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产品描述
西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0型号齐全
本文以电镀生产线的PLC控制为例,对控制系统的设计思路、系统的硬件和PLC程序的设计
作了详细的阐述。
关键词:PLC;电镀生产线;应用
0引言
自动化电镀生产线在五金精密件生产中、电子产 品制造、首饰制造等领域应用得非常广泛，其控制部分 常常采用控制，它使自动化电镀生产线运行更加平稳、定位更加准确、功能更加完善、操作更加方便。 本文介绍了德国西门子S7 -200在自动化电镀生 产线控制系统中的应用。
1系统概况
自动化电镀生产线是指按一定电镀工艺要求将有关镀槽、镀件升降装置、镀件传送装置、电气控制装置、 检测装置、过滤设备、加热与冷却设备等组合为一体的 多功能自动控制装置。通过电镀，可以在机械制品上 获得装饰性、保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。
本电镀生产线系统采用了直线悬臂式行车，行车架 上装有可升降的吊钩，行车和吊钩共用一台电动机控制。电镀生产线工作过程说明如图1所示,在电镀生产 线首端，工人将零件装人行车的吊篮并发出自动启动信号，行车提升吊篮并自动前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止,并自动下降。在停留一段时间后自动上升，如此完成工艺规定的每一道工序直至生产线末端， 行车便自动返回原始位置,并由工人装卸零件。
原位：表示设备处于初始状态，吊钩在下限位置, 行车在左限位置。自动工作过程:启动—吊钩上升—上限行程开关闭合—右行至1号槽―XK1行程开关闭合―吊钩下降进人1号槽内—下限行程开关闭合—电 镀延时—吊钩上升-……。至3号槽吊钩上升，左行至 左限位，吊钩下降至下限位〈即原位〉。连续工作：当 吊钩回到原点后,延时一段时间(装卸零件)，自动上 升右行。按照工作流程要求不停地循环。当按下“停止”按钮时，设备并不立即停车’而是返回原位后停车。
单周期操作:设备始于原位，按下启动按钮，设备工作一个周期，然后停于原点。要重复*二个工作周 期，必须再按一下启动按钮。当按动“停止”按钮，设 备立即停车，按动“启动”按钮后，设备继续运行。
2 I/0分配表
控制系统采用选择开关选择连续、步进、单周期三种工作状态中任何一种工作方式。
3程序的总体结构
本系统采用主程序OB1、公用程序SBR-0、自动程序SBR- 1和回原点程序SBR- 2实现单周期、单步、连续和回原点4种工作方式。
3.1公用程序
公用程序SBR - 0，用以处理各种工 作方式都要执行的任务以及不同的工作方式之间相互切换的处理。
3.2自动程序
单周期、连续和单步3种工作方式分别用“连续” 标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分的。
3.3回原点程序
按下回原点按钮，I6.0的常开触点接通,进入自动回原点程序。根据吊钩当时所处的位置，回原点可以分为3种情况，并采用不同的处理方法。1、前言
随着微电子技术的飞速发展，一种基于工业自动化控制要求而设计的控制设备——可编程序控制器（Programmable?Controller），目前己在工业自动化控制领域中得到广泛应用。由于这种控制器集成化程度高，兼备了计算机的功能特点，其结构简单紧凑，控制指令丰富，抗干扰能力强，使用操作灵活方便，对使用环境无过高要求，而且实现了复杂逻辑控制电路的智能化和软件化，控制电路及控制程序修改十分方便。再加上程序语言采用工程技术人员所熟悉的梯形图（近似于继电器逻辑电路）进行编制，易于实现各种复杂的控制，而且硬件控制线路十分简单，学习和掌握也十分容易，因而可编程序控制器在工业自动化控制领域具有广阔的应用前景。
目前，饲料厂配料工序多采用微机控制系统（国内生产的控制机组大多采用微机和STD总线工控机，进口控制机组以可编程序控制器为主）进行控制，而原粮粉碎工段设备控制仍以手动操作为主，少数用继电器盘实现顺序控制。采用继电器盘进行顺序和时间控制，硬件线路复杂，可靠性不高，柜内占用空间大，不便于线路修改及维护。而采用手动控制较易产生误操作，控制准确性差，人为因素影响大，易增加不必要的设备启、停次数，增加设备空载运行时间，严重时甚至损坏设备，因而很难保证产品质量和产品一致性，也增加了设备能耗、运行噪音和产品成本。针对这一情况，我们开发了可编程序控制器应用于原粮粉碎工段自动控制系统，实现了原粮粉碎工段控制的电气自动化。
2、粉碎工段工艺介绍
2.1?系统结构工艺流程
系统结构主要由物料提升机、水平输送机、除尘器、粉碎机、物料分配器及粉料成品仓等构成。图1表示出整个原粮粉碎工段的工艺结构流程图。整套系统运行特点为连续工作制，要具有良好的设备保护能力。一旦出现设备故障而未及时得到保护，就不但可能使设备毁坏，而且使各种物料在输送管路及加工设备中产生堵塞，给生产带来不必要的工作量及麻烦。另外，粉碎机为大功率设备，一般功率为75KW以上，它的合理控制与保护，对系统降低耗能总量及设备运行噪音起到关键的作用。
图1?粉碎工段工艺结构图
2.2?系统设备控制工艺
下面介绍原粮粉碎工段控制系统的主要控制工艺流程特点：
