西门子6ES7222-1BD22-0XA0详细

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引言
PLC作为一种的控制装置，在分布式系统中得到了越来越广泛的应用。在这种控制系统中，PLC可以多种方式，如直接采用现有的组态软件与上位机通信，但针对小规模的控制系统，找到一种价格比的通信方法，具有积的实际意义。本文就日本三菱公司生产的FX2可编程控制器与监控通信方式的实现，从软、硬件两个方面来说明这个问题。随着GSM移动通信网络的发展和用户的日益扩大，新技术和新业务的开发和应用就已提到十分重要的位置。短消息服务业务作为ＧＳＭ网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。
以往，在无人值守的现场出现问题后，维修人员不可能讯速赶到现场排除故障，造成许多不必要的损失，所以作者设计了该采集与监控系统，将告警信息通过手机短消息的方式，发送到集中监控，从而实现了远程遥控、遥测、遥调、遥讯。
1． 系统的工作原理及组成
该系统主要是由两部分组成：数据采集与监控终端；集中监控。通信方式采用手机短消息方式，通信设备采用手机模块TC35，手机终端TC35T。TC35具有的功能：有语音、数据、短消息、FAX四种传输方式；工作在GSM900MHz和1800MHz频带范围内；工作电源3.3V---5.5V；波特率为300bp15kbps,在1200bp15kbps为自动波特率设置；数据传送采用AT命令集；SMS具有TEXT和PDU图形模式；P-P数据通讯速率是2400、4800、9600、14400bps。TC35T是将TC35做到工业手机中，对外提供标准的RS232接口和电源接口。将计算机的串行口与TC35T的串行口用电缆直接连接，并在计算机上添加标准的调制解调器就可以使用了。TC35T使用AT命令集工作。系统的原理框图如图1所示：

集中监控通过通道1发送命令，通过TC35T发送设置命令，初始化数据采集与监控终端，设置需要采集的模拟量和开关量，设置系统的密码，设置人员的手机号码；然后发送命令，采集各种数据量。采集完数据量后，经PLC的处理，通过通道2以短消息的方式发送到集中监控，将数据整理存入数据库中。如果数据采集与监控终端出现了故障，直接通过TC35模块发送故障信息到人员上，同时监控接收发自数据采集与监控终端的告警信息，并进行相应的处理，如判定告警地点、告警类型及相应的原因、及时通知值班和相关维护管理人员、对告警信息进行统计和分析、设置告警监控模块配置信息等。当故障排除后，数据采集与监控终端同样发送短消息到监控，通知故障排除，可以正常采集数据了。当然每个数据采集与监控终端都对应由维修人员。
短消息服务业务（Short　Message　Service）是GSM系统提供给用户的一种数字业务，它与话音传输及传真一样同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，SMS的收发占用的是GSM网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互能力。而且SMS具有较高的性，短消息发送端的用户可知道短消息是否已经到达接收端，由于短消息依靠了SMSC短消息服务的存储和转发机制，当接收端用户关机或不在服务区内时，SMSC会暂时保存该短消息，接收端用户如果在规定时间（通常为24小时）内重新处于工作状态，SMSC会立刻发送短消息给接收端用户，当发送成功时会返回发送端用户一个确认信号。SMS充分利用了GSM网络覆盖广的特点和全程全网的优势，具有的移动性，使得任何一个申请了短消息服务的GSM无线终端用户在全网范围内获得服务。每个短消息的信息量限制为140个八位组（7比特编码）140个英文字符或70个中文字符。如果过此长度，则要分多次发送。

2．硬件电路设计
系统的硬件电路包括：监控终端硬件设计；集中监控。
监控终端硬件包括：数据采集部分；TC35接口电路；温度传感器电路；遥调电路。
集中监控硬件包括：上位机；TC35T手机终端。

