西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0品质好货

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自1969年世界上诞生了台可编程逻辑控制器（PLC）以来，可编程控制技术在工业控制领域便一路高歌，了为广泛的应用。但是在这过去的30多年里，计算机技术、电子技术、网络通信技术以及自动控制技术的飞速发展，使得工程师们在工业应用中对于控制器的功能需求也远远了当初的“顺序逻辑控制”的简单期望。 

来自于奥地利的贝加莱（B&R）工业自动化公司便是敏锐地捕捉到这一技术需求的变化，早在1994年便在个推出了基于定性实时多任务操作系统(Real Time multi-tasking Operation System)的可编程计算机控制器（PCC—Programmable Computer Controller），时至今日，仍然代表了这一技术的发展趋势，成为新一代自控工程师的新宠。 

我们知道，常规的PLC大多依赖于单任务的时钟扫描 
或监控程序，来处理程序本身的逻辑运算指令以及外部的I/O通道的状态采集与刷新，整个应用程序采用一个循环周期，但事实上在一个控制系统中，虽然往往有一些数据量是实时性要求很高的，但也有很多大惯性的模拟量是没有太高实时要求的，如果采用同样的刷新速度其实是对资源的浪费，而且循环顺序扫描的运行机制也直接导致了系统的控制速度严重依赖于应用程序的大小，应用程序一旦复杂庞大，控制速度就必然降低。这无疑是与I/O通道高实时性控制的要求相违背的。 

而贝加莱PCC系统的设计方案则地解决了这一问题，与常规PLC相比较，PCC大的特点就在于其引入了类大型计算机的分时多任务操作系统理念，并辅以多样化的应用软件设计手段，由于分时多任务的运行机制，使得应用任务的循环周期与程序长短无关，而是由设计人员根据工艺需要自由设定，从而将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求，而且这种控制周期是可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求而做相应设定。

 
传统PLC运行模式

 
贝加莱PCC-定性分时多任务操作系统的运行模式

一、冲床自动送料机的技术状态 

本文介绍的冲床自动送料机是一种用于冷挤压套圈类零件的送料机器，是冲床进行技术改造的理想附机。该送料机克服了国内外有关冲床送料机的不足。如日本的RF20SD—0R11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。RF20SD—0R11的结构由冲床上的曲轴输出轴，通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮，由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单，无输送机构，联动，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构没有将料夹紧，定位不正，废品率较高，使用也不。 

结合国产冲床工作特点，采用机械手与输送机构配合为主要装置，再配合采用自动卸料保护，设计了具有较大应用和推广意义的自动送料机。 

二、结构设计 

该送料机主要配备于3150kN冲床，也可配备于1600kN或1250kN等冲床。它主要由机架(包括撑脚、电器箱、角铁架)、输送机(包括电机、变速箱、滚筒、输送带、料台、料道、隔料机构、挡料机构等)、机械手(包括提升缸、夹紧缸、滑板、支架、连杆铰链等)、供油装置(包括油箱、液压泵等)、卸料机构和保护装置等部分组成(如图1)。

 
图1冲床自动送料机结构简图 
1.机架2.输送带3.机械手4.隔料盘5.冲床工作台 
6.料仓7.挡料板8.工件9.电机10.模具

  
图2机械手示意图 图3机械手动作过程

 
图4PLC内I/O点分配图

1 引言

随着变频技术的发展和成熟。变频器以其明显节能效果、高性、较高功率因数及效率，以及优良调速特性、操作简单、启动电流小、机械振动和磨损较少、保护功能完善、容易实现自动调节等诸多优点，成为当今电气拖动系统的。电厂自动加药系统已广泛采用变频调速技术取代传统的直流调速系统。而直流调速存在:电机造、性差、维护量大、寿命短、能耗大等问题。

2 火电厂化水自动加药变频调速系统介绍

(1) 化水自动加药泵是用来为化水提供加的动力设备。化水加药计量泵无论是柱(活)塞式，还是隔膜式、都是容积往复式泵。工作过程:活塞1在泵缸2内作往复运动来吸入和排出液体。当活塞1开始自左端位置向右移动时，工作室3的容积逐渐扩大，室内压力降低，流体开吸水阀4，进入活塞1所让出的空间，直到活塞1移动到右端为止，此过程为泵的吸水过程。当活塞1从右端开始向左端移动时，充满泵的流体受挤压，将吸水阀4关闭，并打开压水阀5而排出，此过程为泵的压水过程。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就不断地交替进行。泵的驱动电机就交替工作在驱动(电动)和制动(发电)状态，加药变频调速系统有其特殊性。

