6ES7216-2AD23-0XB8保内产品

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为实现两台牵引电机的速度同步, 采用两台变频电机牵引, 并分别采用变频器调速进行矢量闭环控制, 用PLC直接控制两台变频器。在控制中, PLC与变频器之间采用Profibus 联接, 保输出信号源的同步性。以牵引电机1 的速度为目标速度, 由牵引电机2 的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机1的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接, 使编码器1 和编码器2 分别采集两台电机的速度脉冲信号, 并将该信号送到PLC 的高速计数模块中。PLC 以这两个速度信号数据作为输入控制量,进行比例积分控制运算（ PID） , 运算作为输出信号送至PLC 的模拟量模块, 以控制牵引电机2 的变频器。这样, 就可以保证牵引电机2 的速度跟踪并随着牵引电机1 速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步。
取自编码器采集的脉冲信号, 经高速计数模块FM350- 1 进入PLC, 转换成电机速度数据。将两个电机编码器的信号相比较, 通过PID 调节模块, 调整电机转速差值, 给定电机2 的转速值MW1000。
MW1000 需要转化成变频器能接受的信号。由于PLC的对应4～20mA 值为0～27648, 变频器接收范围值为0～8192, 所以MW1000/27648×8192 送到模拟量输出通道, 换算成变频器能接受的电流信号, 以控制牵引电机2 的变频器, PID 算法是工业控制中常用的一种数学算法, 其基本算式如下:
Pou （t t） =Kp×（et） +Ki×Σ（et） +Kd×[ （et） - （et- 1） ]
式中:Kp—比例调节系数。是按比例反映系统的偏差,系统一旦出现偏差, 比例调节立即产生调节作用, 以减少误差。
Ki—积分调节系数。使系统稳态误差, 提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间,常数Ti 越小, 积分作用就越强。Kd— 微分调节系数。微分作用反映系统偏差信号的变化率, 具有预见性, 能预见偏差变化的趋势, 因此能产生前的控制作用, 在偏差还没有形成之前, 已被微分调节作用。为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰,在编制控制算法时, 考虑利用积分环节, 即采用一段时间内连续稳定的输入信号而不是某一瞬时值的输入信号进行PID 运算, 以累积误差, 使转数在一定的范围内可调。这样, 牵引电机1 和牵引电机2 就能很好地进行同步控制且同步精度较高, 从而确保了运行机构的稳定性。

4 控制结果

利用STEP7 编制PLC 上位机监控程序,Wincc采集速度值并绘制曲线。数据提取的时间间隔为15ms。实际上牵引电机1 和牵引电机2 速度是相同的, 但为了反映牵引电机2 的跟踪和波动情况, 在此特地将其分开, 上面是牵引电机1 的速度曲线, 下面是牵引电机2 的速度曲线（ 见图4） 。牵引电机1 的速度发生变化时, 牵引电机2 就能及时地响应, 进行跟踪, 并且能很快地达到稳定。实验表明, 采用PLC 和变频器的控制方法, 能达到较高的同步要求, 响应快、速度波动幅度较小。

2 对设计任务的分析
2.1先确定PLC所需的I/O个数
根据前述要求可知ＰＣ需要以下一些输出端：分别控制6个泵的6个输出端、1个控制加热器的输出端、1个控制搅拌器的输出端，总共需要8个输出端。
ＰＣ所需要的输入信号端有：1个能检测是否已加热到60℃的温度传感器，图4中的TＥ代表温度（Temperature）传感器，每个罐是否已满、已空也需要传感器，图4中的AF、BF、CF、DF分别为四个罐的已满（Full）传感器，AE、BＥ、CE、DE分别是4个罐的已空（Empty）传感器，这样一共需要9个输入端。经分析可知，在控制过程中，罐D已满传感器DF可以用罐C已空传感器CE代替，因此可以省掉传感器DF，这样只需8个输入端即可。
所以要选用输入点个的数≥８、输出点个数≥8的PLC。
2.2 用户程序储器容量的选择 由以析可知，本系统不需模拟量变换及存储，只需要1６个开关量控制，因此可按以下公式估算:
存储器字数≥开关量I/O总数＊８=1６＊８=148