其控制工艺对除尘器、提升机、输送机、粉碎机及料斗电插门的启、停顺序和启、停延迟时间都有较严格的控制要求。在原粮粉碎工段运行过程中，设备启动顺序为：除尘器→提升机→输送机→粉碎机→开电插门；停止顺序为：关电插门→粉碎机→输送机→提升机→除尘器。而各设备间延时启停时间的设定，要根据设备及物料的不同，经过现场多次反复测试及调整，才能得到理想的数值。在运行过程中某设备有过载现象时，要求能及时停止过载设备，然后按停止顺序停相关工段的其他设备。此外，上述设备在手动操作时，通常需联锁启停，以避免物料堆积。
粉碎机的控制要求启动时采用合理的启动方式，以保护电机及工厂供电电网的安全。我们利用了可编程序控制器丰富的内部定时器资源及其较高的定时精度的特点，对粉碎机的启动控制采用了星-三角降压启动的控制方法。实践的结果证明该控制方法不仅、调整方便、降低了启动能耗和噪音，而且也减少了电机启动器的投资，为饲料厂带来巨大的经济效益。?
3、可编程序控制器的选择
输出点数的确定：根据原粮粉碎工段系统的控制设备台数及控制要求为粉碎机的正向及反向启停、除尘器的启停、提升机（两个）的启停、输送机（两个）的启停、电插门的开关、物料分配器电磁阀（左分及右分）、设备故障保护及各设备的运行状态指示及报警，总共输出控制点为23个。
输入点数的确定：输入信号有程序启动与停止、自动/手动选择、设备联锁、设备的启停信号、设备运行状态检测信号及设备过载检测信号等，总共38个控制信号。
日立E系列提供一种40点输入及24点输出的可编程序控制器，型号为E-64HR，其结构为单机式结构，控制指令丰富、简单易懂，十分符合本系统的控制要求。其次，日立E系列较高的可靠性能也是我们选择它的一个重要原因。
4、控制流程图及控制程序编制
要想完整准确地编制控制程序，首先要根据控制工艺流程绘制出控制流程图。图2为该系统的控制流程图。可编程序控制器提供的移位寄存器功能指令，可以十分方便地实现设备的顺序启停。根据控制流程，我们可以将控制程序分为：程序指针控制程序、手动操作控制程序、自动操作控制程序和设备状态检测、显示及故障报警程序。系统控制程序略。
5、控制系统的主要功能
下面介绍该控制系统的主要功能：
多种控制功能可选?系统控制程序设有手动和自动运行模式。手动控制时，又可选择联锁或解锁功能，选择时通过选择开关，选择十分方便，不需在控制线路中加过多的转换开关。
2．自动启、停过程的锁定功能?当启动自动控制程序时，原粮粉碎工段相关设备按工艺要求依次延时启动。在设备尚未全部启动完毕前按下停止钮，停止操作不起作用。系统处于启动锁定状态，直至设备全部启动。反之，停止时停止操作状态也被锁定。
3．手动、自动操作锁定功能?手动或自动操作功能在启动前已被选定。一旦启动控制程序，当前的操作状态即被锁定而无法更改，只有按下停止操作钮，待全部设备停止后，所更改的操作状态才有效。
4.完善的自动控制功能?在粉碎工段的自动启、停过程中，设有自动开电插门5秒（未全部打开）和自动关电插门10秒（保证电插门关死）的控制程序。当启动自动程序后，设备依次自动启动，并最后完全打开电插门；停止时，设备反序自动停止后，再关电插门。在运行过程中，可手动启、停粉碎机，并开、关相应电插门，当粉碎机被停止后，按自动停止顺序停止粉碎工段相关的其他设备。在控制柜给电后，可由一对启、停钮控制辅料工序设备按工艺要求自动依次延时启、停，以适应上料随机性和继续工作的要求。
5.设备过载自动保护功能?当有设备过载尚未恢复，则不能执行自动程序。在设备自动启动过程中和启动完成后有过载，先停过载设备，再关电插门，然后按反序依次停其他设备；手动操作时，单台设备过载，单台停。
6.故障报警及故障查询功能?当设备出现过载现象时，控制屏上有一红灯闪烁报警，并伴有蜂鸣声，故障后，操作功能恢复，红灯停止闪烁，故障设备也可以直观地从可编程序控制器的输入显示窗中查到。
7．控制参数可随意调整?时间控制参数可根据设备具体功率和物料的容重进行调整，调整十分方便，时间精度达1／100秒。
6、结束语
饲料厂原粮粉碎工段采用可编程序控制器进行控制，从设备投资来看，如有两套粉碎机的系统中，可编程序控制器只需增加投资约4000元，1套粉碎机的系统约增加3500元。但由于可编程序控制器制、电源板、定时器、输入/输出单元（输出选继电器输出单元）于一体，采用整体设计，可靠性较高，抗干扰能力较强，而且可省掉几十个中间继电器和十几个时间继电器，硬件上的自锁和互锁控制可由软件实现，从而使控制线路大大简化，整个控制系统可靠性大大地得到了提高，实际净增加投资很少，这是采用继电器盘，甚至单板机控制无法与之相比的。从实际使用效果来看，不仅简化了操作过程，提高了控制可靠性和准确性，而且降低了维修维护工作量，提高了产品质量。由于设备启、停采用了精确的自动控制，从而减少了设备空载时间和启、停的次数，提高了生产效率，降低了电力损耗，减少了设备损坏。改善了生产环境，增加了社会效益和经济效益。
可编程序控制器不仅可以实现各种开关量控制、配上A／D及D／A模拟量模块，还可以实现各种定量控制。如粉碎机控制系统加入电流检测闭环控制，可实现粉碎系统自动调节喂料量的更加完善的控制系统。总而言之，在饲料工业实现部分和全厂自动化控制以及生产管理现代化的过程中，可编程序控制器将会以其优越的功能，发挥越来越重要的作用
为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件较容易出故障，以便采取措施。现以特种水泥1号线的PLC过程控制系统为例，对PLC过程控制系统故障分布规律进行分析，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和U常维护有所帮助。
1.系统故障的概念
