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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子6ES7340-1CH02-0AE0使用方法
| 1 引言 莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其自动控制系统采用ABBMasterPiece200/1PLC控制系统，实现了18架轧机以及冷床、冷剪和码垛机的自动控制。基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200/1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I/O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176以及32通道的DI/DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I/O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。 操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场设备进行监控，主要功能有1）轧钢生产设备的启停（2）设备数据设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。 2 PLC诊断轧钢生产设备故障的基本原理 轧钢设备的故障信号有数字量和模拟量之分，PLC采用不同的方法对这两种信号对应的故障进行诊断。 2.1 基于数字量信号的故障诊断 PLC对数字量信号的识别是通过其数字量输入模块完成的。PLC控制轧钢生产设备时，设备中的压力、温度、液位、行程数字及操作按钮等数字量传感器与PLC的输入端子相连，每个输入端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。读取PLC输入位的状态值可作为识别数字量故障信号的根据。诊断数字量故障的过程，实质就是将PLC正常的输入位状态值与相应的输入位的实际状态值相比较的过程。如果二者比较的结果是一致的，则表明设备处于正常工况，不一致则表明对应输入位的设备部位处于故障工况。这就是PLC诊断基于数字量信号故障的基本原理。这种诊断方法，故障定位准确，可进行实时在线诊断。通过PLC的图形功能块编程，还可将故障诊断融入过程控制，达到保护轧钢设备的目的。 2.2 基于模拟量信号的故障诊断 PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入端接收来自传感器或变送器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象。PLC诊断模拟量故障的过程，实质就是将在相应A/D通道读到的监测信号的模拟量的实际值与系统允许的限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离限值，则表明轧钢生产设备对应的受监控部位处于正常状态，如果实际值接近或达到限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的限值根据实际系统相应的参数变化范围确定，利用PLC上的模拟量设定开关可设置该限值。 当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值，PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位，或者从PLC的通讯口主动发起通讯，从而输出故障诊断的，并据此实现对轧钢生产设备的控制。 2.3 基于中断方式的故障诊断 PLC的中断方式有: （1）输入中断; （2）间隔定时器中断; （3）高速计数器中断。其中，输入中断特别适合于轧钢生产设备的故障诊断。它对应于工业操作站的硬中断，属于外部中断，但PLC的输入中断可用PLC的外部指令来屏蔽。将轧钢生产设备的故障信号作为PLC的输入中断源，一旦出现故障信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到中断子程序中去，即可方便地对故障进行处理。它与直接利用PLC的内部逻辑完成故障诊断的不同之处在于:采用输入中断处理故障时，可停止PLC主程序的执行过程，而直接利用PLC的输入和内部逻辑处理故障时，PLC的主程序仍处于运行状态。因此，要根据故障对轧钢生产设备的影响程度选择合适的故障诊断方式。PLC的输入中断方式对后果严重的突发故障的处理特别有用。 3 PLC在故障诊断系统中的作用 故障诊断系统是典型的人机系统，根据系统中的信息流向和功能划分的结果，基于操作站智能化的故障诊断系统。 系统的输入模块要完成轧钢生产设备故障检测信号、控制指令和知识的接收工作。处理模块要求能自动实现特征参数提取、控制指令代码转换的功能。知识的整理和表达由领域和系统协作完成。控制模块是故障诊断系统的，它根据控制指令，利用知识，完成从故障特征到故障原因的识别工作。