6ES7235-0KD22-0XA8售后

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随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）的功能越来越强大，不仅具有各种各样的控制功能，还具有与其他计算机通信联网的功能。与之相应，PLC的应用也日益普及，不仅被广泛应用于传统的逻辑控制[1]、PID控制[2]和变频调速[3]等领域，还逐渐被用于数据采集、环境监控等领域。
本文介绍的分布式远程污水监控系统采用分布式的构建方案，利用基于西门子PLC的实时测量技术对各污水排放点的排污流量、管道压力等参数进行采集、监测，以达到分散连接、集中监控的目的。西门子PLC的I/O接口多，兼具模拟量、数字量和串行通信这几类接口，扩展模块丰富；能工作于恶劣环境，故障率低、寿命长，非常适合在工业环境下使用。所以系统以西门子S7-200 PLC、传感器和智能检测仪表作为下层基本测量单元，将各个污水监控点的测量数据经过PLC初步处理后，按照自由口通信方式打包传送给基于ARM9的嵌入式数据采集模块进行汇总和存储，然后再通过以太网送给本地机上层应用软件进行显示。整个下层测量单元相当于一个结构灵活可变、功能多样的智能仪表子系统，PLC相当于这个子系统的通信接口。可以根据不同的测量需要对下层测量单元的硬件结构和测量功能进行适当改变，使整个系统具有很大的灵活性，稍作修改即可用于其他监控系统。
1 分布式系统结构
    当系统启动或复位后，各排污点的下层测量单元开始定时采样、上传数据；嵌入式模块接收到PLC传来数据后，存入自身的数据库中并判断是否要触发报警设备，同时将数据定时传给上位机。这些实时监控数据后均汇总到网络服务器上，从而使整个系统构成了分布式的监控结构体系，主管部门只要通过应用软件的人机交互界面就可在各自办公位置对排污点的各项指标数据有一个准确的了解，进而达到对分布区域广泛的各个排污点运行情况进行集中监控的目的。

 嵌入式数据采集模块上的每个串口可连接多达253个不同速率和协议的设备，因此为了降，将距离较近的排污点测量单元通过一个串口集中管理器后接在同一个嵌入式数据采集模块上。在PLC程序中设置好与上位机通信时所需的PLC站号后，嵌入式数据采集模块就可通过轮巡的检测方式接收各测量单元传来的数据。但是实际中同一嵌入式数据采集模块上所接的下层测量单元不应过多，因为这会造成轮巡一次的时间过长，影响报警的实时性。
2 PLC下层测量单元硬件设计
    根据实际情况只需对各排污点的管道压力、污水瞬时流量、污水总流量、红外线人体探头的开关状态和供电的开关状态进行监测。其中管道压力由水压传感器测量，其测量数据为4~20 mA的模拟量；红外线人体探头的开关状态和供电的开关状态由PLC测量，其测量数据为数字量；污水瞬时流量和总流量由基于HART协议的智能电磁流量计测量，其测量数据通过串行通信传送给PLC。由于PLC还要将处理后的数据传送给嵌入式数据采集模块，这需要占用一个串行通信口，所以系统选用带有2个RS-485串行通信口的西门子S7-200 224XP型PLC。

红外线人体探头和供电开关分别接到PLC的数字量输入口I0.0和I0.1上；水压传感器接在PLC上的模拟量输入口0(AIW0)上；PLC的通信口0通过屏蔽双绞线与嵌入式数据采集模块的RS-485接口相连；电磁流量计需要经过基于HART协议的调制解调器后才能接到PLC的串口上。系统中采用的调制解调器一端带有4~20 mA的模拟传输线路(如电话线)接口，一端带有RS-232接口，因此还需在调制解调器串口端再接一个RS-232转RS-485模块后才能接到PLC的通信口1上。HART协议是半双工协议，同一时间内调制解调器只能处于调制或解调的工作状态，所以需要通过PLC产生高低电平来进行控制，故将PLC的Q0.1口接到调制解调器的工作状态控制端上。当PLC输出高电平时，处于调制工作状态；当输出低电平时，处于解调工作状态。
3 PLC下层测量单元软件设计
根据PLC在系统中的作用，PLC程序应具有定时采集数据并通过自由口通信方式发送到上位机、自动报警、自动向上位机发送保持连接信号等功能。另外还要能响应上位机的数据补调命令，返回相应数值；响应上位机的参数修令，修正PLC的系统时间等。
整个PLC程序采用模块化设计，将完成某一功能的代码段编写为子程序，设置入口参数和出口参数，当需要完成这项功能时，只需设置合适的参数并在程序中直接调用即可。这样可缩短程序的长度，便于程序的修改和移植。整个PLC程序是由主程序、子程序和中断程序3部分组成，每个功能模块程序包含若干子程序和中断程序，下面分别介绍。
3.1 PLC主程序
主程序主要是对自由口通信参数进行设置以及对程序中用到的各计数器和标志位寄存器进行复位，以免PLC断电重启之后产生未知错误。电磁流量计采用HART协议长帧结构命令，因此要先发送0#命令获得生产厂家的代码、设备型号码和设备识别码等总共38 bit的信息[4]，用于填写其他长帧命令的地址。PLC每次重启后，在主程序中调用一次0#命令子程序，并将流量计返回的地址存储在固定的寄存器中。另外，PLC采集的压力模拟量是一个缓慢变化的过程量，为了避免测量误差，还需对压力采集量进行滤波；本文采用了平均值滤波法，每隔0.1 s触发平均值滤波中断程序对压力测量数据进行处理。

