西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0详细

西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0详细

 1， 引言
     挖泥船液压控制系统，主要是运用在近海以及内陆江河的施工船舶上。本系统改造船只为荷兰进口挖泥船闽浚2号，内部液压系统原先采用西门子S5系列PLC。由于设备控制系统以及线路的老化，整个液压控制系统已经无法正常使用。
      招投标过程中，毅天科技与西门子等公司进行技术等综合评比，终选定我公司自主毅天PLC(可编程控制器)ETMX系列产品对其进行整体的替换改造。该项目采用2套ETMX PLC系统，以完成对闽浚2号船舶系统的自动化控制。
      控制系统采用毅天ETMX系列PLC和ETVI人机界面，引入毅天科技的控制理念，大大简化了系统内的线路与操作过程，在配备了HMI后，操作人员能很简便的看到设备故障以及运行状态。2台CPU模块，运用MODBUS通讯，将控制的数据进行传输，提高了整个系统的性和稳定性，生产过程的操作也加的。

      2， 液压控制系统简介
      液压控制系统作为挖泥船生产的部分，因此液压控制系统不仅要求智能控制，对于运行的性还有加严格的要求。闽浚2号液压控制系统，主要包括扒头部分，弯管部分，A形架部分，锚机部分，油泵部分，泥门部分，外部照明部分等，总I/O控制点数达到310点。其系统对船体的航行过场中的稳定以及施工起了重要的作用。

      3， 系统概述
      系统运行的主要控制部分是通过4台油泵控制整个液压系统的液压动力，然后通过A形架部分将扒头提升放入水中，1台大型抽水泵通过扒头将污泥等吸入船体泥土存储舱内，这时船体排水阀门部分打开，将上层部分的水排出船体，下层部分的泥沙留在船体泥土存储舱内部。泥门部分是将扒头抽入的泥沙运送到卸出或者通过泥门喷射阀将泥沙打出舱外。整个系统通过各种限位对阀门进行逻辑控制。

      4， 整体控制系统方案
      整体系统采用2台毅天MX系列CPU模块，以及7块DI扩展模块和7块DO扩展模块，CPU1模块对扒头，弯管，A形架，泥门部分进行控制。CPU2部分对锚机，油泵，照明，报部分进行控制，中间进行MODBUS通讯进行数据的传输以。HMI采用毅天系列ET-VI-700 （7英寸触摸屏），对整个液压系统进行监控，并对设备运行中的报警进行显示以及记录。
      （1） 传动部分：包括A-D4台油泵电机，78个电磁阀，1台主吸水水泵，2台锚机电机，扒头及弯管的提升电机，A形架，各种低压开关以及接触器。
      （2） 自动检测部分：扒头，弯管，A形架的限位开关，油压的压力开关，设备运行的行程开关，对设备的运行的连锁自锁逻辑进行控制防止操作过程中的误动作。
      （3） 数据检测部分：主要检测设备运行状态，油压限位等压力开关是否有信号，电磁阀是否正常开关，对操作部分以及限位部分起报警
      （4） PLC控制部分：通过2块CPU模块以及数字量扩展模块对这个液压系统进行设备运行，完成这个液压系统的开关量输入输出，数据检查以HMI对这个系统自动化和系统部分各个设备运行状态的检测

      5, PLC系统
      硬件系统：
      ETMX系列PLC采用全分布式架构设计，的立监控保护设备、环境的控制管理，高性的控制技术提供了工业级产品重要的保证，的编程软件，带有硬件故障自我功能，出现故障时可及时发出警报信息，在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除可编程控制器以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，整个系统高的性为自动化控制整体提供了保。利用该产品强大的控制能力、丰富的I/O接入能力、良好的数据储存、完善的扩展能力及的运行稳定性，本次所提供的设备满足液压系统改造的技术要求。

    软件系统：
      WinPEsoft V4.0 SP2界面简洁，简单的快捷键方式可以方便用户直接列出指令与相应的库，并完成调试、下载等过程，大幅度缩短程序的开发与时间。 软件具有丰富的指令、众多的数据类型及丰富的扩展库，用户可根据需求定制特殊应用指令。WinPEsoft V4.0 SP2支持时间型、日期型、一维、二维和三维数组、指针型、枚举型、结构型等多种数据类型。其具有强的运算功能，可完成32位浮点运算、优化处理的PID运算等，而且中断调用方便，执行。WinPEsoft V4.0 SP2还具有在线调试及用户代码查找，替换功能，方便用户调试程序。
 