2.1数据采集部分
数据的采集分为：模拟量的采集和开关量的采集。
模拟量主要采集各种工业仪表的数据，如压力、流量、温度、湿度、电压、电流等。
开关量的检测，分别为：220V交流电压检测，门禁检测。
电路原理框图如图2所示。

2.2遥调电路设计
为了能够实现远程自动调节各种现场的参数。作者设计了遥调电路。采用固态非易失性数字电位器X9313。电路图如图3所示。数字电位器是一种特殊的DAC，它的模拟量输出不是电压或电流，而是电阻。滑动单元的位置是由CS、U/D、INC三个输入端控制。当CS为高，INC为高时，滑动端的位置可以被储存在一个非易失性存储器内，因此在下一次上电工作时可以被重新调用。当电位器的滑动端移到某一新位置时，而保持INC为低，CS为高时，此位置不存储。VH、VL、VW相当于一般电位器的三个端。

2.3温度传感器电路设计
为了实时监视数据采集与监测终端的温度变化，当温度过上限值时启动排风装置。当温度低过下限值时启动加温装置，作者设计了温度传感器电路。由于采集的温度范围属于常温范围，所以采用晶体管传感器LM335。它的输出电压与热力学温度成正比，灵敏度10mv/c。输出后的电压经过LM358放大器的放大后送A/D转换器。电路图如图4所示。

2.4TC35接口电路设计
TC35模块主要是由射频天线、内部FLASH、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIP插座组成。TC35接口电路设计主要是40针的电缆与单片机的接口。如图所示5。1~5脚提供3.3~5.5V峰值2A的直流电源；6~10接地；15脚为点火信号，接到单片机的P1.7，可以通过软件启动模块。16脚~23脚是RS232串口的功能引脚，18脚、19脚分别为发送RXD和接收TXD引脚。24脚~29脚对应的是SIM卡的引脚。32脚为指示灯引脚，当未插入SIM卡或40脚的电缆没有接好或者模块正在入网时，指示灯处于闪亮状态，亮600ms　灭600ms；当模块登录网络时，指示灯亮75ms灭3s。

1 引言
      近几年随着我国经济建设的快速发展，在能源供应上很多地区都出现电力资源紧缺的状况，因此许多电厂纷纷进行新建或扩建改造。深圳西部电厂原有4台(#1-#4)300MW 机组，为提高发电能力又续建#5、#6机组(2×300MW)。西部电厂原有两列化学水处理系统，续建工程的化学水处理系统扩建一列100~140m3/h化学除盐系统，其余设备与已有化学水处理系统共用。原有化学水处理系统使用传统的模拟屏方式进行监控，自动化水平不高并且效率很低。续建2台机组后，废除原有化学水处理系统的控制系统，将原有化学水处理系统和扩建的一列化学水处理系统统一采用一套冗余PLC控制系统进行集中控制。

2 化学水处理系统工艺流程
2.1 化学水处理系统流程
      原有化学水处理系统流程为:自来水→蓄水池→升压泵→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。通过对现有系统运行状况的现场调查和对水质分析报告分析，自来水中的悬浮物含量较高，严重地污染了活性炭和离子交换树脂。因此，续建工程增加3台纤维过滤器对自来水进行深度过滤处理。
      续建化学水处理系统流程为:自来水→蓄水池→升压泵→纤维过滤器→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。

2.2 续建工程与原有系统的连接及运行方式
      原有120t/h出力的一级除盐+混床设备2列，续建工程仅再扩建1列出力为120t/h的同样设备。除盐水泵、再生水泵、压缩空气系统、酸碱再生系统和废液处理系统与原有系统共用。
      3台过滤器采用并联运行方式，正常工况2台运行，1台备用。过滤器不仅对续建工程所需的自来水进行预处理，而且对原有系统的自来水也进行预处理。
      2台活性炭过滤器和一级除盐设备构成一个系列，采用串联运行方式，正常工况2列运行，一列备用。其中每系列的2台活性炭过滤器，当水质好时1台运行(去除游离余氯)，1台备用;当进水水质恶化时2台同时运行(去除物)。
混床采用并联，正常工况2台运行，1台备用。
      3套一级除盐单元与3台混床之间设有切换阀门，受已有系统的限制，仅#1一级除盐设备和#1混床与#2一级除盐设备和#2混床可以同时交叉运行，#1一级除盐设备和#1混床与#3一级除盐设备和#3混床可以同时交叉运行。机组启动时，上述3列设备同时投入运行，满足大的补给水量。

