西门子模块6ES7314-6BH04-0AB0支持验货

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PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。
      PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。
      电业部门曾这么使用PLC，用以实时记录用户用电情况，以实现不同用电时间、不同计价的收费办法，鼓励用户在用电低谷时多用电，达到合理用电与节约用电的目的。

5、用于进行监控

      PLC自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。
      其实，可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。
      这里介绍一种用PLC定时器作，对控制对象工作情况进行监控的思路。
      如用PLC控制某运动部件动作，看施加控制后动作进行了没有，可用办法实现监控。具体作法是在施加控制的同时，令定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，报警。
      若时，说明不正常，可作相应处理。
      如果控制对象的各重要控制环节，都用这样一些"看"着，那系统的工作将了如指掌，出现了问题，卡在什么环节上也很好查找。
      还有其它一些监控工作可做。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的。它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的性。

6、用于联网、通讯

      PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。
      PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的管理，使PLC用起来方便。
      为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。
      PLC与PLC也可通讯。可一对一PLC通讯。可几个PLC通讯。可多到几十、几百。
      PLC与智能仪表、智能执行装置（如变频器），也可联网通讯，交换数据，相互操作。
      可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或大。
      可组成局部网，不仅PLC，而且计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置组织在一个网中。
      网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。
      联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点（Point）、到线（（Line）再到面（Aero），使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的面前。

      以上几点应用是着重从质上讲的。从量上讲，PLC有大、有小。所以，它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说，工业控制的大小场合，都离不开PLC。

    一般讲，工业生产过程可分为两种类型；连续型生产过程（如化学工业）及非连续型，即离散型生产过程（如机械制造业）。前者生产对象是连续的，分不出件的；后者为离散的，一件件的。由于PLC有上述几个方面的应用，而且，控制的规模又可大、可小，所以，这两种类型的生产过程都有其用武之地。
      事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，一些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它。
      PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。

1、用于开关量控制

 

      PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。
      所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的；即时的、延时的；不需计数的，需要计数的；固定顺序的，随机工作的；等等，都可进行。

   PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。
      用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。目前，PLC用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并地用于开关量的控制。

2、用于模拟量控制

      模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。
      作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。
      PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。
      A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC。D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。
      作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。可读写）交换信息等等特点。
      这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA。有的还可处理正负值的。
      这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。
      A/D、D/A有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。
      有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC并不难。中、大型PLC处理能力强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。计算机能算的它几乎都能算。

   这样，用PLC实现模拟量控制是可能的。控制的单位值可小到212分之一的测量程值，多数也是足够的。
      PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。
      用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。
      当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。这也是应当看到的。

3、用于数字量控制

       实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有数字量。如机床部件的位移，常以数字量表示。
      数字量的控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，国家的金属切削机床，数控化的比率已过40％～80％，有的甚。
      PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也可以用于数字量控制。
      PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹。可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k。有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），则可以依NC的原理实现种种控制。
      高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若PLC配置了这种单元，则可以用NC的办法，进行数字量的控制。
      新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为好地用PLC进行数字控制提供了方便。

4、用于数据采集

      随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如OMRON公司的PLC，前期产品C60P的DM区仅64个字，而后来的C60H达到1000个字；到了CQMI可多达6000个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。
      数据采集可以用计数器，累计记录到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去。
      数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中去。

饮料灌装机用于灌装各种各样的瓶装饮料,适合大中型饮料生产厂家。早期的灌装机械大多数采用容积泵式、蠕动泵式作为计量方式。这些方式存在一些缺点,例如:罐装精度和稳定性难以保证、换灌装规格困难等。本系统采用的饮料分装计量是通过时间和单位时间流量来确定的,计量精度由可编程序控制器(PLC)控制确定,通过人机界面———触摸屏监测运行状态,可在线修行参数。PLC控制具有编程简单、工作、使用方便等特点,在工业自动化控制领域应用广泛。触摸屏是显示器和触摸开关一体型的可编程终端(PT),是新一代的人机界面产品。专为PLC应用而设计的触摸屏集主机，入和输出设备于一体,适合在恶劣的工业环境中使用。