(2) 电厂化水加药泵电机变频调速系统介绍

① 调速系统由化学监测仪表检测工艺系统参数，送入调节器与设定值比较，进行PI调节运算，其输出反馈给变频器控制转速，达到调节系统参数的目的。采用冗余操作控制方式，即系统配置了智能手操器。

② 化水自动加药变频调速系统范围

随着化学监测表计的成熟，电厂现已经用到:PH表、SI表、Na表、电导仪、酸碱浓度、浊度仪、联表等。在联、、磷酸盐、二甲基酮肟、混凝计等自动加药系统均可采用变频调速。

3 加药装置的电气接线方式

根据加药设备有“一箱二泵”、“二箱二泵”、 “二箱三泵”、 “二箱四泵”等类型，即至少有三个以上电机为一组，而加药泵一般为两个。加药电机一般相互备用。4 加药变频调速系统方案

(1) 电气接线:可采用上述方案。如“一拖一”，不带工频旁路方案，此方案应用多，如在井冈山化水加药系统、德州化水加药系统的应用。或电机和泵采用一备二冗余方案，即接线方案3，以节约投资。

(2) 控制原理:由于化水系统现在一般采用PLC程控系统，随着PLC技术的发展。化学自动加药系统的调节控制，一般在PLC内完成常规PID运算或控制规律，如模糊协调控制。

① 利用热工一次测量元件，在化水PLC程控系统中，将采集工艺系统的温度、压力、PH值以及溶解氧、Na+、Sio2+等参数的变化值，转换成4---20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器。变频器通过比较转速输出量与PLC程控速度给定之间的大小，自动调节加药泵电动机的转速，实现加药计量的转速自动控制，达到保证系统工艺参数在正常范围内变化的目的。变频器输出的模拟量、干接点信号全部进入PLC系统，形成闭环控制，同时实现相关联锁功能。

② 系统设有就地和远方两种控制途径。就地控制是在变频器处通过变频器面板进行操作或应急处理。远方控制是在控制室内进行。③ 远方控制方式分为两种工作方式:一种方式为远方手动方式。在这种工作方式下，操作员通过化水程控PLC系统的CRT手动给定信号，调节变频器。另一种方式为远方自动方式。在这种工作方式下，转速给定是在PLC系统中进行调节运算的，输出给变频器，调节加药泵的速度，使系统参数跟随给定值变化。

④ 保护配置:变频器内保护齐全，有运行中开门、冷却风扇停运、变频器过热、输入电压过低、负载速、功率单元异常(通常异常、过压、过负荷等)、接地等各种类型保护，具备对自身及电动机的保护功能。因此，变频器电源开关保护装置可以不变(电流速断及接地保护)。

⑤ 信号接口:变频器送给PLC的模拟量为:电动机转速;干接点有:变频器运行、故障、控制电源消失、功率单元旁路运行，共4个量。PLC系统送到变频器的模拟量为转速给定指令;干接点为远方启停。变频器送到控制室操作台有变频器紧急停机、复位两个干接点。

⑥ 保护行为:当变频器故障，控制电源消失或按下紧急停机按钮时，变频器输入电源开关跳闸，切断电源，同时参与化水程控大联锁。机组运行过程中，由于各种原因发生电源切换，会造成控制电源消失。为了避免因此将变频器停电，在变频器内部增加了控制电源消失保护经过短时间(1MIN)内延时动作跳电源开关的逻辑。

⑦ 自检闭锁:电源开关合闸初期，变频器存在10秒以内的自检查过程，此时变频器自认为处于故障状态，发出电源开关跳闸指令。因此，需要在变频器或PLC系统控制逻辑中增加一段延时(10秒)，躲开自检查过程，确保电源开关合闸。

⑧ 由于变频器集成有网络技术，井冈山化水加药控制系统利用此技术，通过PLC的远程站模式、利用双绞线与变频器总线适配器来完成上述各项控制，而变频器作为系统的智能终端。这种方式十分节省电缆。

4 自动加药变频调速系统的特殊性

由于加药泵为往复式容积泵，不同于一般泵。泵电机带偏心轮运转，电机的负载变化较大。一旦变频器输出频率上升到一定值后，由于电机转速的增加，其工作电流也增加，偏心轮惯性也在增加。实际上偏心轮(泵)运行的每个周期，电机交替运行在电动和发电状态。而当运行在发电状态时，其能量会回馈到变频器的直流侧。通过现场测量，直流过压可高达900多伏，此时变频器发出直流过压及过流报警、以致停机或毁坏变频器。这种情况曾在某电厂出现过。现在一般设计时，需要在变频器直流侧增加直流辗波器、制动电阻或加大变频器容量，并设计“防止失速”功能，以及进行转矩补偿和转差补偿功能。

