西门子6ES7235-0KD22-0XA8品质好货

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数控管子车丝机在石油钻井，钢铁加工等行业应用非常普遍。该机床SSY-201由X、U、Z三轴和一主轴组成，从自动上料开始，经料对齐，步进梁上下料变频器送退料主机加工。其中还包含许多相联系的环节，如支撑辊、压紧轮、抱辊、定心头、卡盘自动卡紧及松开等多种较复杂的逻辑关系。本文在这里主要阐述的是调试该机床时遇到的下面几个问题。

一、补偿

该机床控制系统采用法国NUM1020T系统，因为是车床系统，所以X、 Z含补，而U轴无法进行补偿（通常数控系统在一个轴组内只有一个补有效）。如何解决这个问题呢？由于NUM数控系统是一个开放性很强的数控系统，可以通过使用 特殊E参数来间接地实现补的处理。

二、X,U轴的同步和动态跟踪

为了快速加工，该机床在X反方向上配备另一插补轴，我们称为U轴。而U轴有时需要动态跟踪X轴的运动，其中包扩速度跟踪和位置跟踪。而NUM系统为此提供了的功能，具体应用如下：

1.设定相应参数
P27   N0=FF
      N1=00      U轴和X轴同步
P28   N0=2       P27申报的从动轴受驱动轴同步
P64   N0=9
P24   N1=160
      N33=250
      N64=250
P32  加速度 

2.零件加工程序
On=20@3/@0E20025/E42100/192

三、重复循环加工程序

该机床在整机运转时，需要周而复始的执行加工程序，而在需要停机时操作者希望按一固定按钮使其程序自动加工到后，再按此按钮加工继续进行。由此设计出用一M码来实现，PLC程序如下（本例为M72）。

1. 梯图程序 

其中V2.5为一按钮组成的双稳态输出。

2. 零件加工程序
N10
 .
 .
N40   M72
N45   G77 H10   无条件返回到N10
通常情况下，%V2.5为零，所以执行M72后不影响%W100.5为1的状态，程序继续向下并循环执行，当使%V2.5=1后程序执行到N40时，因为%W100.5此时为零，程序处于等待状态不能继续进行。当再一次按下按钮使%V2.5为零，则%W100.5为1，程序继续进行。

因该机床配备了法国NUM控制系统及性能良好的BPH系列伺服电机和MDLA系列驱动系统，从而确保了该机床稳定的运行

其中，中联重科、三一重工在臂架式混凝土泵车的研发走在了**的。中联重科制订了《混凝土泵车》标准，还研发了泵车远程维护与系统。三一重工的混凝土泵车，无论在泵送压力、泵送排量，还是稳定性、性等方面，都可与国外产品相，其泵送机械系列产品已到中东、北非及南亚等地。其他国产泵车产品的性能水平也在快速提高。

    新技术助推混凝土泵车发展

    (1)底盘呈现多元化。目前国内臂架式混凝土泵车常用的有沃尔沃、奔驰、五十铃底盘，采用国产底盘的臂架式混凝土泵车也在推向市场。随着国产臂架式混凝土泵车市场的日趋成熟，整车利润率不断下降，为适应用户的不同需求，采用国产底盘与进口底盘的臂架式混凝土泵车都将在市场中占有自己的一席之地。

    (2)液压系统向集成化方向发展。液压系统是混凝土泵车的部分，液压系统质量的高低会直接影响主机工作性能和效率。臂架式混凝土泵车普遍采用开式系统及恒功率控制，特别是大流量的泵，开式系统具有油温低、性高、维修方便等诸多优势。同时，全液压控制技术、计算机控制技术了突破性进展。全液压控制技术、计算机控制技术也了突破性进展，如三一产品的全液压换向和计算机闭环控制技术已经广泛应用。

