6ES7223-1PM22-0XA8大量库存

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  传统的纸机大都采用多电机分部传动，在每一个传动分部安装交流电机.采用交流多点传动方式，工作强度大，智能化程度低，操作复杂，实时控制差，降低了纸张的产量和质量，影响了企业的经济效益和社会效益。因此，研究并设计一种新的纸机控制模式具有一定的现实意义:基于PLC和触摸屏技术的纸机传动多段速度控制系统能满足日前国内中小型造纸企业的纸机改选和升级的需求，在保证经济性的前提下，能很大地提升纸机系统的稳定性、灵活性，可靠性和节能性。

  纸机多段速度控制系统的性能要求

  根据纸机的运行需要.其传动控制部分必须满足以下要求。 

  （1）纸机速度链控制

   根据选纸工艺的要求，为了保证纸张在批个抄造过中能顺利传送，各传动分部间要求达到线速度比例协调，即相邻两个分部间的线速度比值应保持恒定、否则。将使得生产无法正常进行。产品质量下降。同时，这种比例协调应具有微调功能(速度微调范围通常在土5%)，以调节相邻两分部问的速差，避免纸张在传递过程中的松弛或绷紧现象，并且速度微调应该灵敏、可靠，不应在调节过程中有明显的滞后现象。

  (2)速度控制

  在纸机的运行过程中，传统纸机可能会由于各种原因造成传动部分速度变化，从而导致纸机上的纸张出现薄厚不均、断纸等现象。因此，控制系统能根据所生产的不同纸张改变纸机各分部电机的速度要求，通过对变频电机设置参数值进行优化处理，准确调整速度，提高静态和动态的控制精度，避免断纸，提高

  生产效率。

  (3)负荷分配控制

  长网纸机网部有真空伏辊和驱网辊2个传动点，利用2台不同容量的电动机驱动同一张网，各传动点之间不是刚性的硬连接，而是通过网之间的一种软性接触，这就必然会出现各台电机之间的负荷分配问题，若处理不当就会造成一台电机过负荷，而另一台电机甚至处于发电状态，被拖动，电流反向。负荷分配的原则理论上是要求各个传动点表面辊筒的线速度一致。但由于各传动点的电动机功率不同，所驱动辊筒的直径不同，包角不同，因而具体的分配原则也不同。典型的长网纸机在网部驱网辊(主传动)与真空伏辊(从传动)的负荷分配一般为6：4。

  2纸机多段速度控制系统的功能要求及构建

  2．1 纸机多段速度控制系统的功能要求

  (1)纸机速度控制及动态显示

  由于各分部传送着生产过程中的纸张，根据造纸工艺的要求，应该保持后一级张力略大于**级，需要各分部间线速度比例协调控制，高精度、可靠地保持这个比例系数就能保证产品产量与质量。各分部独立控制，且具有灵敏的微升、微降及绷紧等调节功能，便于调节前后两分部间的速差，避免纸张在传送过程中的过度松弛或绷紧断纸现象。采用触摸屏结合PLC来完成速度链的控制，便于实现变频器给定的数字化控制，提高稳定性。

  (2)主从负荷分配控制及显示

  在纸机传动控制中多个传动点带动一块网布或多个传动对象，相互施压合成一定力矩且同步运转，要使各关联传动电机根据各自的配置按比例合理承担功

  率输出，需采用负荷分配控制形式。如果负荷分配调节不好，将会造成整个负荷环路各传动点负载失衡，线速不同步而无法正常运行。

  (3)采用触摸屏控制，操作方便

  采用人机接口，可以直观地了解设备运行的参数及状况，操作简单，便于调试。

  2．2纸机多段速度控制系统的构建

  本课题所设计的纸机多段速度控制系统拟采用三级控制结构，如图1所示。由上位机、触摸屏、PLC和变频电机组成一套自动控制系统 

  纸机传动控制系统*l级由上位机通过PLC改变变频器的设置，实现对变频交流电机的速度及纸带张力等参数的控制。

  *2级为PLC控制器。纸机传动控制系统的速度链控制、速度控制、负荷分配控制和软启动控制等，都必须由PLC通过指令完成动作。操作台配置智能化操作面板与PLC实现高速数据通信。在系统运行时，PLC控制器接受从上位机获得的操作指令，通过给定程序对操作进行逻辑计算之后，将结果传达给变频器。