    1工作原理

    饮料灌装机主要包括三大部分:恒压储液罐、夹瓶及灌装头部分、变频调速传送带部分。主机的上部是恒压储液罐,里面有上限位和下限位液位传感器,它们被淹没时是1状态。液面下限位时恒压储液罐为空。饮料通过进液电磁阀流入恒压储液罐,液面到达上限位时进液电磁阀断电关闭,使液位保持稳定。灌装设备生产工艺流程见图1。

工艺流程图

    恒压储液罐下面是夹瓶及灌装头部分,共有24个灌装头。夹瓶装置由气压缸1驱动下降,下降到位后,夹瓶装置由气压缸2夹紧定位,下降及夹紧由行程开关控制位置。定位夹紧后,灌装头由气压缸3驱动下降,到位后灌装头电磁阀打开,开始灌液,延时后电磁阀关闭,通过控制电磁阀的开启时间达到灌装容量控制。

    传送带电动机由变频器控制,实现无级变速,达到系统经济运行的目的。电机启动1s后,进瓶气缸缩回、开始进瓶,3s后出瓶处气缸4伸出挡住空料瓶。进瓶处设置光电开关检测进瓶个数,当到24个时,出瓶处气缸5伸出不再进瓶,传送带电动机停止。这时,灌装头下降到瓶口,由通过触摸屏输入的时间使PLC控制灌装头的开启时间。灌装结束后,灌装头上升,夹瓶装置放松、上升。出瓶处气缸缩回,传送带电动机又开始转动,1s后进瓶处气缸5缩回,光电开关又开始检测进瓶个数。

    2硬件系统设计

    2.1系统框架

    该系统既有开关量控制又有模拟量变频调速控制。设备既可以自动连续运行,各运动点又可人工点动操作,这样对应于各种操作的输入点、需要显示的动作状态信息输出点有很多。这些I/O信号如果采用电器按钮、指示灯显示的方式,会大大增加硬件模块及电气连线,相应故障率也会加大。我们采用PLC与触摸屏相结合的方案。触摸屏的画面是用的组态软件设计完成后,再通过计算机的RS-232C串行通讯口下载到触摸屏。PLC与触摸屏之间通过串行接口通讯,连线简洁。系统框架如图2所示。

硬件系统框图

    2.2I/O控制的设计

    灌装设备共设计有数字量输入点13个,其中:气缸运动传感器10个,液位传感器2个,光电开关1个。数字量输出点35个,其中:灌装头电磁阀控制24个,气缸运动电磁阀控制10个,储液罐电磁阀控制1个。

    变频调速系统需要1个模拟量输入点和一个模拟量输出点。测速电机测量电机的转速,电压值信号接入模拟输入点,经过与给定值比较、PID运算,运算从模拟量输出点输出,作为变频器的控制信号,实现变频调速。

    主控单元采用了SIEMENS公司的S7-200系列的PLC产品CPU224,外加两个数字量扩展模块EM223和一个模拟量扩展模块EM235。触摸屏采用闽台产PWS3260型。

    3软件实现

    3.1软件总体功能

    图3是触摸屏软件控制程序框图。控制程序是用菜单形式编制的。自动功能包括:运行、暂停、结束、复位等。手动功能包括:所有运动部件的进、退、起、停等。利用ADP3组态软件中的交替性按钮功能编程。在按钮按下、抬起时分别对PLC相应的中间继电器置位,使PLC实现对某运动部件的进退控制。初值设定:按用户的需求,任意设定转速、计数值等参数,并对参数的上限进行监视,一旦越界,即给出提示。运行监视:监视系统的各个器件状态,如变频器、电机等的异常状态,及时断电保护,并给出报警提示。

程序框图

    3.2PLC编程

    采用西门子公司STEP7-Micro/WIN32软件,在上位机上使用较为直观的梯形图或语句表按控制流程和控制算法进行编程,程序编译成功后,通过连接上位机和PLC的PC/PPI电缆将程序下载至PLC中。

