西门子6ES7221-1BF22-0XA8诚信交易

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一 、概述

PLC是直流屏系统监测、控制、保护、管理、通讯的核一个核心部件。不但可以实现繁琐的逻辑控制、模拟运算，而且对交流过欠压保护、控制母线过欠压保护、合闸母线过欠压保护和接地等保护都起着重要作用。艾默生 PLC有RS-232、485两个通信口，不但可与HMI直接通信（利用RS232或者485），还可用另一个485口和远动设备（RTU或通过MODEM与远程PC机）通信，实现数据交换与资源共享。真正实现了直流屏系统的全自动控制，在无人值守的场所系统都可以安全运转与远程维护。

二 、系统组成与功能

直流屏系统中的监控与控制功能可由一台HMI（触摸屏）与一台EC10-1410BRA组成来实现。

所有的系统参数设定，充电模块和整流模块的电压及电流调整与监控，电池巡检，对地电压的测量，电池充放电曲线等均通过触摸屏各画面进行。

监控系统以艾默生可编程控制（PLC）作为中央控制系统的核心部分，PLC可完成如下功能：

1. 接受系统的各种开关量状态检测与命令输入信号。

2 . 对直流屏系统的故障状态做指示。主要故障状态有充电器故障、两路交流电自动切换、熔断器熔断等做报警指示。

3 . 对高频开关充电模块输出的直流电压通过高速脉冲计数进行测量。

4 . 与电流传感器、绝缘检测仪、电池检测仪、蓄电池组逆变放电装置（MODBUS通信）和HMI进行通信。检测合闸母线电压、 单体电池电压、 电池组电压、控制母线电流、 充电电流、 放电电流、 控制母线绝缘电压、合闸母线绝缘电压、正负母线绝缘电压等。

5 . 与电力自动化系统局方通信（CDT协议），可用自由口协议方式来实现。

艾默生 PLC主模块本体集成有COM0和COM1两个通信口，其中COM0为232接口，COM1为232或者485接线方式可选。C0M0和COM1都支持MODBUS与FREEPORT协议。其通信口0（也作为编程口）支持MODBUS从站，通信口1支持MODBUS主站和从站（可由编程软件设置）。 在这里我们重点说明一下PLC与电流传感器、绝缘检测仪和电池检测仪等设备的通信。

三 、实现原理与方式

3．1 协议简介

Modbus 协议是应用于控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。本文主要描述了Modbus协议在此系统中的应用。通讯采用应答方式，由主机发起请求，从机执行请求并且应答。

3．2 接线方式

PLC主模块的COM1口上RS485+、RS485-两端接从站设备的RS485+、RS485-口，接线图如下：

3．3 MODBUS RTU模式

协议格式

从机地址：网络上设备的地址，确定目的站从站。有效范围1-247。

功能代码： 与HMI和MODBUS从站设备通信时主要用到的功能码： 01读线圈、02读离散量输入、03读保存寄存器、05写单个线圈、06写单个寄存器、15写多个线圈、16写多个寄存器。艾默生 PLC MODBUS全部支持所有的功能码。此次与从站设备的通信用到的03（读）与16（写）这两个功能码。

数据：要读取或者写入数据的寄存器地址与数量。RTU模式下，多252字节（2×252个字节，ASII模式）。

CRC检验码： 艾默生 PLC编程软件（ContrStar）里的MODBUS指令执行时会自动加校验码（使用CRC校验情况下），用户不需计算校验和。如果用LRC校验时，在发送MODBUS指令时，才用计算检验码。

四、PLC程序

本控制系统程序由四个功能块组成，分别是逻辑控制、高速计数子程序、通信读子程序、通信写子程序。

逻辑控制，主要包括：两路交流电自动切换、 对控制模块电压进行调节 、 对充电模块电压、电流进行调节 、 自动控制电池充电过程 、 充电电流温度补偿、自动调压 、电池活化 、充电器故障保护与电池组过放电保护等处理控制。

高速计数子程序，直接利用Contrstar 软件里SPD指令对6个输入端口进行高速脉冲计数（2路高计数频率50KHZ，4路高计数频率10KHZ），来计算整流模块的输出电压。

读取从站数据子程序，读取电流传感器、绝缘检测仪、电池检测仪等设备数据时采用此功能子程序。设备不同，其站地址、参数个数、参数寄存器地址、参数存放PLC里的软元件地址等都不同，却都可以调用此程序，只要填上该设备的相应参数即可完成。

