西门子6ES7231-7PC22-0XA0产品规格

自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、流量及时准确地进行监测和调节。系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网络,通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、PLC、变频器等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配料生产工艺过程中，将主料与辅料按一定比例配合，由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量。PLC主要承担对输送设备、秤量过程进行实时控制，并完成对系统故障检测、显示及报警，同时向变频器输出信号调节皮带机转速的作用。
1.自动配料系统的构成
该自动配料系统由5台电子皮带秤配料线组成，编号分别为1#、2#、3# 、4#、5#、，其中1#～4#为一组，1#为主料秤，其余三台为辅料秤。当不需要添加辅料时，5#电子秤单工作输送主料。系统具有恒流量和配比控制两种功能。对于恒流量控制时，电子皮带秤根据皮带上物料的多少自动调节皮带速度，以达到所设定流量要求。以主秤（1#）系统工艺流程来分析，工艺流程如图1所示。
自动配料系统加电后，皮带驱动电机开始旋转，微处理机根据当前操作控制电机转速。料斗中的物料落在落料区，经皮带运送到达称重区，由电子皮带秤对皮带上的物料进行称重。称重传感器根据所受力的大小输出一个电压信号，经变送器放大，输出一个正比于物料重量的计量电平信号。该信号送至上位机的接口，经采样后并转换成一个流量信号，在上位机上显示当前流量值。同时将此流量信号送至PLC接口，与上位机设定的各种配料给定值进行比较，然后进行调节运算，其控制量送至变频器，以此来改变变频器的输出值，从而改变驱动电动机的转速。调整给定量，使之与设定值相等，完成自动配料过程。

图1：系统工艺流程
流量就是一定时间内皮带上走过的物料量。电子皮带秤称量的是瞬时流量，上位机给出的是设定流量，二者在实时计量中有所偏差。在流量实际控制中采用工业控制中应用为广泛的PID调节，根据流量偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制，控制量输入和输出（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：


公式中e（t）表示误差、控制器输入，u（t）是控制器的输出，kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。图2为系统流量PID闭环调节结构图。在生产过程进行自动调节时，以主料成分的流量计量为依据，根据生产工艺要求通过上位机设定出总流量及主、辅料配比参数，按配方比例掺杂其余辅料。流量计量控制是计量偏差与变频调速的结合，具有结构简单、稳定性好、工作和调整方便等优点。

图2： 流量PID闭环调节
2.系统控制流程
当系统开始工作时，启动配料生产线。系统程序进行初始化，通过上位机或触摸屏设置配料配比，检查料斗有无物料。若无物料，向料斗送料，启动配料生产线，由电子皮带秤进行称重并实时计量，CPU计算得实时流量及累计流量。若设定流量与实际流量有偏差，调节器根据系统控制要求比较设定值与实际流量的偏差，经PID调节改变输出信号以控制变频器对输送电机的速度调节，从而实现恒流量控制。根据配比各辅料同时混合计量，并按配方工艺要求添加。系统主程序控制流程如图3。

图3： 系统主程序控制流程
3.PLC控制系统硬件设置
系统中主、辅料秤由可编程控制器（PLC）和上位机实现两级控制。现以1#～4#四台电子皮带秤的PLC控制分析为例，每一电子皮带秤有一台皮带驱动电机，两个料位传感器，一个速度传感器，一个称重传感器，一台变频器，它们构成了被控对象。电动机的启、停由开关量控制，PLC数字量输出信号作为变频器的控制端输入信号，经变频器调制输出高频脉冲给皮带驱动电机。料位传感器检测料斗有无物料，速度传感器测量电机的转速。系统需8个数字量输入信号，25个开关量输入信号和24个开关量输出信号，I/O点总数量为57。I/O点数量和类型如表1所示。
表1： PLC I/O口数量和类型