    4结论

    采用PLC-触摸屏结合的电气控制方案并与机械、气动、传感器技术组合为一体,使该灌装设备操作简单、性能,设备的可维护性和灵活性得到显著提高。

AGC系统的控制原理框图如图3所示。该控制系统采用双闭环控制方式，测厚仪、S7-400系列PLC和轧机构成铝箔厚控制的外环，该外环控制由厚度监控环的下位机完成。内环使用了两个闭环，分别是控制伺服液压缸的位移传感器回路和液压压下伺服机的压力传感回路。

3 AGC系统的软件组成
AGC系统的软件部分主要凭借TP27-6触摸屏的WinCCflexible组态软件来进行编写，能够实现对铝箔厚度、液压压力、直流调速电机的速度等值的显示，以及AGC系统参数设置和报警等功能。对于S7-400系列PLC来说，AGC系统的软件设计部分，主要依靠STEP7编程软件来实现，STEP7是用于SIMATICPLC组态和编程的标准软件包，该软件包提供了一系列的应用程序(工具)，其能够支持自动化项目创建的各个阶段，利用STEP7，系统设计人员可以通过在线诊断PLC硬件状态、控制PLC运行状态和I／O通道状态，开发出符合现实需要的PLC控制程序。
3．1 系统的软件设计原理
在进行软件设计之前，需要考虑AGC的功能执行过程和通信过程。如图4所示，系统软件设计的基础主要由三部分组成。

(1)触摸屏用来实现实时数据、系统状态和报警信息的显示，以及操作人员对轧机参数的设定和修改。
(2)传感器和伺服系统属于检测和执行部分，实时采集各种需要的信号并传入PLC，同时将PLC输出的数字信号或模拟信号转换成传感器和伺服系统的操作。
(3)PLC则是整个系统数据交换和处理的，主要功能是数据格式转换、报警判断、输出显示和厚度控制。从模板输入的数据信号转换成统一数据格式才能参与数据的运算与显示。此外，设立公共数据区，无论是操作人员通过触摸屏设置的参数，还是传感器采集的参数，都存入公共数据区。数据区设为事件触发模式，当AGC控制器或其他运算需要读写数据时，事件触发之后就可以对数据区的数据进行操作。
3．2 软件设计
系统的软件设计流程图如图5所示，具体可分为自动操作和手动操作两部分。

铝轧机在工作之前，需要先将液压站的冷水泵和加热器打开，以便降低油温和均匀乳化液的温度。在自动操作或手动操作之后，进行调零处理和P-H曲线测试，调零是为了使轧辊充分接触；P-H曲线测试是为了去掉轧机弹性曲线中的非直线部分，轧辊轴承引起的辊缝误差，避免辊缝差过大对铝箔板行造成不良影响。当进行辊缝调零和P-H曲线测试时，FM485通过压力传感器检测到带铝的张力，使液压缸工作在轧制力闭环控制方式下。其他情况下，液压缸一般工作在位置闭环控制方式下，具体过程如下：MTS位移传感器检测液压缸的位置，被FM485模板上的编码器，然后经过PI算法之后，输出电压值到伺服驱动，从而完成对液压缸的位置闭环控制。铝箔的厚度控制过程具有时间滞后性、多时变性和非线性。为解决此问题，本系统采取模糊PID控制算法，模糊PID控制适合于多变量、非线性、多扰动、强耦合的对象模型难以建立的系统。
模糊PID控制器由三个主要的环节组成。
(1)模糊化：模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量值的过程；
(2)模糊推理：模糊推理包括三个组成部分：大前提、小前提和结论。大前提是多个多维模糊条件语句，构成规则库；小前提是一个模糊判断句，称为事实。以已知的规则库和输入变量为依据，基于模糊变换推出新的模糊命题作为结论的过程叫做模糊推理；
(3)清晰化：清晰化是将模糊推理后得到的模糊值转换为用作控制的数字值的过程，提高了系统的响应速度，并且能够在短时间内获得较高的控制精度。
模糊PID控制器的控制效果如图6所示。图6中PID控制曲线几乎没有调的过程，就快速稳定地达到了设定值厚度为O．1 mm，基于模糊控制的PID调节比简单的PID调节稳定性高，能够解决整个AGC系统对铝箔控制的时间滞后问题。

