西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8详细

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1 引言

巨化股份公司合成氨厂主要生产碳氨、尿素、、等产品。在各产品工艺流程中，要求提供大量的制冷量，合成氨厂利用气氨、进行能量转换，通过冷冻冰机供应大量的制冷量。考虑到合成氨厂节能改造总体规划和冷冻量需求，结合冷冻岗位增产节能、新改造要求，针对原有的老工艺活塞式压缩机损耗高、打量小，运行效率低、电气设备过于繁琐等问题进行技改工作。原有的BTD-ICC型活塞式冰机采用继电器控制，存在控制回路接线复杂繁琐，损坏，机械传动部件多，操作麻烦，故障频繁，维修不便等问题。因此合成氨厂决定以制冷量100万大卡/小时，功耗450kW的螺杆冰机新原活塞式冰机。

在电气控制回路中采用PLC控制，由于PLC具有性高，抗干扰能力强;控制程序可变，具有很好的柔性;编程简单，使用方便;功能完善;扩充方便，组合灵活;体积小、重量轻等优点，本次设计运用在实践中了预计的效果。

2 工艺流程介绍

冷冻冰机的工作过程是依据物理转换:（压力×体积）/温度=常数（即P1V1/T1= P2V2/T2）使气氨转为的物理工艺过程。
所以气氨的压力、温度是工艺控制的重要参数。

生产中将压力2kg/m3的气氨通过系统的气氨总管进入进口处的氨分离器，分离出雾滴，滤去雾滴的气氨流过系统管进入压缩机组的吸气过滤器，再通过过滤器中的过滤网滤去气氨夹带的小杂物（其中吸气过滤器设有温度计指示吸气温度，并由一截止阀连接吸气压力表来指示吸气压力）。干净的气氨进入螺杆压缩机进行压缩升压（即气压由0.3Mpa上升至1.57MPa），压缩后的气体至排气口排出。在压缩机运转中，油泵向压缩机内喷入大约占体积流量0.5～1%的润滑油，这部分润滑油起着冷却、密封、润滑的作用，此时要求油喷入的压力大于压缩机内气氨的压力，保证润滑油顺利喷入，这里的油气压差检测点为重要参数。这些润滑油随排入油分离器，进行油分离，油分离器中装有一阀，作用是当分离器内的压力过大，则通过阀放空。此后系统分为气路过程和油路过程。

从气路过程来看:经过油分离的以温度为60～70℃、1.35～1.40MPa的压力进入冷凝器冷凝成，进入收集器;从油路过程来看:在油分离器中分离出的油经过油冷却器，冷却后的油经过逆止阀（只能单方向流通）进入到油粗过滤器，滤去铁屑等大颗粒杂质后到喷油油泵进口，由油泵升压后，再经油精过滤器进一步过滤后回流到喷油总管进入压缩机。油泵并接了附线阀来调节油泵压力，油精过滤器接有压力表（正常时压力值应较小≤0.07MPa，压力值较大时说明过滤器中滤网被堵，需清理），其基本工艺流程框图如图1所示:

由于压缩机主机前后轴瓦因长期运行发热，需加油进行冷却、润滑。为此，增设2台稀油站油泵从油箱吸油经滤油器、油冷却器向轴瓦喷油。一般压力足够时，由一台油泵供油，另一台作备用机;当油泵压力不够时，则启动两台泵同时供油，要求喷入轴瓦的油压一般为0.15MPa。

3 PLC控制

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。PLC不同于继电器控制要接许多真正的硬件继电器，它由一些"软继电器"组成，避免了因元件磨损维修，及一系列繁杂的接线工作。

（1） 主要特点

性高、抗干扰能力强;

控制程序可变，具有很好的柔性;

编程简单、使用方便;

功能完善;

扩充方便，组合灵活;

减少了控制系统设计及施工的工作量;

体积小、重量轻，是"机电一体化"特有的产品。

从电气仪表角度出发，采用的接口，可灵活利用PLC控制、现场总线控制系统（FCS）或集散系统（DCS）实现工艺参数的显示和控制。就本次改造规模、投资价格、工艺控制点而言，我们采用可编程控制器来实现电气指标显示和跳闸、报警。

（2） PLC选型

PLC选型主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。通过比较，我们选用三菱微型可编程控制器的FXON系列。FXON系列是将众多功能凝聚在小型机壳内的微型可编程控制器。

与F1/F2系列相比，FXON系列安装面积只有F1/F2系列的41%，体积只有37%，并在控制器内备有模拟电位器与RUN/STOP开关等方便功能。通过扩展单元、扩展模块与基本的连接，可自由地选择使用输入输出点数。FX
ON系列继承了原有系列的固定搭配和灵活性。

