西门子6ES7231-0HF22-0XA0大量供应

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计算机技术、网络技术、数字技术推动印的发展，智能化程度也越来越高。本文介绍了台达PLC产品在印行业中的应用。

1 引言

近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，性高等方面具有特的优点。触摸屏的使用则为整个控制系统提供了良好的人机操作界面，因此二者的联合越来越广泛的应用于工业生产的各个领域。 印械关键技术也主要侧重在智能化的提成。在印刷中的高速双面印刷机项目中我们选用了台达机电自动化PLC产品对电气进行了改进设计。

2 工艺自动化分析

印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。由于自动工作模式下各动作要以一定的顺序工作，机械采用凸轮来控制各动作离合时的角度，电气选用二相增量型旋转编码器来实时测量凸轮的旋转角度，编码器每旋转一周，产生360个脉冲，PLC高速计数器计数720，到零位后复位重新计数。

3 台达机电技术的自动化应用

台达EH系列是一款可扩充高功能型PLC，具有高速度、、涵盖应用层面广泛的特点。在原有的模拟输入输出模块、温度模块的基础上，中达电通今年又新推出几种特殊功能模块，主要针对应用中需要高速处理的控制场合，包括单轴定位模块01PU、1CH高速计数器模块01HC、2CH高速计数器模块02HC，大的丰富了PLC应用功能，使其加适应工业控制环境中的不同需求。

DVP01PU定位控制模块主要可应用于步进或伺服驱动系统之速度或位置控制，具有200 KHz脉波输出，输出采用高速Line Driver 接口或NPN开集输出，高噪声抑制;可透过程序指令FROM/TO来读写模块内之资料;模块内建原点复归、寸动运动、单段速定位运动、连续两段速定位运动、变速度运动、手摇轮 (MPG) 输入等八种行程控制模式及梯形曲线和S曲线两种脉波加速曲线; DVP01PU定位控制模块是一个容易使用的立单轴脉波定位模块，适用于得以接收脉波控制的各种运用场合，由于定位控制的运算有专门的硬件来完成，简化了程序撰写和调试，能够轻松实现工件的运动定位控制，是PLC较为高阶的应用。

3.1系统原理设计

控制部分以台达的DVP-EH型PLC为技术平台，触摸屏为操作界面，变频器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与DVPEHPLC的COM口相连，采用MODBUS协议。PLC通过485口控制四台变频器，支持MODBUS协议。

3.2系统配置设计

台达PLC：DVP64EH00R+扩展DVP08XP11R。台达触摸屏：DOP-A57CSTD。台达变频器：VFD110B43A;VFD004M21A。框架如图1所示。

图1印刷机系统配置设计

3.3编程案例

(1)触摸屏显示报警。台达EH系列PLC提供了方便的高速计数功能，使程序编写简单，调试快速。我们将编码器的信号线接入PLC的高速计数端子X0，X1，编码器的复位端子接X2，对应计数器为C251，Y23为主机运行，当编码器两相接错时，触摸屏显示报警M455。

(2)通讯调试。在小型电气控制系统中，设备间的通讯调试是一个难题，但台达PLC与变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可解决问题。如读取主变频器的输出频率,先写好通讯协议，然后利用下条指令即可：其中通讯命令装置地址为01，数据地址H2103，数据长度2个word。两者的通讯省却了中间继电器的控制，减少了故障隐患，再利用触摸屏将PLC中的数据读出，可以方便地监视运转中出现的问题。

(3)画面设计。在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。触摸屏的应用省略了原有的一些按钮、指示灯、计数器、转速表、时间继电器及润滑程控控制器等元器件，降低了故障率，也减少了接线的工作量。台达的人机编辑软件-TPEditor提供了7个等级密码的保护，有利于使用厂家对某些特定的使用条件进行了限定，保护了用户的利益。因触摸屏有3M的内存，所以设计时在画面中以走马灯的形式提供了大量的报警信息，也设计了多屏PLC输入、输出状态监视画面，在系统帮助里详细介绍了本机电气操作及维修提示，使整机的电气系统操作、使用、维修简单方便。