控制模块的功能越完善，故障诊断系统的智能化程度越高。输出模块通过声光报置和人机界面，给出故障定位、预报和解释的结果。其中，人机界面还能提供排除故障的技术路线。实现信息源从输入模块到输出模块的全自动流向，减少人在其中的干预作用，是轧钢生产设备对其故障诊断系统的要求。采用PLC的故障诊断系统，有助于实现故障诊断过程的自动化。 4 利用PLC和操作站实现智能化诊断的方式 实现轧钢生产设备故障诊断的智能化，可充分利用知识，提高诊断效率，是故障诊断技术发展的一个重要方向。由于目前的PLC产品不具备自动和存储知识的功能，所采用的编程语言无法完成控制层中的计算推理功能，因此，单纯采用PLC的故障诊断系统的智能程度是相当有限的。为此，可利用网络技术和通讯技术，将PLC和操作站联接成网络，互相取长补短，共同构成故障诊断的硬件系统。PLC采用并行分布式结构，作下位机使用，操作站作为上位机，可完成PLC的程序下装，实施对多台PLC的管理，进行复杂的数据运算，建立数据库，存储知识，其输入输出设备可用作诊断过程的人机交互。PLC与操作站通过两种方式联接成一个整体:一是通过PLC的通讯口和操作站的通讯口进行联接，二是通过PLC的输入输出端子与操作站上的开关量板和A/D板进行联接。其中，PLC通过通讯口传递给上位机的故障信号多达2个或2个以上时，上位机要通过编码进行识别，而通过PLC输出端子传递给上位机的故障信号，上位机要通过开关量板输入端子的地址来识别。PLC输入端子可接受来自上位机的控制信号或故障信号。网络中的PLC和操作站在故障诊断系统中各自扮演着不同的角色。 通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判断、开关量故障信号的检测以及在严重故障状态下对设备进行的保护可交给PLC完成，而复杂的数值计算和人机交互可在上位机上完成。 5 应用效果 整个车间自动化系统为二级控制系统，即设备控制级和信息管理级，设备控制级即一级系统为RMC200轧线控制系统，采用ABBMasterPiece系统，由10套ABBMasterPiece200/1过程站、3套MasterPiece90过程站、和3台AdvantStation500系列操作站、1台VT340监控站及2台MasterAid220编程器构成。各过程站之间的网络通讯采用MasterBus300（简称MB300），通过加热炉的过程站与二级信息管理级进行通讯。每一个MP200/1过程站通过一个DSCS140通讯板连接到MB300网络上,通过MB300网络进行数据交换，通讯板上可以设定地址开关，据此来确定该节点在网络上的位置。对于MP200/1与打捆机MP90的通讯,通过RMC7系统中的通讯板DSCS131连接至MODEM,打捆机上也分别装一MODEM和通讯板DSCS131，由MODEM来实现远程通讯。在加热炉RMC1的MP200/1系统中，通过DSCS150板与二级计算机系统IBMNetifinity5000服务器通讯，二者通过GCOM网络进行数据交换。下面以RMC2为例，简介实现轧钢生产设备故障诊断的智能化。 RMC2实际上包括三套PLC:RMC2、RMC52、RMC62，RMC2主要完成的控制功能有:轧制程序表的设定及存储、炉前装料设备控制（包括热送和装冷坯两种情况）、炉前钢坯测长与称重、加热炉出口设备控制、粗轧机主传动控制、粗轧机微张力控制、6#剪子控制;RMC52主要完成的控制功能有:中轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、轧线模拟轧钢测试、中轧机组的活套扫描器控制;RMC62主要完成的控制功能有:精轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、精轧机组的活套扫描器控制。RMC2、RMC52、RMC62三者既需立完成分配给自己的控制功能，又环环相扣，互相联锁制约着，若中轧机组的活套扫描器控制中有差错，轧钢控制系统无法正常运行，6#剪子立即碎断，防止轧线堆钢，同时，加热炉停止出钢，直至故障解除。 所设计的故障诊断系统能完成以下功能: （1）测试过程开始前，运行故障诊断系统，检查轧钢生产控制系统是否处于良好状态。对于开关量，这个过程是上位机通过通讯口读取PLC输入位的状态值并与其正常状态值相比较的过程;对于模拟量，这个过程可用读取模拟量起动的开关位的状态值作为判断的根据，也可将从其它站读取的模拟量与其相应的限值相比较的结果作为判断的根据。若发现测控系统有故障，应及时处理（上位机显示屏给出具体故障的部位报警）。只有当诊断结果为良好状态时，才能进行的轧钢性能测试; （2）如果测试结果发现不合格的设备，应重新运行故障诊断系统。 （3）如果测试过程当中，测控系统出现严重故障，则PLC通过通讯口或上位机输入输出板传递故障信号，使测控系统退出测试过程，屏幕给出故障诊断的和排除故障的建议。 6 结束语 PLC可为轧钢生产设备的故障诊断提供强有力的技术支持。在进行故障诊断系统的设计时，根据诊断系统的功能要求，选用适当的PLC，可丰富和完善诊断系统的功能。随着PLC新产品的研制成功，它在故障诊断领域将有广阔的应用前景。 |