（3） PLC控制系统的设计

根据工艺提出的条件及控制要求，具体设计思路如下:螺杆冰机有1台循环油泵，运行时，油压的高低通过副线阀来调节。2台稀油泵，油压正常时，1台运行，1台备用并可自动切换。油压低时，2台稀油泵同时启动;当油压差低时，延时6s跳车。另外，排气温度高，油温度高，北轴承温度高，南轴承温度高，排气压力高，油精滤器压差高，都将引起跳车。但在稀油站油压低，油气压差低，直流电源失压，循环油泵过载，1#、2#稀油泵过载时不跳车，而只发报警信号。要实现上述功能，中间继电器需要数十只，而且接线非常复杂，检修其困难，性差，而采用PLC后接线相当简单，而且性大大提高

1、前言

随着可编程控制器（简称PLC：Programmable logic Controller）的从无到有，功能从弱到强，应用领域从小到大，其已经成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

1.1 PLC应用的必要性

棉花异纤机作为一种在线棉花中异纤的设备，其主要作用是代替人工挑拣棉花中所含的各类异纤，从而保证纱线的质量。棉花异纤机作为一种生产质量控制设备，其运行的稳定性和设备的可操作性是要要求。，一旦设备运行不正常不仅会影响产量，还会造成纱线质量下降，因此，设备的控制单元选用性高的器件。二，设备自身的操作方法以及与生产线其他设备的级联控制方式，需要适应纺织厂工人的操作习惯，尽可能做到一键式启动、停止。基于以上需求，棉花异纤机采用PLC作为逻辑控制单元能够很好的满足设备的设计要求。

1.2 NA200系列PLC的特点

作为小型一体化PLC 产品，NA200PLC包括一个单的CPU模块，以及各种可供选择的功能扩展模块，无论是立运行，还是相互连接构成网络，均可以实现强大而复杂的控制功能。该系列PLC具有以下特点：①性高，抗干扰能力强，适合各种工业现场的使用。②配套齐全，功能完善，适用性强。CPU本体具有多种I/O规格可以选用，还具备高速计数、定时、标准RS232和RS485接口。多种扩展模块可供选择。③支持梯形图（LD）、指令列表（IL）、功能块图（FBD）、顺序流程图（SFC）和结构化文本（ST）五种语言编程，易学易用。④标准的Modbus RTV通讯协议，可以很方便的与计算机组成控制网络。⑤输入端口分组设计，可以适应不同电气性能的使用。⑥安装方便，支持平面安装和DIN导轨安装。⑦体积小，重量轻，能耗低。⑧高性价比，在棉花异纤机中使用，既可以满足设备的需求，又能够降低设计成本。

2、设备概况及系统组成

棉花异纤机是一种能在线检测并剔除棉花中有害杂质的集机、光、电、气于一体的自动化电子设备，可无缝接入到前纺工序中。设备主要包括前级输棉风机、电机、罗拉电机、吸废棉风机、光源系统、高速相机、大规模集成处理板卡、工控机和高速气阀等，各部分负载类型不同，所需电压不同，对电源稳定程度的要求也不同；其启动流程为：启动工控机，20秒后启动光源系统，工控机启动完成后启动吸废棉风机，然后启动电机，待转速正常后，启动罗拉电机，启动前级输棉风机，后启动相机、板卡，后设备自动进入运行状态。另外，设备安装与纺织厂的生产线中，采用统一的供电线路和控制，来进行整条生产线的启动及故障报警等。生产线启动时，启动滤尘系统，然后启动后级梳棉设备，接着启动异纤机，后启动前级开棉机，整条生产线开始过棉生产。

基于以上工艺设计要求，系统采用PLC进行启停逻辑控制。系统组成由南大奥拓CPU201-4002的PLC、中间继电器、工控机、RS232通讯电缆和异纤机的输入输出开关等构成，其中PLC主要负责接收生产线开启信号，对棉花异纤机进行电气逻辑控制，同时完成光源寿命计时统计、电机转速测量以及与工控机进行Modbus RTV通讯。

PLC上电以后，执行MAIN主程序，主程序采用顺序执行方式，根据不同的状态，调用不同的子程序；主程序根据PLC的初始化状态，调用INIT、RECMD、CALSPEED这三个初始化和状态初始检测程序；待初始化完成后，PLC根据输入的“自动/手动”信号以及上位机的控制命令，开始进行光源预热、寿命统计、输入输出逻辑控制、数据通讯等功能；程序执行过程中，全程监控通讯、转速等状态，如出现异常，则立即将异常状态上报上位机，并转入执行PROTECT子程序，对整机进行保护，防止出现为严重的故障。