  *3级为触摸屏和上位机。通过组态软件EB500软件构建触摸屏的操作界面和框架，并较终使得对纸机的各项操作能直接通过触摸屏的简单界面来设定和执行，并能直观地从触摸屏上显示纸机运行的状态和必要的数据。同时，通过上位机可以对系统的运行情况进行实时监控，保证和维护程序的正常运行。

  2．3纸机多段速度控制系统的硬件设计

  采用PLC作为控制系统的核心，对传感器采集的纸机实时数据进行存储、计算及传输，控制纸机的运行状态。同时与触摸屏进行通信，将纸机运行数据以动态图的形式显示，并接受触摸屏给定的工艺参数来控制执行元件，实现了操作人员与纸机的人机对话功能。PLC控制系统原理图如图2所示。

  在纸机开始运行之前，PLC(FX2N-485BD)与触摸屏(GOT)通过RS-232通信进行工艺参数(主

  电机速度、速比、负荷分配等)设定，PLC对于给定的工艺参数进行存储。运行过程中，PIE接受传感器的反馈信号，并将纸机的运行状态参数反馈到触摸屏实现在线监控。传感器检测信号通过编码器存储到PLC中通过计算，由4D／A模块输出控制变频电机， 

  驱动纸辊实现变速。速度的调整通过触摸屏在线修改，提高了系统的工作效率，同时也保了各纸辊间速度的比值恒定，以达到张力恒定的目的。

  3纸机多段速度控制系统的硬件通信接口设计[6-8]

   在纸机传动控制系统中，PLC作为系统较核心的部件，各个设备之间的通信运用RS-232通道、RS-422通道或RS-485通道进行，而且利用计算机进行管理、显示、编程及参数修改。又由于RS-232 } RS-422及RS-485各有特点，而设备又不可能配置所有的通信接口，计算机一般配置为RS-232接口，PLC配置的是RS-422接口，而变频器配置的

  是RS-485接口。因此，在不同的接口之间必须通过转换器或者通信模块进行连接，只有配备必须的硬件之后，通信才能正常地工作。

  3.1上位机与PLC的硬件接口设计及通信

  由于目前计算机都是RS一犯通信口，而三菱FX型PLC的通信口目前是RS-422，所以计算机与三菱FX型PLC之间的通信必须采用带有RS-232/422转换的SC-09**通信电缆，如图3所示。

  3. 2? PLC与触摸屏的硬件接口设计及通信

   三菱FX2N系列PLC都可以通过CPU单元上的编程通信端口RS-422 COM与GOT触摸屏连接，也可以通过通信接口板232BD或者485 BD来连接。三菱PLC的编程通信口是一个8针Din圆形母座。接口传输关系如图4所示。触摸屏下载程序时应设置以下通信参数:波特率为38400baud;有效字节为低字节;数据位为8;校验方式为偶校验;PLC站号地址为1。

  3. 3? PLC与变频器的硬件接口设计及通信

   通信接线如图5所示，RJ45水晶头插人变频器的PU接口(也可通过变频器通信板FR-AS NR接线)，另一端的对应信号线接在FX2N-485-BD上[9]。

  4触摸屏人机“对话月设计

   控制系统通过GOT90触摸屏与PLC建立通信而实现了”人机对话“，以EB50-组态软件设计监控系统界面如图6所示。当系统开机时，进人系统控制的主界面。界面分上、中、下3部分，上面部分为传动

