6ES7212-1AB23-0XB8参数说明

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  由于引黄涵闸测控系统老化，传统的按钮-接触器手动控制系统难以满足闸门的启闭需要，黄河
提出采用PLC对涵闸手动控制系统进行自动化改造，并将PLC控制系统与涵闸传统的手动控制系统
相结合,实现了闸门启闭的手动控制/PLC控制的切换。文章从系统需求分析、系统组成、系统设计等角度
对PLC测控系统加以阐述,并对关键的问题提出了解决办法。该系统具有较高的性与性,功能强大,
是涵闸现地测控系统自动化改造的一种较好的方法，已在山东黄河5座引黄闸上得到了应用。
关键词测控系统　PLC　自动化改造  闸门启闭  切换 

1. 引言
        现地测控系统是引黄涵闸工作现场的环节，其的运行是涵闸正常工作的保证。在引黄涵闸传统的现地测控系统中,控制功能是采用按钮-接触器线路，通过按钮操作从硬件上实现启闸和闭闸的。由于电气触点多,控制手段落后，难以达到所期望的闸门开度；而工作现场的参数测量手段也其落后，基本上是采用一些简单的机械测量机构，有的数据甚至要依靠操作人员凭经验进行估算。黄河水量的调度管理主要依靠行政手段和传统的调度方法凭经验进行，工作效率不高。这显然无法满足黄河水资源可持续利用的要求。
使用可编程控制器(PLC)是工业自动化的重要手段,本文提出采用PLC对引黄涵闸传统的现地测控系统进行自动化改造,并保留原有手动系统，实现了涵闸手动控制/PLC自动控制的切换。改造完成后的系统，即PLC测控系统主要控制逻辑由PLC实现,通过控制程序从软件上实现启闭闸，性高；工作现场的参数测量则采用精密的传感器，将测量的信息实时地传给PLC进行处理，从而得到我们需要的数据，准确性高。该系统的组成为模块化结构,采用可编程序的控制器,一旦工作现场发生变化，只需修改控制程序即可,系统维护也变得十分方便。
PLC现地测控系统的建成有利于对涵闸进行的控制，有利于对黄河水资源进行科学的调度管理。同时，它也是实现黄河引黄涵闸远程监控的基础。

2. PLC测控系统需求分析及系统组成
2.1 系统需求分析
作为涵闸工作现场的部分，PLC现地测控系统要求具有以下主要功能：
(1)完成对涵闸基础数据信息的和处理，数据信息的显示则由和PLC相连的触摸屏来完成。这些信息包括水位、闸位、电压、电流等。
 (2)通过触摸屏和PLC控制系统实现闸门升降过程的自动化控制。
(3)具有过压、过流、过载、上下限位等保护功能。当系统出现过压、过流、过载、到达上下限位等故障时，一方面通过PLC控制程序实现自动关闸，另一方面给出报警指示信息，使控制间的操作人员能及时采取相应措施。
(4)本系统的控制部分是将传统的手动控制回路和PLC自动控制回路相结合，现地操作
人员通过一组切换开关实现手动控制/PLC控制方式的转换。在手动控制方式下，现地操作
人员通过按钮启闭闸门；在PLC控制方式下，借助触摸屏可以实现闸门的自动启闭控制。
2.2 系统组成
根据系统设计的要求，涵闸PLC测控系统选择控制设备——带以太网接口的可编程逻辑控制器（PLC）、综合显示控制屏（触摸屏）、电气主回路设备、控制回路设备、自动化元器件等装置来构成。本系统采用施耐德Momentum系列PLC。
涵闸启闭机电气主回路设备、控制回路设备包括启闭机、交流接触器线圈、继电器等电气与执行机构。自动化元件主要包括闸位计、荷重传感器和水位计等。
采用触摸屏来操作和显示有关参数。触摸屏和PLC之间通过RS485接口通信。以下是涵闸PLC现地测控系统总体结构示意图［1］（图1）：
 

3． PLC测控系统硬件设计
3.1 输入输出点分析
       以二孔涵闸为例，工作现场开关输入量有手动控制/PLC控制信号、上下限位信号、接触器和断路器辅助触点的状态信号等。模拟量输入信号有水位、荷重、电压、电流、温湿度等。开关输出量为控制中间继电器及驱动声光报警器的信号。
3.2 涵闸电气主回路设计图
       电气主回路的的部分是用两组接触器触点来控制电机的正反转，从而实现涵闸闸门的上升和下降。主回路上的断路器带有分励脱扣线圈，可以实现电机的紧急停机。电路设计图如下（图2）： 
 

3.3 涵闸电气控制回路设计图
        控制回路的电源是经UPS稳压后的220V交流电。控制回路上有一个转换开关，它可以实现手动控制/PLC控制的切换。控制电机的两组接触器线圈KM1和KM2的常闭触点是互锁的，这种互锁的方式可以避免因按钮的误动作造成上升和下降接触器线圈同时接通而产生的主回路短路故障。控制回路图如下（图3）：
 

