台州西门子中国一级代理商变频器供应商

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1、原系统简介
（1） 取料机有四种工作方式，退避工作方式、机侧工作方式、手动工作方式、自动工作方式。其中只有手动和自动工作方式是在机上PLC控制下运行。
（2） 手动工作方式为司机在司机室内通过控制手柄操纵取料机进行取料作业。
（3） 自动工作方式为司机在司机室内设定取料作业所需参数，PLC内自动作业程序接到取料作业所需参数后，按设定程序完成取料作业。

2、工艺过程
斗轮皮带机、大臂旋转和俯仰、行走、洒水、集中润滑系统组成。

3、当前装置
当前PLC系统采用的是西门子90年代产品S5-150U，大约I/O点为400点以内。
该设备已经陈旧、技术也落后于时代，备品备件供货困难，拟对其进行改造。

4、改造内容
（1） PLC控制系统换为西门子功能强大的SIMATIC S7-400系列的可编程控制器。它具有模块化及无风扇的设计，坚固，容易扩展和广泛的通讯能力，完成S7-400的硬件组态。
（2） S7-400系列程序含有大量标准功能块，我们依据工艺重新编制PLC程序。
（3） 将旋转装置换为编码器。
（4） 人机界面是采用西门子新产品MP370并编程。
（5） 原端子排新为万可端子。
（6） 原大车行走监控系统由增量型编码器和智能型I/O组成，现换为增量型编码器和FM450计数模块所组成。

5、改造原则
保证实现取料机原功能及招标书中新增功能。
在改造过程中，不影响取料机的正常作业。
此项目使用了西门子S7-400的PLC，此工程要求在不连续停机的状态下，将原有的线路接线端子进行换，将S5切换到S7－400。工程难点为利用每天有限的0.5－3个小时的时间，进行端子换和程序调试，要求能随时切换到S5作业，并且原有图纸缺少端子图。技术难点为FM450-1、CP441-2和DATA-LINC SRM6100的通讯。
根据现场实际状况，我利用一周时间根据电气原理图、现场情况，重新画出端子接线图，做出新S7-400的硬件配置，如下图：

根据工艺流程，编制程序：

根据项目状况，编制施工方案，同甲方协商一致后，正式施工。
，做好新端子排，利用有限的时间将线路从旧端子排移到新端子排（保证硬件连接的无误同时），将S7-400 PLC的前连接器做好。
其次，设计一套切换装置，以便能随时进行S5到S7-400的切换。
后进行程序的调试，在调试过程中，技术难点出现在编码器上，现场共有行走和旋转两个编码器，行走编码器调试过程比较顺利。旋转编码器调试时，出现数据负漂、角度相差10º的现象，后在启动门上加上启、停指令解决此问题。
根据技术协议，选用Siemens MP370，在M370上进行设备运行状态显示，进行故障引发点的状态显示，以方便现场维修人员的维修工作。

  摘要:简要介绍了B1包装机的电控系统改造。从硬件构成，到软件编程，以及工控机和PLC之间的通信协议，都有详尽的说明。改造后的B1包装机电控系统比原机增加了统计报表和预留的网络接口，为将来车间的网络化管理及远程数据提供了技术支持。

    关键词:B1包装机PLC触摸屏工控机

    引言

    B1包装机组，是我国行业在上世纪八十年代至九十年代从德国斯慕门公司引进的高速软包包装机组。该机组目前仍然是我国很多厂的主力机型。但是，由于B1包装机已经使用了10多年的时间，各电子控制部件逐步老化、失效，故障率很高，有效作业率不足65％。近年来，机组电气控制系统缺陷日益凸显：一方面，由于各种电路板及继电器逻辑组件逐步老化，经常造成机组控制系统紊乱、故障后不能自动停机，以及停机状态下自动启动等故障现象，不但严重影响设备有效作业率的发挥，而且存在着较大的隐患；另一方面，该机组的控制线路板技术含量高，一直依赖进口，国内没有生产厂家，造成备件组织困难，且价格较高，造成维修成本上升；同时，机组还存在着控制方式落后、英文显示造成维修不便等问题。改造后的B1机组是以PLC和工控机为的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制，完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机，具有良好的人机界面，它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数（包括温度参数、时间参数、速度参数等），并显示详细的故障信息，同时增设统计报表功能和预留的网络化管理及远程数据提供技术支持。从而解决B1机组电气系统存在的问题。