3.4设计中的问题及解决措施

①硬件方面：在异纤机的设计中，主要的硬件问题是PLC的输入设计和外围线路接线设计。

PLC本体所具备的24V输出电流驱动能力有限，再加上节能的考虑，PLC的输入端口接线方式设计为漏型，外围开关尽量使用常开触点，保证正常工作时，所需电流小，只有在开关特定操作或异常时才导通，减少对PLC驱动电流和各个输入端口的损耗。PLC的输出端口大部分与接触器等元件连接，接触器的突然断开和闭合会形成浪涌，对PLC的输出端子造成损坏，因此在每个接触器上加装一些保护装置，例如，浪涌抑制器等，增加触点的寿命。

②软件方面：在PLC控制软件的设计中，主要是控制逻辑的设计和验证的问题。

为了保证PLC控制命令的及时响应，在程序设计中应对程序的长度进行优化，尽量采用模块化设计，利用状态命令字来切换需要执行的功能模块，减少执行周期内的指令数目。在程序编写完毕后，在电脑上利用NAPro自带的软件对程序执行结果进行软件，主要是检查是否存在错误；然后通过PLC联机的方式检查程序是否存在逻辑上的缺陷。调试时，可根据功能模块分类分别调试，后进行总体调试。

③通讯方面：PLC支持自由协议通讯和Modbus RTV通讯。根据异纤机整体设计的需要，PLC采用Modbus RTV协议、上位机查询模式进行通讯，提高PLC程序执行的效率，降低上位机中断响应的频率。

4、结束语

目前，该PLC控制系统已在陕西长岭纺织机电科技有限公司的CS系列异纤机种使用。经过长达4年的使用表明，采用南大傲拓科技有限公司的NA200系列PLC作为控制设备，运行稳定，，效果很好！该系列PLC具有丰富的内部资源，支持多种编程语言，程序设计简单，对于需要严格控制成本的异纤机产品是一个不错的选择。

  在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。这些控制，初都是由继电器完成的，而plc初是为了替代继电器控制而产生的，那时候是上世纪六十年代。

    经过几十年的发展，plc的功能也发生了的变化，除了初的简单逻辑控制外，在模拟运算、数字运算、人机接口、网络能力方面也有很大的提升，可应用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合。21世纪，plc已成为工业控制中的主流控制器，在市场上占据的位置。

一、plc在机床行业的应用

    plc在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为立式。

    内装式plc也称集成式plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将nc和plc结合起来考虑，nc和plc之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个cpu，也可以是单的cpu，这种结构从软硬件整体上考虑，plc和nc之间没有多余的导线连接, 增加了系统的性, 而且nc和plc之间易实现许多功能。plc中的信息也能通过cnc的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。次的数控系统一般都采用这种形式的plc。

    立式plc也称外装式plc，它立于nc装置，具有立完成控制功能的plc。在采用这种应用方式时，可根据用户自己的的特点，选用不同plc厂商的产品，并且可以为方便的对控制规模进行调整。

    plc在数控机床和非数控机床中都有使用，在数控机床中，plc是数控机床的大脑，何时进，何时退，量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由plc发出指令，机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到plc。通过计算机与plc的组合，实现对架换的准确控制。

二、plc在机床行业的总体市场情况

    机床行业中plc的应用以小型plc为主，日系plc在小型plc领域占有很大优势，因此在机床中日系plc占据大部分市场份额，而三菱、西门子和ge-fanuc由于其数控系统在机床中占有优势，因此在机床中占有一席之地。机床行业中plc集中度比较高，主要集中于日系（三菱、欧姆龙）和西门子，闽台台达在其中也占有一定的市场份额，而其他的主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。

三、plc在机床行业的应用前景

    机床行业在保持了近这些年的持续高速增长之后，于今年开始出现衰退现象，特别是在受金融危机冲击后，从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降，11月份甚至下降幅度达到20.2%，如此高幅度的下降是历年很少见的，其中普通机床的影响尤为明显，库存开始增加，而数控机床的影响稍微少一些，从而给这个行业重新洗牌，未来机床的方向是数控化和逐步化，这些机床都需要使用大量plc和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制，使得机床的整体性能得到提升，因此从长远来看，plc和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力，在金融危机的冲击下，用户对plc的性价比会越来越高，在同等价位水平下，希望plc能够集成多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的plc转化成带有运动模块，这些都是plc厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有加高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。