随着IEC 61131-3标准被广泛接受，经济竞争的环境日益严峻，而在工业控制软件的开发成本和工程成本日益上升的形势下，希望能在不同的软件开发环境之间交换其程序、函数/功能块库和工程项目的需求越发高涨。考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个环节，为规范它与其他环节间的数据交换的接口，有必要提供为实现IEC 61131-3编程的数据交换规范。通过为IEC 61131-3规定一种XML的格式，倡导一种开发环境，使得在此基础上构成统一的工程软件平台。
利用PLCopen规范的XML格式，来实现不同软件工具的数据交换：为统一的工程平台实现不同控制功能的编程、组态提供基础；为统一的工程平台实现设计、调试、运行操作、维护各阶段功能的前后衔接提供基础；进行不同硬件平台定义的I/O变量和内部变量直接的变换，为控制程序无障碍移植创造前提条件。包括文本化编程语言、图形化编程语言、结构化编程语言、图形信息、数据类型等信息，都可用XML的格式予以表达。
举例来说，由德国的汽车制造商Daimler发起，联合了ABB、KUKA、Rockwell Automation、Siemens等工业企业以及一些软件务商，成立了AutomationML（Automation Markup Lange）组织，为的就是通过共同定义数字化工厂的一种中间格式——自动化标记语言AutomationML，并进行标准化。AutomationML标准是一种的开放标准，主要用于制造自动化，包括机器人和物流，但不局限于此。其主要在于：在一个单一的根格式（XML格式）下将许多重要工程方面所接受的标准综合起来予以应用。
IEC 61131-3的OPC UA信息模型
建立IEC 61131-3的OPC UA信息模型的目的在于提高控制器和可视化装置（人机界面）、上位信息系统之间通信的复用性。从长期应用的观点看，将明显提高工程流程的效率和显著降低工程成本。设想当某个PLC项目中有许制平台由不同的供应商提供，如果用一种可视化工具或MES/ERP，从这些控制平台的外部来看，他们是一样的。PLCopen之所以选择OPC UA，是因为使用OPC的统一架构解决了如下问题：在监控层面如何发现与之通信的对象；如何使通信对象的数据、复杂数据和功能性是可利用的；如何使通信、可执行，又与操作系统和编程语言无关；如何确保信息。
在2009年德国纽伦堡SPS/IPC/Drives展会、2010年HMI展会以及2010年灯光和展会别展出了由多个供应商采用OPC的IEC 61131-3信息模型的实物演示。
嵌入式PLC的发展趋势与潜力
根据《Control Design》杂志的调查，2009年美国机械行业的PLC用户占2/3，PAC和制合起来只占13%，而嵌入式PLC仅占5%。这可以说明，嵌入式PLC具有很大的发展空间。
目前，嵌入式PLC的发展也呈现多元化，国内外均有良好表现：德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色；国内几年前就有华中科技大学在EASY CORE 1.00芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件，作为硬件平台，开发了多模入通道的嵌入式PLC；还有一种发展路径是以开发PLC与人机界结合的硬件/软件一体化为目标的平台，充分利用了CASE工具，结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库，专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的PLC。
嵌入式PLC在我国具有较广阔的发展空间，在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点：有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础，并拥有足够的、性价比优的设计开发队伍。我们可以以的成本、较高的质量，并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC，来代替通用PLC。
同时，嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活，易于剪裁，贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC基于嵌入式系统的技术基础，拿来就可用。SoC芯片、嵌入式操作系统与符合IEC 61131-3编程语言标准的编程环境等优势，使得其在市场上很容易找到。
在目前环境下开发通用PLC的技术不难突破，但抢占市场需要大量财力和人力资源投入。在市场已被为数不多的几家大公司稳固瓜分的今天，走这样的路线似乎事倍功半。我国小型PLC近年来也有可喜进步的实践，也同样证明了这一判断
| LK系列PLC是和利时公司在总结十五年的控制系统设计和几千套工程项目实施经验基础上推出的适用于中、控制领域的产品。相对传统PLC而言，LK系列PLC充分融合了DCS和PLC的优点，采用了的模拟量处理技术，小型化的结构设计，开放的工业标准，通用的系统平台，使产品不仅具有强大的功能和的性能，而且具有高的性，佳的开放性和易用性。 以的计算机技术、控制技术、通信技术和信号处理技术为基础，可为不同工业领域的用户提供个性化的解决方案，适用于逻辑控制、顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制等领域。 |