3 PLC型号的选择
根据以析，要选择输入点个数≥８，输出点个数≥8，存储器字数≥148的PLC。对PLC的扫描速度及其它方面无特殊要求。我们选用的型号为欧姆龙公司（OMRON）的C20P。C20P可编程控制器的主机（基本单元）有12个输入点（0000～0011）、8个输出点（0500～0507）、编程容量为1194个地址、定时器/计数器48个（TIM00～TIM47），另外还有辅助继电器等。可直接驱动电动机，也可以通过继电器或接触器控制功率很大的负载。

在自动化控制系统中数字技术是应用得越来越广泛，尤其以PLC可编程序控制器为的机电一体化传动控制系统中，旋转编码器、光栅尺的应用已经是了，应用也越来越普及。从而在实际应用PLC高速计数器时往往会碰到如下一系列问题。如PLC高速计数器与输入的计数脉冲信号的脉冲电平不匹配，旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器为确保工业现场的高抗干扰性能，却要求接受的是0 - 24v高速传输脉冲信号、还有的编码器为了提高编码性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反相的编码计数脉冲或者是提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反向的正弦矢量差分、差模信号。因为差分信号比较适合远传，尤其是它特有抗共模干扰特性。但PLC高速计数器恰要求接收的是单相计数脉冲。而使用者没有选择用到合适的转换接口而放弃了其中一相（编码器本因为要提高系统工业现场抗干扰能力，而提供的差模双相计数脉冲信号）进行计数。

又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合是非单方向匀速运动的，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，又如旋转编码器、光栅尺低速运行时计数器计数正确，速度高一些计数就出错，会漏计许多脉冲，尽管所选用的PLC高速计数器的计数响应频率远远编码器的运动频率。如果编码器没有足够的驱动能力，接口没有匹配处理好，或者脉冲距离稍长些，脉冲传输就会出现延迟、脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变，那是非常容易发生计数误差的。

还有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的前后沿口是有速率要求的（脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭）。尤其是在应用线数比较高的编码器时，在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安装有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动所产生机械磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。又因为在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。

问题终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲如果没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不、产生累计误差、还经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。

因此许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。

为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统中普遍存在而又常见的有共性的技术问题，专门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节---中间接口，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉后可以工作，有些接口部件在当下去掉确实一时是反映不出有无的变化，以及它存在的必要性。尤其是在当前市场竞争白热化，项目比价竞争成为竞标的不明智压力下。常常是会在做设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。从而隐埋潜伏了隐性问题，往往会形成许多国产化系统先天不足后天失调，在现场系统调试时常常会被卡口。在现场采取应急措施，此时所采取措施常常是不十分完善的治标不治本的“小疮贴”。系统不也就自然的了，反倒使工程日后无形的维护费用变大，似乎前期项目投入负责到可用与后期系统的，是互不关联的两家之的事。其实质原因问题还是在自身，为什么就迈不过这一道槛呢？非常值得我们反思。

我们对那些可被“精简多余的”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知,它在构成系统整体集合时有存在的必要性，选好对应匹配的接口,保持各个小系统相对的立性是确保大系统长期稳定运行的。也给以后系统升级预留了必要的空间，尤其是度要求比较高的，技术新比较快的机械电气合一的数控项目中尤为重要。

为此我们引进了上而又成熟的接口技术，吸收消化了许多针对性细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器接口模块和MHM-06双高速差模信号转换器接口模块，而且分别还有多种输入输出方式可以组合，可以满足国内外现有各种形式的旋转编码器、光栅尺与各种PLC控制器匹配的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些“问题系统”上、和在老系统进行数控改造项目上，实际应用得到了验证。使许多项目控制精度和稳定性有非常显著提高，使理论设计精度与实际得到的效果吻合。好接口的确是“多”而不“余”着实能解决掉问题，起到了事半功倍的效果。从而再回现上许多集成系统为什么会专门花费匹配接口技术，和我们的同类集成系统相比会有相当的差距呢？细细比较，我们的确是把一些知其所以，而不知其所以然的精华给忽略掉了。

A.MHM-02型高速光栅隔离器（采用蓝光技术），可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口（如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于TTL与西门子FM350-2高速计数模块接口匹配、西门子313C-2DP高速计数通道）、电动机数字光电编码器与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与PLC控制器之间的信号传输、数据输入/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、还特别适用于电机控制应用等领域。尤其是能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离，排除强电场、强磁场等电气干扰（并且具备脉冲转换整形功能）。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，并且具有脉冲整形功能，有效地提高了系统之间的抗干扰性能。为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个物理隔离的接口。内置二路立modular optical copuplers隔离器

