西门子模块6ES7321-1FH00-0AA0技术参数

西门子模块6ES7321-1FH00-0AA0技术参数

随着现代建筑业的飞速发展，桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩或钢桩。校基础的施工方法和施工机械也有了巨大的发展。桩的类型大体上可分为两大类：预制桩和就地灌注桩。预制桩主要采用锤击的方法将其打入土壤中。其施工机械也从刚开始坠锤、蒸汽锤和柴油锤，发展到振动锤。液压振动桩锤的**优点是噪声小，随着人们环保意识的不断加强，也将足打桩设备发展的必然趋势。就地灌注桩是由相应机械成孔后，灌注而成。就地灌注校机械品种繁多。从近年来我国进口的设备情况和工程机械展览会来看，钻孔机成为灌注桩机械的主力军。它的发展也是相当迅速的。

振动桩锤是一种广泛应用各种基础施工工程的沉拔桩施工机械，由于具有噪音低，沉桩效果好，可在水下作业等优点。

2 设备结构以及工作原理

2.1 设备结构

振动桩锤核心部件是一台能耐高加速度的特殊耐振电机，其轴温可耐95摄氏度，能短时过载使用且有较高的启动转矩。其大体结构分为减振框架、振动器、液压夹头、液压操纵箱、导向装置和电气控制箱等六部分。

2.2 工作原理

当设备启动前，先用吊车将振动桩锤落到桩上，并将夹头夹在桩管上。然后开启油泵，启动液压夹头夹紧，通过液压操纵箱，使夹头压力达到 10MP。当夹头夹紧后，主机随即启动，开始进入正常工作状态。液压夹头由油缸、杠杆、滑块、压块等组成，在工作时，它能将桩夹紧，把振动器所产生的激振力可靠的传递给桩，由液压系统中的高**，通过高压软管进入油缸，油缸中的活塞推动杠杆，杠杆推动滑块把桩夹紧。振动器主要由振动箱、偏心块、轴、齿轮、皮带轮等组成，耐振电机通过三角带把动力传递给振动箱内一对相啮合的圆柱齿轮上，齿轮与偏心块分别装在两根轴上，偏心块高速度旋转，产生了垂直振动（即激振力），带动桩体运动。

3．系统设计以及硬件配置

3．1 系统设计

考虑该设备使用在露天，潮湿，腐蚀性大，振动大等特殊场合，我们选用了具有三防（防湿热、防霉菌、防盐雾）处理，并装有防振性能好的WAGO 接线端子的和利时LM系列PLC以及HT6000系统触摸屏。保证设备在湿气、盐喷、潮湿、高温、振动大以及各种化学品侵蚀的恶劣环境下，仍能可靠运行。

为了操作方便以及节约成本，我们采用和利时LM3107E带有1路模拟量输出以及2路模拟量输入的CPU模块，通过触摸屏去调节变频器频率，并反馈运行电流。

同时根据设备在现场的使用情况，我们设计了远程控制装置，对设备进行远程无线控制，大大提高了工作效率，同时也**了现场操作人员的生命安全。

3．2 硬件配置

LM3107E模块额定工作电压220VAC，自带23点I/O，提供12路DC24V输入和8路继电器输出；同时可进行2路模拟量输入和1路模拟量输出处理。

HT6600C触摸屏和LM3107E PLC是通过RS232串口进行通讯，产用MODBUS通讯协议。变频器的频率调节是通过 LM3107E本体上带的一点模拟量输出信号进行控制，可以选择0～10V或者0～20mA两种控制信号。无线按钮是通过工业遥控器实现，把接收装置通过硬接线方式连到PLC数字量输入端。而发送装置者可以在100米范围内进行无线遥控操作。

4. 程序设计

4．1 下位PLC程序设计

该下位程序分主程序；自动控制、手动控制以及配方三个子程序。为了让客户操作方便，在自动控制子程序里面，实现一键控制设备运行全过程。在运行前先设置变频器量程，主机电流限制值，保压以及补压时间值等相应参数。然后只要一触发设备启动按纽，油泵以及夹头紧先工作，当液压夹头达到预定的 10MP后。自动启动主机，振动桩锤开始工作。为了设备运行安全，程序设定每隔一定时间夹头紧运行进行补压。同时为了保护设备，当主机运行电流连续**过限制电流几分钟后，出现主机过载报警画面，并强制停止主机。

