6ES7222-1BF22-0XA8库存
1．酸洗线工艺流程简介
酸洗线分为三段：入口段、酸洗段、出口段。在入口段进行热轧钢卷的处理，钢卷小车将钢送上开卷机开卷，通过七段矫直机将带钢初步矫直，然后送到闪光焊机将带尾焊接起来，拉伸矫直机将带钢初步破磷、矫直送进酸洗进行酸洗。通过温度、浓度不同盐酸将带钢表面的氧化铁皮溶解掉之后进入漂洗段，通过脱盐水将带钢表面的盐酸冲洗掉，热风吹干之后进入出口段，在出口段完成切边、碎边，通过连接活套进入轧机。
酸洗自动控制系统就是将上面的工艺过程连续自动的进行下去成为一个协调的生产过程。
2. 控制系统概况
2．1 控制系统结构
酸洗线控制系统采用三控制结构。上面级为显示监控级，采用486工控微机。中间二级为过程控制级，采用SIMATIC－S5系列可编程序控制器S5－155U和 S5-135U。下面为三级基控制级，采用SIMOREG-K，控制直流传动电机。
2．2．1 计算机硬件配置
全线配置4台486工控分别位于入口操作室、出口操作室、酸再生操作室和主电室。这些微机的配置如下：
CPU: 80486
主频： 50MHZ
内存：20MB
硬盘：500MB
显示器：21”彩显
软盘驱动器：1.44MB
磁带备份机：250MB
打印机用于报警。
2．2．2 PLC 配置
全线共配置5台SIMATIC-S5系列PLC，三台S5-155U分别为M1,M2,M3。两台 S5-135U,为P1,R1。 M1,M2,M3配置CPU946/947、CPU928B、923C协处理器，P1,R1配置CPU928。
2．2．3 网络配置
通讯网络采用SINEC-H1高速网，配备有中继器，扇出单元，，发送器，屏蔽电缆。每台微机上装有PCL2NIA网络适配器，PLC上装有CP143通讯板。实现PC-PLC,PLC-PLC间通讯。USS总线将SIMOREG-K于M2连接起来。
2．3 软件配置
2．3．1 计算机软件配置
软件采用MS-DOS6.0，bbbbbbS3.1，工业控制人机接口软件Intouch4.11和Access1.1数据库。Intouch软件在bbbbbbs支持下完成人机接口的全部功能。Access完成生产报告的生成和打印。H1-Server软件完成动态数据交换。
2．3．2 PLC软件配置
Step5软件完成S5-155U和S5-135U的过程控制程序，COM143软件完成PLC数据通讯。
3.系统控制功能
3．1酸洗计算机系统实现的功能
酸洗计算机主要完成控制系统上位监控功能，其主要功能有：钢卷原始数据（PDI）输入功能，生产过程监视功能，故障报警功能，过程参数修设定功能，直接控制设备功能，生产报告生成打印功能，与轧机计算机通讯功能。这些功能都是通过鼠标和键盘在监视器上直接观察与操作，非常方便直观。
3．1．1 原始数据输入功能
当热轧钢卷进入到入口段步进梁上后，由操作工在A6画面上将PDI数据输入到计算机。
3．1．2 生产过程监视功能
颜色鲜明、形象直观的若干幅画面将整个生产线过程状态显示出来，使人一目了然。全部主要画面共28幅分成4个组：A组,P组,M组,F组。A组为综合画面组，共有7幅画面。P组为酸洗工艺组，显示酸洗段工艺图和控制器图，共7幅画面。M组显示带钢跟踪状态、电机参数值和缺失条件共9幅画面。F组显示拉矫直机运行电气参数机械参数。这些参数可以直接在画面修改。F组共5幅画面。另外还有一些由某个功能画面调用的自发画面和报警画面。画面的调用和转换直接用鼠标操作。
3．1．3 故障报警功能
工控PC机中的Intouch软件对系统的控制建立了3300个Tagname。这些Tagname中有1300个设定有报警条件，当过报警就会自动报警。报警通过两种方式：在CRT画面上显示和在报警打印机上打印。显示出的报警又有三种状态：未确认的报警、已确认的报警和恢复正常后的报警。三种状态通过不同颜色加以区分。画面上可以保留多页报警状态，供检查排除故用。
3．1．4 向PLC提供过程参数功能
酸洗线上的生产工艺过程是由PLC实施控制的而这些过程参数值是由监控计算机的Intouch 软件向PLC提供的。M1,M2,M3的数据块DB152接收这些参数值。这些参数值有：拉伸矫直机工作参数表、工艺段参数表和张力表。些参数表是根据允许的原料和工艺条件预设定好的，并预留了扩展的可能性。根据实际情况，参数值可由操作员或系统管理员修改。
3．1．5 直接控制生产设备功能
可以在CRT画面上用鼠标器直接启动和停止某个设备。例如在酸再生控制系统中，全部操作都是在画面上用鼠标来完成的。在酸洗线上，部分设备操作是在画面上进行的。
3．1．6 生产报告生成打印功能
酸洗出口操作台上配置的打印机打印出详细的生产，有钢卷报告、班报告、日报告、月报告。当带钢通过4#S辊后，触发信号通过PLC送给计算机，计算机自动生成报告并打印。钢卷报告共有25项数据。
3．1．7 与轧机计算机通讯功能
该机组因为是酸洗－轧机联合机组，实时性强，因此把即将进入轧机的下一个钢卷数据提前送入轧机计算机，使轧机计算机及时完成预设定。该数据通讯功能是由出口台计算机完成的。其硬件采用RS485接口，软件采用LISA通讯协议。发送数据有自动和手动两种方式。正常情况下是自动进行的，当出现故障时需通过手动重新发送。
