西门子6ES7231-0HF22-0XA0详细

西门子6ES7231-0HF22-0XA0详细

SIEMENS PLC在中国的产品，根据规模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-300 和S7-400三种，下面就简单介绍一下该三种产品的一些特性。

S7-200

针对低性能要求的摸块化小控制系统，它多可有7个模块的扩展能力，在模块中集成背板总线，它的网络联接有RS-485通讯接口和PROFIBUS两种，可通过编程器PG访问所有模块，带有电源、CPU和I/O的一体化单元设备。

其中的扩展模块（EM）有以下几种：数字量输入模块（DI）——24VDC 和 120/230VAC；数字量输出（DO）——24VDC 和 继电器；模拟量输入模块（AI）——电压、电流、电阻和热电偶；模拟量输出模块——电压和电流。   还有一个比较特殊的模块-通讯处理器（CP）——该块的功能是可以把S7-200作为主站连接到AS-接口（传感器和执行器接口），通过AS-接口的从站可以控制多达248个设备，这样就可以显著的扩展S7-200的输入和输出点数。

CPU设计   

有3种手动选择操作模式：STOP——停机模式，不执行程序；TERM——运行程序，可以通过编程器进行读/写访问；RUN——运行程序，通过编程器仅能进行读操作。

状态指示器（LED）：SF——系统错误或（和）CPU内部错误；RUN——运行模式，绿灯；STOP——停机模式，黄灯；DP——分布式I/O（仅对CPU-215）。

存储器卡——用来在没电的情况下不需要电池就可以保存用户程序。PPI口用来连接编程设备、文本显示器或其他CPU。

S7-300
      相比较S7-200，S7-300针对的是中小系统，他的模块可以扩展多达32个模块，背板总线也在模块内集成，它的网络连接已比较成熟和流行，有MPI（多点接口）、PROFIBUS和工业以太网，使通讯和编程变的简单和多选性，并可以借助于HWConfig工具可以进行组态和设置参数。
      S7-300的模块稍微多一点，除了信号模块（SM）和200的EM模块同类型之外，它还有接口模块（IM）——用来进行多层组态，把总线从一层传到另一层；占位模块（DM）——为没有设置参数的信号模块保留一个插槽或为以后安装的接口模块保留一个插槽；功能模块（FM）——执行特殊功能，如计数、定位、闭环控制相当于对CPU功能的一个扩展或；通讯处理器（CP）——提供点对点连接、PROFIBUS和工业以太网。

CPU设计
      模式选择器有：MRES=模块复位功能；STOP=停止模式，程序不执行；RUN=程序执行，编程器只读操作；RUN-P=程序执行，编程器可读写操作。
      状态指示器：SF，BATF=电池故障；DC5V=内部5 V DC电压指示；FRCE=表示至少有一个输入或输出被强制；RUN=当CPU启动时闪烁，在运行模式下常亮；STOP=在停止模式下常亮，有存储器复位请求时慢速闪烁，正在执行复位时快速闪烁。
       MPI接口用来连接到编程设备或其他设备，DP接口用来直接连接到分布式I/O。
S7-400
      同300的区别主要是规模和性能上强大，启动类型有冷启动（CRST）和热启动（WRST）之分，其他基本一样。哦，它还有一个外部的电池电源接口，当在线换电池时可以向RAM提供后备电源。
编程设备
      编程设备主要有PG720 PG740 PG760——可以理解成装有编程软件的手提电脑；也可以直接用安装有STEP7（SIEMENS的编程软件）的PC来完成。而实现通讯（要编程要和PLC的CPU通讯上）的要求主要在于接口：1.可以在PC上装CP5611卡——上面有MPI口，可用电缆直接连接。2.加个PC适配器，把MPI口转换成RS-232口后接到PC上。3.PLC加CP343卡，使它具有以太网口。