4 结束语

本套系统配置取代了原国外的配置，性价比提升很多，提高印刷机自动化水平，将节约大量的辅助时间，进一步提高生产效率，故障率也远原配置。 与其他产品相比，感觉台达整体软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏监视并修改程序，这是其它产品所不能匹及的。总之，台达的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。

0 引言

目前在造纸行业中，国内外大小厂家广泛采用的仍然是传统的油加热和蒸汽加热造纸烘缸。在多年的生产过程中，传统造纸烘缸设备暴露出诸多的不足：能源利用率低、设备投资大、污染环境、生产事故频发等。随着近些年上能源紧缺现象的加剧以及人们环保意识的增强，各个工业部门都在不断改造老旧的设备，开发节能的新型设备。作为造纸生产线中的耗能大户，加热烘缸的改造，需要从根本上改变由热油和过热蒸汽作为加热介质的加热方式，寻找一种简单方便又的替代方案。

“感应加热”是一种合适的加热方式，具有热效、加热均匀、等特点，在钢铁冶炼、汽车制造等行业已有成功应用。本文将“感应加热”应用到造纸烘缸设备的开发中，设计了一个小型试验纸机中频感应烘缸，并利用SIEMENS S7-200系列PLC产品，开发了一套、控制、操作方便的控制系统。经过调试运行，电磁感应烘缸可以满足原有生产工艺的要求，运行稳定，节能效果明显，可以作为传统烘缸的替代产品，有广阔的市场前景。

1 感应加热电源

1.1 感应加热电源原理

开发感应加热电磁烘缸，关键是开发稳定的感应加热电源系统。目前各个领域投入使用的感应加热电源，主要结构大致相同，都是由如下的几部分组成：

(1)整流变换电路(AC-DC);

(2)逆变电路(DC-AC);

(3)谐振负载电路;

(4)电源保护及控制电路。

感应加热电源的原理图如图1所示。其中，整流变换电路将50 Hz工频市电转换为直流电;根据整流得到的直流电压大小是否可变，整流电路可以分为“可控整流”和“不可控整流”，其中“不可控整流”只需要采用大功率二管作为整流元件即可，电路结构简单，可有效降低设备成本;整流后的直流电再经过逆变电路，变换成大小和方向都随时间变化的交流电，其频率和幅值可以通过逆变电路控制;按要求得到的交变电流加载到谐振负载电路上，在负载线圈上产生交变的磁场，从而在置于交变磁场中的金属器件表面产生涡流，完成能量的传递，达到加热金属器件的目的;“保护控制电路”起保护作用以及调节加热功率的大小。

1.2 串联谐振型感应电源

串联谐振型感应电源又称“电压型感应电源”，其主电路原理图如图2所示。A 区域部分为三相桥式不可控桥式整流电路，它将工频交流电整流成脉动的直流电ud;B为直流中间路，它由一个滤波电感和滤波储能电容组成，它把50Hz工频网络和中频网络隔开，电容很大，它两端基本上是平滑的直流电压u'd，此电压是在逆变电路C还没有工作前电容器就储能建立的电压，以便于启动逆变电路;C 为单相桥式串联逆变电路，它将直流电压u'd逆变为中频方波电压ud，并把它加到负载电路;负载电路D为电感器和电容器组成的串联振荡电路，它对工件进行感应加热。中频电压u'd中含有明的基波和谐波成份：接近谐振频率的基波电压加到串联振荡电路时，振荡电路呈高阻，比基波频几倍的谐波电压加到串联振荡电路时，振荡电路呈现很小的阻抗。所以方波电压加到串联振荡电路时，感应器负载电流ia实际上接近于正弦波。