经过实践应用，基于PLC和AGC的铝箔板厚度控制系统在产品生产中获得了令人满意的效果。如表1所示，针对厚度为0．1 mm的铝箔板，AGC控制厚度在20μm范围内的比例为95％，远远人工轧制78％的比例，事实验证，本方案所采取的模糊PID控制器能满足铝箔板厚度控制的要求。

4 结语
在实际使用过程中，FM458工作稳定，编程功能强大且易于修改维护，并能很好地融入到S7-400的控制系统中。铝箔厚度在基于S7-400PLC的AGC系统作用下，满足了预期的效果。具体生产过程验证了在铝轧机上安装AGC系统提高了轧机精度的同时，也方便了现场操作人员的人工操作。基于S7-400的AGC系统人机界面友好、维护方便、成本投入低的优点，对我国铝箔生产产生了较大的社会效益和经济效益

目前，铝箔产品竞争日趋激烈，市场对铝箔的种类、质量、精度的要求也越来越高，特别是对于厚度仅为几十微米的铝箔产品。为了能在市场中立于不败之地，对铝箔的生产过程进行技术革新或改造。现阶段轧铝箔行业的自动厚度控制(Automatic Gauge Control，AGC)系统，大多数是依靠工业PC进行控制，由于工业PC的稳定性和实时性不如PLC，所以本文针对冷轧铝箔生产过程，采取增设液压控制系统和以PLC为的AGC系统，实现了控制系统模块化、网络化的同时，也大幅度地提高了铝箔冷轧机系统的控制精度。

1 AGC系统的组合控制
AGC控制的目的是将轧机出口的铝箔厚度尽可能地控制在要求的目标值范围之内。因此，为获得良好的控制精度，AGC系统设置了多种控制器和补偿环节，这些控制器和补偿环节分别由不同的测量仪表和传感器组成。AGC控制的输出值，始终作为补偿值施加到冷压机系统的液压压下伺服机构内环控制器之中。现阶段的铝箔生产过程中，为了获得厚度加的铝箔，尽量减少坯料波动、轧制速度不稳定等因素对铝箔厚度带来的误差，AGC系统利用组合控制的方法使铝箔厚度误差处于可以控制的范围之内。
组合控制的具体过程如图1所示，通过PI调节器的增益参数来实现对辊缝、液压伺服缸的位置以及压力的控制，确保了铝箔厚度误差值处于允许范围之内。一次PI调节起到了反馈控制的作用，控制器在一定的调节范围内对铝箔厚度作初步的PI调节；如铝箔厚度没有达到期望的精度要求，AGC系统将会自动对铝箔厚度进行二次PI调节，二次PI调节是基于一次PI调节的溢出部分(处于盲区位置)作为误差信号进行的。

2 AGC系统的硬件组成
如图2所示，采用西门子S7-400系列PLC作为AGC系统的控制单元。利用FM485功能模板提高了AGC系统实时性的同时，也与分散的ET2 00通讯模块组成FROFIBUS-DP网络，进而减少了主站与测量点的接线。人机界面采用西门子公司生产TP27-6触摸屏，使用S7-400系列的443-1CPU完成主站与人机界面计算机的通信。位移信号的测量采用德国生产的MTS传感器，左／右卷机的转速测量选用增量编码器，利用FM485功能模板上的和增量编码器模块读取位移和转速值。相对于液压压下伺服机构的位置内环控制(APC)而言，AGC是铝箔厚度的外环控制，其输出信号主要是用来修正位置内环的辊缝设定值，通过液压伺服驱动，使轧辊快速动作，以达到厚度误差的目的。