  系统运行图;中间部分为电机驱动辊的实时运行状态，从左至右分别为胸辊、伏辊、*1正压辊和*2正从辊，图6所示状态为初始状态;下面部分为控制电机的启动和停止按钮。启动方式设自动方式和手动方式，两种方式通过中间的切换开关来切换。自动控制的顺序为按下启动按钮后，4个电机按*2正压辊、*1正压辊、伏辊、胸辊依次启动:按下停止按钮时。4个电机按胸辊、伏辘、*1正压辊、*2正压辊依次停止，这样做可以保纸机启动和停止时的稳定性。右边的手动控制主要为了便于停机检测。在安全性能上，软件还设计r锁键盘及密码保护等相应的操作权限。

   点击VIEW按钮，弹出快速窗口栏，点击速度显示，即可进人纸机传动控制系统的电机运行速度显示，如图7所示。点击频率设置，可弹出纸机控制系统的变频器调速页面，如图8所示。通过右边的增加和减少按钮，可对变频器的频率进行设置。相关参数可通过元件属性设置框设置。

  5基于PLC和触摸屏的控斜系统实现

  5.1硬件组成

   采用下菱FX2N-485BD系列PLC，GOT90系列触摸屏，二者采用RS-X32通信。控制系统的基本输入/输出如表1所示。

  5.2 PLC的编程与调试

   三菱FX2N系列可编程控制器采用三菱编程软件

  GEC Delevoper Ver. 7进行编程和调试。GX DelevlaperVer. 7是三菱公司设计的在bbbbbbs环境下使用的

  PLC编程软件，它能完成各个系列PLC的梯形图、指令表等功能。本课题采用模块化结构编程，其中重要的模块为启动与停止、频率与速度的调整和运行速度显示。具体的程序流程图如图9所示。

   P1.C的程序应完成以下几个功能:

   (1)传动系统的启动和停止。当点击触摸屏的传动系统启动或者停止按钮时，各个电机的启动时间之间应该具有一定的延迟性，压榨部的电机应当**于网部的电机启动。通过延迟保证系统的安全启动和

  停比.并保证纸机的稳定运行和产品质量。

   （2）传动系统通过触摸屏对变频器进行频率和速度的调整。.

   （3）通过触摸屏显示纸机设备的运行速度。

  6结语

   本控制系统采用组态软件EB500和触摸屏GOT90组成一套纸机传动控制系统，通过PLC、变频器和GO`i'9。之间的通信，控制多个传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作.同时由软件自动实

  现负简分配、速度链等功能，充分满足了造纸工艺及电气控制的需要。实现了造纸设备运行的自动检测、**限报警、自停等，使生产设备能严格按照设定的工艺要求，以定性、定量、规范化的方式运行，较大地保证和提高了产品质童和生产效率。利用触摸屏的操

  作方便，性能稳定.画I}1简易等特性，使纸机传动控制系统的可操作性大大增加，便于技术人员进行调整和维护。同时，由于采用了变频器交流电机分级传动控制，大大降低了机械损耗，而且由于交流变频传动系统在运行时一部分变频器处于发电状态，进一步节

  省了电能、降低了能耗，

  本课题所设计的控制系统通过模拟运行调试，得到厂预期的效果，降低了纸张的不均匀度和断纸率，提高了产品的质量 ,同l讨在线监控系统也提升了整机的智能化水平。

 一、引言

    工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制自动化和制造工业自动化以及各种自动化测量系统。对于这些不同的工业对象发展了相应的控制技术。如对于流程工业的控制一般采用集散型控制系统（DCS）。离散型制造业采用可编程序控制器（PLC），常用于逻辑/顺序控制。而间隙过程工业则以DCS和PLC混合使用为好。在实际生产中，生产过程往往既需要连续控制，又需要逻辑/顺序控制的功能，DCS和PLC都是基于微处理器的数字控制系统装量，它们相互渗透发展，不断扩大自己的应用领域。目前，PLC已广泛地被应用在DCS中。