    1系统的硬件构成

    1．1系统构成

    B1包装机组分别由NF卸盘机、BE包装机、RC小包透明机、FHZ大条机和NK大条透明机等五个主要部分组成。由于其各部分立性很强，这种方式便于维修与调试，为了体现原机组的控制优点，改造后的电控系统采用BE、RC、NF、FHZ/NK四个立部分单控制和单显示的方式。BE包装机为主机，其它三部分为从机，各部分之间增加了信息交换功能，实现B1机组的整体控制，相位控制采用编码器，从面使B1机组协调工作。B1机（以BE机为例）改造的总体框。

    1．2系统硬件选择

    （1）可编程控制器选用日本OMRON—CS1机型作为控制主机，根据实际需要组态PLC，控制性能和频率响应满足和符合原有逻辑和速度要求。

    （2）用新电控柜替代原电控柜，重新设计布局强电及控制部分。

    （3）温度控制采用温控器和PLC温控模块方式。

    （4）BE、RC主电机选用普通交流电机；其余七种较小交流电机，因受设备位置限制，需与电机生产厂家定制。

    （5）上位机选用液晶显示器。

    （6）取消原增量式编码器，采用编码器，机器位置测量准确。

    2系统的功能

    改造后的电气控制系统，是以PLC和工控机为取代了原机组以计算机为的电气控制系统。

2.2包装工艺过程

    (1)称量过程：此系统有自动和手动两种操作方式，但手动方式也是由PLC实现的。手动方式主要用于调试、维修和排除故障，所以以自动操作为例介绍。

    PLC向F701发扣除皮重信号后(此时净重立即设置为0)，打开控制门1和2，由料仓向称量料斗投料(快投料速度约23kg/s)，当达到预置值时关闭控制门2，将快投料改为慢投料(速度约为2kg/s)，当料量达到落差值时关闭控制门1，投料结束。稳定后PLC向F701发数据保持信号，F701自动的与设置的不足、过量、上限值比较，若适量则“称好”灯亮，若过量或欠量则“差”灯亮并报警。

    (2)提升机构动作及放料过程：将空袋夹在放料口上加好，按AR1的“料口升”按钮待“称好”灯亮后料口自动升到上位，风机启动充气15s，充气结束后打开排料门开始放料，当F701发出接近零信号后5s关闭排料门，然后自动松开袋口夹，同时袋计数加1，PLC向F701发一个皮重复位命令信号(取消去皮重操作)，装满料的袋脱离料口放置在传送机上。

    (3)传送过程：按AR2的“传送启动”按钮，M4启动自动传送一个袋位停止，由人工扎袋口，料口自动降至下位。以后每称好一袋，按传送启动按钮袋即顺序向前传送一个工位。如此循环往复。用叉车及时将传送机上的袋叉走。

    欠量时允许通过按“慢投”按钮进行补料并自动达到适量;过量时系统除报警外无纠正措施，须按“强制”按钮打开排料门放料。

    3PLC控制系统

    3.1硬件配置

    此包装系统的控制部分即为PLC。PLC选用的是和扩展性较好的欧姆龙的C200HE，其硬件配置如图2所示：   

图2PLC布置图

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    (1)CPU选用SYSMACC200HE-CPU42-E，程序容量为7.2k字。