一. 系统设计与设备选型
1. 系统流程：
      2. 工作原理：
中水处理系统是将生活污水还原成中水的处理过程。应用过的生活污水被集中在调水池中，由充氧机进行充氧。充氧后的水由提升泵提至生化池，由充氧机进行两级生化。在处理过程中还要对生化过的水进行加药，，搅拌等工序，使其能够达到二次使用的可能。处理过的中水由加压泵打到回用池中，由供水泵供给用户在利用。（主要用为冲厕或绿化用水）
3. 系统要求：
a. 调节池曝气机
* 2台（一用一备）380V/1.6KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台曝气机的切换及每台曝气机的起停。
* 自动方式：自动控制两台曝气机的切换。
要求：当运行曝气机出现热保护时自动转换为备用机。
曝气为间歇方式，曝气半小时，间歇15分钟，以保证生物菌存活。
b. 生化池曝气机
* 一级生化池 2台 380V/2.9KW（一用一备）
二级生化池 2台 380V/1.6KW ( 一用一备)
* 手动方式：手动控制曝气机起停。
* 自动方式：自动控制两台曝气机的切换。
要求：当运行曝气机出现热保护时自动转换为备用机。
曝气机白天12小时连续运行，夜间进入休眠状态，每隔一小时曝气10分钟。
c. 提升泵
* 2台（一用一备）380V/2.2KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台泵的切换及每台泵的起停。
* 自动方式：自动控制两台泵的切换。
要求：当运行泵出现热保护时自动转换为备用机。
由PLC根据液位自动控制泵的起停（高起低停），泵的起停与调节池，生化池液位联动，防止溢水。
d. 加压泵
* 2台 （一用一备）380V/1.6KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台泵的切换及每台泵的起停。
* 自动方式：自动控制两台泵的切换。
要求：当加压泵出现热保护时自动转换为备用机。
由PLC根据液位自动控制泵的起停（高起低停），泵的起停与提升泵，供水泵，回用池液位联动，防止溢水。
e. 中水供水泵
* 2台（一用一备）380V/3KW 要有手/自动切换
* 手动方式：手动控制两台泵的切换及每台泵的起停。
* 变频恒压供水方式：系统管网压力设定时水泵减速运转；设定加速运转，一台泵无法满足流量值时另一台泵自动投入运转保系统压力达到设计要求。由PLC根据液位自动控制泵的起停（高起低停）同时与其它泵联动。系统有高低报警及变频器故障自动切换到工频的功能。
f. 反冲洗泵
* 1台 380V/5.5KW 手动控制
g. 加药，计量装置
* 1台 计量泵 220V/0.5KW 与加压泵联动控制
* 1台 搅拌器 220V/0.35KW 手动控制
h. 自来水电磁阀（一个）
回用水池低液位时由PLC控制自动打开电磁阀进行。
4．设备选型
根据以上的技术要求和对整个系统的分析，系统的输入点36个，输出点20个，因此决定选用36入/24出的可编程控制器。这个系统许多的PLC都可满足技术要求。但为了节约成本，在性价比上达到，我们选用了LG的K80S系列PLC K7M-DR60S。原因是LG的PLC价格，编程软件（可省掉编程器），现场调试方便（由笔记本电脑完成）。编程语言绝不亚于其它PLC。

