V静电保护功能。在此工控机上可完成组态软件的设计和开发、PLC程序的开发以及将软件通过串口传送至PLC的CPU单元。
    下位机采用功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器OMRON CQM1H PLC实现搅拌站参数的采集和控制。OMRON PLC是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的程序控制器。由于机械控制不断需要更先进的的功能和处理速度，本系统采用CQM1H就是这样一种功能完善的紧凑型PLC，它提供附加值机器控制，具有通过各种内装板进行升级能力。大程序容量和存储单位。另CPU单元带RS-232C接口，可实现适时数据采集，数据再通过上位机程序处理。
    由于系统在满足全自动生产的同时，还必须有手动操作功能，所以应该配置重量仪表和动力柜。重量仪表采用天衡富中的WC——-2000C重量显示器，是由单片微机控制，集称重、定值、控制于一体的智能化仪表。由于采用了高集成度集成电路，使电路更为简洁，可靠性更高。并在线路中加进了独特的抗干扰措施。使仪器能在恶劣的现场环境中稳定、可靠地使用。其仪表操作简单、计量准确。除添加剂jingque到kg外，其它仪表精度是1kg。

     动力控制部分通常由断路器（空气开关）、交流接触器、控制变压器、中间继电器等组成。断路器与交流接触器构成的主回路如图2所示。断路器具有短路和过载保护功能，接触器只是大功率的开关，可直接驱动电机和其他电器。控制变压器提供二次回路（控制回路）所需的各种隔离电源，例如：220V、24V等。中间继电器是弱电系统（计算机系统）或主令电器的控制对象，其作用既起到弱电与强电之间的电气隔离作用，又扩大了控制功率和控制信号。示意图：

    2.2 软件结构
    工业控制组态软件是可以从可编程控制器、各种数据采集卡等设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包，组态软件能充分利用bbbbbbs强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据库等，为工业监控软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。北京金佳络公司开发的CenturyStar5.0是运行在bbbbbb98/NT上的一种组态软件，由工程浏览器CSMaker和画面运行系统CSViewer两部分组成。CSMaker是世纪星软件的核心部分和管理开发系统，它的功能是建立动画显示窗口。通过它提供的工具箱可方便建立实时曲线图、历史趋势图和报警记录显示。CSViewer是显示CSMaker中建立的图形窗口的运行环境。在搅拌站控制系统中，控制软件的结构如图3，上位机采用Omronhj.dll驱动程序与PLC进行通信，通过串口访问相应的寄存器，以获取搅拌站现场各设备参数的实际值或对现场的开关量和模拟量如各控制阀门的开度进行控制。本系统中将PLC的DM0～DM100设置为可读写区，即上位机可对下位机该区域进行读写操作；将DM101～DM399设置为只读区，即上位机只能读出下位机该区域的值而不能改变。

    搅拌站控制系统上位机的组态软件基本实现了搅拌站测控的要求。简洁且形象的模拟了搅拌站的现场工艺流程，操作人员能在控制室的计算机屏幕上了解搅拌站的全部运行状况，包括各种报警。取得权限的操作人员能在控制室实现对配方参数和含水率的修改，所有的自动与半自动之间的切换都是无扰切换。每个控制按钮和每个自动与半自动切换按钮都有进一步的确认或取消，防止误操作。
    搅拌站控制系统下位机是PLC控制器，系统采用模块化设计，由A/D数据处理、控制参数处理、输入输出控制配料过程控制、投料过程控制、搅拌运行控制、上位机点动控制等程序模块组成，程序是用梯形图直接编写。在程序框架允许的范围内，可以任意增加配料品种或设置投料顺序。比如：骨料先投到中间斗后，再与粉料、水先后顺序投到搅拌机内开始搅拌。本系统同时把投料时序做成窗口，让用户可以适时修改。
    上位机与下位机通讯参数设置见表1。

3、数据库结构
    由于上位机软件基于bbbbbbs98/NT平台，全中文浏览界面，采用事件驱动技术。所以数据库程序设计可利用组态开放的程序接口，通过API（动态连接库）记录数据，也可存放到Acess中，记录有客户信息、工程名称、合同编号等，备浏览查询用，利用VB编一访问程序来对及时记录的数据进行处理，这样可实现数据的统计管理。具体功能如下：

配方管理：可设定和管理多达一千种以上配方，并设密码防止误修改和删除。 
工程管理：可按配比编号、合同编号、工程名称、施工单位分别管理，亦可按车号、工号进行统计。 
打印报表：打印报表根据实际需要可随意选择打印、不打印，也可选择何种打印方法。
      
4、控制系统实现的主要功能
    1） 显示功能：工艺流程、测量值、设备运行状态、操作模式、报警等显示、画面调用等功能；
    2） 报警处理和报表生成功能：故障发生时有适时报警功能，系统输出的报表可按时间、配比号、工程名称、施工单位等可选择的输出报表。
    3） 数据库存储与访问：实现Access历史数据库在每次系统运行时的自动创建并按秒级记录，现场数据的存储；
    4） 画面系统对控制参数、系统标定进行修改与储存，能实现监控系统自动/半自动/手动操作模式间的无扰切换；
    5） 管理权限：实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可以对配方进行输入和修改，具有权限的工程师可以根据实际情况对控制软件和下位机软件进行修改。
  
 5、其它技术措施
    5.1 增强可靠性的措施
    为了提高系统的可靠性，在设计中采取了如下措施：
    PLC采用单独供电且接地线单独接地。 
    工控机和弱电部分供电通过在线式500W UPS，既净化了弱电供电电源，又可保证工控机不会因为突然掉电而丢失数据。 
    要求整个系统接地电阻小于1Ω。 
    工控机和重量仪表中控制输出及报警输入全部采用光电隔离技术，有效防止外部干扰信号进入。 
    交流接触器全部安装阻容吸收。 
    中间继电器线包全部安装二极管吸收回路。 
    各种弱电传输电缆全部采用屏蔽线，并且屏蔽层单端接地。
    5.2 提高精度与生产效率的措施
    采用除n取余震荡曲线法对落差跟踪式调整，在生产过程中可以自动修正，亦可设固定落差。这样能保证骨料误差在±2%以内，而其它粉料在±1%内。通过对数据的预先处理，在连续生产中可提前称料来提高效率。
    另采取一些其它的方法：
    对水泥、粉煤灰采用变速给料来减少冲量影响。称量时，先高速给料，达到设定值的90%左右后自动变为低速配料，实现精称。 
    对骨料（石、砂）采用双料仓和逐次逼近的精称方法。粗称时两仓全开，快速达到关门值（配方值-落差）后关闭出料门，稳定后根据与配方值的差距量自动计算出脉冲补料时 间，然后仅开精出料门，一般经过1-2次补料就能完成精称配料。 
对水采用粗、细管加水方案，实现流量精称。
    通过以上技术措施，不但提高了称量精度，而且保证了生产效率。
     
 6、结束语
    本文研究的基于PLC和组态软件的搅拌站控制系统利用了PLC抗干扰能力强，适用于工业现场的特点，又利用了组态软件强大数据处理和图形表现的能力，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，具有可靠性高、操作简单、维护容易等特点。目前该系统已经成功的在已装机30多套，在北京、上海、杭州、重庆、海南三亚、新疆哈密等各大城市搅拌站使用，到目前已累计生产200多万立方商品混凝土，效果良好，对搅拌站的运行效率乃至整个建筑行业混凝土开展具有重要意义，同时极大得提高了自动化水平，降低了工人的劳动强度。