    二、PLC在DCS中的作用

    PLC的发展起源于70年代，首先在汽车工业中大量应用，80年代走向成熟，奠定了在工业控制中不可动摇的地位。进入90年代，在技术上又有新的突破，把PLC的处理速度、运算和控制功能应用于通信芯片商品，使PLC从专有性控制器向开放性发展，在应用范围和应用水平上，为实现ELC（电气控制、仪表控制、计算机控制）一体化打开了新的局面。在DCS控制系统中，也越来越多地采用了各种智能数字调节器和PLC，新型的数字调节器与PLC不仅容量更大，速度更快，而且都具有较强的联网通信能力，可以采用以廉价的双绞线为传输介质的现场总线网，将作为主结点的现场控制站与作为从结点的数十个数字调节器、PLC或数字化智能变送器连接在一起，也可以将数台PLC通过网点直接接入高速数据公路，组成过程控制级的顺序控制站。这样，使DCS的控制功能进一步分散，控制速度与功能及系统的可靠性又得以进一步的提高。在当今的PLC中，除了提供模拟量控制模块外，PID回路控制也已不再被认为是PLC中的新事物了，它已经成为每一种大型PLC的标准性能，甚至许多新型的小型PLC也能提供PID等控制算法的功能。现在以PLC为基础的PID控制正广泛应用于连续过程和批量过程的控制中。在此基础上，一些PLC生产厂商为其新一代的通用PLC系列又增加了许多专为过程控制而设计的控制功能。除PID运算外，增添了“**前滞后”、工程量变换、报警、斜坡函数和高精度模拟量I/O等特殊处理算法。过去**于大型DCS系统中使用的其他一些先进的过程控制功能，也开始在PLC中出现。自整定PID回路、模糊控制等就是较好的一些进展。表1给出的是一些PLC运用自整定PID控制的信息，其中有些自整定算法常驻在PID控制模块中，如AB公司的1171温控模块。而另外一些自整定算法则存放在CPU的协处理的模块中，如GE公司的9030系列。

    　　如从**控制市场的销售情况看，PLC的销售额也在逐步增长。据美国*商情公司Frost & Sulliran提出的，PLC将在控制市场中获得更多的销售份额，从1993年的46%上升到2000年的50%，销售额以39亿美元上升到76亿美元。从表2可知，PLC的销售额在1993年就比DCS多1/3，预测到2000年将比DCS多1/2。并且，PLC在工业发达国家中的发展余地还很广阔，还有许多新的而应用领域有待于开发，或者已经开发但未充分发展。可见，PLC所特有的高可靠性和不断增强的功能，使它在DCS中发挥着越来越重要的作用。 

    三、PLC今后的发展趋势 

    从技术发展上讲，目前PLC也不断受到其他基于计算机技术的控制装置及系统越来越多的挑战，受到PLC技术本身软件方面急待更新与发展的挑战，受到一种全新的工业控制结构——不但控制分散化，而且网络也分散化的挑战，受到开放型模块化体系结构控制系统（OMAC）的挑战。于是PLC必然将会向完善其软件和硬件两个方向发展。 

    1、继续增加控制算法功能，满足过程控制要求 

    Siemens公司为此开发了一个名为“多户应用工具”（Applications Productivity Tool）软件包，简称APT。它实现了满足实力强的用户愿意自己设计过程控制策略和自整定算法的愿望。它是一种在PC机环境下的软件包，允许用户在一个面向对象的编程环境中开发自己的控制策略。然后由APT将此翻译为梯形图语言向下装载至PLC作为可执行的程序。APT还提供连续和顺序功能图功能和许多功能块，用户可以自行连接与组态，来实现任意组合的控制操作，还可以开发**前滞后补偿器、Smith预估器、PID回路自整定算法等。这类工具性软件还有ASA公司的Process-M，加拿大Famic Automation公司的E-PA等。在今年三月召开的*三届国际工业自动化与控制技术展览会上，上海船舶运输科学研究所推出的S2000可编程序控制器系列，清华同方推出的RH分布式微机控制系列都具有各种控制算法功能。S2000其单台PLC I/O点可达512个，多台PLC在联网方式下，I/O点可达4096个，可配置成高性能中大型应用系统，以满足各种过程控制的需求。 