系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括*处理器、主机箱、扩展机箱、I／O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I／O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。
2.系统的故障统计及分析处理
2.1我厂特种水泥1号线过程控制系统简介
2000年该系统改造时采用日本二菱公司的A2系列PIC为核心组成的PLC过程控制系统。
该系统有2个集中控制室：窑尾控制室和窑头控制室，其中窑头控制室为主站；2个现场工作站：窑尾生料自动配料工作站和窑尾成球盘自动加水成球工作站；2个电视监控系统：预热器进口下料监控和窑头电视看火。
现场工作站是独立的微机自动控制系统，它与主站只进行模拟量的通讯和开关量的联锁。主站与从站间采用帧同步全双工通讯方式：
2.2系统
故障数据的统计
经统计，系统故障共计126次，其中PLC的故障比例约为4．7％，现场部分故障比例约为95．3％，：对照其他PLC过程控制系统的故障数据，并考虑该系统运行时间不是很长，该比例比较接近一般PLC过程控制系统的故障分布规律，有一定的普遍性。一般来讲PIC部分的故障比例约为5％，现场控制设备的故障比例约为95％。
PLC过程控制系统故障分布的估计
2.3系统故障分析及处理
2.3.1PLC主机系统
PLC主机系统较容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统，电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的较大因素之一。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的*处理器目前都采用高性能的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。
2.3.2PLC的I／O端口
PLC较大的薄弱环节在I／O端口。PLC的技术优势在于其I／O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I／O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的**环节。要减少I／O模块的故障就要减少
外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。
2.3.3现场控制设备
在整个过程控制系统中较容易发生故障地点在现场，表2列出了现场中较容易出故障的几个方面。
1)第一类故障点(也是故障较多的地点)在继电器、接触器。如该生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量较大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。在该生产线上所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。
2)第二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上，因为这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。
3)第三类故障点可能发生在开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些元件或设备上，其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如该生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构动作不灵敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。
4)第四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。
5)第五类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。
6)第六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声(干扰)，问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。
要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和安全操作规程，在日常的工作中要遵守工艺和安全操作规程，严格执行—些相关的规定，如保持集中控制室的环境等等，同时在生产中也要加强这些方面的霄理。
结束语
过程控制系统本身是一个完整的系统，所以在分析故障或处理故障时也要注意系统性，单独的对某一部分的优化有时并不能提高系统的整体性能。如过分追求元器件的精度而不考虑实际的需要以及和相关设备精度的匹配，将徒然增加系统成本。在日常维护中也有过把系统越改越复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率，这也是要注意的地方。
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