为了防止误操作，在主机运行过程中不允许关油泵和松夹头，如出现误操作就出现误操作报警提醒画面。

同时该PLC的编程软件具有视图功能，可以通过视图功能方便的进行程序模拟调试，避免了要经常通过触摸屏来进行调试并修改程序的麻烦。大大节省调试的时间，提高工作效率。

4．2 上位触摸屏程序设计

该触摸屏装有LM系列PLC的驱动，所以通信地址连接方便。触摸屏程序分中英文两种语言，各画面间互相切换。一些重要的参数设置了密码保护，防止误设置而损坏设备。为了使设备运行更逼真，采用了主机运行动画显示功能。

5．结束语

随着国家为拉动内需，刺激经济增长在修路、建桥等民生工程的大量投入，振动桩锤的发展也将借此东风而发展。而快速发展的同时，我们也要考虑到怎样把先进的自动化技术融合到该行业当中，使该设备精益求精，使设备的单体工作效率发挥到较大。通过该成功案例的描述，希望能对该行业起到投石问路的效果。

1.概述
象山水电站位于黑龙江省黑河市，电站装机容量为3×6MW，1996年设计时以计算机监控为主，常规控制为辅，主要实现对机组部分的监控，开关站以及公用辅助设备未考虑在内，由于系统的结构和功能不十分完善同时由于设备都已进入老化期，设备陈旧技术落后为电站的管理和维护，以及系统的正常运行都带来隐患。为保证电站的正常运行，提高电站的管理水平和经济效益，因此对电厂现行的监控设备进行全面的技术改造。
电站新的计算机监控系统按“无人值班”（少人值守）运行方式设计。采用北京中水科水电科技开发公司的H9000水电站计算机监控系统，整个系统应采用全分布开放式系统结构。电站计算机监控系统由电站控制中心系统和现地控制单元等组成。系统采用较新的计算机硬件、软件及网络技术，全站按全计算机监控进行总体设计和系统配置，达到国内同类型水电站计算机监控系统先进水平，系统投入运行后，使全站运行管理达到无人值班（少人职守）。系统高度可靠，各项技术性能指标均达到部颁DL/T578-95《水电站计算机监控系统基本技术条件》及DL/T5065-1999《水力发电厂计算机监控系统设计技术规定》的要求，选择较高的MTBF指标，从部件、单机和系统多层次保高可靠性要求。系统配置和设备选型应符合计算机发展迅速的特点，硬件、软件采用模块化、结构化的设计，以便于硬件设备的扩充，又可适应功能的增加和系统规模的扩展。实时性好，抗干扰能力强，适应电站的现场环境。人机接口功能强，操作控制简洁、方便、灵活。在保证系统的实时性和可靠性等技术指标的同时，系统应具有可维护性好，保证较小的MTTR指标。
2.计算机监控系统结构配置
电站以计算机监控系统为基础。电站设备的运行监视和控制在中控室的操作员工作站上进行，同时也可在各LCU上通过触摸屏和开关按钮实现对其所控设备运行的监视和控制。机组单元及开关站/公用单元通过光纤网络与全厂计算机监控系统连接并接受其监控，同时在这些系统的现地控制柜上设有控制开关以及操作按钮，可以实现设备的现地监控。
系统包括系统主机兼操作员工作站、办公楼监视终端、通讯服务器、网络设备、GPS 时钟、打印机等
现地控制单元（LCU）包括三套机组LCU （LCU1-LCU3）、一套开关站及公用设备LCU （LCU4） 、一套小机LCU （LCU5）。 LCU完成对监控对象的数据采集及数据预处理及与其它电站设备的通讯，负责向网络传送数据信息，并自动服从调度层上位机的命令和管理。同时各LCU也具有控制、调节操作和监视功能，配备有本地操作按钮和指示元件，当与上位机系统脱机时，仍具有必要的监视和控制功能。LCU采用PLC直接上以太网的方案。
现地控制单元包括：可编程序控制器、现地人机接口、同期装置、交流采样设备、转速装置及多功能电度表、嵌入式通信控制器、温度采集设备、电源、机柜、继电器及按钮开关、光字等