由于加药泵的容量、泵电机容量较小，电机容量为0.4kW以下，根据变频器直接连接在大容量电源变压器上时，由于会有尖峰电流流过变频器而可能引致变频器损坏，需要在变频器输入回路加装AC电抗器。

5 化水自动加药变频调速项目实施建议

(1) 根据实际需要，选择变频调速方案。

(2) 自动加药变频器的应用，需要注意:谐波成分引起的线缆集肤电阻、泵系统共振、电机绝缘、高低压隔离、控制信号传递以及往复式泵特殊性等问题。

(3) 积利用变频器集成的网络技术，尽量减少电缆。

(4) 自动加药泵利于变频调速技术将大地改变化水生产的面貌。大力推广变频调速技术将加快化水生产现代化的发展，有利于化水生产管理上一个台阶。

    联网技术

    家庭联网技术解决家庭内部多种终端之间的物理互联。由于家庭环境的多样性和复杂性，联网技术一直是数字家庭中非常活跃的技术领域，随着以IPTV业务为代表的多媒体业务和应用在家庭的普及，对互联技术在带宽性能、QoS保以及使用上提出了高的要求。目前在数字家庭组网中常见的互联技术主要有以太网、HomePNA、MoCA、PLC、WiFi等。    

    以太网技术在目前的网络世界里是一个非常普及的连接技术，可以提供从10M到100M甚至千兆的传输带宽。以太网上基于802.1p的QoS机制相对比较简单，通过家庭网关的配合可以满足语音、视频、数据多种信息流的QoS要求。以太网技术在目前的家庭设备互联中是简单也是普及的，但由于以太网对家庭布线有较高的要求，而且不具备移动性，所以在很多应用上受到相当的限制。

    HomePNA是一种基于电话线传输的家庭互联技术，通过在双绞线上调制信号承载数据提供基于电话线的联网技术，HomePNA3.0提供了对同轴电缆的支持，2005年被ITU标准化为G.9954。目前新的标准HomePNA3.1理论速率达到320Mbps，支持同步、异步两种机制，使用同步可以获得好的QoS保证。总得来说，HomePNA技术能大可能重用家庭内部已有的布线系统来提供设备互联，大大减少了布线改造。HomePNA技术被AT&T采纳用于作为其家庭网络解决方案的主要互联机制。但作为一种有线技术，除了线缆的局限性外，还存在一些缺陷：传输延时大，在同轴线上与VDSL、数字电视的频段存在冲突等。

    MoCA是一种与HomePNA类似的技术，采用同轴电缆作为传输介质，能提供理论大270Mbps的带宽。MoCA大的问题在于目前还没有标准化，支持它的芯片厂家很少，从而也造成成本高、缺乏互通等问题。

    相对以上三种有线技术，由家庭插座（HomePlug）联盟组织主导的基于电力线的传输PLC技术是一种布线加便捷的互联技术。PLC采用类似以太网的传输机制，提供200Mbps的物理带宽，并且专门考虑高带宽、低时延的要求，目前影响PLC普及的主要因素有：电力线上的干扰问题、用户间隔离以及成本。    

    HomePNA、MoCA、PLC三种有线技术在/PHY层各不相同，为了统一家庭互联技术，ITU-TQ4/15开始研究G.hn，宗旨是为家庭网络单一、统一的互联技术标准，这种技术保家庭网络所有的有线传输介质可以互通。G.hn技术规范基于有线介质的PHY技术、统一技术。支持G.hn的芯片可以在不同的有线传输介质上传输信号，使采用同轴电缆、电话线或电力线传输的数据速率从50Mbps提高到过700Mbps，将主要应用于家庭网络高速数据、视频等的传输。

    相对于有线技术，WLAN以其移动性和便捷性受到各方的青睐，尤其是基于OFMA和MIMO技术的802.11n的出现使之成为大众所期望的互联技术。（智能家居）经过多年的技术讨论802.11n的draft4.0已经通过，正式标准预计会在2009年终定稿，困扰11n的标准问题和互通问题也有望得到解决。802.11n技术能带来高达600Mbps的理论带宽以及高的无线覆盖能力，使得无线承载多媒体应用，尤其是视频媒体成为可能。当然作为一种无线技术，在家庭应用时受限于功率以及家庭建筑的影响，仍然不可避免地存在覆盖问题以及在传输质量上无法达到有线传输的效果等问题。 从以析可以看出，目前并没有一种联网技术在家庭网络环境中是的，不同传输技术将在家庭网络内互相协作，共同发展。未来的家庭中将采用两种或多种传输技术的组合。随着802.11n的普及，未来WLAN将成为视频流传输的载体，尽管有线技术实施起来仍，但是在QoS和吞吐量方面逐渐得到改善的WLAN由于具有移动性将会使其占据优势地位。而电力线上网在欧洲将获得广泛应用，欧洲的建筑结构可能意味着WLAN的应用并不太适合。MoCA和HomePNA技术在北美区域由于同轴线缆和电话线的大量普及仍将会有一定的市场。