写入从站数据子程序，如果用艾默生 PLC主模块上的COM0口或者COM1口与触摸屏通信，并且PLC做MODBUS从站时，HMI可以直接读写PLC数据（客户只要设置好通信参数即可）。但如果PLC做主站，HMI做从站时，就需要在PLC里编写通信程序给HMI写数据。

无论读取还是写入从站数据，通信程序都有以下几部分组成：

■通信参数设置：

PLC部分：通信端口COM1，MODBUS协议（RTU模式）站地址，波特率9600bps,8数据位，2停止位，无校验。（在PLC编程软件“系统块”目录的“通信口”界面上设置）。

HMI部分：和PLC设相同通信参数，站地址除外。

■通信数据刷新：

通信时，无论是发送还是接收数据时，都要占用端口COM1。为了能在较短的时间内，刷新所有从站通信数据。我们可以采用ContrStar软件里的MODBUS发送接收（MODBUS命令发送完后，自动接收）完成标志位SM135（完成时置位）来判别与一台从站通信完成。从而与下一台从站开始通信。

注明：也可以用定时器来计时，定时和不同从站设备通信。但是这样做效率不高，影响通信速度。在速度要求不高的场合，也可考虑采用这种方式。

读命令功能：把MODBUS读发送帧格式写成固定的一个功能块，设置了几个灵活使用的参数：从站地址、寄存器起始地址、读取个数与接收数据的存放地址。与不同从站设备通信时，只需填写这几个参数，便可完成。

写命令功能：把MODBUS写发送帧格式写成固定的一个功能块，参数设置与读命令功能相同。

故障处理功能：如果在规定时间内，从站设备没有返回PLC数据，或者PLC把通信错误SM136置位。我们就认为与此设备通信有故障，丢弃此帧，但是与他的通信完成。继续下一台设备的通信。这样不会因为一台设备通信故障，影响与其他设备通信。下一轮再与此设备通信。

五 、运行效果

EC10自投入运行以来，效果良好，系统工作可靠稳定。PLC与所有MODBUS从站设备的数据交换就用通信读与写两个功能块就完全可以实现。编程简单，指令丰富，功能强大，操作界面人性化，非常适合于直流屏行业的应用，深受客户好评。

热压机是胶合板生产的关键设备，直接决定胶合板生产的产量和产品质量。传统胶合板热压机的控制系统是以继电器为主控元件，很难满足热压工艺所需的压力和流量的控制，也直接影响热压机的可靠性和安全性。为此，笔者提出采用可编程控制器(PLC)替代现有控制线路，使之系统设计尽量简化，满足企业生产的需求。

1 PLC在热压机控制系统中的应用

国内胶合板生产一般都采用多层框架式热压机，为使压制的胶合板板面平整、厚度均匀，热压板需采用多只油缸提升，压板过程的闭合、加压、保压及装板机的升降，都是通过液压系统和油缸得以实现，使得控制油路的电磁阀增多；设备中的温度、压力、流量均采用中间继电器、接触器、时间继电器等控制，使控制线路更为复杂。由于胶合板的热压板采用蒸汽加热，难免有蒸汽泄漏，使车间内湿度增大，造成控制线路故障率高。

为提高生产效益，保证胶合板的质量，必须要求热压机控制系统的自动化程度高、可靠性强、安全性好。在热压机控制系统中采用PLC控制，可省去几乎全部的时间继电器、中间继电器，接触器之间的触点联锁也可由PLC内部实现。而且，PLC采用了现代大规模集成电路，及技术严格的生产制造工艺，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，平均无故障时间高达30万h。PLC的使用，使得热压机控制系统的可靠性大为提高。

2 PLC控制系统的设计思路

首先要满足设备在生产中的可靠性。因原设备控制部分元件多，控制线复杂，排查故障非常困难，为此，可以考虑热压机油缸升降的控制部分采用PLC控制，在满足要求的情况下，尽量减少输入点和输出点，使得整体设备可靠性提高；另外，考虑到设备检修、保养和对新的板种的试生产，需要在控制线路中加入手动、自动转换开关；在检修时，为防止升起的压板因误操作发生位移，加装了保护开关，当开关置于保护状态，即使发生误操作，因有电气互锁，也不至于使压板发生下移。基于以上设计思路，根据压机工作流程，确定了17个输入点和14个输出点，共31个点，采用欧姆龙C40P产品(该型产品有24个输入点，16个输出点)Ez3。图1示出胶合板热压机的PLC输人输出点分配情况。