    2、实现以PC为平台的PLC控制 

    以PC为平台的PLC控制，有人称之为：以PC为基础的控制（或简称制）。它就是将经过加固的PC机（或称工业PC）的硬件与控制软件组合在一起，实施通常由**的PLC执行的控制功能。或者说，将PLC的控制功能“封装”在软件内，运行于PC机中。这样，系统提供了PLC同样的功能，但却具备了PC环境下的各种优点。它将控制器、通信、人机界面以及其他各种特定的应用全都合为一体，可大大简化工厂自动化的体系结构，还可以较大限度的利用PC机日新月异的软硬件发展成果，其前景是很吸引人的。但这并不意味着制将取代PLC控制，制只是替代了PLC的CPU模块，而不是替代I/O模块。I/O模块仍然是PLC原有的I/O系列或者是第三方I/O生产厂的产品，其发展方向必然是运用现场总线、工业控制网络构筑开放系统。

    　　美国AB公司已经推出了Ssftlogi x5控制器新品，实际上它是由工控PC机、制引擎软件包和AB公司的I/O产品构成。日本三菱电机公司开发了A70BDE—ABF总线控制卡件，可以插在任意一个PC/AT兼容机的16位ISA插槽中。通过扩展电缆与A系列/Ans系列的扩展基板相连，这样A70BDE—ABF即可支持3584个I/O点（A系列）或1536个I/O系（Ans系列），在PC机则可运行基于bbbbbbs NT40的实时软逻辑控制包。由研华公司所提供的工业电脑ADAM—5510基于PC的可编程序控制器是典型的Soft PLC控制系统结构。它配套Inbbtion公司的Paradgm—31软件，即是不同于传统PLC的选择组合。Soft PLC是开放的可编程序控制器，在实时控制、网络控制和分级控制领域可获得广泛的应用。Soft PLC是实时多任务操作系统，能提供强有力的指令，更加快速的扫描和安全的操作。开放的结构容易连接各种I/O模块、PID模块、运动控制模块和装置、网络。 

    四、结束语 

    总之，上面分析的PLC今后的发展趋势无非会在以下几方面寻找冲破：

    （1）为向各种工业领域渗透，适合各种灵活控制方案，一部分PLC将朝着小规模低造价方向发展。

    （2）由于PLC的联网功能不断加强，将使PLC向分散控制方向发展。

    （3）由于**大规模集成电路技术迅猛发展，促使PLC追求更高的处理速度和更大的存储容量。

    （4）由于越来越多的大系统使用PLC，将使一部分PLC向在规模和功能更复杂的方向发展。

    （5）由于计算机软件技术飞速发展，促使PLC编程软件实现多样化和高级化。

    今后，PLC的各种特性提高的速度和各种功能完善的速度越来越快，DCS和PLC的控制功能将进一步融合，DCS必将被由PLC构成的控制系统或被PC为平台的PLC控制系统所取代。 

硬件配置: 

本太阳能集热工程选用如下产品： 

CPU模块：NA200-CPU2402 一台 

模拟量输入：NA200-AIM-0401 一台 

文本显示器：NA200-HIM5700一台 

另加水位检测元件、集热器、水箱、支架、管道等其余辅件若干. 