3.2 PLC数据采样和报警部分程序
该部分程序由3个子程序组成：CheckRealTimeData子程序、Ana_Alarm子程序和Dig_Alarm子程序。其中CheckRealTimeData子程序负责定时对数据进行采样、存储；Ana_Alarm和Dig_Alarm子程序在CheckRealTimeData子程序中调用，负责判断采集到的数据是否过报警阈值。如果连续过阈值的时间大于设定值，则置位报警标志位，使PLC自发地向嵌入式数据采集模块发送报警信息，触发报警设备；如果采样值恢复正常则将报警计时器清零，重新计时。Ana_Alarm子程序设定Adata、Uplevel和Lowlevel 3个入口参数，分别表示所测模拟量数据、数据上限和数据下限；Dig_Alarm子程序设定Ddata、Status 2个入口参数，分别表示所测数字量数据和报警状态值。调用子程序时设置好正确的参数就可完成PLC的报警功能。

3.3 PLC数据存储部分程序
    PLC程序要有一定的数据存储功能，防止因通信错误而出现数据丢失的情况。因为224XP PLC的数据存储区仅为10 240 B，所以仅使PLC在每小时内的15 min、30 min、45 min和60 min时各保存一次数据，连续保存近3天的数据。另外在电源掉电或内存丢失后，PLC的系统时间会被初始化,这会使数据保存时间与实际时间不符，因此在建立了嵌入式通信采集模块和PLC的通信联系后，需发送命令对PLC的系统时间进行设置。
3.4 PLC通信部分程序
通信部分程序是整个PLC程序的。它包含4个中断程序(串行通信口0发送、接收完成中断和串行通信口1发送、接收完成中断)及6个子程序：(1)Precheck子程序,负责按照HART协议格式向电磁流量计发送0#命令，获得流量计地址；(2)PackandSend子程序，负责按照通信协议格式向嵌入式数据采集模块发送报警数据、巡检数据和补调数据3种不同的数据包，它有6个入口参数，分别为CW、Data1Address~Dataddress，表示返回数据的命令字和5个测量数据的寄存器地址；(3)KeepConnect子程序，负责定时发送保持连接信号，确保嵌入式模块和PLC通信正常，它有一个入口参数Time，表示定时时间；(4)CheckFlow子程序，负责按照HART协议命令格式向电磁流量计发送返回测量数据请求；(5)Port1CS子程序，在串行通信口1接收完成中断程序中调用，负责对流量计返回的数据进行异或检校，如果检校错误，则丢弃数据包，如果检校正确则进行解包分析，将返回的流量计地址或测量数据分别存储在不同的寄存器中，以便其他子程序也可调用；(6)Port0CS子程序，在串行通信口0接收完成中断程序中调用，负责对串口0接收的数据进行异或检校。
因为HART协议是主/从式协议,故PLC与流量计进行通信时需先向流量计发送命令，才能获得相应的返回数据。系统中PLC向流量计发送的命令有两种：一种是要求流量计返回地址的0#命令,另一种是要求流量计返回测量数据的33#命令。0#命令在每次PLC重启时发送一次，33#命令定时成每隔6 s发送一次。发送前要先拉高Q0.1的电平，使调制解调器处于调制工作状态；发送完成后，触发端口1发送完成中断使Q0.1输出低电平，调制解调器工作在解调状态，接收来自流量计的数据。当接收完成后触发端口1接收完成中断，调用Port1CS子程序对接收到的数据包进行分析。