    在当今的冶金生产工程中，炼铁原料的烧结处理是的一环，而烧结工艺过程的关键参数就是各种原料的配比。对配比的控制是实现高质量烧结矿的关键。
    传统的烧结生产，对于各个料种的给料量控制采用了手动方式，或者单料种的给料自动下料，整个系统没有进行集中控制，生产数据也不能及时地反映给生产管理人员，从而造成了生产人员劳动负荷较大，产品质量的优劣不能及早预知。
    目前的PLC系统已经发展得很完善，具有各种处理能力，除了传统的顺序控制外，数学运算能力已经接近（奔腾）计算机。PLC在烧结系统中的应用，大大地提高了烧结生产的自动化水平，一些新的控制策略和思想可以很方便地实现，特别是网络技术的应用，为现代钢铁企业对生产过程高层次的管理提供了为方便的实现手段。
1 Modicon Quantum PLC
    Modicon Quantum PLC系统是具有数字量处理能力的计算机系统，Quantum具有模板化、体系结构可扩展的特点，广泛用于工业和制造过程中的实时控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用远程I/O的800系列）、I/O接口、通讯模板、电源和底板。
    Modicon Quantum PLC软件系统功能强大，符合IEC1131标准的全部规定，提供了多种编程语言供用户选择，用户实现其控制思想的手段大大增强，特别是程序生成的设计与编程与PLC无关，并且带有分布式和多功能PLC系统的现代化硬件体系、与强大的操作员和监视系统（MMI）的接口以及新通讯系统的配置。
2 北钢三烧烧结自动化系统
    北钢三烧烧结自动化系统是以高性工业微机、可编程序控制器（PLC）为而构成的全分布式网络化控制系统；变频调速系统以施耐得公司的Altivar 58变频器为组成，整个自动化系统具有90年代末水平。
    系统采用MB+网络作为主要连接方式，辅助以远程I／O工业控制网络组成一个完整的自动化体系，由可编程控制器（PLC）操作站、上位计算机组成。PLC控制工艺设备的运行，检测系统中各个生产设备的状态及工艺参数，并按确定的控制程序对各个设备进行控制和调节。操作站主要功能是操作人员通过CRT上的实时动态画面监视现场的生产状况，根据现场的实际情况对生产过程进行必要的控制和调节，以及进行趋势分析等。上位计算机记录、处理生产数据。
3 系统运行方式
根据设计要求，系统从整体上说具有三种基本的运行方式：
现场手动运行
计算机联锁运行
计算机解锁运行
“现场手动运行”是指操作人员在现场的机旁箱上进行的设备的启／停操作以及设备运转速度设定。当一台设备处于现场手动运行状态时，这台设备就从整个系统中脱离出去了，设备的启动、停止受现场操作人员的控制，这台设备也就不能再参与系统的任何连锁了。
    “计算机联锁运行”和“计算机解锁运行”从控制方式上讲，可以统称为“计算机自动运行”。
“计算机联锁运行”是指处于自动运行的所有设备每时每刻都参加各自的所有的条件连锁，例如运行联锁、工艺参数连锁、启停顺序连锁等等。当系统处盂联锁状态时，它的启动、停止既受别的设备的影响，也会影响别的设备的启动、停止，系统各个设备的运行环环相扣。
    对于烧结配料这样的物料输送系统来说，这一点特别重要，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带的堆料就是“联锁运行”的重要作用之一。
    “计算机解锁运行”是指处于自动运行的所有设备不再随时判断它的运行和停止条件，该台设备的启动、停止仅仅受操作人员在CRT上对他发出的启停命令的影响，操作人员通过一台CRT就可以随意控制接入计算机的所有设备。这种运行方式，为设备的试车、检修等针对单台设备的操作提供了大的方便。
但是要注意，从系统角度来说，“计算机解锁运行”方式具有一定的危险性，特别是当整个系统处于运行状态时，如果系统解锁，就很有可能造成物料堆积、设备损坏等等十分讨厌的结果。所以，除非真的有必要，一般不要采用“计算机解锁运行”方式，而应该把系统长时间的置于“计算机联锁运行”状态。
4 系统的启动和停止
系统启停方式包括下列4种：
    紧急停止
    顺序停止
    顺序启动
    同时启动
    紧急停止用于需要所有参与配料的设备立即停止运行的场合，例如发生紧急情况要立即使系统停车时。
当点击“紧急停止”按钮时，系统所有正在运行的给料设备全部立即停止运行，只有处于现场机旁手动的设备不理会，仍然处于它自己原来的运行状态。
    顺序停止用于希望长时间停车的场合，这样可以保输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。
    顺序启动用于系统的初次运行或者顺序停止后的系统再次启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。
同时启动用于急停后的系统再次启动。
    同时启动能够使系统在上一次的“断点”处接着往下进行，就象没有发生过任何事情一样。
5 设定目标量的自动跟踪
    配料系统所使用的给料设备具备调速功能，并且已经通过MB+网的形式接入了计算机，这是自动跟踪下料量的硬件基础。
    系统实现目标值自动跟踪的软件基础是在PLC中嵌入了调整灵活的PID功能，通过合理的设置PID的参数值，可以在响应速度和调节稳定度之间平衡，优化自动调节和跟踪的效果。
    当一个料种的给料目标值被设定或者被自动计算出来以后，作为PID模块的给定值输入到模块中，而现场各类皮带秤的输出作为反馈信号也输入到PID模块中，后计算机按照PID方式作出筛选的响应，这种响应被转换为变频器的设定频率值，从而可以根据设定值与皮带秤的偏差来调节给料电机的转速，终达到稳定给料量的目的。
    除了自动方式外，还有一种手动调节给料速度的方式，那就是“PID手动给定值”输入，当选择了这项功能时，可以直接输入给料电机的转速，系统不再使用PID方式进行调节，也不再考虑皮带秤的输出，给料电机的转速用这种方式就可以直接控制。
   手动给定的是一个百分比值，它的含义为变频器输出频率的百分之多少，输入范围应在0～100％。目前，批料系统所有变频器的频率都设定为50Hz，当变频器的输出为50Hz时，给料电机达到转速。
画面的下方为皮带秤的实际输出值，当调整手动给定百分比时，可以观察皮带秤的输出值，不断地增加或者减少百分比值，就可以让皮带秤的输出达到设定目标值。
PID的3个参数直接关系到PID的响应特性。
    一般的来说，P值是一个比例参数，它没有单位，P值越大，对于同样的偏差，PID的响应输出就越大，但调节输出的稳定性就越糟糕，甚至产生剧烈的震荡；I值的含义是积分时间，它的值越大，系统的响应时间就会越长，当输入有变化时，PID的输出达到后稳定的时间就会越长；D值是一个微分时间，它的值越大，PID对输入偏差就会越敏感。