    (2)数字量输入卡件(DI)共有4个。型号均为B型ID212的DC输入单元，此卡件支持16点直流电压输入。共使用了32个输入量，包括称重指示控制仪F701的控制输出信号和按钮、旋钮、限位开关的输入。

    (3)数字量输出卡件(DO)共有3个。型号为B型OC222继电器输出单元2个，此卡件支持12点继电器输出;A型OD411晶体管输出单元1个，此卡件支持8点输出。共用了20个输出量，包括电磁阀、电机的控制信号、信号灯指示和送到F701的控制信号。

    (4)电源和底板。电源选用PA204，底板选用8槽底板。

    3.2PLC的程序

    C200HE的程序用易于理解的梯形图来表示，当使用普通编程器时须把梯形图转换为助记符来输入。C200HE的程序结构虽不是模块化的，但在本系统中通过使用联锁和联锁解除指令—IL(02)和ILC(03)以及跳转和跳转终了指令—JMP(04)和JME(05)使的程序结构类似于模块化。此系统的程序共使用了4组IL、ILC指令。组用于检测控制门和排料门的限位开关是否到位，这两个限位开关到位与否是程序步进的关键点，若不到位程序将会停止，影响包装进度，所以及时报警通知操作人员。二组内嵌套了2组JMP、JME指令，分别对应从称量到放料的自动操作过程和手动操作过程。三组用于自动传送过程，四组用于手动传送过程。

    此包装系统的重量并未使用模拟量输入卡件，而是通过使用三个并联的称重传感器和称重指示控制仪F701共同出来。F701是专门用于单一物料重量称量和控制的仪表，重量这一模拟量信号由F701来处理，而PLC与F701全部是数字量的交接信号。这样使此系统的PLC处理的全是数字量信号，在使控制精度大大提高的同时也使的编程相对简单，使用复杂的命令，而且由于重量在掉电再送电后，及运行中发生故障停止运行至排除故障恢复运行后不发生变化，所以不用考虑数据保持功能，即不需使用PLC内的特殊存储器和相应的命令。自动操作程序流程图如图3所示。

    下面结合投放料程序梯形图PLC语句来说明一下此包装系统的自动投料过程及PLC与称重指示仪F701的交接信号的关系。用到的DI信号有00000(接近0)、00001(预置值)、00002(落差值)、00003(量不足)、00004(量过量)，以上信号均是从F701送到PLC，还有00009(自动方式的旋钮开关)、00301(限位开关SQ1，投料门关闭时闭合)、00303(限位开关SQ3，排料门关闭时闭合);DO信号有00700(去皮重信号)、00701(皮重复位信号)、00701(数据保持信号)，以上信号均从PLC送到F701，00600(投料门1开)、00601(投料门2开)、00602(排料门开)、00603(袋口夹松开)。在PLC程序中落差值这一信号有时也当作终值信号使用，因为重量到落差值时关闭控制门结束投料，时间上只存在阀门关闭用时的间隔，落差值的大小就是关闭控制门后还没有落到料斗内的切片重量。程序梯型图如图4所示。

    投料条件：1、2句是系统次开机或每班次开始自动包装时的启动条件，此时投料门关闭着将进行投料了。3句是是二包开始包装的启动条件，此时上一包已投料完毕，袋口夹已松开投料门也关闭着。4句是在上两个条件任意一个满足且排料门关闭着时具备了投料条件。

    投料过程：5句是在投料前PLC向F701发一个0.12秒的脉冲进行去皮重操作，此时F701将净重立即设置为0。6、7、10、11句，内部I/O位09010是重量未到预置值，这之前00600、00601均动作打开投料门1、2，此时为大投料；预置值00001到时09010为0，此时00601失料门2关闭改为小投料。03009是重量未到终值(落差值)，这之前00600动作打开投料门1，即预置值已到而终值未到时投料门1开着，此时为小投料，终值到时03009为0，00600失电关闭投料门1，结束投料。