      6：总结
      在船舶行业的应用中，产品的稳定性、抗腐蚀、抗振动以及后续的售后服务尤为重要。目前我国船舶行业的自动化控制技术多被国外的厂家所覆盖。而国内的企业很难与其直接竞争，但随着国内企业的不断努力和加快科研产品化速度，在船舶行业不再是国外的了。 毅天科技以其的控制技术和团队严谨的工作态度，将为我国船舶行业提供多的自动化产品与的解决方案。

      一、引言 
      随着石化工业的发展，人类日常生活及各行业对塑料制品的需求日益增长，大地推动了塑料工业的发展。 目前，塑料已广泛应用于机械、电子、医药、家用电器、食品、汽车及人类日常生活用品之中，尤其近年来随着人类生活水平的提高、消费意识的变化以及旅游产业的发展，中空制品已广泛用来盛装矿泉水、可乐等软性饮料，还包括奶瓶、瓶、化妆品瓶等。
      挤出吹塑成型机是中空容器成形的主要设备，世界上80%至的中空容器是采用挤吹成形的。在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤出吹塑成型机是发展快完善的中空塑料成型机，特别是小型挤出吹塑成型机的发展速度特别快。
近年来，挤出吹塑成型的主要技术趋势是朝着自动化、智能化、和高速度的方向发展。因此，要适应该行业技术发展趋势，就必需提高挤出吹塑成型的整体技术含量，其中就包括挤出吹塑成型的控制系统。
      本文描述的挤出吹塑成型控制系统采用TrustPLC® CTSC-200系列小型PLC，CTSC-200 PLC采用了32位RISC芯片技术和软件优化设计，布尔指令执行速度达到0.15μs每步，浮点运算速度高达8μs，开关量点数多达248点，模拟量点数多达56点，扩展I/O模块种类近30种，因而无论是替代传统继电器完成简单控制，还是应用于特殊场合实现复杂控制，无论是快速的离散量顺序处理，还是复杂的运动控制，CTSC-200 PLC都游刃有余。CPU内嵌自整定PID温控算法，也有专门为温度控制应用而量身订制的内置PID温控算法的PID温控扩展模块，用户编程即可实现复杂的闭环温度控制，动态性能出色。
      另外其针对电子尺推出的高速输入模块精度高达16位，单通道转换时间小于200us，而且模块本身提供1路10VDC电源输出，大的方便了基于电子尺的应用。
      的CPU、智能PID模块加上高速输入模块等组合使用，大大提高挤出吹塑成型机的性能。
 
      二、挤出吹塑成型工艺过程 
      挤出吹塑机是挤出机与吹塑机和合模机构的组合体，由挤出机及型坯模头﹑吹胀装置﹑合模机构﹑型坯厚度控制系统和传动机构组成。其工艺过程如下：
      1．塑料的挤出
      塑料加热熔化后塑炼和混合均匀成流体，再以一定的压力和容量挤入机头。
      2．型坯的形成
      机头内的流体在重力和挤出压力的作用下，通过机头口模挤出形成所需的型坯。
      3．型坯的吹胀
      将达到要求长度的型坯置于吹塑模具内合模，由模具上的刃口将型坯切断，通过模具上的进气口输入一定压力的气体吹胀型坯，使制品和模具内表面紧密接触。
      4．制品的冷却
      保持模具型腔内的气压，等待制品冷却定型。
      5．制品的脱模
      冷却定型完成后，打开模具，由机械手将制品取出。
      在吹塑过程中，型坯的形成和吹胀是吹塑过程的，型坯形成和吹胀质量的高低直接影响着容器制品的质量好坏，而熔料的受热温度、挤出压力和和冷却时间将直接影响型坯的成型和吹胀质量。型坯壁厚在吹气成型过程中若没有得到有效控制，冷却后会出现厚薄不均的状况，胚壁产生的应力也不同，薄的位置容易出现破裂。因此，控制型胚壁厚对于提高产品质量和降也同样重要。
      综上所述，如何控制挤出机的受热温度、挤出压力、制品的冷却时间以及型胚壁厚成为影响容器制品质量的几个关键因素。