1前言
莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。水冷系统用于棒材温度控制。轧制过程中通过成组区主要接收来自冷床的棒材，并通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（ＣＣＬ）。
该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其成组系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了轧制过程中棒材的摆放整齐、定支、运送控制。
2系统组成
基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。
操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停（2）棒材支数设定和实时监控（3）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。
3软件实现
包括系统软件和应用软件。
1、 系统软件：
ABB Master Piece200单元是 一32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。
2、 应用软件
应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。
另外，在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。

4控制功能
4.1工艺设备
成组区主要接收来自冷床的棒材，通过磁性手将棒材摆放紧凑，成组并输送到剪切辊道（ＣＣＬ）。
成组区包括以下设备：
拆叠装置(DPAS)、对齐辊道(LIN)：100 个带槽辊
成组设备：（１） 磁性成组小车(FT)；（２） 成组输送链(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撑活板(SFL)
提取：成组移送小车(ET1，ET2，ET3,MET)
  4．2 对齐辊道 (LIN)
对齐辊道位于冷床的出口侧, 由100 个带槽辊组成，每10个为一组,冷床尾端有一个固定缓冲机械挡板将钢材头部对齐。使用的辊道段由操作员或自动地根据轧制表设定. 由MCC控制正转(反转已取消)。运行状态有间歇或连续运行。间歇周期允许辊道起动条件：冷床起动周期信号延时、延时停止（Ｔ２）。
4．3 成组和传输区
4．3.1 概述
在这个区域用相同的设备接收来自冷床的棒材，通过磁性手地将棒材摆放紧凑，成组并传输到辊道。
本区包括以下设备：
成组设备：
（１） 磁性成组小车(FT)；（２） 成组输送链(FC)；（３） 磁性手指(MF)；（４） 支撑活板(SFL)
提取：
成组移送小车(ET1...ET10,MET)
4．3.2 功能描述
4．3．2.1 磁性成组小车
为保连续成组，提供两组同样的小车（Ａ和Ｂ）。两组小车轮流工作，一组总是停在收集区（上部位置：从冷床接收棒材），而另一组向提取小车上卸钢材，或返回停放位置或一直停放(下部位置). 每个单元通过一齿轮箱由直流电机单驱动。并配备以下传感器：两个编码器（速度和位置控制）、两个接近开关（用于位置编码器复位 DI5.4/FT_SG1_CHG_A、DI5.5/FT_SG2_CHG_B）、两个接近开关用于冷床卸料(DI5.6/FT_SG3_DISCHG_A、DI5.7/FT_SG4_DISCHG_B)、四个限位开关(电机紧急停止： DI5.8/FT_SG5_CHG_MOV_A、DI5.9/FT_SG6_DISCHG_MOV_A、DI5.12/FT_SG9_CHG_MOV_B、
DI5.13/FT_SG10_DISCHG_MOV_B）。
4．3．2.2成组输送链