4.2  当前闸位与闸位设定值的比较
       实现PLC对闸门自动启闭的控制，其关键是当前闸位和设定闸位的实时比较。以下程序中，闸位设定值放在地址为400111的内存中，它是通过触摸屏输入的，当前闸位在400112中。其比较结果将辅助线圈000111和000112置位，这些辅助线圈常开触点的状态即为闸门上升或下降的控制指令信息。当闸位当前值与设定值相等时，线圈被复位，闸门停止动作。图中的000710、000316等地址存放的是系统辅助触点的状态值，比如限位开关的状态等。

在现场调试过程中，发现现场的负载在每午五点下班时会突变，由于负载500m3/h

的流量突变成几十的流量，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。

1.引言

随着机械自动化水平的不断提高，自动控制技术在定量包装生产中应用越来越多，在粮食、化肥、饲料和轻工等行业中都有广泛应用。称量包装技术的发展大致经历了手工称量、继电器控制、称重仪表控制、PLC 控制等几个阶段。相对于传统的称重仪表控制，应用PLC 和触摸屏组成的控制系统便于将开关量设置、复位操作以及设定和修改系统参数功能的结合，提高机器速度和精度。

2. 包装机的工作原理

2.1 包装机的组成

称重式自动定量包装机由供料部分、称重部分与卸料部分组成。供料部分分为储料斗和重力供料装置。储料斗用于存储需要灌装的物料，重力供料装置主要是向称量料斗中提供物料。称重部分即称量斗，它通过和称重传感器相连，测量物料重量。卸料部分用来完成标准重量物料的卸料装袋过程。如图1 所示，为包装机的组成图。

2.2 工作原理

称重式自动定量包装机的工作原理流程图如图2 所示。当储料斗中物料足够，在重力的作用下进入重力供料装置，打开料门进入大给料状态。当到达给定大给料重量时，关闭给料门，留一条狭缝，进入小给料状态。当到达给定小给料重量时，关闭给料门，经过一定的空中落料，称量斗稳定，并且卡袋机构卡紧时，卸料门打开，物料进入放料斗，再落入袋内，完成一个包装循环。

3.控制系统硬件设计

该系统主要为开关量控制，料门的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。设备即可以手动操作也可以自动操作。手动操作要求用按钮对机器的每一步运动单进行操作控制。自动操作要求按一下自动/手动选择开关，机器自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按下停止按钮，则机器继续完成一个周期的动作，回到初始状态后自动停止。控制系统框图如图3 所示。

根据称重式自动定量包装机的操作和控制要求，控制系统选用西门子公司的SIMATICS7-200 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CPU 的型号为CPU 226 AC／DC／REL，它提供24 个数字量输入和16 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。并且2 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。由于要处理传感器的模拟量输入信号，所以扩展了一个EM 235 模拟量处理模块，该模块具有4 路模拟量输入。POP 文本显示器对整个系统进行过程监控显示以及参数设定等功能，可以通过PPI 协议和s7-200 系列PLC 的编程口或扩展通讯口直接通讯。

4.控制系统软件设计

控制系统软件设计为各功能软件设计，包括显示功能、参数设定功能、自动修正给料量功能、通讯功能等。如图4 所示为软件系统的总体结构。

4.1 称重信号处理

由于称量信号存在干扰，需要对信号进行滤波处理，并判断信号是否稳定，读数是否准确。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号的比重，是一种程序滤波即软件滤波。常见的滤波方法有限幅滤波、限速滤波、中值滤波、滑动平均滤波等。

本系统采用滑动平均滤波方法，系统采集的信号是与重量成正比的电压信号。这类信号的特点是存在一个平均值，信号在某一数值范围附近作上下波动，在这种情况下仅取一个采样值作为判断依据显然是不准确的。采用滑动滤波方法可以得到较好的效果。该方法采用新采集的一个数据替换n 个暂存数据中的早的一个数据，使得n 个暂存数据始终是近的数据。求平均后所得数据既反映了近的数据变化，又克服了随机误差带来的响。

所求的平均值为

标准差为

当标准差σ 小于设定值时，则系统稳定，当前值即为称量值。根据系统要求的精度不同，可以设定不同的值。

4．2 PLC 程序设计

根据称重式自动定量包装机的操作要求，确定各动作的顺序和相互之间的关系，画出程序流程图，再由PLC 输入输出的逻辑关系编写出梯形图。本系统输入端口定义为自动手动按钮、卡袋复位按钮、单步执行按钮、总复位按钮、停止按钮、卡袋开关等，输出端口定义为称量斗稳定指示、大给料气缸动作、小给料气缸动作、卸料气缸动作、卡袋气缸动作、系统报警等。输出采用西门子公司STEP7-Micro/WIN32 软件进行编写，程序流程图如图5 所示。

4.3 POP 文本画面设计

POP-HMI 除 LCD 显示窗之外，还有22 个薄膜开关按键，其中16 个按键能被设定成特殊的功能键，用来完成画面跳转，开关量、位状态设定等功能。本系统中通过POP-HMI 可以设定灌装目标重量、大给料量、小给料量，同时实时监控称量重量，并且查看灌装数据。

5.结束语

本系统设计完成后，进行了多次模拟实验，并且根据现场调试的情况进行修改。系统在投入运行后，性能稳定，满足各项工艺要求，生产效率和产品质量均有所提高，完成了机械和电器控制系统的一体化要求，可广泛应用于食品包装等行业。