3．2 酸洗线PLC实现的功能
酸洗线共配置三它S5-155U PLC, 一台S5-135U PLC。根据生产线三个段各配置一台S5-155U，设计中采用三台PLC主要是系统控制过于庞大，分开控制。三台PLC中M1负责入口段设备从开卷机到入口活套的控制，M2负责拉矫机和工艺段的控制，另外负责带钢跟踪任务。M3负责从出口活套到轧机前的6#S辊的出口段设备控制。另外一台S5-135U为P专门负责酸洗工艺的控制。
酸再生配置一台S5-135U,为R1，通过H1网和计算机交换信息，实现酸再生系统的过程控制，同时通过H1网和酸洗线计算机交换信息。
3．3 基础控制级功能
酸洗线带钢的运行与张力控制是通过6组张力辊又称S辊实现的。这些S辊由直流电机驱动，25台直流电机分别由SIMOREG-K控制器控制，SIMOREG-K通过USS总线连接到PLC M2中。
结束语
本钢冷轧厂酸洗轧机联合机组自动控制系统经过多年运行，显示出良好的性能。系统稳定，故障率低。另外在实践中根据生产需要，笔者已将原英文画面与报警信息汉化，便于现场人员操作。另外将计算机软件功能做了许多扩充，如过程数据历史趋势记录显示、实时记录曲线显示、语音动态报警等。使之功能趋完善。
附：系统配置结构图与生产画面之一。
长期以来，PLC始终活跃于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常的控制应用。其主要原因在于，它能够为自动化控制应用提供和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化应用的需求。
随着PC及因特网时代的到来，工业PC或PC-based控制器由于可以融入到网络时代的信息系统中，具有网络系统的基本特性，即具有、格、系统开放、丰富的人才基础等优势，因此PC-based控制器一经出现就具有很强的生命力，发展为迅猛。有观点说，PC-based控制器将取代传统PLC，当然解决性及编程问题。近几年来，这些问题已基本得到解决，PC-based控制器从外观到性也都开始可以与PLC相近。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用，为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。
在自动控制领域，PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术，两者的技术起源和发展有较大的差异。
PLC(ProgrammableLogicController)产生于上世纪70年代初。早的PLC是以替换继电器系统的角色出现，其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现，就以其高性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力，成为自动控制领域的“”。
PC-based是一种基于PC技术的控制系统。早的PC-based控制系统是以工控机为，通过扩展带PCI接口的板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。
PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强；具有很高的性，其平均无故障率时间间隔（MTBF）可达50万、甚至100万个小时；具有简单直观的编程模式(如梯形图)；具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力；具有开放标准的系统平台和PCI接口；精美且的显示技术；丰富的组网能力。但系统的性略差，如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外，PC-based虽然具有很强的CPU，但其多任务操作系统是非实时的，所以程序的循环周期反而没有的PLC快。
PLC适合于设备控制，而PC-based多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言，PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、性高等优点，但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然，随着计算机技术和控制技术的不断发展，PLC和PC-based都在吸收对方的优点，以适应多的应用现场。例如，PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。