3 系统配置
      系统由两台上位计算机和一套冗余PLC系统构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统，计算机上安装Inbbtion公司的FIX7.0工业监测与控制系统软件，通过合理的系统设计和系统组态，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过上位计算机系统和强大的工业控制传输网络，实现对整个生产工艺工程的自动化管理和控制。
      PLC选用Siemens公司S7400冗余控制器，控制系统采用双机热备冗余方式，通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点，远程I/O由EM200通讯处理器和S7300系列I/O模块组成。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用的冗余Profibus工业总线传输网络，实现信息的、、稳定的传输。Profibus是一种高速和的现场总线，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用，大传输速率可达12Mbps。
      上位计算机系统安装CP1613通讯卡，与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属标准，工业以太网已达到高传输性和性要求，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。工业以太网具有高传输速率(目前达到100Mbps)、集线器技术的确定性、不需考虑网络的拓扑结构、传输物理介质多样(双绞线、光纤、同轴电缆)、集线器的应用可不考虑网络的扩展等优点。
      通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上，可以很方便的利用PLC系统所特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。图1为系统网络结构图。

中间水箱水位由PLC实现自动控制(通过调节阳床入口调节阀)，使一级除盐系统投运时中间水箱水位稳定在正常位置。中间水泵启停与中间水位联锁，低液位启泵、高液位停泵，保证中间水泵的使用。
      阀门、泵等的控制状态显示，自动/手动/就地操作和选择联锁。系统所有流量、压力可在操作界面上实时监视，原水流量、阴床出口流量、混床出口流量显示积算并作历史纪录，可分别查看一级除盐、混床再生制水量。
       系统控制每列除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸加碱程序、自动/半自动启动另一列除盐装置程序等。对于顺控设置必要的分步操作、成组操作或单操作等，并有跳步、中断或旁路等操作功能。系统投运以及活性炭清洗、一级除盐再生和混床再生可由系统自动完成或操作员步延、步进手动干预，在操作站界面上显示各步骤设定时间和剩余时间以及步进、步延指示等。

(4) 输入程序、调试程序、运行程序
程序的输入、调试以及运行将结合下面的编程器的使用来说明。

3 编程器的使用
      手持编程器(型号为1761-HHP-B30)通过一条8针RS-232电缆与可编程控制器(型号为1761－L16BWA )的RS-232口连接，可编程控制器接通220V交流电源(注意根据型号的不同接不同的电源)，这时可编程控制器上的POWER指示灯亮。编程器有两种工作模式，即编程工作模式和运行工作模式。
      在编程工作模式下，可进行程序的写入、读出、插入、删除和修改;在运行工作模式下，PLC的RUN指示灯亮，PLC运行程序。编程器上的键大部分有双重甚至多重功能，例如键既可为模式键，亦可为输出继电器O，键入时编程器会根据当前状态自动判别选择，在屏幕上显示相应的功能或字母。