LCU可编程序控制器完成系统的数据采集及设备的调节与控制（包括顺控）。控制器不仅实时性指标高，还应具有可靠性高等特点。LCU采用BITC MX9300系列PLC。该系列PLC针对水电需求，由BITC与惠朋公司（VIPA GmbH）联合设计，在德国加工生产。
各LCU 的PLC配置的I/O点设计点数如下：
LCU单元 机组（1－3） 开关站及公用 小机
开关量输入（DI+PI） 128 192 32
开关量输入（SOE） 64 64 32
温度量（RTD） 24 8 8
开关量输出（DO） 128 128 64
模拟量输入（AI）4～20MA 16 40 8
以机组单元为例，具体配置如下：
主（1#）机箱（BITC MX9300）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
SOE: MX 321-1BL00 SOE: MX 321-1BL00 CPU: MX 315-2AG10 AI: MX 331-7KF01 AI: MX 331-7KF01 DI: MX 321-1BL00 DI: MX 321-1BL00 DI: MX 321-1BL00 DI: MX 321-1BL00 RTD: MX 331-7KF01 RTD: MX 331-7KF01
扩展（2#）机箱（BITC MX9300）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
DP: MX 353-1AG01 RTD: MX 331-7KF01 RTD: MX 331-7KF01 RTD: MX 331-7KF01 RTD: MX 331-7KF01 DO: MX 322-1BL00 DO: MX 322-1BL00 DO: MX 322-1BL00 DO: MX 322-1BL00
CPU模块：MX315-2AG10，含以太网接口；32点开关量输入模块：MX321-1BL00，6块；32点开关量输出模块：MX322-1BL00,4块；8点模拟量输入模块：MX331-7KF01，2块；4点温度量模块：MX331-7KF01，6块；MX9300的编程软件采用SW873，该软件支持WinPLC7（STL，FBD，LAD） 编程。
3.系统特点及功能
LCU是一套完整的计算机控制系统。与系统联网时，作为监控系统的一部分，实现系统*的功能。而当LCU与系统脱离时，则能独立运行，实现LCU的现地监控功能，并确保被控设备的安全稳定运行。LCU的基本功能如下：
PLC完成各种数据采集与预处理功能。事件顺序记录功能。数据通讯与网络通讯功能。运行工况的转换，LCU可完成各类设备的运行工况转换，如机组的运行工况转换，断路器的分合，设备运行方式的转换等。LCU现地人机联系功能。系统硬件及软件诊断与自恢复功能。时钟同步功能。通过硬件和软件同步手段，实现系统时钟同步。
机组现地控制单元（LCU） 控制与调节功能：机组开、停机顺序控制：包括单步控制和连续控制两种顺控方式；机组事故停机及紧急停机控制；机组辅助设备的控制；发电机出口断路器的分/合操作；主变中性点接地开关的分/合操作；机组有功功率调节；机组无功功率/电压调节；各种整定值和限值的设定；机组的自动/手动准同期并网操作；机组进水口闸门控制；水力机械保护功能。
公用设备/开关站现地控制单元（LCU） 控制操作功能：开关站现地/远方控制方式的切换操作；开关站各断路器的分/合操作；开关站各隔离开关的分/合操作；开关站各接地开关的分/合操作；开关站各断路器的自动准同期合闸操作；厂用电进线及断路器的分/合操作；厂用电各种运行方式的确定及备用电源自动投入。