随着PC-BASED的工业计算机（简称工业PC，与普通的计算机相比，它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点）的发展，以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC，可融入到网络时代的信息系统中，具有、格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势 |
引言
工业自动生产线应用非常普遍，一般生产线的长度是有限的，为把物料从一条生产线搬运到另一条生产线上，常常采用输送线升降机，以提高生产效率。本文以FX-ON系列可编程控制器为例，介绍PLC在输送线升降机中的应用，这种FX-ON系列PLC机以其优的性能价格比受到用户的关注，在改造旧设备、生产线以及替代进口产品方面，了很好的经济效益。特别是配上嵌入式全中文MCGS组态软件，可构成下位机监控系统，运行于WinCE嵌入式实时操作系统，内置流程图功能，有庞大的标准工业器件设备图形库，支持各类型PLC等硬件设备，可以完成复杂逻辑控制，并可根据实际工况灵活组态。经生产实践表明，该输送线升降机设计思路正确，运行，能达到实际生产应用的要求。
1、升降机结构图与工作原理
该单元由升降梯与立体仓库二部分组成，升降梯由升降台和链条提升部分组成，由步进电机做驱动电源，由光栅尺对升降梯上升或下降的高度进行准确的定位。
图1所示为传送线升降机结构图，工作原理如下：① 工件由传送线送至一楼升降梯机内；② 工件送达二楼后，升降梯上的传感器检测到工件进入时，升降梯上的传送电机停止工作，工件由动力辊道接出，再送入二楼辊道至二楼传送线，后进入仓库；③ 仓库的传感器检测到工件进入后，传送电机停，同时升降梯开始下降，回到初始位置，等待下一个工件；④整个系统以PLC为主要控制元件，设有手动／自动两种控制方式。
图1 升降机结构图
2、PLC选择及软、硬件设计
（1） 采用24V直流电源，型号选FXon－40MR，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5UμS/bit，程序容量950kbyt。
（2） 在外围设备方面，采用便携式编程器FX-10P/20P或采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有行程开关，按钮和电磁阀等。
（3） 编制程序时，要使用外部输入相应的端子设备号：外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出断开，操作指示灯灭。
（4） 时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，选用T0，T1等时间继电器。
3、电气控制系统设计
（1） 根据检测单元的检测情况，若检测到的工件为合格产品，则运行至此站，升降梯上的传感器检测到工件，升降梯上的传送电机停，通过步进电机驱动使步进电机转动，经齿轮齿条使升降梯带动工件上升。
（2） 根据的检测结果，使用计数器，若为金属销钉且为个工件则升降梯上升至二层时停止，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。步进电机反方向转动，升降梯下降到初始位置，准备运送下一个工件。
（3） 根据计数器，若为金属且为二个工件。升降梯仍重复上面的动作，将工件送入二层。
（4） 根据计数器，若为金属且为三个工件，（在程序中认为每层可装两个工件）升降梯则带工件自动进入三层。以后依次装入工件。
（5） 若为尼龙销钉且为个工件，则升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后启动水平电机带动升降梯水平动作，当碰到水平的内限位开关时停止水平动作，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。水平电机反方向转动，回到外层碰到外限位停，然后启动步进电机使其反方向转动，升降梯下降时碰到底层限位停，回到初始位置，准备运送下一个工件。
（6） 若为尼龙销钉且为二个工件则重复上一步。
（7） 若为尼龙销钉且为三个工件，则重复上面步骤，升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后水平移动，碰到内层限位时，水平电机停，此时升降梯带动工件继续上升至三层，将工件送入后，启动水平电机，升降梯进行反方向的水平动作，碰到外限位时，水平电机停，步进电机继续工作，带动升降梯下降至初始位置。以后工件依次装入。
（8） 按设计思路编制程序框图如图2所示。
图2 程序框图
（9） 用基本指令有LD，SET，RST，AND，OUT，RET，END和功能指令FROM。
（10） 用外围设备——便携式编程器FX-10P/20P或电脑的PLC软件将其梯形图程序用可写的形式将指令写入，输入后PLC就按设计思路准确地完成各种操作。利用编程器或电脑的三菱PLC软件还可以完成每一条程序的读出，搜索所需要的输入/输出记号或指令，并可以检查写入的程序中有无语法错误，正确无误且用强制输出可以测试运行。