3.1 编程工作模式
进入编程工作模式的方法是按键，选择RPRG，按[ENT]键，即进入编程工作模式。
在编程工作模式下，可进行如下操作:
(1) 用户程序存储器内容:按菜单键,再按上下键的下键，选择6.bbbbb PROG，按[ENT]键，显示“YES[ENT] NO[ESC]”, 按[ENT]键，即可用户程序存储器内容，程序后按[ESC]键返回主菜单;
(2) 写入程序:按[MON]键，再按[ENT]键，即可开始输入程序。每输入梯形图中新的一行要按键，每键入一条指令后按[ENT]键;
(3) 删除程序:按左右键找到所要删除的某条程序，按[DEL]键即把该条程序删除;输入程序时某个字母或数字输错，可按[ESC]键删除;
(4) 插入程序:按左右键找到所需插入程序的某条程序，输入需插入的程序，即可把需插入的程序插入在该条程序之后;
(5) 修改程序:上下左右键、[DEL]键、[ESC]键的配合使用，可进行程序的修改。

3.2运行工作模式
      进入运行工作模式的方法是按键，选择RRUN，按[ENT]键，即进入运行工作模式。
      在运行工作模式下，可编程控制器的运行程序，这时可编程控制器上的RUN指示灯亮，可利用输出指示灯观察程序是否满足控制要求。同时编程器还可监控程序的运行，方法是:按[MON]键，再按[ENT]键即可监控程序，按左键或右键可监控任一条指令及至全部程序。
      在运行工作模式下，PLC运行程序满足要求后，手持编程器可拔去,后做负载考验运行。本例用电路板上四边放置的4组共12个发光二管模拟十字路通灯,接在PLC对应的输出端口上，接通电源，拨动输入端相应的开关，发光二管按要求循环发亮，说明达到了控制要求。

4 结束语
      城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而大地提高城市道路交通管理能力。

 引言
      塑料封切机是加工塑料包装袋的机械设备;精度、速度和稳定性直接影响到所生产胶袋的质量和生产效率。为了提高设备的性和提升设备的生产效率，中达电通开发了自动控制封切机系统，以PLC、变频器、伺服、人机界面，取代旧有复杂的“继电—接触器及刹车离合器等控制机构”，使客户在原有的成本上，得到高的服务。该系统是中达电通又一个典型的系统整合成功应用案例，整个系统根据台达产品在系统整合方面的特点，采用台达DVP-ES PLC、VFD-A变频器、ASDA伺服驱动器及DOP-A人机界面;在保证工艺控制要求的情况下，大大提高了生产效率，同时亦为客户降低了维护及采购成本，为用户提供了高附加值的解决方案。本系统主要效能包括;
(1) 效率提高;
(2) 生产良品率提高;
(3) 封切精度提高;
(4) 方便调适;
(5) 运行平稳;
(6) 操作简便。

2 工艺简介
主要工艺过程包括三大部份;送料、封切、出料(成品), 图1示出塑料封切机外形图。

图1 塑料封切机外形图

主要过程为封切动作，主要有以下几种情况: 白袋封切运行、色标封切运行与回切封切运行，主要工艺详述如下。

2.1 白袋封切运行工艺
(1) 系统上电
·温度控制设备会先调节封的温度，使封的温度达到设定的需要，手动调整切的位置，达到封切长度的需求。
·调节变频器使送料、封切速度及出料的速度达到产量要求，一般情况由变品器速度决定封切速度，工艺中要求封切中变频器单个运行速度一定要大于伺服送料速度。
·调整送料直流电机速度，使送料速度与变频器速度配合，通过直流电机的速度达到一定的张力控制，保持原料的平直。
(2) 自动运行模式
·变频器通过机械连杆装置使送料、出料、封切的速度达到协调控制，送料与出料同步进行。
·封切在主电机通过机械传动装置控制封切上下往复运动。
·封切完一个胶带，通过传感器触动PLC对封切工作计数一次。
·当系统接到人机界面或控制盘上按下停止键，系统会立即停机，封切会停止运行回复到高位处，方便手动排除故障，取出问题的胶带。
·在系统设定的批量生产个数将到达前，系统会提示报警，到达批量生产个数系统将自动停机并将计数值清为零;待系统停机达到继续运行时间，系统会继续自动运转(不需按按钮)，从新开始计数。
(3) 手动运行模式
·手动运行工艺与自动运行工艺要求一样，差别在于如果系统设定在手动运行模式，则当批量个数到达后，系统会自动停机，需要再次按下按钮后，系统才会再次运行。