0 引言

    剪切机是钢板连续生产线上不可缺少的重要设备，其用途是用来剪切定尺寸、切边、切试样及切除钢板的局部缺陷等。目前，对剪切机的功能需求在不断的扩展，同时也对剪切机的生产效率和加工精度提出高的要求。通过将PLC控制技术应用于剪板机，大地改善了设备的电气性能，提高了设备的自动化水平，实现连续方式的生产，大大提高生产效率，减轻了工作人员的劳动强度。

1 自动剪板机结构设计

    自动化剪切机应能根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度，自动完成剪切行程、片间隙的调整，可配备前送料系统或后托料装置，集送料、卸料于一体，有效地提高设备的自动化程度，并能够根据需要进行单步执行或连续循环操作。

图1 自动剪切机系统示意图

    据此，设计完成的自动剪板机分为取料模块、校平模块、定长模块、剪切模块五个部分，几个模块联合工作，从而实现自动剪板，并达到精度要求。在取料、校平、定长模块中均采用辊轴来实现，用电动机作为动力源。对于剪切模块，因工作时的振动较大，并且是直线往复动作，故考虑采用气压传动方式。在工作中要注意电动机即辊轴传动系统的同步性问题。如图1所示为自动剪切机系统示意图。

    取料模块由开卷模块和夹送模块组成。其中开卷模块中发料机构的原料装夹部分可以左右平移，以调节出料的大宽度。夹送模块主要是将要剪切的钢板往前传送，该模块有两个转动轴，上面的为从动轴，下面的为主动轴，主动轴直接由电动机传动，从动轴可以上下移动以适应不同厚度的钢板的夹紧和传送。由于剪切的对象是钢板，所以在夹送机构的钢板输出部分安装支撑。

    校平装置采用上下压力辊挤压待加工产品，使其达到预期的要求。该模块中压力辊轴与轴之间的位置要安排合理，上下轴的转向要相反，这样才能达到传输作用。通过齿轮传动系统，采用上辊单调节辊列平行式机构，通过在校直装置上安置的压力表来控制校平所需要的具体要求。

    定长模块主要由支架、上下辊轴、支撑杆以及滑块组成。自动剪板机要求应能满足不同宽度、不同厚度的钢板的剪切要求，因此，上下辊轴的间距应是能够调节的。对于定长模块的辊轴，为了确保高传动精度，上下辊轴应能够同步转动，因此在传动方式上选用同步齿形带来实现，具有传动精度高、传动效、运转平衡等优点，进一步改善了设备的性能。

    该自动剪切机的剪切模块选用平行刃剪切式结构。对于剪切模块，因为工作时的振动较大，并且是直线往复动作，故可考虑采用流体传动方式。因为气压传动具有清洁、、易于实现，且成本较液压式低等特点，一般情况下尽可能采用气压驱动方式。这里根据工作时的振动较大的特点，依据剪切力工作负荷进行计算，采用气压驱动方式实现钢板剪切，实践证明为行之有效的。

2 自动剪切机控制系统设计

2.1 控制系统硬件设计

    根据剪板机的工作要求，其控制系统的主控制器采用PLC。取料模块、校平模块、定长模块中的电动机通过变频器进行变频调速，满足加工中的速度要求。为了保三个电动机的同步动作要求，仅仅凭借变频器调速还是不够的，会存在误差累积问题，当误差累积过大时会导致物料堆积过多而损害钢板，或者因钢板受到的拉应力过大而导致钢板变形，为此，在控制系统中采用同步控制器来实现电动机的同步控制。为了满足剪板机对剪板长度的要求，在定长模块的辊轴上采用旋转编码器对辊轴的线速度和转动长度进行记数，实现钢板长度的控制。图2所示为自动剪切机控制系统原理框图。

图2 自动剪切机控制系统原理框图

    2.1.1 PLC选型及应用

    工艺流程的特点和应用要求是选型的主要依据。控制系统中需要13个输入端口，8个输出端口。其中输出端中有6个分别输出给三个变频器用以控制电动机的正反转，为了保输出端的COM端不会交叉连接，所以选择40点的I／O点数(本来按I／O点数来确定，24点的PLC就够用的了)。PLC的输出不仅要驱动变频器，而且要驱动电磁阀，属于是既有交流负载，又有直流负载，所以应选择继电器输出方式。经综合考虑，选择三菱PLC进行控制，型号为FX1N-40MR。表1、表2为控制系统中PLC输入、输出分配表。

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