4、监控系统设计
MCGS组态软件可根据司机情况增加、裁减相应的内容，可以组态出动画窗口、曲线、报表等，并可以设置用户权限、级别。其结构有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图3所示。
图3 MCGS组态软件结构图
全中文工控软件MCGS是一套基于bbbbbbs平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft bbbbbbs 95\98\ME\NT\2000等操作系统，有庞大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器等硬件设备，其软件使用简单，操作方便。共设计了5个界面，分别是：主界面、流程监控、故障报警、报表输出、操作规程。设计中对于I/O的配置选用串行口配置，选择串行口COM1，则弹出设置配置向导，选择PLC设备系列。
设计中动画连接命令语言为IF-ELSE-THEN。通过设置脚本程序可以形成一个按时间循环运行方式的过程。另外运用组态软件进行动画调试运行，会排除现场中很多问题，可对PLC的梯形图程序进行检测，大大缩短了现场调试周期，使设备运行性大大增加。
5、系统特点
智能化
监控系统对智能化的要求越来越高，而此系统采用了嵌入式PC104。实时控制性指标很好。智能化程度很高，PC104模块主要特点是采用低功耗嵌入式CPU，集成度高，功能很强，由于它的实时影响能力，可在时间内把生产信息的各种数据，指标准确无误的反映上来，通过MCGS软件以报表，图形的形式显示出来，因此可视化程度非常高。特的硬件“”能对系统运行情况进行监视，发生异常情况，及时采取应急措施。
性
工业监控系统在性方面要求很高，计算机控制系统在发生故障和处于死机状态时对企业的性，生产方面带来严重的影响。性主要指控制系统本身要连续稳定运行，一旦系统生产故障是要其状态的能力。系统采用PC/104标准模块，具有好的抗震性，能够在各种复杂、恶劣的环境正常运行；存储器采用Flash电子盘，不带硬盘，避免了硬盘的旋转机械故障；其操作系统bbbbbbs CE内核具有内存管理功能，可以检查出应用程序造成的系统异常，能很好的抑制由于应用方面的错误而直接破坏系统的危险性，因而比一般监控系统具有较高的性。在通讯上，由通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据。将输入、输出信号读出并送到TPC150L内存，根据TPD150L参数设置，通讯程序采用的协议为：
传输速率 1200 PPS
起始位数 1bit
数据长度 8bits
偶柱校 1bit
停止位数 2bits
通讯口读写PLC的内部数据的接口程序（略）。
6、结束
采用嵌入式MCGS组态软件及其平台，作为良好的上位机人机界面，进行系统的监控和管理，PLC作为下位机执行有效的控制，系统结构简洁，性高，在自动化生产设备中应用越来越广泛
引言
为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件容易出故障，以便采取措施。现以我厂特种水泥1号线的PLC过程控制系统为例，对PLC过程控制系统故障分布规律进行分析，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和U常维护有所帮助。
1 系统故障的概念
系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括处理器、主机箱、扩展机箱、I／O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I／O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。
2 系统的故障统计及分析处理
2．1 我厂特种水泥1号线过程控制系统简介
2000年该系统改造时采用日本二菱公司的A2系列PIC为组成的PLC过程控制系统。系统配置如图1。
图1 系统配置框图
该系统有2个集中控制室：窑尾控制室和窑头控制室，其中窑头控制室为主站；2个现场工作站：窑尾生料自动配料工作站和窑尾成球盘自动加水成球工作站；2个电视监控系统：预热器进口下料监控和窑头电视看火。现场工作站是立的微机自动控制系统，它与主站只进行模拟量的通讯和开关量的联锁。主站与从站间采用帧同步全双工通讯方式：
2．2 系统故障数据的统计
该系统运行近3年来PLC故障统计如表1。
现场控制设备故障统计如表2。
经统计，系统故障共计126次，其中PLC的故障比例约为4．7％，现场部分故障比例约为95．3％，：对照其他PLC过程控制系统的故障数据，并考虑该系统运行时间不是很长，该比例比较接近一般PLC过程控制系统的故障分布规律，有一定的普遍性。一般来讲PIC部分的故障比例约为5％，现场控制设备的故障比例约为95％。PLC过程控制系统故障分布的估计图[1]如图2。
图2 系统的故障分布