2.2 色标封切
色标封切的加工过程如图2所示。加工过程特点述说如下:

图2 色标封切的加工过程

·色标封切的工作原理与白袋运行原理相似，也是封切在低位时伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带以系统设定的塑料袋长度转动一次;
·色标封切与白袋运行的差异在于色标封切时，会产生累积误差，累积误差过大时会影响塑料袋封切的品质，所以色标封切到达一定的累积误差后，就要进行停机及误差补正;
·色标封切—封切到达低位点时，系统会自动对批量计数一次，同时每追到一次色标信号时计数一次(当没追到色标信号时，追色不计数)批量的计数次数与色标的计数次数的差值等于设定的追色误差次数时，系统停机且报警;
·追色理想的情况是使用色标信号来控制封切及停机，这样可以做到封切没有累计误差，由于封切机对精度要求0.5mm，一方面强调速度，故可以根据客户需求自行选择。

2.3 回切功能
·系统回切功能的目的是为了防止“在封切时由于温度太高导致塑料袋溶化与辊轮相粘，造成下次送料在切处堆积”的缺失;
·当系统设定为回切功能开始送料时，伺服先会反转回切设定的长度距离后停止，然后再正转“回切长度和设定袋长距离之和”后停止;
·回切运行时，需在人机上设定的口袋长度，采用回切会降低系统精度，所以使用过程中将回切速度开放给客户，以利客户调整速度改善精度。

3 系统简介
根据封切机系统的特点和功能要求，将整个系统主要分为控制系统、伺服驱动系统、监控系统、变频器调速系统四大部分。

(1) PLC控制系统
控制系统采用台达DVP ES系列的PLC作为主控，台达DVP-14ESPLC 具有8个输入点及6个输出点，该PLC主机自带两个串行通讯口，一个为RS485通讯口另一个为RS232通讯口。
选用ES PLC的原因;
·在原有的成本基础上，提供高厂商产品的附加;
·ES PLC 具有的双通讯口，可以运用通讯的方式，简化系统程序以及配线，完成系统整合与控制;
·PLC对伺服的控制是以通讯的方式完成，而不是由传统的PLC发送脉冲的形式来控制伺服，以通讯的方式对伺服位置、转速等参数进行设定与控制，具有度高、的特点;
·与台达伺服、人机界面等产品，可透过通讯及内部协议，强化了工作效率;
·台达伺服特有的定位功能，是实现封切机单轴控制的关键，台达伺服编码器10,000线以及伺服内部自带定位模块的功能，使在同等精度的情况下，PLC的运行速度能远远其它PLC;同时因为伺服具有输入/输出的灵活定义性能，省去了PLC对的定位需求，也使开发过程变得简单、容易。
      整个控制系统是以PLC的输入输出实现逻辑控制，通过通讯来实现对伺服的控制、人机命令的执行及状态的显示。PLC系统架构图如图3所示，I/O点规划见附表。

附表 PLC I/O点规划表

(2) 监控系统—人机界面
台达人机界面采用bbbbbbs RTOS的技术，系统具备多任务及实时性的功能，所以比传统单工系统人机界面具有速度、响应快及稳定性高等优势。

本系统使用台达DOP-A系列5.7”单色人机界面，对系统进行操作、监控制和参数的设置，主要的工作包括;
·运行模式选择(手动、自动);
·控制功能(运行、停止、寸动前进、寸动后退、清零、追色、补码、回切功能选择);
·参数的设置(封切速度、批量、停机时间、总数、切带长度、封切速度、误差次数);
·监控及报警讯息。
人机界面操作方便，故障、报警信息简要明朗，通过人机界面可以大大方便操作员对塑料封切机的控制，提高生产效率。人机主要画面如图4所示, 图4(a)为正常运行显示界面,图4(b)为参数设置界面,图4(c)为功能选择界面。