编程软件： NA200Pro 2.0版本 

工艺介绍: 

（1）手动加水/加热/循环 

水箱水位过低、水箱温度过低、及温差过大，可人为的进行手动调整，调整过程中自动过程终止。 

（2）自动恒水位加水/加热 

水箱水位低于恒定水位自动加水，**恒水位时停止加水。水箱温度低于设定温度自动加热，温度**出设定温度某一范围时停止加热。 

（3）集热器与水箱之间采用温差循环: 

满足水箱水位前提下，通过在文本屏上设定集热器温度与水箱内温度差，温差若**过温差上限，启动循环；随着两边温度接近至温差下限，关闭循环,实现了循环泵自动启闭。 

（4）时间段内水箱定时加水/定时加热/定时循环 

在设定的时间段内，当水箱水位降至水位下**自动启动加水，水箱水位上升；定时时间到，停止加水。当水箱水位过半时，在设定的时间段内若水箱温度偏小，自动启动加热，温度开始上升；定时时间到，停止加热。 

在设定的时间段内，集热器与水箱之间通过循环泵自动的进行温差调整。 

（5）加水故障自检/加温故障自检/循环故障自检 

连续加水/加热/循环时间过长，但水箱水位、温度、温差无显著变化时，则自动停止加水过程/加热过程/循环过程。 

此系统工艺过程主要由以上方面组成，NA200系列PLC自带实时时钟（RTC）功能，编程软件NA200Pro能读取年月日时分秒星期，使文本屏上设置的定时时间能准点与PLC通讯，实时率的运行整个过程。 

 PLC除了用于开关量控制、定时、计数的基本指令外，还有大量的应用指令，有的plc的应用指令多达数百条。

      对于应用指令，初学者非常困惑，不知道哪些指令重要、哪些指令常用，应该怎样学习它们。这些指令可以分为下面几种类型： 

      1．属于几乎所有计算机语言都有的指令，例如数据的传送、比较、移位、循环、数学运算、字逻辑运算、数据类型转换等指令。 

      这类指令非常重要，它们与计算机的基础知识（例如数制、数据类型、寻址方式等）有关，应通过例子和实验了解这些指令的基本功能。学好一种型号的plc的这类指令，再学别的plc的同类指令就很容易了。 

      2．与顺序控制程序有关的指令。这类指令中，fx的stl指令设计得较好，用stl指令设计的梯形图与顺序功能图之间有明确的对应关系，因此易于理解和使用，设计的程序比其他方法设计的短，可以节约大量的设计时间。  

      s7-200的scr（顺序控制继电器）指令和欧姆龙的步指令（step/snxt）也用于编写顺序控制程序。 

      建议在学习这类指令之前，首先学习顺序功能图。

      3．与plc的高级应用有关的指令，例如与pid控制、运动控制、高速输入/高速输出、通信有关的指令，这些指令也很重要。某些指令需要学习有关的专门知识，才能正确的理解和使用它们。 

      4．与plc特定的硬件、软件有关的指令，例如读写特殊模块和模拟电位器的指令，s7-300/400读取数据块长度和编号的指令等。 

      5．与某些特定的工程应用有关的指令。例如fx的凸轮顺控指令和旋转工作台控制指令。

      学习应用指令时，可以首先按指令的分类浏览所学的plc有哪些应用指令，它们用来干什么，便于在需要的时候能找到手册或帮助中的指令说明。 初学时没有必要花大量的时间去了解应用指令的详细使用方法，更没有必要记硬背它们。重点是了解指令的基本功能。

      可以采用需要什么学什么的方法，重点学习读程序、编程序时遇到的和需要使用的指令，没有用到的指令暂时不管它。 在阅读或编写程序时如果遇到不常用的指令，可以通过编程手册了解它们的详细使用方法。

      如果编程软件有指令的在线帮助，选中指令列表或程序中的某条指令，按一下f1键，就可以看到该指令的大量细节，例如指令各参数的数据类型、可用的存储区、参数的意义，指令的功能和应用实例、指令的执行对状态字或有关标志位的影响等。 

      与学外语不能只靠背单词，应主要通过阅读和会话来学习一样，要学好plc的应用指令，也离不开实践。一定要在读程序和编程序的过程中学习应用指令。

      有的指令实际上较少使用，它们属于“休眠”的指令，学习的时候可以不管它们。万一在读程序时遇到它们，可以通过指令的在线帮助或查手册来了解它们。