2．3 系统故障分析及处理
2．3．1 PLC主机系统
PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统，电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的大因素之一。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的处理器目前都采用的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。
2．3．2 PLC的I／O端口
PLC大的薄弱环节在I／O端口。PLC的技术优势在于其I／O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I／O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的环节。要减少I／O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。
2．3．3 现场控制设备
在整个过程控制系统中容易发生故障地点在现场，表2列出了现场中容易出故障的几个方面。
1)类故障点(也是故障多的地点)在继电器、接触器。如该生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。在该生产线上所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内 元器件的使用寿命明显要长。所以减少此类故障应尽量选用继电器，改善元器件使用环境，减少换的频率，以减少其对系统运行的影响。
2)二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上，因为这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。
3)三类故障点可能发生在开关、限位置、保护和现场操作上的一些元件或设备上，其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如该生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构动作不灵敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。
4)四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。
5)五类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。
6)六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声(干扰)，问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。
要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和操作规程，在日常的工作中要遵守工艺和操作规程，严格执行—些相关的规定，如保持集中控制室的环境等等，同时在生产中也要加强这些方面的霄理。
3 结束语
过程控制系统本身是一个完整的系统，所以在分析故障或处理故障时也要注意系统性，单的对某一部分的优化有时并不能提高系统的整体性能。如过分追求元器件的精度而不考虑实际的需要以及和相关设备精度的匹配，将徒然增加系统成本。在日常维护中也有过把系统越改越复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率，这也是要注意的地方。(end)1 引言
艾默生网络能源有限公司中试部生产线(以下简称中试生产线)是建于1998年的一条整体呈长方形循环运行的产品装配线。生产线采用PLC自动控制系统对整个生产流程进行控制，操作人员可通过选择运行模式来将整条生产线划分为1~3个小段，各段分别立及组合运行;可手动/自动切换运行;具有多种故障报指示。目前PLC采用艾默生自己制造的EC20型产品，该型产品指令丰富，编程方便，运行，兼容性强，能够较好的满足电子行业生产的应用。
2 系统设计
2.1 装配线平面布局
图1为生产线的平面布置图。
图1 中试生产线平面图 2.2 中试生产线设备构成和功能简述
(1) 中试生产线由两条长长的平行传送带A和B作为其主体设备，生产用的工装台就放置在这两条传送带上，依次顺序运行到一个个装配测试工位。两条传送带A和B运行方向相反，因此，工装台就是从A这边去，从B那边回。
(2) 传送带A和B两端通过末端的单向移载传送带连通成环形的整体，工装台在运行到某一条传送带的末端，就通过末端的单向移载传送带转移到另一条传送带的起点。图1中左边的末端单向移载传送带简称“左一”，右边的末端单向移载传送带简称“右一”。