结合该系列压机特点，设计了控制线路，并编制了控制程序；输入和输出量编址见表1。

3工作原理与控制过程

以快速贴面压机为例。该系列热压机共装有4个油缸，油缸顶置，液压油路需用6只电磁阀控制，因设计的热压机规格不同，油泵电机的功率从10～22 kW不等，为减小电机起动电流，设计为Y／△起动。胶合板板坯采用小车载入，小车承载部分可单方向运动，小车退出时板坯自动滑落在压板上。小车驱动电机由变频器控制，可实现小车快进、慢出。

图2为快速贴面胶合板热压机工艺流程，图3为 PLC控制的部分梯形图。

控制油缸的电磁阀有6只，其中1只1DT为总进油阀；每2个油缸上部、下部油路各自并联，分2组，每组各有1只上部进油阀3DT、5DT和1只下部进油阀2DT、4DT，还有一只总回油阀6DT。

油缸下部进油，柱塞上移；其上部进油，柱塞下移。即当1DT、2DT、4DT工作时，压板上升，1DT、3DT、5DT工作，压板下降并加压；6DT工作时，油缸卸荷。液压油泵用三相交流异步电动机驱动，为降低起动电流需要降压，采用Y／△方式起动，转换时间为2～5 s。油泵工作正常3 s时，压板上升到位(设上限位开关)后，压板停止上升；此时装板小车载板坯快速进入，到达设定位置后，小车卸板坯并开始后退，碰到后退限位开关后停止后退。

在小车卸板后退的同时，压板开始下降，当碰到下限位开关后，停止下降，开始保压并计时，随着油压的升高，动、定压板之间压力增大，当达到设定上限压力时，电接点压力表上限开关断开，停止加压。由各组电磁阀自动控制热压时所需压力，实现保压直到热压结束，开始卸荷，3 s后压板上升。由人工完成卸板。

为了安全起见，在控制线路中加装转换开关，在压机上升控制电路中要加入保护装置，当压板上升到位时，手动合上此开关，检修设备时不会因误动作而使动压板下降伤人。同时，在加压保压控制电路中，加入了超压保护开关，目的是防止油压达到压力上限后继续加压。若超压，此开关自动断开，电磁阀失电关闭，停止加压。当压力下降到许可值时，此开关重新闭合，系统控制恢复正常

1、引言

现代商业生产流通领域中，产品都离不开包装。如牛奶包装箱、水果包装箱等。而包装纸箱的生产中贴箱机每天处理几十万件应是一件量非常大的生产任务，如果不能实现自动化的生产，将会消耗大量的劳动力，而且效率和质量方面都很难提高。本设计就是将PLC应用于贴箱机系统中，从而使纸箱的生产实现自动化，其主要的任务是如何将纸板加工成型，打包成捆，如何进行生产过程中的自动控制，它是机电一体的纸箱机械产品。总之在保证工艺控制要求的情况下，大大提高了生产效率，有很广阔的市场前景。

2、系统控制特点及工艺

2.1 控制要求及特点

（1） 吸附进纸，确保了纸板吸进纸的位置准确；
（2） 折叠部上下传输带夹紧纸板送纸、左右吸附腔吸附送纸和运转与众不同的两侧竖带夹紧纸板送纸相互配合，确保折叠纸无歪斜；
（3） 左右下纠偏带各配增减速器，折叠时摩擦强制前后扯动纸板纠偏效果明显；
（4） 采用崭新的分垛逐出装置技术，比国外先进的相似装置的性能更为稳定可靠、运行更为迅速。遇不良纸板时卡纸混乱几率大幅度降低；
（5） 人机界面化，可显示生产速度，纸张数及相关的参数；
（6） 实现了A/M的控制方式。

2.2 工艺简介

本系统以PLC为核心，由于该系统所带负载不大，可用一台达变频器带动一台3.7kW的异步电动机，该电机拖动主传递装置。当物料准备好后，离合器合闸即将送料，左右电机定纸箱的大小，用转速检测装置测速度，用光电传感器检测纸箱的位置信号，从而使伺服机工作。触摸屏可以实现友好的人机界面，可以在线的监视系统的运行情况，并进行相应的参数修改。纸板料从平放台进入机器到完成加工全实现了自动化，其工艺简图参见图1。