    (3)节能、环保成为泵车发展趋势。提高混凝土泵车的节能、环保性能已经成为一种趋势，风冷却逐步替代水冷却，发动机的排放标准也在提高，大多达到欧Ⅱ或欧Ⅲ标准。

    (4)结构件具适用性。臂架式混凝土泵车作业时常受上部空间所限制，要求臂架展开时部高度，4节以下的臂架折叠一般采用单一的R或Z形型式。5节以上臂架由于受空间限制，一般采用RZ组合折叠型式来实现臂架的展开、收拢，适用性、机动性和灵活性增强，特别是在隧道和室内作业施工中，效率明显提高。前几年，国产臂架的长度以37m居多，近两年有越来越长的趋势，今后将会有长臂架的混凝土泵车走向市场。另外，臂架式混凝土泵车支腿作业时常受场地空间所限制，尤其是大型臂架式混凝土泵车，因此臂架式混凝土泵车支腿设计呈现出个性化、多样化的特点。(5)臂架技术有所进步。臂架技术是混凝土泵车的一项关键技术，过去一直为德国、美国等少数发达国家制造企业掌握。我国臂架式混凝土泵车近年来有了快速的发展，在产品的稳定性和工艺方面，虽然还不如国外的产品，但已经有了长足的进步，且加符合国内的实际施工情况。

    (6)混凝土输出排量大。泵送系统压力高、输送量大，将成为今后国产臂架式混凝土泵车泵送系统的发展趋势。随着臂架式混凝土泵车臂架越做越高，车型越做越大，其输送缸的缸径也越做越大，同时由于工程进度的要求越来越高，要求泵送排量在80～120m3/h的工程越来越多，大排量将成为今后臂架式混凝土泵车的发展方向。此外，泵送压力越来越高。混凝土出口压力现在已达到22MPa，而且还有继续提高的趋势。

    (7)控制系统功能多。臂架式混凝土泵车电气系统近两年发展较快，国内各生产厂家生产混凝土泵车电控系统由传统的PLC控制向控制器和电脑智能控制发展，通过触摸屏，可以实现人机对话，可将各种运行参数进行存储和显示，实现对整车的自动监控。一旦整机运行发生故障，除报警提示外还可以调出相关参数进行故障分析、诊断。同时，臂架智能控制系统技术的应用，可实现臂架的等高水平变幅和进行智能浇注。

    除了设备的设计、制造等有了长足的发展外，设备的使用与维护水平也得到了相应的提高，广大设备使用人员对混凝土泵车的原理、结构、操作及日常维护等越来越熟悉，使设备在施工过程中使用起来得心应手，发挥的作用越来越大。随着我国城市建设的快速发展和交通、水利等基础建设规模的不断扩大，商品混凝土的应用日益广泛，用户对混凝土泵车的需求会加旺盛。可以预见，混凝土泵车将得到越来越多用户的青睐，国产砼泵车也将继续呈现快速发展的局面。

    需求快速增长，市场空间扩大

    混凝土机械主要指混凝土泵（拖泵、车载泵）、泵车、搅拌车和搅拌站等4类产品，根据慧聪工程机械网统计数据，这些产品的市场需求总体随着商品混凝土使用量的不断增长而增加。

    近年来，国内基础设施建设的持续发展带动了国内商品混凝土行业的腾飞，施工规模和范围的扩大是促进了工程机械以及相关混凝土输送机械的高速发展，为混凝土泵车提供了较大的市场空间。混凝土泵车是建筑行业的重要工具，随着国内商品混凝土行业和建设机械租赁业务的快速发展，施工规模和范围的扩大，以及西部大开发和东北老工业基地的相机开工建设，带动了混凝土输送机械的高速发展，混凝土泵车的市场空间也得到了进一步扩大。随着国内商品混凝土行业和机械租赁业务的快速发展，混凝土泵车在工业、民用建筑、施工、基础施工、交通及能源等工程建设中得到越来越广泛的应用，促进了混凝土泵车市场的快速发展，形成了较大的市场供求空间。目前，我国混凝土泵车使用单位正在增加，泵车生产企业和产量不断增加，产品性能、质量都在提升。近两年混凝土泵车的市场需求量快速增加，增长幅度过了**。我国的混凝土泵车用户数量增加也十分明显。团体用户主要是年生产能力在30万m3以上有资质的商品混凝土供应商、内规模比较大的建设施工单位、各类有一定经济实力和经营规模的施工机械租赁企业、从原建设施工单位分离出来的设备管理部门等；个体用户主要是沿海发达地区的个体搅拌站和个体机械租赁部。目前在国内团体用户约在1000家以上。