1. 工业人机界面的特点和功能 
       工业人机界面Human Machine Interface，简称HMI，又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面以特殊设计的计算机系统32位RISC CPU芯片为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。
       ＨＭＩ的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印；此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。 

2.HMI在PLC工控系统上的应用 
      下面以国内某大型浮法玻璃生产线冷端切割区主控系统为例，介绍HMI在PLC系统'>工控系统上的应用。 
2.1 系统概述 
       切割区为浮法玻璃生产线中一个重要工段，其中包括测量发讯、纵切、横切、掰断加速、掰边、纵掰纵分、输送辊道等众多生产控制设备。系统硬件上主要由主控制器PLC，现场设备控制装置，包括伺服控制器、变频器、模拟量信号及脉冲信号处理器等和HMI构成。作为整个控制系统的核心，切割区主控系统在正常生产时根据生产工艺要求协调各个单机控制子系统的工作，制定切割计划，实现整个生产过程全自动化。整个系统的核心控制部分由日本三菱FX-200系列PLC完成，此部分内容本文略，而系统的监控和交互式操作界面等任务将由HMI承担。主要有以下内容：系统参数的设定；动态画面的显示；故障报警与诊断。其中HMI选用深圳显控公司的SA-5.7型人机界面。 
2.2 HMI与PLC之间的通讯 
       当HMI用于PLC控制系统时，HMI与PLC之间通过串口以Direct bbbb（直接连接）方式进行通讯。在该方式下，HMI根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通讯协议，因此无须编制通讯程序，只要*所用PLC类型即通讯协议，运行时便可实现通讯。因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时，直接*控制部件与其对应PLC的输入输出（Ｉ／Ｏ）、寄存器（Ｒ）、中间寄存器（Ｍ）的地址，运行时HMI就能自动和PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容，并据此改变画面上显示内容。同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据。 
2.3 HMI监控主面 
        整个HMI监控系统采用树型结构，由监控主画面及相应功能子画面组成。在监控主画面下端设有控制功能键，按动功能键可以依次进入相应子画面，执行所需的功能。在每一个子画面中可通过 上一页 、 下一页 功能键在同一功能组中进行画面切换，在任一子画面都可以通过 主画面 功能键退回到监控主画面。系统自动采集相关数据，将切割计划、测量脉冲、辊道速度等一些重要生产工艺参数显示在主画面上，便于操作人员的观察。监控主画面上还有生产过程的动态画面显示，在动态画面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如光电开关的动作、电磁阀的吸合、电机的运行停止等，直观、生动的反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解。显控公司的HMI编程软件SamDraw3.1提供了丰富的控制部件，例如按钮部件、画面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件等等，实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。       SamDraw3.1采用软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成，以实现相应控制功能。使用SamDraw3.1内附的图库及作图工具来构造生产现场的模拟画面，简便易行。内容丰富的作图工具库，使得画面生动、丰富多彩。 而且SamDraw3.1还支持图片上传以及自定义图库功能，用户可以很方便的将本地图片生成为图库或控件，在以后的组态过程中可以很方便的调用。
此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代，这样做减少硬件设备，简化了现场设备间的接线，更重要的是给设计和调试带来诸多方便。 
2.4 HMI参数设置功能 
       主控系统中有多达近百个参数需要设置，根据控制功能将其分为联锁、横切、横掰、速度、掰边、纵掰及设备参数组，使整个系统的结构更加合理。同时利用HMI触摸操作的特性使参数设置变得较为直观和简便。在参数设定时，点击数字输入控件自动弹出系统的数字键盘进行操作。每个参数在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址，当确认后输入的数据将存入PLC*的地址中。操作完成后，按动ENT键，可消去数字键盘同时完成数字输入。此种设计模式可较大化地利用画面的有效面积。同时每个参数都设有上下限限制，当输入数值****，系统将拒绝接受并且不能退出键盘，待输入正确后方可退出。此外对重要的系统设备参数组，为安全起见，可以对参数设置画面设置访问权限，赋予操作人员不同的操作权限，增加系统的安全性。 
2.5 HMI报警功能 
       在系统报警设计时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在报警记录子画面中设置报警记录显示部件用于故障信息显示。系统运行发生故障时，HMI根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在报警记录子画面显示出来。同时监控主画面上的%26ldquo;故障%26rdquo;信号灯将闪烁，声响报警。此时操作人员可进入报警记录子画面，根据故障信息查找原因，及时处理。 

3. 结束语 
       该系统投入使用后，受到用户的欢迎。系统具有安全、直观、简便等特点。监控、故障诊断和报警等功能的实现，大大提高了生产运行的可靠性。实践明，HMI在PLC控制系统中有着广泛的应用前景，必将在工厂自动化中发挥出越来越大的作用。

1. 前 言 
        可编程序控制器Programmable Logic Controller在工厂自动化中占有举足轻重的地位。技术的不断发展较大地促进了基于ＰＬＣ为核心的控制系统在控制功能、控制水平等方面的提高。同时对其控制方式、运行水平的要求也越来越高，因此交互式操作界面、报警记录和打印等要求也成为整个控制系统中重要的内容。对于那些工艺过程较复杂，控制参数较多的工控系统来说，尤其显得重要。新一代工业人机界面的出现，对于在构建ＰＬＣ工控系统时实现上述功能，提供了一种简便可行的途径。

2. 工业人机界面的特点和功能 
        工业人机界面Human Machine Interface，简称HMI，又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面以特殊设计的计算机系统32位RISC CPU芯片为核心，在STN、TFT液晶显示屏或EL电发光显示器上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏。触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。
        ＨＭＩ的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；在HMI上设置触摸控件可把HMI作为操作面板进行控制操作；报警处理及打印；此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。