(3) 在传送带A和B之间，还有两条中间的双向移载传送带，左边的简称“左二”，右边的简称“右二”。通过选择运行模式，这两条双向移载传送带可以投入运行，在从而实现将生产线分解成1~3小段组合运行的功能。这样可以在生产线各小段分别安排不同工序流程的多种产品进行同时加工，提高了生产效率，满足多产品排产的要求。
(4) 图1中左边为控制柜，内装PLC及其外围输入输出电路，还有电机主电路的设备，包括变频器、空气开关、接触器等。
(5) 在传送带中，布置了很多的行程开关、微动开关，用于检测工装台运行的位置，转换成为开关量数字信号输入PLC控制器，使PLC能根据这些工装台的位置进行运行程序的运算和控制输出。
(6) 在装配测试工位上，还有一些手自动转换开关、脚踏开关、阻挡气缸释放按钮等，多是开关量数字信号输入(除了气缸按钮不是)，可通过这些装置人工操作工装台和传送带的运行。
(7) 电机是由PLC输出的开关信号来进行启停控制的;气缸的升和下降是由电磁阀控制生产用压缩空气对气缸的进气和排气来实现的，而电磁阀则也是由PLC输出开关信号来控制的。
(8) A和B传送带的运行速度分别由两台变频器来调节速度大小，运行中采用定速运行，满足运行工艺要求。
2.3 运行和控制流程
(1) 上电后A和B传送带并行反向运行，其速度由变频器面板设置，固定运行，调试成功后不需要改。
(2) 两端的移载传送带负责把工装台在两条A和B传送带之间循环移载。例如当工装台沿A线运行到“右一”前A1位置碰到检测的行程开关，则当“右一”处于空闲时(无工装台在上面，也没有工装台堆积在B传送带起点B1时)，“右一”将会进入单向移载程序。这时工装台继续运行到就位位置A1’触动行程开关，则“右一”气缸会升，把工装台起来，“右一”传送带启动运行，把工装台送到对面的B1起点，然后气缸放气，工装台放下。这就完成了一次单向移载。“左一”运行方式同上述方式的顺序是一致的。
(3) 在选择不同的小段组合工作运行模式时，如果两条传送带被分成两段或三段循环运行，则中间的两段移载传送带负责把工装分别在各自的循环路径上移载，实现分段运行。例如当工装台沿A传送带运行到“左二”前位置A3，则开始进行移载检测，如果“左二”处于空闲时(无工装台在上面，也没有工装台堆积在B传送带出口点B3时)，“左二”将会进入移载程序，这时工装台继续运行到就位位置A4触动行程开关，则“右一”气缸会升，把工装台起来，“右一”传送带启动运行，把工装台送到对面的B4点，然后气缸放气，工装台放下。这就完成了一次A向B的工装台移载。而对面的工装台也可按相的顺序从B5点转移到A5点。
(4) 中间移载传送带根据各循环路径上工装到位的先后顺序来排队，先到先走，解决两边冲突的问题。
(5) 移载传送带通过气缸升和皮带滚轮传送来实现工装移载。
(6) 现场有手/自动转换开关、脚踏开关用以实现手动操作。
(7) 整条线运行前先根据要求选择运行模式(即小段组合运行方式)。
3 PLC控制设计
3.1 PLC配置设计
控制柜是整个试生产线的中，其中关键的设备是PLC。中试生产线选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及扩展模块。
EC20系列PLC是的通用PLC可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。
EC20的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式(梯形图、指令列表、顺序功能图)，方便地监控和调试，可在线修改程序。
(1) PLC设备配置
1个主模块EC20-3232BRA，继电器型输出，220VAC电源，32输入和32输出;
1个扩展模块EC20-0808ER，继电器型输出，8输入和8输出。
(2) 输入设备配置
输入设备有:
●旋臂式行程开关，用于工装台的位置检测;
●限位开关，用于工装台、运动机械、气缸的到位检测;
●脚踏开关，用于装配工位上的人工操作;
●转换开关，用于操作模式的选择，在控制柜和装配工位上，控制柜上是整体运行模式的选择，装配工位上是手/自动切换。EC20输入端是漏型输入，因此输入设备采用EC20模块的COM点为输入接线回路端。
(3) 输出设备配置
输出设备有:
●继电器-电磁阀-气缸，PLC输出点通过控制继电器来控制电磁阀，电磁阀再控制气缸的进气和排气，从而实现气缸的升和下降，继电器-电磁阀-气缸的组合是通过电气输出的接点控制气动操作设备的一种有效手段;
●继电器-接触器，PLC输出点通过控制继电器来控制接触器，从而实现电机的启停操作、设备的开关及其它电路的通断，继电器-接触器的组合是用小容量的输出点来控制大容量的电气回路的正确方法;
●继电器，PLC部分输出控制可通过继电器直接进行，如指示灯、蜂鸣器等小容量电路。
一般情况下要注意PLC的输出点不应用于直接接入和控制各种被控制电气回路，要通过继电器等元件来提高控制容量，以及起到隔离的作用。
3.2 PLC的顺序步骤程序设计要点