公司的SIMATIC S7-/300，属于模块化小型PLC系统，各种单的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。
根据系统被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，选用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU 315-2DP 。CPU 315-2DP是带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM，80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储容量大到512KB，大可扩展1024点数字量或128个模拟量。根据统计出的I/O点数选择一个直流32点和一个16点的SM321数字量输入模块和一个32点SM322继电器输出模块。
3.2变频器选型及其功能设定
三菱公司提供了FR-A540系列变频器与该公司的标准电机相匹配时的技术参数。采用三菱的标准电机，1#皮带机额定功率2.2KW，2～4#皮带机额定功率为0.4KW，额定电压380V，额定电流，转速1420r/ min，调速范围120～1200r/min。三菱FR-A540变频器自带有PID调节功能，根据自动配料系统生产工艺要求进行PID控制，需要检测设定的部分参数设定如下：
① Pr.1=50 Hz， Pr.2= 5 Hz，本系统Pr.18=120 Hz不变。
② Pr.19=9999，与电源电压相同
③ Pr.7=2s，加速时间（7.5K以下出厂设定值5s，0～3600s/0～360s）
Pr.8=2s，减速时间（7.5K以下出厂设定值5s，0～3600s/0～360s）
④ Pr.9 由电机额定值决定
⑤ Pr.14=0，适用恒转矩负载
⑥ Pr.79=3，外部/PU组合操作模式
⑦ Pr.183=8，实现RT开关=REX开关
⑧ Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132 、Pr.133、Pr.134根据现场PID调节具体要求来设定。
4.PLC控制系统软件设计
STEP 7是西门子的S7-300系列PLC所用的编程语言，它是一种可运行于通用微机中，在bbbbbbS环境下进行编程的语言。通过STEP 7编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，并通过转接电缆可直接送入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断情况，甚至进行在线修改程序中变量的值，给调试工作也带来大的方便。
STEP 7将用户程序分成不同的类型块。程序块分为两大类：系统块和用户块。用户块包括：OB=组织块，FB=功能块，FC=功能，DB=数据块。主程序可以放入“组织块”（OB）中，而子程序可以放入“功能块”（FB或FC）中。
在本系统中，PLC的主要任务是接受外部开关信号（按钮、继电器触点）和传感器产生的数字信号的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器、电磁阀等器件，以完成相应的控制任务。除此之外，另一个重要的任务就是接受工控机（上位机）的控制命令，以进行自动配料控制。
自动配料程序共有OB 1及FC1至FC6等7个“块”。OB1是主程序，通过6个“CALL”调用语句，依次调用FC1至FC6等功能模块，达到组织整个程序的目的。程序中6个功能块的任务分配如下所示：
FC l 负责系统开始运行以及运行方式的设定; FC2 负责对系统的停止;
FC3 负责计量泵和计量泵配比控制; FC4 负责故障、事故处理控制;
FC5 负责对变频器的控制; FC6 负责指示灯的显示控制。
5.结束语

PLC代替了传统的机械传动及庞大的控制电器，实现了电气的自动化控制。通过对皮带电动机的变频调速，达到节约能源和提高配料精度。

在工业应用领域，大部分机械设备都采用、实用的控制产品对生产过程进行控制，以提高设备运行的性和生产效率。但是，在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。
中国是个农业大国，农机设备遍布大江南北。把性能稳定、、功能强大的控制产品应用到市场的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积的影响。
本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用，该应用在提高农机设备自动化方面了很好效果，具有很好的推广。
2系统概述

山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的企业，其生产的液压打包机行销海内外，得到用户的普遍。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造，但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的恶劣性，在性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，该控制方案达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。
液压打包机控制系统由控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，控制单元应用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，输入、输出信号详见表1。

表1　I/O地址分配表

3系统功能
采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并能对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的性，根据客户的实际需求，将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上，包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。另外，时间继电器的时间也在人机界面上设定，包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。
液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等，下面对各控制回路分别进行介绍。
油泵电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“泵起”油泵电机的启动按钮，主接触器C1和Y接触器C2接通，同时油泵电机启动延时继电器，通过读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到则Y接触器C2断开，同时△接触器C3接通，PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮，油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时，主油泵热保护继电器RJ开关闭合，通过PLC程序控制主接触器C1立即断开，处于保护状态。故障排除后，重新启动、重新开机。当油缸过上限或下，HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间，保转换状态。加上多重互锁和自锁，完成油泵电机的正常启动和运转，同时有指示灯显示电机的运转状态。
踩箱电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“踩起”踩箱电机的启动按钮，踩箱过程开始，踩箱指示灯点亮，踩箱电机接触器C4接通，同时踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，触发PLC内部中间继电器，踩箱结束，蜂鸣器H接通告知，同时踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，循环结束，踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮，所有的时间继电器及中间继电器均复位，踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整，根据不同的工作状况选取不同值，大地方便了用户操作，显著提高了生产效率。
上升、下降控制回路：上升与下降是两个相反的控制过程，由程序设计为互锁，以保证动作统一、。通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“上升”或“下降”按钮，箱体按程序动作，开始上升或下降，达到工艺要求。
提箱控制回路：系统提箱的控制保证在上升结束后进行，通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“提箱”按钮，提箱开始，当达到箱体上限位时，即为提箱结束。
卸控制回路：按照工艺要求，预卸控制是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程由PLC程序自动进行，油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值，同时开始计时，时间到预卸结束。
开门、关门控制回路：开门和关门是两个相反的控制过程，分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制，内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁，分别完成开门和关门动作。