参与控制的信号有模拟量和开关量。模拟量信号可以使AGC系统的响应速度加快，进而提高了对于铝箔的精度要求(μm级)，模拟输入信号主要由传感器采集的位移、压力、速度值和测厚仪所测的厚度值组成，模拟输出信号由速度调节量和液压机伺服的调节量组成。设置开关量信号，主要是方便操作人员通过这些开关和按钮控制轧制铝箔的过程，开关输入量有测厚仪的状态信号和触摸屏的控制信号，输出则包括对测厚仪的控制以及与系统其他部分的通讯信号等。

   4.5 PLC的选择
根据保护系统所需要的输入输出点数、节点容量、系统功能等的要求，采用欧姆龙公司的SYSMAC C200HG PLC对保护系统进行改造，C200HG-CPU63的各项性能指标如下表所示:
项目 功能
存储器 用户存储器（UM） 15.2K字
普通DM 6.144字（DM0000-DM6143）
固定DM 512字（DM6144-DM6655）
扩展DM 0-3000字（DM7000-DM9999）
扩展DM存储器（EM） 6.144字（EM0000-EM6143）
I/O分配 扩展机架 3个机架
I/O单元 单元号0-9，A-F
特殊I/O单元 单元号0-9，A-F
指令执行时间 基本指令 0.156μs
MOV（21） 0.625μs
ADD（30） 16.65μs
I/O刷新时间 0.7ms
通讯方式 RS232C端口
时钟功能 具备时钟功能

5 改造后热工保护系统的主要构成
改造后的保护系统主要由PLC控制器和上位计算机两大部分组成，通过RS232电缆通讯。
C200HG PLC控制器配置包括CPU机架和扩展机架， CPU机架由四部分组成:CPU底板、C200HG CPU、电源单元、I/O单元。扩展机架由三部分组成:扩展底板、电源单元、扩展I/O单元。

 

6 PLC与上位机的串行通讯
PLC接收上位机发送过来的开启、停止信号，通过梯形图编制的逻辑回路来控制相应的输出点，从而实现对外部设备和装置的控制。PLC与上位机采用串行通讯格式，ASCII码，7位数据位，2位停止位，奇偶校验位，通讯速率为9600bit/s。

 

7 改造后的热工保护系统特点
a 系统结构简单，组件式插接，便于安装维护。I/O模件卡件式设计，可灵活、方便的进行扩充。
b 保护系统采用双电源供电，确保了系统稳定、连续的工作。
c 对PLC采用梯形图的组态编程方式，可方便的进行组态、监视和修改。通过梯形图编程可实现相应的保护联锁功能和在线编辑，系统工作。

d 采用上位机监控，可实现报表打印、报警查询、状态监视、保护联锁试验记录等多种功能。
e 对输入信号状态进行记录，确认其动作或恢复的时间，给事故分析提供准确的依据。

8 小结
a 改造后的热工保护系统由上位机和可编程控制器PLC组成，对原有的由继电器构成的保护回路进行改造。系统结构合理、性高、易扩展，能满足火电厂热工保护的需要。
b 能对所有输入/输出点进行状态记录，包括各输入点的接通和断开时间，而且热工维护人员可根据所的动作来判断一次元件或现场接线可能存在的问题，事故隐患。
c 系统可实现保护联锁试验、动作记录数据管理、状态监视、系统组态等功能，大大提高了热工保护装置的技术水平，减轻了热工人员的维护量，为事故分析提供了、客观的依据。
d 该系统灵活性高、适应性强、扩展性好，可根据用户需要进行扩展和修改，并提供了与其它控制系统的接口。
热工保护系统肩负着保护主、辅设备，保证机组运行和防止事故扩大的重任，它是机组自动化控制的重要组成部分。随着机组容量的增大，热工保护的重要性已日益为人们所认识。因此，合理地设计热工保护系统，对提高机组自动控制水平，减轻运行人员的负担，增加机组运行的性具有重大意义。

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