1.3 逆变调功

逆变调功是整流部分不采用相控整流，而是用简单的不可控整流代替，整流输出电压不可控制，通过在逆变过程中改变频率或者相位角等办法来实现功率调节的方法。常见调功方法主要有脉冲频率调制法(PFM)、脉冲密度调制法(PDM)、脉冲宽度调制法(PWM)等。

PWM法是通过调节输出电压的脉冲宽度以及输出频率来实现功率调节的。由于改变脉动宽度时，脉冲的周期也变化，频率相应改变，为了区别于工作频率不变的移相PWM方法，也称这种方法为脉冲宽度与频率混合调制(PWM&PFM)方法。

一般的逆变器如DC-DC变换逆变器中，常用的移相PWM方法的工作频率是固定的，不需考虑负载在不同工作频率下的特性。而串联谐振感应加热电源要求其工作频率跟踪负载的谐振频率。在串联谐振感应加热电源使用移相PWM方法时，通常使某一桥臂的驱动脉冲信号与输出电流的相位保持一致，另一桥臂驱动脉冲信号与输出电流的相位差则可以调节，通过改变两个桥臂开关器件的驱动信号之问的相位差，来改变输出电压有效值，以达到调节功率的目的。由于PWM&PFM 调功方式具有不可控整流、电路简单、成本较低、功率调节范围宽、控制电路实现较易、频率变化不大等优点，开发的电磁感应烘缸中将采用此种调功方式。

2 烘缸设计及PLC硬件

2.1 电磁烘缸的物理组构

在系统生产的过程中，烘缸设备是需要一直转动的，如何将电感线圈与转动的烘缸设备组合在一起，既满足线圈与烘缸设备之间传递能量的需要，又不影响烘缸的转动，生产过程中的引致等操作，在物理实现上还简单实用，这种线圈与烘缸的组合方式称为电磁烘缸的物理组构。

造纸烘缸主要由烘缸体、烘缸罩、以及变频电机和齿轮箱组成。与传统的油热烘缸和蒸汽烘缸不同，电磁烘缸体内部不需要通入加热介质，不需要封闭，只需要三根辐条支撑在内缸体表面即可。烘缸罩位于烘缸缸体的部，可以上下活动。当需要引纸时，通过控制箱上的按钮可以将烘缸罩抬起，此时电磁烘缸停止加热;当引纸操作完成，正常操作时候，放下烘缸罩，感应电路对烘缸加热。烘缸罩的抬升与降落采用手动方式，配置小型空气压缩机。利用上下行程开关，保证烘缸罩降落时与缸体表面有合适的间距。

2.2 造纸生产工艺流程

在造纸生产工艺流程中，纸浆过滤去水之后，形成薄薄的一层附着在传动带上。这些潮湿的纸浆先被传送到几个烘箱中，经初步的烘烤去掉一些水分。烘箱中自上而下吹入100℃以上的热空气，热风的温度可以调节。潮湿的纸浆薄层在热空气中一部分水分挥发，水蒸气随热风吹走，达到预烘干的目的。潮湿的纸张从烘箱中出来以后，再到表面温度1400℃左右的烘缸上烘烤，去掉剩余的大部分水分。烘缸表面的温度需要根据不同的纸张厚度和纸张材质，以及走纸的速度来上下调整。

本课题开发的造纸系统，在整个工艺流程中潮湿纸浆薄层成型后，附着在传送带上经过了三个烘箱。三个烘箱设备结构基本相同，采用的是电热烘箱。每个烘箱上部装有电热板，通入电流后，电热板发热，从部吹入的冷风被加热成热空气，吹到传送带上对纸浆薄层进行预干燥。使用标准的4～20mA电流信号来控制流经电热板的加热电流，从而实现对加热功率的控制，调节烘箱内的温度。

散热排湿及空气循环系统部为冷空气进风总管，由鼓风机向其中吹气。总管分为三个分管，经过几层电热板进入三个烘箱内。在分管的入口处，各有一个插片式挡板，改变挡板的插入深度，可以改变进风量。