图1 系统工艺简图

整个轨道是纸板成型的通道，轨道的形状决定纸板所加工纸箱的形状，以下对各个主要部件做简单的介绍。

（1） 进料装置

由于纸板是流水线加工的，当工作台上放有足够多的加工纸板时，才能进入平稳连续，不重叠的工作状态，提高了生产率；

（2） 辊矫直机

为了让纸板经过时垂直于传送带，并使其紧贴轨道以便纸板较为准确地成型；

（3） 测速检测

用抗干扰能力强的接近开关作为传感器，并将其所产生的脉冲信号给PLC的高速计数器；

（4） 传送装置

由电动机带动，它控制主生产线的速度，并由变频器进行控制；

（5） 纸板矫正

主要由位置信号传感器和伺服系统组成，它主要是矫正成型的纸箱在轨道上的位置偏移，并为后序的纸箱打包做好准备；

（6） 记数传感器

检测轨道上的纸箱数，以便定量打捆；

（7） 纸箱叠放台

把传送的纸箱给叠放，定数量给推出；

（8） 打捆

将定数量的纸箱捆扎好。

3、控制系统设计

纸板加工成型过程，有一套严格的工艺流程，为了满足系统的控制要求，采用PLC、变频器、伺服机、人机界面及高性能的传感器相结合，有效地解决了实际问题。同时也使系统的构成简单，功能强大，可靠性、可操作性和可视性都提高了。

3.1 系统的硬件构成

该系统PLC采用OMRON公司的CPM1A-30CDT-A，30点I/O口，18点输入，12点输出，且还留有扩展的余地。该机型属于欧姆龙公司C系列的小型机，结构紧凑，功能性强，有很好的性能价格比。变频器（VFD-B-5.5kW）和伺服装置（AC servo HO系列）以及触摸屏（PWS717-STN）都采用了功能性比较强的台达系列产品。各硬件构成可见图2的硬件构成框图。

图2 系统硬件构成框图

3.2 变频器

本系统采用了较为先进的台达变频器进行调速，它调速方便可靠，且调速的精度高。为了适应这种工艺负载，需要在调速时使电动机输出恒定的转矩，应用V/F控制特性的变频器在基频应用V/F控制特性的变频器在基频（台达A型机的参数是Pr04）以下调速。本系统应用两台台达变频器，它们是主从的关系，即从变频器的频率的给定必须得跟随主变频器的给定频率的变化，且保证从变频器的频率输出略高于主变频器的频率输出。

3.3 伺服纠偏装置

由于纸板在轨道上传送时，难免会出现位置偏差，这就得需要有能够快速矫正其位置的器件，而伺服电动机正好具备这样的功能。它把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速度，加上控制电压，它便马上旋转，去掉控制电压又马上停转，转速高低与控制电压成正比。此装置具有转动惯量小，摩擦转矩小，运行平稳，噪声小等特点。这里主要利用伺服驱动器对伺服电机的运动特性进行设置，并采用了速度和位置相结合的PID调节，从而使纸箱的位置得到很好的纠正。

4、软件设计

4.1 人机界面的设置

要很好的对系统进行控制和监视，就得利用触摸屏。在前先确定好相应设备和信号的端口地址，然后利用触摸屏的编程软件——ADP软件进行界面设置。下图触摸屏的主控画面，它具有友好的人机交流性。通过对触摸屏的操作，我们很容易的了解和监视系统的运行情况，并可以方便的改变系统的运行参数。其主菜单的设计如图3所示。

图3 主菜单界面图

4.2 PLC的程序设计

为了能使系统各部分协调有序、安全可靠地运行就得配以比较优化的软件程序。整个软件程序采用模块化编程的方法，便于调试、修改及扩充，它主要包含三部分:通行协议部分、参数设置部分和自动运行控制部分，程序总的控制框图如图4所示。

图4 程序流程图

4.3 软件的可靠性设计

软件的可靠性措施主要包括3个故障检测程序:

（1） 时间故障检测程序:将工序执行时间某一时间余量作为定时控制时间，超时则报警并停产；

（2） 信号比较检测程序:建立故障扫描时钟，使自动式在运行过程中能自动检测出各段单元，从而清除故障；

（3） 当纸板被卡主或重叠时，进行报警或减速停机。

5、结束语

纸板成型过程的控制，由于PLC及相关的高性能设备引入，解决了繁冗工作生产，实现了全自动化的生产，其产品的质量和产量都得到了显著的提高。总之在保证工艺控制要求和产品质量的情况下，大大提高了生产效率，有很广阔的市场前景。