环形生产线的运行，主要的流程都是按顺序进行操作的。大多数情况下工程技术人员采用的是梯形图的编程方式，也有少量采用指令列表的方式。顺序功能图的方式还不十分为广大技术人员熟悉。这里讨论的是采用梯形图编程时的顺序步骤程序设计。
在编程前，需要把设备的流程转变为顺序的逻辑流程图。二节中所讨论的流程，是一种操作的外在现象和设计思想，而程序的逻辑流程图，则是准确到包含以下及其他未说明的设计:输入检测和受控设备的动作配合、步骤的准确衔接、操作的延时长短设置、操作的条件和限定、对人和设备保护防护设限、动作先后判断及选择、故障的诊断和显示、故障后的保护和恢复等。
如果设计和编制程序时，不编制流程和顺序控制点，不设置顺序控制点的代表元件，则程序做出来的可读性、可维护性会很差。比如一台电机的启动，如果仅是套用一堆输入、延时、条件、限制逻辑在PLC输出线圈之前，其中没有一个代表顺序的触点元件，那么就是上述无序编程的典型做法。当程序点数增多，后就可能导致程序的编制难以控制，出错可能性大，调试非常困难、维护和调整难以下手。
中试生产线的编程，采用了两项主要的编程方法。
(1) 顺序步骤程序设计
顺序步骤程序设计，是将一长串流程分解为一个个步骤，每个步骤单完成一项逻辑运算和动作。在每个步骤上，都设置一个人为的标志位，用以明确表示当前运行的步骤，并通过此标志位限定设备的输出，达到使整个系统按照步骤严格运行的目的;并使得整个程序的条理清晰，各步骤逻辑简洁明确，有利于日后的维护和修改。
如图2为中试生产线上“左一”单向移载传送带的编程示例:
图2 生产线的“左一”梯形图 如图2中所示，“左一”单向移载传送带的流程划分为五个步骤，分别以标志位M100、M101、M102、M103、M106来表示。在运行中，M100~M106顺序地被置位，在每个步骤中，相应的操作运算由相应的标志位来开通，使得设备运行得以按顺序进行，程序脉络十分清晰。
例如1行，当X47置位，表明工装台进入了图1中“左一”的B2位置，当A2处无工装板积压，则M100就被置位并自保持，“左一”开始进行这块工装台的移载操作(步骤M100)。到了2行，Y21会因为M100置位而复位，使该Y21对应的阻板气缸下降，将这块工装台放行，随B传送带进入“左一”传送带上。3、4行，当工装台进入“左一”完毕(此时触动了X44行程开关)，延时1s(T1时间继电器)，然后就根据条件将M101置位并自保持，程序进入步骤M101。可见，程序将会按顺序进行，直到工装板被准确送出“左一”传送带为止。
到了步骤M106，M106短暂地置位后，将在下一个扫描周期内复位M100和T0，使得M100~103全部步骤都复位，系统就开始等待下一次移载操作。
(2) 状态标志替代方法
在“左二”和“右二”双向移载传送带的操作时，有可能会出现A线和B线两块工装台同时到达的现象。在这种情况下，“左二”、“右二”如何处理这个矛盾？哪个工装台会先运行？这里，就有个状态标志的设置和判断。如果两边各用一个行程开关来置位相应标志位，程序并不好写，因为置位后的标志位没有“”的特征，都是“1”，还是会造成混乱。如果用“输入端中断”来编程，则会因为各种原因(如输入误动作)导致系统的错误操作—在这种生产线上是很容易出现输入的误动作的。
在这里，程序设计者用了一个状态标志替代方法，用2个累加数的大小来代表工装台，如图3所示。
图3 改进后的梯形图 如图3所示，程序中采用了D100和D102两个32位长整型寄存器用来做累加比较。当工装台同时进入时图1中的A3、B3时(这个“同时”还是有些微差别的)，如图3所示的程序，M200和M250都置位，A和B两边都进入了移载程序的步，4、5行就是对D100和D102进行累加，则当运行到6行时，D100和D102的差别比较就会出来了。在D100大于和等于D102时，M120被置位;在D100小于D102时，M121被置位。这样，通过累加和比较，会得出一个的判断并固定用两个标志位M120及M121来表示(实际上，这样编程就能得到“先到者”的结果，现场所谓工装台“同时”达到对PLC来说还是非同时的)。随后的编程则将两边的步骤可以分开来写，并且还能相互添加一些联锁，保证两边的步骤不互相干扰。
4 结束语
在PLC顺序控制应用大多数是在机械行业。目前电子设备装配生产流水线市场上，主流的PLC产品是以三菱为的日系，包括松下、欧姆龙等，还有西门子S7-200、B&R等等也有一席之地。艾默生EC20的PLC在输入输出、指令、编程元件资源、中断、指令速度上，与目前市场上的多种产品有较好的兼容性,在编程环境和文档上以中文平台为基本开发思想,具有通用的友好界面和操作方式。设备制造类的用户可以很快地掌握艾默生产品的应用和编程。在设计上，性能要比同级别的各种产品高，比如指令数量、中断源、高速计数等。因此，在这种装配线上，采用艾默生的产品，会是一个很好的突破口。
在这些场合应用中，由于生产线可能会长期运行，其性要求要较高;同时有可能会因为用户生产产品和工艺的变，对生产线可能会要求做修改、改造，因此PLC需要考虑生产线改造时有一定的兼容性、扩展性。( |
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