冷空气被电热板加热后，热风对着潮湿纸张吹干，与挥发的水蒸气混合，热度增大，温度降低;三个烘箱内的湿风在烘箱底部经排湿口排出。排湿入口处也各装有一个插片式挡板，可以调节排出去的湿风流量，调节烘箱内的湿度。另外，在排湿口总管的出口处，安装有抽风机，吸出三个烘箱以及烘缸罩内的潮湿空气。经过烘箱后的潮湿空气，虽然温度有一定降低，但是仍然有相当部分的热量，全部排出不再利用从节能的角度看有些浪费。因此设计了潮湿热风的回流，在排湿总管出一部分重新进入进风总管，从而有效地提高了能源的利用率。回流进风量的多少，也通过一个插片式挡板来调节。

电磁烘缸是后一道造纸加热工序，经过预干燥之后的纸张，与高温的烘缸表面接触，除去剩余的水分，产生大量的水蒸气。由于水蒸气密度小于空气，会上升被烘缸罩收集。烘缸罩部也留有一排湿口，并与排湿总管相连。在排湿口抽风机的吸力下，顺利排出室外。

2.3 PLC硬件

2.3.1 S7-200系列小型PLC系统

SIMATIC S7-200系列PLC是SIEMENS推出的面向微型及小型应用的PLC系统。目前它已应用于各行各业、各种场合的检测、监测及控制的自动化。S7- 200系列秉承了SIEMENS PLC产品功能、、应用灵活的特点，其强大的功能使其无论在立运行中，或者相互连成网络时皆能实现复杂的控制功能。它外型小巧、安装方便、具备多种扩展模块，且可以对CPU扩展存储器容量，能满足绝大多数小型系统的控制要求，与同类PLC产品相比具有高的性价比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： a.高的性;b.丰富的指令集;c.易于掌握;d.便捷的操作;e.丰富的内置集成功能;f.实时特性;g.强劲的通讯能力;h.丰富的扩展模块。

S7-200系列产品可以提供5种不同性能的CPU模块供客户选用，以控制系统成本。它包括一系列的扩展模块，比如数字量输入(DI)、数字量输出 (DO)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)、热电阻模块(RTD)，以及以太网、调制解调器模块、Prohibits-DP扩展模块等等一系列功能强大的模块，可以方便地与各种现场仪表配合使用，采集现场的各种信号并控制各种设备的运行。

S7-200系列产品还提供有小型的人机接口(HMI)设备-TD200文本显示(Text Display)装置，可以方便地设置系统的各个参数，实时地显示关键变量值，并且组态简单、方便好用、价格，省去了专门的IPC设备及上位机软件，节省了系统成本。用TD200作为本系统的人机交互界面，可以满足生产过程对参数改变的要求。另外，SIEMENS提供的专门针对S7-200系列PLC编程的Micro/Win step7软件，支持梯形图等3种PLC编程方式，好学易用;并且集成了PID算法模块、数字滤波

1 引言

PLC(Programmable Controller,可编程控制器)是专门为工业自动控制而设计的一种控制装置，在工业自动化领域中得到了广泛的运用，其特点是抗干扰能力强、性高、体积小、设计、使用和维护方便等.随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展，自动化控制也逐步向智能化、网络化、远程化方向发展.为了适应市场的需要，PLC厂商都相继推出了具有网络通信能力的PLC及其相关产品。

SIEMENS s7—200系列PLC在各个行业中的运用均很普遍，而消防火灾报警及其处理系统对于发生火灾时人员生命和财产的具有十分重要的意义。但是目前国内利用PLC来实现消防报警及处理系统的控制还不十分广泛。本文结合实际，讨论了使用PLC来实现消防报警及处理系统的设计与应用。

2 消防报警及处理系统的硬件构成

系统的结构图如下所示：

主要组成部件有：

1上水箱。2下水箱。3上水箱水位传感器。4下水箱水位传感器。5上水箱供水泵A。6上水箱供水泵B。7 下水箱供水阀。8声光报警器。9排烟风机。10烟感和温感传感器。11 喷淋泵。12 喷淋头。