    家庭网关技术

    家庭网关作为家庭网络与电信运营商网络联系与互通的枢纽是电信网络的一个末梢，在数字家庭中处于位置。一方面家庭网关利用多种联网技术为家庭内部各终端提供互联手段，提供业务承载、QoS、家庭与管理，同时也是家庭用户从电信网络与互联网络获得各种增值服务的通道和业务平台。随着网关承担的作用越来越大，家庭网关技术也在逐步发展，总得来说网关技术的发展包括三个阶段。

    桥接设备：常见的就是Modem设备，家庭网关的前身，它只是个简单的桥接设备，功能单一，只是在二层上将家庭内设备与接入网连接起来。

    家庭网关：家庭网络设备，家庭网络的通信、管理、控制。具有丰富的家庭网络联网接口、完备的家庭网络通信功能，负责整个家庭网络的连接与管理，是运营商网络的一部分。

    业务网关：不单单是一个通信设备，是一个业务的载体，运营商的各种新业务在网关上得以展现，同时也承载家庭网络内部的各种业务，它将是一个通用、开放的家庭网络业务平台，系统的开放性是比较重要的一个特征。

    目前HGI、宽带论坛以及ITU-T都在关于家庭网关的技术标准，其中运营商主导HGI组织的进展为快速。HGI从2004年成立起，就研究家庭网络业务场景及其应用模式，然后家庭网关设备的技术规范，2006年、2007年都发布了家庭网关设备的技术规范。在家庭网关的基础上，运营商越来越关注家庭网络的各种业务的开展。如何为用户提供多的新业务，并且容易地部署这些业务成为运营商关注的。所以，家庭网关作为一个承载业务的平台，其平台和开放性至关重要。在这方面很多运营商已经开始进行一些探索，如中国电信E8产品中定义的中间件模型、法电LiveBox产品中定义的HNSA架构以及目前德国电信在研究的OSGI模型。总得来说运营商希望家庭网关不仅仅能提供本身应具备的功能，同时需要提供一个开放的软件环境用于后续业务的扩展，但具体如何实现，仍然有待进一步研究。

    远程管理技术

    随着电信业务逐步向家庭内部延伸以及家庭网络设备的功能日益复杂，业务的开通部署、家庭网络设备的运营维护成为一个非常重要的工作。由于设备数目，且部署在家庭内部，运营商对于远程管理的要求也日渐迫切。

    在网关的远程管理技术上以宽带论坛主导的TR069系列网管规范相对比较成熟和，它支持对ADSL、VDSL、以太、PON、POTS等多种上行方式的网关进行管理，对网关的主要功能均抽象了管理参数，并支持动态配置、（智能家居）版本升级、日志查看、远程复位等多种管理操作，同时在网管系统与营业系统、运维系统之间的北向接口均做了定义。目前基于TR069的网管系统已经在中国电信、法国电信等众多运营商网络中部署，主要用于实现设备或业务的“零配置”开通，以及设备的日常诊断、维护。

    在对网关进行管理的基础上，运营商已经开始考虑如何对家庭内部设备进行管理。主要有两种思路：基于网关代理方式和网关协助直接管理方式。宽带论坛采用网关协助管理方式定义了一套完整的内联设备管理机制——TR111，但由于目前大量部署到家庭的机盒设备很多采用桥接方式，内联管理机制应用较少。

    设备自动发现技术

    在家庭网络中部署的信息终端越来越多，在解决他们之间的物理互联问题之后，家庭用户还需要对各个设备进行一些复杂配置才能使用，这对于普通家庭用户来说是难以接受的。加入到家庭网络的设备如何能自动地相互发现并协同配合工作一直是数字家庭领域热烈讨论的问题。在这个领域中相关的标准组织很多，国内的闪联、e家佳，的UPnP、DLNA以及微软提出的Rally等，从技术上来看这些标准基本都在UPnP规范基础上扩展而成。（智能家居）从目前的发展趋势来看，以媒体应用为侧重的DLNA标准相对成熟，尤其是在目前多媒体应用日益普及的情况下DLNA受到越来越多设备厂家的重视和支持。目前不少消费电子、网络设备厂商都已经推出基于DLNA标准的网络设备和设备，这为家庭内部设备互联标准的后续统一打下一定基础。

    总结

    纵观数字家庭领域这些年的发展，尽管受到业界的广泛关注，这一概念也越来越普及，但数字家庭技术的发展仍然充满不确定性。其中基于家庭网络如何提供多丰富多彩的业务以及降低设备的使用复杂性、提高运维管理能力是需要持续关注的。