成组输送链有三组，每组通过齿轮箱由交流电机驱动。为每部分配备下列传感器：一个脉冲发生器和安装在马达上的过热电偶. 成组输送链和磁性成组小车同步，这样钢材能够按要求的距离放置。成组输送链的检测元件:两个接近开关用于检测钢材在链子上（DI5.14/FC_SG1_LAYERDET、DI5.15/FC_SG2_LAYERDET）、计算机给出速度给定值到变频柜
AO1.1/FC1_IN_SPREF、AO1.2/FC2_IN_SPREF、AO1.3/FC3_IN_SPREF）、同时监视编码器的工作电压（AI1.2/FC1_TACHO_5V、AI1.3/FC2_TACHO_5V、AI1.4/FC3_TACHO_5V）。
收集期间传送链与成组小车的运动总是同步的, 当成组完成后, 成组小车和传送链在小于冷床周期时间的短时间内移到提取区。成组小车轮流运行。 每组棒材由N根组成(在OS设定)。
成组小车从停止位置上升以后, 小车移到适当位置收集该组的根棒材， 在每个冷床周期, 通过限位开关检测到的固定横梁后一齿上的棒材被装入成组小车上, 棒材计数器N1加一，棒材装入小车以后(冷床周期开始后一恰当时间), 如果N14．3．2.3 电磁手
电磁手用于在成组区抓起棒材且正确地放在成组小车上。提供两套手指“Ａ”和“Ｂ”在小车定位时夹持钢材。当两根棒材被同时卸下时，（双齿槽周期）两套手指同时使用，否则用一套。手指到冷床的距离可根据根据产品尺寸进行机械调整。
4．3．2．4 支撑活板
活板和磁性指有相同的功能, 它们同时应用. 它固定在冷床架上. 配备两套活板(A,B), ,用于在小车定位期间抓起棒材, 它们和磁性指一样以相同的周期工作。
检测元件有: 两个接近开关分别检测两套活板的下部位置（ DI5.1/MF_SG1_FLAP1_DWN、DI5.2/MF_SG2_FLAP2_DWN） ，操作员控制(CP3): 活板升/降控制。
4．3．2．5 棒材组
该设备分成四部分: 部分包括一个电磁提取小车; 其余部分为提取小车.
提取顺序和在辊道上的输送
1 后一组成组小车步进信号和提取小车在停止位置(P1): 提取小车上升并磁化.
2 小车在收集位置: 成组小车去磁并下降.
3 成组小车在下部位置: 成组小车返回等待位置. 一个传感器( 由安装在冷床固定齿上的凸轮装置驱动)检测返回行程. 同时, 小车上升到(*1)
4 提取小车在上部位置, 来自位置变送器和个提取小车传感器的信号并加延时Ts(*2):提取小车向辊道方向前移
5 如果辊道正运行或(和)检测到上面有原料, 提取小车停在中间位置(P2)(*3).
如果辊道和夹送辊停止并且没有检测到辊道上有原料:提取小车前进至卸料位置P3, P3在辊道位置(*4).
6 提取小车在位置P3(*3): 提取小车下降.
7 组提取小车去磁并降至位置,所有小车降低, 所有提取小车返回停止位置(P1)，辊道启动。
ET1有上、中、下三个位置;ET2包括ET2～ET5,只有下部位置; ET3包括ET6～ET10,只有下部位置检测. 在水平方向上, 每组小车分别有左右限检测和上料位置检测开关. 在程序中, ET动作先后有如下七步，循环做矩型运动.ET_LIFTPOSPICKUP；(2)ET_LIFTPOSUNLOAD；(3)ET_POSWAIT；(4)ET_POSCRT；
(5)ET_LIFTPOSCRTLVL；(6)ET_LIFTPOSDOWN； (7)ET_POSPARK
水平方向运动时，将水平位置给定（0，300，1460）赋给ET_POSREF, 后通过COM_CV0素的I4ORD1和I4ORD2端通讯到四个小车的传动系统,控制设备动作.
4．4 拆叠缓冷系统
该系统用于弹簧扁钢. 对弹簧扁钢来说, 只用到60m 的冷床, 扁钢需要缓慢冷却. 因此它们被组成叠状送入冷床. 当进入卸货区域以后, 扁钢被一个接一个卸下. 拆叠缓冷系统的主要设备:
（1）拆叠设备(Unstacking)；（2）提升设备(lift)；（3）倾翻设备(tilt)；（4）升降挡板(stop)
5应用效果
该系统自97年底投运以来，运行、稳定，大大提高了其工作效率，保证了轧钢生产。