 PLC和嵌入式模块进行通信时，PLC相当于从站，嵌入式模块相当于主站。除了自发向嵌入式模块发送报警信息和连接保持信息外，一般都是接收到数据返回请求后，再向嵌入式模块发送数据。PLC接收完嵌入式模块发送来的数据后，触发端口0接收完成中断对数据包进行分析。如果是系统时间设置命令，则按照数据包里的时间设置值修改PLC的系统时间。如果是补调命令，则按照查询时间读取历史数据并存储到补调数据寄存器中，如果是巡检命令，则将实时采样数据存储到巡检数据寄存器中，然后调用PackandSend子程序，设置好寄存器地址即可按照上位机命令返回相应数据。PLC发送完成后触发端口0发送完成中断，将各标志位寄存器复位，为下一次通信做准备。

   本文以一种分布式污水远程监控系统为例，提出了一种以西门子PLC为的测量方法。实验证明，文中所述方案可以准确、地测量恶劣环境下的现场数据。PLC的采用不仅增大了系统的稳定性，而且还可以很方便地根据实际需要适当地增加或改变监控对象，对系统功能进行扩展。由于PLC程序采用模块化设计，所以对系统进行简单修改后即可用于其他工业监控应用中。文中详细给出了下层基本测量模块的硬件和软件设计，以期为PLC用于测量、监控领域提供一些参考。

 1、引言

焊接技术的发展水平是衡量一个国家机械制造和科学技术发展水平的标志之一。世界现代焊接技术以、节能、及其工艺过程数字化、自动化、智能化控制为特征，在国内，无论是从目前焊接设备和材料产量构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术和发展方向上看，我国现化焊接技术都已有很大发展,部分产品技术已达到或接近国外水平，特别是成套焊接设备以及规模生产技术。

近几年来，随着工业过程自动化程度的提高，人们对环保节能意识的增强，特别是随着中国加入WTO以后，焊接行业的竞争加日趋激烈，并对产品的质量提出高的要求。促使我国成套、焊接设备整体制造能力与水平得以较大提高，为了提高产品的焊接质量，确保产品的质量，引进某公司生产的成套焊接设备，不但提高了产品的焊接质量，提高了工作效率，而且还节约大量的能源，保护工人的身体健康。该设备可广泛应于锅炉，压力容器，石油化工，机械等制造行业中。该结构，功能齐全，控制灵活，操作方便。既可实现全自动焊接，又可实现全自动保护。对提高焊接质量有的保证，是提高焊接质量和实现焊接自动化的理想设备。

2、系统的结构组成和主要技术参数

2.1　系统的结构组成

ZGBM型自动焊接是由YM-350KR2型自动MAG焊机，立柱式操作机，焊接滚轮架和电气控制装置组合而成的，

2.2　系统的主要参数

2.2.1　YM-350KR2型MAG焊机

YM-350型MAG自动焊机由电源YD350KR2、送丝装置YW-35KB和焊构件YT-35组成，具有优良的工作性能。它的焊接电源具有收弧电压电流参数的设定，能够适应不同的焊接规范、焊接位置和焊丝种类的需求;焊机机头由送丝机构、导电部分、焊机头、焊丝盘等组成。该机构具有维护简单、工作、无躁声、效、寿命长等特点。并配合焊架、滚轮架，选取焊接规范，获得焊接质量。控制装置由电控箱和遥控盒两部分组成。电控箱内有两个控制板，一个是接触器控制板，该板由熔断器、控制变压器、接触器、PLC系统及接线端子等组成。该部分主要控制各电机通断，实现各部分动作;另一块板，主要由变频器及其控制元件组成。主要是对大臂电机、滚轮电机进行控制和保护。以上各部分既相互联系，可实现自动焊接，又可相互立进行单操作。其主要参数有:

额定焊接电流 350A

电源电压 ～380V，50Hz

空载电压 52V

焊接电流调节范围 60～350A

焊丝直径 Φ1.0，1.2 mm ；额定负载持续率 50％

额定功率 18.1kVA

2.2.2　立柱式焊接操作机

立柱式焊接操作机由升降机构，横臂伸缩机构，回转机构，行走机构及十字微调机构等部分组成。为了确保和焊接质量，当横臂伸缩时，就是在进行行走焊缝焊接时，升降，回转，行走均被锁定。此外，升降，行走与回转之间也是互相锁定的。大臂升降机构用交流电机驱动，交流电机由变频器供电，能在较宽的范围内实行无级调速，以满足焊机获得焊接范围的需要。

十字微调机构用来在焊接过程中，随时调节焊机头与焊缝间的相对位置。

2.2.3　焊接滚轮架

焊接滚轮架分为可调式和自调式两种，每套焊接滚轮架，主动、被动机座各一只。主动轮运转的两个蜗轮减速器为同步运转。减速器由通过调速电机和减速装置实现电机无调速。每只滚轮外包橡胶层，摩擦系数大，以确保工件不打滑，运转平稳。