    国产混凝土泵车主导市场格局

    目前，国内混凝土泵车市场可以为分两种类型，一种是以上海、广东、北京为代表的发达地区，这些地区竞争较为激烈、市场稳定，二种是中西部等欠发达地区，这些地区市场刚刚起步，处于兴起阶段。随着臂架等技术的研制成功，特别是随着近年来混凝土泵送技术的产业化，中国的泵车市场，民族的市场占有率终于赶国外，由过去的10%转变为，从而主导了我国的混凝土泵车市场。其中，三一和中联的泵车就占据了的大半份额，成为国产泵车的和瞩目的长臂架、大排量泵车制造企业。中联在2001年就曾与沃尔沃公司合作研发出了新一代智能型混凝土泵车，并完成了臂长37～56m的系列卉发、设计和生产。还有徐重52m混凝土泵车、三一66m长臂泵车等产品层出不穷。目前，我国混凝土泵车生产企业已达10余家，年总生产能力600辆，主要集中在东风、中联重科、三一重工、辽宁海诺、安徽星马、上海普斯特和山东鸿达建工集团等企业，产量占全行业的95%。混凝土泵车国产化的趋势也在愈加强化。与国外产品的差距在缩小

    中国臂架式混凝土泵车近年来有了快速的发展，在产品的稳定性和工艺方面，虽然还不如国外，但在性价比、售后服务等方面，我国的产品具有明显的竞争优势，且加符合国内的实际施工情况

CAN总线具有高性、高实时性、带级的非破坏性总线仲裁技术(提供对紧急事件响应时间的保证)、多主工作方式及高性价比，因此我们选择500kb/s的(1ms内能传送约4个数据包，使系统具有很短的响应时间)冗余CAN总线来构成系统的底层通信网络。

    系统硬件部分介绍

    整个硬件系统中只有现场控制站和网桥需要自主开发。现场控制站是整个系统中底层部分，其性能好坏直接影响到整个DCS系统是否成功。开发硬件部分时要处理好系统的接地和电气隔离、对各输入、输出部分要加保护电路、对采集到的数据要进行滤波、各QNX节点要采用电子盘而不能用普通硬盘，以提高整个系统的抗干扰能力。以下将对现场控制站部分作详细的介绍。

    现场控制站

    现场控制站由若干机笼组成，各机笼相互立，通过中间层现场控制网或底层现场控制站内部网(冗余CAN网)互连，机笼内部由一系列插卡和一公用底板组成，其结构如图1所示，所有插卡均可热插拔并可组成冗余，且有自诊断功能，从而可保证系统不停机工作。机笼可通过以太网通讯卡和中间层现场控制网相连，或通过CAN通讯卡和其它机笼互连。以太网通讯卡和CAN通讯卡均带32位高速CPU，运行QNX系统，可直接完成现场环路的控制。其中以太网通讯卡的结构如图2所示。

    CAN通讯卡的结构如图3所示。

    I/O卡主要完成数字量、模拟量的输入和输出，电路上采用隔离设计以实现板卡之间的电气隔离，其结构如图4所示。

    由于CAN网上的各节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息，利用该特点，使各CAN节点定时向本地的通讯卡发送路由信息，就能实现整个CAN网的路由，当插入新的卡件或拔掉已有的卡件时，都能在系统的路由信息上实时反映出来，实现即插即用的功能。而传统的RS-485由于不能主动向网络上的其它节点发送信息，只能用手工的方式实现静态的路由。

    网桥

    网桥由一块X86CPU板和若干块通讯子板组成，一边连接中间层现场控制网，另一边连接数字化仪表及三方设备，起到通讯中介的作用。其结构如图5所示。各板通过PC/104互连，X86CPU板上运行QNX系统，由QNX负责TCP/IP协议和网络冗余功能，用户程序负责和各通讯子板间的通讯，完成网桥的功能。