应用领域 | ||||||||||||||||
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产品特点 | ||||||||||||||||
配置工业级100MHz /266MHz /533MHz处理器，拥有纳秒级（13ns）的处理速度 系统I/O容量大，数字量I/O多可达57344点，模拟量I/O多可达3584点，可灵活配置，满足不同用户的需求 具有大容量内存，用于程序，大16MB；用于数据，大64MB+1MB掉电保持区 强大的模拟量处理功能 提供冗余系统的解决方案，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余。通过冗余配置的CPU，以及内置的冗余PROFIBUS-DP总线接口，保证系统的运行 具备良好的电磁兼容性，现场到系统、通道与通道间采用隔离措施 具有通信故障时的输出保持或输出预置功能 低功耗设计，CPU模块功耗在5W左右，I/O模块功耗在2W左右 模块支持带电插拔，换模块时中断系统运行，新模块将会自动进行数据的初始化设置，并快速与CPU建立通信 模块智能化程度高，可实现强大的自诊断功能（诊断至通道），简化了用户的故障判断 编程软件符合IEC61131-3标准，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六种编程语言 灵活的SD存储卡，可进行工程恢复及备份复制，使系统维护加方便、快捷 背板上设计有防混销，以避免插错模块 外形小巧，易于安装，既可分散，也可集中 支持多种通信协议，如TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、DeviceNet、CANopen、自由口等协议 采用开放式设计，可为各类HMI软件提供标准接口 强大的扩展能力，用户可根据实际系统规模和功能需求，对系统进行扩展 提供普通和高速两种不同类型、不同成本的I/O模块，可灵活选配普通I/O模块或高速I/O模块 小型化设计，结构紧凑，大大节省了系统的安装空间 特的接线端子设计，接线端子固定在背板上，立于I/O模块，可直接换模块而重复接线。 集成度高，内置多种通信接口，包括冗余PROFIBUS-DP总线接口、以太网接口、RS232接口和RS485接口 I/O模块与CPU之间的数据通信可采用高速背板总线，也可采用PROFIBUS-DP总线，根据不同的应用场合为用户提供的、实用的、经济的解决方案 | ||||||||||||||||
硬件结构体系 | ||||||||||||||||
| LK系统由CPU模块、I/O模块、通信模块、特殊功能模块和背板组成，用户可根据不同的应用场合、不同的需求灵活地进行自由组合，以满足自动控制的广泛应用。 |
| CPU模块 是整个系统的，用于执行程序，处理本地I/O和过程数据，通过现场总线控制分布I/O 提供多种型号CPU模块供用户选择，内置PROFIBUS-DP 接口和以太网接口。 提供LED指示灯、钥匙开关、站地址拨码、SD存储卡槽和备用电池槽 |
| I/O模块 用于DI/DO以及AI/AO信号的处理，包括漏型/源型直流DI、交流DI、继电器/晶体管/双向晶闸管型DO、电压/电流型/热电偶型AI、电压/电流型AO等 提供多种型号I/O模块，满足不同应用需求，从离散控制到过程控制 用于系统扩展及与三方设备通信 支持TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、DeviceNet、CANopen、自由口等协议 专门用于高速计数、SOE、定位、凸轮控制等任务 用于安装所有模块，并提供CPU与其他模块之间的数据通信总线 包括本地背板和扩展背板，本地背板用于安装CPU模块、高速或普通I/O模块、通信接口模块、特殊功能模块，扩展背板用于安装通信接口模块和普通I/O模块。 |
冗余系统 对于一些性要求较高的控制场合，如连续过程控制中，控制器发生故障后重新启动费用相当高，或者设备停机后会造成重大经济损失的场合等等，LK可为用户提供冗余系统的解决方案，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余和PROFIBUS-DP总线冗余。 |
支持冗余功能的CPU模块安装在带双CPU插槽的本地背板上
上电后，冗余CPU模块自动被设置成主、从方式
主机、从机同步执行用户程序，主机控制输出，从机备份，当主机故障时，从机自动切换为主机，保证系统的正常运行
在CPU模块内集成有2个以太网接口，由背板引出，采用标准RJ45接口，符合IEEE802.3/u标准，通信速率10M/100Mbps自适应，传输介质为非屏蔽或屏蔽双绞线
在CPU模块内集成有冗余PROFIBUS-DP总线接口，由背板引出，是CPU模块与I/O模块进行数据交换的通信接口，实现主站和从站之间的双向
冗余PROFIBUS-DP现场总线，符合IEC61158 标准和EN50170欧洲标准，通讯速率9.6Kbps～1.5Mbps可选