      三、控制系统设计 
      3.1 系统原理及配置
      粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。然后，将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。
系统电气控制部分的主要配置如下：
      1）控制器采用TrustPLC CTSC-200 PLC进行动作控制和50点型坯壁厚控制。
      2）温度的测量采用工业铠装热电偶。温度采集由CTSC-200系列的8路热电偶模块CTS7 231-7TF32 完成，该模块集成控制器带智能PID算法，只要设置几个参数，231-7TF32模块就可以自行对所控温区进行加热或冷却，并将实时温度反馈给CPU。
      3）挤出压力控制由模拟量输入模块采集压力传感器的信号来控制挤出机螺杆的转速，周时将实时压力显示在触摸屏上。
      4）壁厚控制由231-7HC32高速输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，然后通过4通道模拟量输出模块232-0HF22控制执行机构驱动伺服阀来实现。
      5）操作面板采用触摸屏完成整机的型坯温度、挤出压力、型坯壁厚以及冷却时间等各种工艺参数的设定、修改、画面显示等，采用菜单式程序控制，操作简便。
      3.2 温度控制系统
      在挤出吹塑的过程中，要使熔料温度稳定在设定温度，所以同时配有加热和冷却设备，常用的是电阻加热和风扇冷却。

      挤出机的温度控制由PID模块CTS7 231-7TF32立完成。CTS7 231-7TF32模块集成智能PID控制器，具有8路热电偶输入，控制过程的数据通过数据存储区与CPU交换，控制精度达到±1℃。将初始PID参数和设定温度送给该模块，使能该模块的PID控制，模块便将热电偶所测得的温度送给PID控制器进行运算，然后将实时温度和运算得出的控制动作写入数据存储区，同时对PID三个控制环节的参数进行优化。CPU根据数据存储区中的值来控制输出(PWM模式下输出给DO点，模拟量模式下输出给AO)，实现温度闭环控制 。PID参数的设置、温度设定、启停控制、实时温度、温度曲线都在触摸屏上实现。

有色金属是国民经济和工业的基础材料，在国计民生中占有重要地位。近年来，中国已经成为世界上重要的有色金属冶炼大国和消费大国，冶金行业的自动化控制技术也随着冶炼技术的发展突飞猛进。而与此同时，国内并没有自己的大型PLC控制系统，造成冶金行业只能靠进口国外系统，缺乏控制系统的自主设计，无法降低设备生产成本。和利时在2006年推出自主知识产权的LK系列PLC，从根本上改变了以往的难题。
      有色金属冶炼项目现场环境恶劣，对PLC在产品功能、性能、扩展灵活、维护方便等方面提出了要求，和利时PLC产品在电磁兼容性、运行、端口开放等方面的特点满足了冶金行业的严格要求。
      1、电磁兼容性
      和利时PLC已通过CE认证，具备良好的电磁兼容性，现场到系统、通道与通道间都采用隔离措施，能够承受工业环境的严格要求，平均无故障间隔时间（MTBF）1×105小时。正是此优良的电磁兼容性，让LKPLC模拟量信号经受住了现场电磁干扰的严酷考验，并且运行良好。
      2、运行
      有色金属冶炼项目采用DCS+PLC的控制方式，PLC大量应用在对冶炼烟气制酸SO2风机的控制上，需要与DCS实现的无扰切换。由于DCS和PLC都是和利时公司的，在硬件及软件方面都有很好的统一性，PLC在50ms内即可的无扰切换到DCS主机，由此保证了系统的运行。
      3、端口开放
      在有色金属冶炼项目中，PLC控制只是自动控制的一部分，构成整个系统的还有DCS、HMT以及上层的信息管理系统，这就要求PLC有开放的端口设计与整个系统连接。和利时LK系列PLC支持多种通讯协议，如TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、DeviceNet、CANopen、自由口协议等，并且为各种HMI软件提供标准接口。
      截止目前，内蒙克旗银多金属冶炼控制系统、江西金德铅冶炼控制系统、洛阳永宁铅冶炼控制系统、郴州宇腾化工铅冶炼控制系统、青海西豫10万吨铅冶炼控制系统、西乌珠穆沁旗10万吨锌冶炼控制系统等多个有色金属冶炼项目采用和利时PLC作为控制，这些项目的成功实施为和利时PLC在有色金属冶炼行业的市场拓展打下了坚实的基础。

一． 概述

      在自动化控制领域中，相同功能有不同实现方式，针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现优的性价比。本文介绍的一种应用西门子S7-300 PLC的高速计数模块ET200S和70系列变频器通过PROFIBUS总线通讯的功能来实现的定位控制的实际应用。