B. MHM-02型高速光栅隔离器常规产品输入，有PLC电平接口02A、有TTL电平接口02B，特殊要求可定制。输出，有推挽型和集电开路输出型02AO、02BO，还有固定TTL电平输出02AT、02BT，三种任选一种。

C.结构上采用了片状模块卡口式结构，可直接卡入标准道轨安装，安装拆卸维护方便。可以多片紧凑叠合安装在标准道轨上DIN，可节省和替代控制柜输入、输出接线端子。

   一、前言

    长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。

    PLC技术展的终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。

    在工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入加开放的工业控制行业。

    二、开放和基于工业制

    PLC制造商已经开始注视基于工业制技术所带来的强大冲击。有甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。

    诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。

    在应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，这些技术被有效地组合到控制系统中去。

    另外，采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视，就能够获得多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化，而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。

    可以相信，PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外，还具有其他优点，如能够缩短系统投放到市场的周期，降低系统投资费用，提高从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等。

    关于工业制系统的实时响应问题已经得到很好的解决，也许其主要的东西仍然隐藏在技术背后，但缺乏相应的跟踪记录。对于PLC来讲，坚固性是其主要特点之一，这已经有相当多的跟踪记录来验证。工业用户仍然非常小心地对待PLC，他们正在对PLC作不同的技术测试工作。在利用一种新技术时，工业用户需要考虑的问题是要冒多大的风险，同时需要考虑对其商务活动能够带来多少机会和收益。

    但工业用户不相信开放式控制系统所带来的好处。随着技术的进一步发展，他们开始逐渐淡化这些思想观念。工业用户正在平衡采用新技术所存在的风险和给他们的商务活动所带来的收益，以便为今后的决策提供有效的。

    工业PC技术提供了许多功能，能够增强PLC的功能特性，包括内藏视频和高速浮点数字协处理器。尽管Microsoft公司没有进一步提升该项功能特性的计划，但新的bbbbbbsCE3.0能够好地满足过程控制的需要。

    不久前，Siemens公司公布了一套新的基于开放式控制系统的软件产品，即3.0版本的SIMATICWi（bbbbbbs自动化）。Wi是基于bbbbbbsNT，与SIMATICS7PLC兼容的适合于工业PC的控制系统解决方案。Wi3.0提供了具有较高集成度的Profibus现场总线局域网的连接性能，以及远程程序设计。此外，它还为现场控制设备本地化集成提供了一种新的DeviceNetI/O设备驱动程序，用于连接所安装的DeviceNetI/O设备。

在圆盘配料系统中，给料量主要由圆盘的转速决定，并且与圆盘的转速成线性比例关系。处于机旁手动操作方式时，操作工可手动调节操作箱上电位器来控制变频器频率，从而控制圆盘给料机的转速。处于自动运行方式时，中控室操作工可从上位监控机设定流量给PLC，同时电子皮带秤测出一个实际流量信号反馈回PLC参加PID运算，后，得到一控制量，通过MB+网控制变频器，从而控制圆盘给料机的转速。达到控制物料流量的目的。配1、配2、混1等皮带机自动控制程序上做了严格的连锁控制，避免了下游设备故障停机引起上游皮带堆料问题。
3．2仪表控制
（1） 信号的采集与处理
利用Concept 2.6软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、偏差、上下限报警等各种信号处理的DFB，在控制程序中可直接调用这些功能块。实现了混合料矿槽料位测量及上下限料位报警，煤气流量、空气流量的累计及瞬时显示，煤气与空气压力测量，低压煤气切断，负压测量与显示，烧结料层厚度检测。实现了主抽风机入口流量检测，进口废气负压、温度测量，高压电动机的轴承、定子温度测量及风机轴承、温度、振动的测量及限报警和停车等。
（2） 点火炉温度控制
点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节，该系统可分为点火流量控制和点火温度控制两种方式。流量控制为操作员在上位监控机设定量值，给PID调节器的SP端，反馈信号给PID调节器的PV端，然后经PID运算后输出一开度信号来确定调节阀的开度。点火温度控制为操作员在上位监控机设定一温度值，经PID调节程序输出一煤气流量值，终达到调整煤气流量的目的。
4 系统特点
（1） 故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便。
（2） PLC电源模板冗余，并采用UPS供电，保证了系统的性和稳定性，有效地减少故障停机时间。
（3） 上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，性高，操作简便，控制功能和精度满足生产工艺要求。