3. HMI在PLC工控系统上的应用
       下面以国内某大型浮法玻璃生产线冷端切割区主控系统为例，介绍HMI在PLC工控系统上的应用。 
3.1 系统概述
        切割区为浮法玻璃生产线中一个重要工段，其中包括测量发讯、纵切、横切、掰断加速、掰边、纵掰纵分、输送辊道等众多生产控制设备。系统硬件上主要由主控制器PLC，现场设备控制装置，包括伺服控制器、变频器、模拟量信号及脉冲信号处理器等和HMI构成。作为整个控制系统的核心，切割区主控系统在正常生产时根据生产工艺要求协调各个单机控制子系统的工作，制定切割计划，实现整个生产过程全自动化。整个系统的核心控制部分由日本三菱FX-200系列PLC完成，此部分内容本文略，而系统的监控和交互式操作界面等任务将由HMI承担。主要有以下内容：系统参数的设定；动态画面的显示；故障报警与诊断。其中HMI选用深圳显控公司的SA-5.7型人机界面。
3.2 HMI与PLC之间的通讯 
        当HMI用于PLC控制系统时，HMI与PLC之间通过串口以Direct bbbb（直接连接）方式进行通讯。在该方式下，HMI根据要求直接读入PLC的数据或把数据写入PLC相应的地址中。由于内装通讯协议，因此无须编制通讯程序，只要*所用PLC类型即通讯协议，运行时便可实现通讯。因此大大减少了PLC用户程序的负担。在系统设计时，直接*控制部件与其对应PLC的输入输出（Ｉ／Ｏ）、寄存器（Ｒ）、中间寄存器（Ｍ）的地址，运行时HMI就能自动和PLC进行数据交换。直接读取或改写PLC相应地址的内容，并据此改变画面上显示内容。同时通过对HMI的触摸操作，可向PLC相应的地址输入数据。 
3.3 HMI监控主面
        整个HMI监控系统采用树型结构，由监控主画面及相应功能子画面组成。在监控主画面下端设有控制功能键，按动功能键可以依次进入相应子画面，执行所需的功能。在每一个子画面中可通过 上一页 、 下一页 功能键在同一功能组中进行画面切换，在任一子画面都可以通过 主画面 功能键退回到监控主画面。系统自动采集相关数据，将切割计划、测量脉冲、辊道速度等一些重要生产工艺参数显示在主画面上，便于操作人员的观察。监控主画面上还有生产过程的动态画面显示，在动态画面上以各种形式模拟出主要控制设备的运行情况，例如光电开关的动作、电磁阀的吸合、电机的运行停止等，直观、生动的反映出现场的过程，方便操作人员对生产情况、设备工况的了解。显控公司的HMI编程软件SamDraw3.1提供了丰富的控制部件，例如按钮部件、画面切换部件、指示灯部件、数据文本显示部件等等，实现上述功能只要根据需要选择相应的控制部件，定义好其属性即可。SamDraw3.1采用软件通用模式，所有控制部件的属性通过组态形式完成，以实现相应控制功能。使用SamDraw3.1内附的图库及作图工具来构造生产现场的模拟画面，简便易行。内容丰富的作图工具库，使得画面生动、丰富多彩。 而且SamDraw3.1还支持图片上传以及自定义图库功能，用户可以很方便的将本地图片生成为图库或控件，在以后的组态过程中可以很方便的调用。
        此外，充分利用HMI的优势将原先布置在控制柜上的开关、指示灯尽可能地用HMI中的控制部件替代，这样做减少硬件设备，简化了现场设备间的接线，更重要的是给设计和调试带来诸多方便。
3.4 HMI参数设置功能 
        主控系统中有多达近百个参数需要设置，根据控制功能将其分为联锁、横切、横掰、速度、掰边、纵掰及设备参数组，使整个系统的结构更加合理。同时利用HMI触摸操作的特性使参数设置变得较为直观和简便。在参数设定时，点击数字输入控件自动弹出系统的数字键盘进行操作。每个参数在部件属性中定义并分配了相应的PLC地址，当确认后输入的数据将存入PLC*的地址中。操作完成后，按动ENT键，可消去数字键盘同时完成数字输入。此种设计模式可较大化地利用画面的有效面积。同时每个参数都设有上下限限制，当输入数值****，系统将拒绝接受并且不能退出键盘，待输入正确后方可退出。此外对重要的系统设备参数组，为安全起见，可以对参数设置画面设置访问权限，赋予操作人员不同的操作权限，增加系统的安全性。
3.5  HMI报警功能
        在系统报警设计时，将故障信息在报警编辑器中编辑好，并在报警记录子画面中设置报警记录显示部件用于故障信息显示。系统运行发生故障时，HMI根据PLC传送的故障信号，将报警编辑器中对应的故障信息在报警记录子画面显示出来。同时监控主画面上的“故障”信号灯将闪烁，声响报警。此时操作人员可进入报警记录子画面，根据故障信息查找原因，及时处理。