图4 人机画面图

(3) 伺服驱动系统
      台达ASDA系列伺服由低惯量100W到中惯量3kW产品齐全，其功能除了传统伺服驱动位置控制、速度控制及扭力控制外，开发了伺服驱动的新技术—强健性控制;所以ASDA系列伺服具有响应速度快、低转速具有高刚性而且非常稳定运转等优异的特性。
      伺服系统是封切机的执行机构，它的好坏直接影响到切袋的精度和系统的稳定性。本系统充分展现了台达伺服系统的优势—通讯能力及内含NC控制器的功能，PLC通过通讯的方式与ASDA伺服进行控制，达到、高速度的要求。
(4) 变频器调速系统
      变频器调速系统主要是对系统的送料速度、封切速度、出料速度进行调节控制，使送料、封切、出料达到很好的协调工作。本系统由成本和操作人员的习惯考量，仍采用了旋钮式的变频器调速装置，此方案具有方便、直观的特点。
(5) 其它辅助系统
      系统其它辅助系统还包括温度控制系统和气动打孔装置。温度控制系统采用了简易温度控制调节系统，通过调节温度盘的旋钮，可以调节到用户需要的恒定温度，该系统具有方便调节、价格低廉、恒温性好等特点。气动打孔装置主要是对塑料包装袋(有的食品包装袋需要打孔)进行打孔，通过安装在轮轴上的位置传感器，当轮轴转到设定的位置后，信号会触发气阀打开，完成打孔的动作。

4 操作与调试
(1) 机械设计时，需要满足:
·(主)变频器频率工作在60Hz时，切与封来回往复运动达140次/分钟;
·在满足伺服电机的实际连续运行转速要小于或等于其额定转速及其它特性的要求下，伺服机构的传动比及出料辊的外径的合理设计是满足工艺要求的关键。
(2) 伺服传动机构采用同步带传动，伺服编码器脉冲数为2500P/R，故其本身误差远远小于0.5mm，引起定位误差较大的真正原因是由于伺服电机起停不够平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料辊的出料速度，造成出料辊与塑料薄膜之间的相对滑动;故需要根据伺服电机的起停速度调整合适的加减速时间，调整送料变频器频率使其送料速度要大于出料辊的出料速度，调整要以出料辊与塑料薄膜之间不发生相对滑动为准。
(3) 温控器的设定温度一般设定在200℃左右，根据主电机的转速高低适当微调温控器的设定温度(以胶袋封口处结实耐拉为合格的标准)。需注意当主电机转速较快时，封上下往复运动快，封口时间短，若封温度偏低，会导致胶袋封口处不牢;当主电机转速较低时，封口时间长，若封温度偏高，会导致胶袋封口处烫穿。
(4) PLC程序根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机编码器的线数以及出料辊的周长，可计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲时，伺服电机就驱动出料辊转动带出一定长度的胶袋，如此即可实现定长控制。
(5) 色标封切时，PLC若在设定批量内检测不到时色标累计达到设定的保护值，需停止电机运转，并提示报警。
(6) 当回切功能运行开时，需确认设定回切长度是否工作正常及切袋是否准确完善。
(7) 外接旋钮调位器可对主电机、送料电机、出料电机进行调速;人机界面上伺服速度的设定值可对伺服调速。
(8) 系统包括:自动运行模式、手动运行模式及手动调试模式;自动/手动运行模式为生产操作模式，手动调试模式在调机或维修时使用。
5 结束语
      提供客户稳定的系统集成方案是中达电通经营的宗旨，该塑料封切机项目，结合了台达PLC、变频器、伺服和人机界面等产品，为客户开发了一套稳定的系统，不但满足了工艺要求，提高了设备的性，提升了客户设备的工作效率。