    系统软件设计

    系统软件包括上位机的PC系统软件、下位机QNX系统中的软件和I/O卡件中的嵌入式软件。上位机软件包括Web服务程序、组态软件、针对的优化控制软件及高层管理软件，采用图形化的用户界面，操作直观、方便，完成对整个系统的管理、监控和对各控制节点的协调优化控制，采用VisualC++编程；下位机的嵌入式软件包括X86CPU板上的实时软件、路由软件、通讯软件、冗余管理软件、节点中的环路控制软件和网桥中的接口程序，运行QNX实时操作系统和SQLanywhereforQNX实时数据库系统，采用WatcomC/C++forQNX编程，利用QNX操作系统本身的远程功能实现各节点上程序的动态下载及新；I/O卡件中的嵌入式软件主要负责数字量和模拟量的输入输出、冗余管理以及和CAN总线的通讯，通过采用KeilC编程，避免了用汇编编程带来维护困难的问题。 结语

    本系统结合通讯，计算机等方面的一些技术，采用基于CAN总线及QNX分布式实时操作系统的解决方法，实现了分布式实时DCS系统，满足了设计要求。■

    关键词：DCS；CAN；分布式实时操作系统

    引言

    DCS系统在发电、炼钢、石化等领域有着广泛的用途，大的提高了生产的自动化程度。但随着DCS系统的规模越来越大，对其性、实时响应速度、可扩展性及可维护性也提出了高的要求。本文在对大型分布式DCS系统进行探讨的同时，结合通讯、计算机等方面的一些技术，提出了一种设计方法，可实现以下几个性能特点：环路控制响应时间<5ms；冗余卡件切换时间<10ms；紧急事件响应时间<1ms；实现分布式结构，系统规模扩大时不会增加系统的复杂性；底层电源、I/O卡件、节点及网络均可实现冗余；系统访问底层I/O卡件和节点时，无须知道其位置及路由信息，就可直接访问，即使底层拓扑结构改变，也不会对上层系统产生影响；各节点上的程序可通过网络下载、新而无须停机；能与PLC、现有仪表及计算机网络相连，共享信息资源，具有良好的开放性；设计上尽量采用成熟的技术和现成的配件，以便减少开发和维护费用，方便生产。

    系统整体结构

    该系统采用三层网络结构，上层的高层管理网和中间层的现场控制网均采用100M以太网。并通过使用光纤互连来提高通信距离和抗干扰能力；通过使用交换机来提高网络交换速度；通过使用工业级产品来提高系统性。

    高层管理网

    上层高层管理网由管理计算机、数据服务器、Internet、网关服务器等组成，是实现企业综合管理的信息通道。

    中间层现场控制网

    中间层现场控制网由网关服务器、工程师站、操作站、现场控制站及网桥等组成。用于高速、传输过程实时数据、控制数据、组态信息等所有现场控制层数据。由于数据量大，为保证，在硬件上采用两条100M以太网做为冗余；在软件上，采用分布式实时操作系统QNX来实现系统的以太网冗余、程序的动态下载、新及环路控制的实时性。本系统采用QNX有以下几点原因：(1)、QNX是一个经过验证的的分布式实时操作系统。(2)、作为一个分布式操作系统，QNX有很好的网络功能，本身支持两条以太网冗余运行，能把数据平衡的分配到两条以太网上，可成倍提高网络速度，当有一条网络出故障时，能动态的把所有通信数据切换到另一条网络上，并对用户透明。该功能很适合本系统使用。(3)、QNX可通过网络的新节点上的程序而停机，方便维护、升级操作。(4)、不象其它很多实时操作系统可在众多的CPU上运行，QNX专门针对X86优化，可充分发挥X86的性能。(5)、QNX系统精巧，内核只有10多K，可直接在小容量的电子盘上运行。

    底层现场控制站内部网

    现场控制站内部网用于以太网通信卡、CAN通信卡、I/O卡件之间的数据通信以及现场控制站和机笼间的互连。