本实例选用西门子公司的SIEMENS s7—200系列PLC，此系列的PLC具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选用的CPU型号为CPU 224 可扩展7个模块，大达94DI/74DO,16AI/16AO(模拟量输入/模拟量输出)并且提供14个数字量输入和10个数字量输出。输入/输出接口电路均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。由于使用了电动调节阀，所以还扩展了一个EM 232模拟量输出模块。该模块具有2路模拟量输出，电流输出量程为0～20mA，电流全量程分辨率为11位，25°C时的精度为±0.25% ，稳定时间为2ms。可满足比较复杂的控制系统的要求。

3 系统所要实现的功能描述如下：

当系统上电后，烟感报警器或者温感报警器发出信号后，系统进入运行状态。

(1) plc控制打开喷淋泵，并计时10s。如果10s计时结束后，喷淋管道内没有水生(水流传感器的水流信号)。关闭喷淋泵，并打开喷淋泵的工作故障灯，等待工作人员检修。

(2) plc控制打开排烟风机，当高温传感器发出高温信号时，说明此时火灾建筑物内不可能存在人员幸存，如果保持排风机开启只能增加火力，因此需要关闭排烟风机。

(3)当上水箱处于低水位时说明需要进行，因此开启喷淋泵。喷淋泵的开启规则为：A，B泵交替开启。当上水箱达到高水位时关闭喷淋泵。其间打开A，B任何泵时都进行10s的计时，如果计时时间到，管仍没有水生(水流传感器的水流信号)时，说明水泵故障，此时打开A泵(或B泵)故障指示灯，并切换到B泵(A泵)，同时进行计时，如果10s后无水流感应，再次打开本水泵的故障指示灯,切换到另外一个泵,如此循环。

(4)当下水箱水位为低时开启下水箱阀，同时计时10s。如果计时时间到，且下水箱水流指示无信号时开启下水箱阀故障指示。当下水箱水位为高时停止。

以上四步为并行。当上水箱和下水箱的水位均为满时按下复位按钮，系统回到初始状态。

4系统的SFC图如下图所示：

PLC输入/输出对应的控制量如下表所示：

5 PLC程序设计

程序采用梯形图的形式，它沿用了继电器的触点和线圈等符号，图形表示易于理解。

部分梯形图程序如下：

程序所涉及的I/O和内部变量如下表所示：

控制过程如下：

I0.6开→Q0.6，Q0.7,Q1.0亮(10秒后)→Q1.0灭→Q1.1亮→Q0.6，Q0.7亮 若I0.4开→Q0.6亮→Q0.7亮→Q1.1亮。若I0.6,I0.1开→Q0.6亮→Q0.7亮→Q0.0亮(10秒后)→Q0.0灭→Q0.1亮→Q0.2亮(10秒后)→Q0.1灭→Q0.2灭→Q0.1亮→Q0.3亮(10秒后)→Q0.1灭→Q0.3灭(如此循环)。若I0.6,I0.3亮→Q0.6亮→Q0.7亮→Q0.4亮(10秒后)→Q0.6亮→Q0.7灭→Q0.5亮→Q0.4灭。若I0.6开→Q0.6亮→Q0.7亮→Q1.0亮，若I0.7开→Q0.7灭。

因为消防报警及处理系统关系着公司人员生命和财产的，所以该PLC控制系统采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施。如：电源的抗干扰设计采用使用隔离变压器对于抑制电网中的干扰信号具有较好的效果。软件抗干扰方面采用数字滤波和软件容错技术等经济有效的方法，进一步提高了本系统的性。

6 结束语

本文作者点在于将PLC应用到消防报警及处理的控制系统中。本系统在某区级**公司进行了应用，了良好的实际效果，产生经济效益约80余万元，且性能良好。实践证明， 以PLC为构造消防报警及处理控制系统，是一种简单有效、廉的解决方案，具有较高的性、灵活性和经济适用性。