3、控制系统的设计

电控箱面板上有大臂速度指示、滚轮速度指示、电源指示、电源开关按钮、台车进退按钮、立柱回转按钮、横臂升降按钮及控制大臂的报警和报警等。遥控盒面板上有电源指示灯、横臂升降开关、滚轮正反转开关、横臂伸缩开关、十字调节机构微调、焊启、焊停按钮等。

通过电控箱和遥控盒，可以对该的各个机构进行调试和操作。既可以近控，又可以远控，操作灵活，使用方便。该焊接在保证自动焊接的同时，还设计了自动保护系统。正在焊接时，若焊机部分出现故障，整个系统停止工作。若焊架，滚轮架或控制电源出现故障，焊机立即自动停止焊接。能有效地实现自动保护。停止后，保护部分又自动复位，为下一次焊接作好准备，这样可有效的避免起焊和收焊时产生的弧坑，确保焊缝在连接处的平滑过渡。

3.1　PLC系统

该系统主要完成横臂伸缩和滚轮正、反向动作的控制，配合交流变频器完成“段速/调速”的相关控制功能;若在“调速 ”状态下，横臂或滚轮可以实现无级调速，并且在焊接启动后，自动启动横臂或滚轮的动作，在焊接过程中可根据焊接规范调节焊接速度;若需要段速焊接时，只要将开关切换到“段速”状态，再在电气控制柜面板上设定各种段速组合，在打开电源后，设定单元上显示:该画面为焊接时的正式画面，“当前组合”可通过“+”，“-”键选择，对每一种组合，对应两个值:当前焊点的长度、焊点的间隔，二者均以时间为单位，以满足不同的焊接速度;右上角的“设定”键，用于切换如下画面:通过该画面设定焊接所需要的焊缝种类，大可设100种组合，设定完毕，可进行“长度设定”进入焊点参数设定画面:在此画面上设定各种数据，注意单位为0.1s，后按动“显示”画面回到正常焊接显示画面。

注:设定值带#号的参数为数据保护参数，需在其它参数设定完毕后设置。设定值带＊的参数要个设定。17，18号参数现场设定，除上表所列参数外，其它参数与N2系列使用手册所列出厂设定值一致。

3.3　数显表显示值

3.3.1　大臂数显值的调节方法

调试时，旋动电控箱面板上的RP1多圈电位器旋钮使变频器输出为50Hz，再调节电器箱内RP2多圈电位器，使面板旋动电控箱面板上的数显值与上表所列数显值一致。

3.3.2　滚轮数显值的调节方法

调试时，旋动电控箱面板上的RP3至大，然后调节电器箱内的RP4多圈电位器，使面板滚轮数显表的显示值为1000。滚轮的数显范围100-1000[mm]。

4、当前应用效果

该套自动成套焊接自02年投入运行以来，使用效果较好，和传统焊接相比，优势较明显，具体表现在以下几方面:

（1）生产效率大大提高

直接通过电控箱或遥控箱进行操作，减少现场人为干预，通过统计，生产效率比以前提高近5倍，同时大大减少了现场的操作人员的数量。

（2）系统性大大提高

由于系统PLC、变频器等均采用进口器件，并经过严格筛选，系统工作几年来一直运行稳定，大大减少设备维护的费用。

（3）设计和人性化设计得到充分体现

进入二十一世纪后，随着生活水平的提高，人们的环保意识明显增强，设计技术作为一门新兴课题正在各行各业快速应用。正是由于该系统充分利用设计这一思想，使得系统投入运行后许多事前人们意想不到的效果。

（4）产品质量和合格率明显提高

应生产工艺需要，通过系统设定好参数后，生产过程严格采用自动控制，避免了人为因素的干扰，从而大大地提高了产品的质量和合格率。

（5）工艺控制平稳、稳定

系统中采用变频控制，并对系统参数实行优计算，焊接误差控制在±1%范围内，并能平稳地工作。

（6）节能效果显著

节能效果显著，经核算，系统中电机功率为5.5kW，实际工作中，采用变频调速功率只达到55～60%之间，平均每台可节省功率2.0 kW，按300×24=7200h/年台算，这样该系统每年可节省7200×2.0×1=1.44万元/年（按电费/ kW. H计算），同时还减少电机启动对电网造成的冲击。

5、结束语

通过现场多年的使用情况来看:其一，系统的性好，解决了以前立焊的难题;其二，系统的焊接精度高，有效地保证产品的焊接质量;其三，大大提高工作效率，减轻工人的劳动强度，维护了工人的身心健康;其四，节能效果显著;其五，环境污染程度低。总之，该系统自投产以来不但保证了产品的质量和产量，同时又克服了环境污染问题，为企业创造良好的经济效益。