一． 概述 在自动化控制领域中，相同功能有不同实现方式，针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现优的性价比。本文介绍的一种应用西门子S7-300 PLC的高速计数模块ET200S和70系列变频器通过PROFIBUS总线通讯的功能来实现的定位控制的实际应用。 二． 控制思路 横移车是钢管生产线中不可缺少的辅机设备，它主要完成将工序生产的钢管搬运到下一工序，或有序地暂放在台架的每个工位上。随着对生产线自动化程度要求的日益提高，减轻操作人员的工作量和操作失误。要求对横移车实现全自动准确定位控制。 其控制就是利用装在横移车车轮上的编码器采集的位置信号，通过PLC的高速计数模块读取，CPU经过运算处理与设定位置作比较，控制变频器的多段速度，从而实现横移车的准确 定位控制。因为考虑到控制成本和操作方便，采用PROFIBUS总线控制方式，减少了布线，控制方便，灵活。 三．系统的构成和特点 1．PLC作为控制的，主要用来接收编码器的反馈信号，与设定的位置信号作比较，通过通讯功能来控制变频器的输出频率减小，提前减速，到位前低速运转，到位时准确停止。为了实现定位还设有零位置传感器，到零位时将计数器的计数值清零，累积误差，保证定位的准确，使横移车能平稳地放下和举起钢管。 由于放置主站CPU和变频器的控制柜与横移车比较远，在横移车上放置了远程I/O模块和高速计数器模块ET200S，通过 PROFIBUS总线相连，将现场的传感器，编码器信号直接连接在远程I/O和计数模块上，减少了现场的走线和故障的发生，维护方便。通讯速率可过 1.5M，整个系统的系统框图如1。 由于使用通讯功能，可以省去用于控制变频器的几个输出点，PLC的输出点也减少了。 2．高速计数器模块ET200S的应用 控制系统中所选的编码器分辨率为2048P/R，轮径φ250，齿轮比3，可计算出脉冲精度：250×3.14/2048×3=0.127mm/脉。能满足横移车的准确定位精度。 定位过程如下： 设定好横移车运行的一个方向为正方向（加脉冲），当横移车向设定的位置运行时（工作运行速度），高速计数器自动进行加/减速计数，在距离设定位置300—400mm时，控制变频器的输出频率，以低速运行，在到达设定的位置时，停止变频器的输出，同时实施机械抱闸，完成了准确定位。 读取高数计数模块的程序段如下： L PID 272 //模块开始地址，将计数器模块状态值存放到MD20~MD27 T MD 20 //当前计数值 L PID 276 T MD 24 L 123 //装载比较值 T MD 30 SET = M 34.0 //打开软件门 A M 10.0 //使能传送比较值功能 = M35.2 L MD 30 T PQD 272 L MD 34 T PQD 276 3．PLC和变频器通讯 在CPU进行硬件配置时，对挂在总线PROFIBUS 站点都分配了物理地址，PLC与变频器进行通讯也有相应的物理地址，CPU内部有通讯功能块SFC14，SFC15，使用内部的寄存器DB块存放数据，当PLC对变频器进行数据的写入和读出时，就需知道PLC和变频器定义的相关功能的地址，然后依据这些地址进行数据的写入和读出，才能实现对变频器的控制。 此控制系统变频器需设定的参数介绍如下： P60=1，P53=6，P554=3100，P571=3101 P572=3102，P443=3002，P566=3107 P734.1=32,，P734.2=148 其它的参数可以按出厂默认值即可 一．结束语 通过这次的电气改进，现场布线减少，自动化程度提高了，人为参与减少了，加强了生产。生产效率有了很大的提高，通讯控制替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，面且操作方便，性价比优异。也证明了西门子PLC和变频器的通讯功能非常强大和好用。

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