    放料过程：8、9句是称量斗终值已到4.5s后，PLC向F701发数据保持指令，此时进行重量比较。12、13句，03006是充气结束标志，排料控制09012为重量未差且充气结束后为1，此时00602得电打开排料门放料，放料到接近0后5s09012为0，00602失电关闭排料门可保证料已排尽。14句是排料结束后PLC向F701发一个0.12s的脉冲进行皮重复位操作，即取消投料前的去皮重操作。这样循环返回后再进行去皮重操作，保证每次称量的都是净重量。  

    SM331，模拟量输入模块6块；

    SM332，模拟量输出模块2块；

    （4）通讯处理器(CP)

    RS485中继器2块；

    （5）负载电源模块(PS)

    PS370，电源模块1块。

    （6）接口模块(IM)

    IM365，接口模块2块。

    拓扑结构图如下：

    字串3    

    华电青岛发电有限公司70万换热站自控系统结构图字串5

    4软件组态过程与效果

    工控组态软件WinCC(ControlCenter)是一个集成的人机界面（HMI）和监控管理系统，它是西门子公司在过程自动化领域中的技术和微软公司强大软件功能相结合的产物，是世界上个集成的人机界面（HMI）软件系统。它真实的将工厂控制软件集成到自动化过程中。HMI人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。换热站HMI系统信息以友好方式与用户交互。通过自动化控制系统接收过程计算机（PCS）和操作人员通过HMI输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、机组状态信息和各种测量值以符号、数值、曲线、图表及历史记录的形式在HMI画面上显示。终实现了在HMI操作站（上位机）上以少的设备数量提供大可能的信息，帮助操作人员和设备维护人员快速准确的了解系统当前状态及其相关信息的设计目标。

    在上位机上用WinCC软件设计了标准的人机界面，主要包括以下几个方面的内容：

    （1）工艺流程图：在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水的全过程，并且在换热器本体上实时显示了各路汽、水的温度与压力，以便于操作者能及时准确的掌握本体内的换热情况，能够对现场设备的故障进行实时诊断。    

    字串6    

    （2）手操器的操作与对现场仪表的监控：手操器有手动和自动两种工作方式，在设备安装调试阶段一般用手动操作方式，进入正常运作时常用自动方式，以实现对一些重要的模拟量数据的控制，自动调节程序由PID闭环控制回路完成。

    （3）报警记录：对于如进汽流量、供水压力等一些重要的模拟量输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量出预先设定的值时，报就会立即闪烁，同时通过报警一览表对话框可以检查报警出的范围以及错误的出处，并对此采取相应的措施

    1 引言    

    集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积作用，而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分。着眼于青岛市向现代化大都市的发展，华电青岛发电有限公司在市委、市及集团公司的支持下，积开展热电联产项目，满足了青岛市集中供热布局的大调整、大发展，及2008年会青岛赛区的要求。同时，也使整个青岛市区大气环境质量和市民生活品质得到了大幅度的提高。

    作为集中供热系统的主要组成部分――换热站，是热源输出的重要关口。2004年10月在华电青岛发电有限公司建成了青岛市市内大的无人值守换热站，供热面积达70万平方米，成为了青岛市自动化程度及投入率的换热站之一。

    2 换热站自控系统的设计要求字串7   

    该换热站主要由三台汽水换热器组成的换热系统、四台循环水泵组成的循环水系统及两台泵组成的系统来构成。根据生产工艺设计要求，换热站的自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面（HMI），为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器（PLC）构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。

    （1）在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数。需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。

    （2）换热站的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制，进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。

    （3）根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，已达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。另外在控制器中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。字串8

    （4）自控系统通过加入时间日程表的控制，实现当中不同时刻对应不同的温度。

    （5）通过采用西门子的压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于控制器可编程的灵活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电机及变频器。当一台泵无法通过变频达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行。终实现加智能化的恒压控制。

    （6）对调节系统可采用手操器控制，确保进汽和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。