二． 控制思路

      横移车是钢管生产线中不可缺少的辅机设备，它主要完成将工序生产的钢管搬运到下一工序，或有序地暂放在台架的每个工位上。随着对生产线自动化程度要求的日益提高，减轻操作人员的工作量和操作失误。要求对横移车实现全自动准确定位控制。

      其控制就是利用装在横移车车轮上的编码器采集的位置信号，通过PLC的高速计数模块读取，CPU经过运算处理与设定位置作比较，控制变频器的多段速度，从而实现横移车的准确 定位控制。因为考虑到控制成本和操作方便，采用PROFIBUS总线控制方式，减少了布线，控制方便，灵活。

三．系统的构成和特点

      1．PLC作为控制的，主要用来接收编码器的反馈信号，与设定的位置信号作比较，通过通讯功能来控制变频器的输出频率减小，提前减速，到位前低速运转，到位时准确停止。为了实现定位还设有零位置传感器，到零位时将计数器的计数值清零，累积误差，保证定位的准确，使横移车能平稳地放下和举起钢管。

      由于放置主站CPU和变频器的控制柜与横移车比较远，在横移车上放置了远程I/O模块和高速计数器模块ET200S，通过PROFIBUS总线相连，将现场的传感器，编码器信号直接连接在远程I/O和计数模块上，减少了现场的走线和故障的发生，维护方便。通讯速率可过1.5M，整个系统的系统框图如1。

      由于使用通讯功能，可以省去用于控制变频器的几个输出点，PLC的输出点也减少了。

      2．高速计数器模块ET200S的应用

      控制系统中所选的编码器分辨率为2048P/R，轮径φ250，齿轮比3，可计算出脉冲精度：250×3.14/2048×3=0.127mm/脉。能满足横移车的准确定位精度。

       定位过程如下：

      设定好横移车运行的一个方向为正方向（加脉冲），当横移车向设定的位置运行时（工作运行速度），高速计数器自动进行加/减速计数，在距离设定位置300—400mm时，控制变频器的输出频率，以低速运行，在到达设定的位置时，停止变频器的输出，同时实施机械抱闸，完成了准确定位。

      读取高数计数模块的程序段如下：

       L   PID 272    //模块开始地址，将计数器模块状态值存放到MD20~MD27

       T   MD  20    //当前计数值

       L   PID   276

       T    MD   24

       L    123       //装载比较值

       T     MD  30

       SET

       =   M 34.0           //打开软件门

       A   M 10.0   //使能传送比较值功能

       =   M35.2

       L    MD  30

       T    PQD  272

       L    MD  34

       T    PQD  276

       3．PLC和变频器通讯

       在CPU进行硬件配置时，对挂在总线PROFIBUS 站点都分配了物理地址，PLC与变频器进行通讯也有相应的物理地址，CPU内部有通讯功能块SFC14，SFC15，使用内部的寄存器DB块存放数据，当PLC对变频器进行数据的写入和读出时，就需知道PLC和变频器定义的相关功能的地址，然后依据这些地址进行数据的写入和读出，才能实现对变频器的控制。

      此控制系统变频器需设定的参数介绍如下：

P60=1，P53=6，P554=3100，P571=3101

P572=3102，P443=3002，P566=3107

P734.1=32,，P734.2=148

      其它的参数可以按出厂默认值即可

      一．结束语

      通过这次的电气改进，现场布线减少，自动化程度提高了，人为参与减少了，加强了生产。生产效率有了很大的提高，通讯控制替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，面且操作方便，性价比优异。也证明了西门子PLC和变频器的通讯功能非常强大和好用。

一、简介

      ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

      中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

      ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

二、控制系统方案设计

      旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

      通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：

      触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：

 

三、控制系统主要功能

      西门子S7-200系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200系列PLC在旋挖钻机上的应用。

1、双向高速计数信号

      S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。

      旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。

      同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。

      钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。

2、左右控制手柄多路按钮信号的检测

      旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。

3、外部传感信号的检测

      西门子S7-200系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。

      旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。

4、实现对液压执行机构的控制

      西门子S7-200系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。

5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。

      利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。

      中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的认可和信赖，成为我国自主的新一代重要桩基设备。

四、几点体会

      西门子S7-200系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

      直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输。

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