6ES7223-1HF22-0XA8实体经营

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放卷机将铝管在矫直机牵引下自然放卷，通过一排双曲轮将弯曲的铝管矫直。将旋转编码器安装在传送带上，用于铝管传送速度，随铝管的运动而转动，其转动产生的脉冲送入PLC中，经过PLC的计算处理而得到切料的长度，当切料长度改变时，其编码器所测得的速度与输入数据进行比较，比较结果送入变频器中从而通过改变矫直电机的速度来达到改变切料长度。MPT显示、调整矫直速度、调整切料长度、显示已切根数。

三 硬件设计
根据控制要求，系统要求控制5个电磁阀开关，7个到位接近开关，5个控制按钮和2个指示灯，共控制16个I/O输入，7个I/O输出和一个模拟输出，共25个I/O控制点。采集参数为编码器对铝管运行速度的脉冲采样，输出参数为调速频率。考虑性价比，选择了OMRON公司的CPM2A-PLC扩展一个CPM1A-MADO2单元。控制设备和具体I/O对照如表1所示：
表1 矫直机控制系统I/0表
类型 序号 名称 地址 设备名称
DO 1 YA1 10CH00 左夹紧油缸夹紧电磁阀
2 YA2 10CH01 左夹紧油缸打开电磁阀
3 YA3 10CH02 右夹紧油缸夹紧电磁阀
4 YA4 10CH03 右夹紧油缸打开电磁阀
5 YA5 10CH04 切断油缸电磁阀
6 HE5 10CH06 系统准备好
7 HE6 10CH07 系统报警
DI 8 LS02 1CH00 左夹紧油缸夹紧到位接近开关
9 LS03 1CH01 左夹紧油缸夹紧到位接近开关
10 LS04 1CH02 右夹紧油缸夹紧到位接近开关
11 LS05 1CH03 右夹紧油缸打开到位接近开关
12 LS06 1CH04 切断油缸上位到位接近开关
13 LS07 1CH05 剪下切到位接近开关
14 LS08 1CH06 门关到位开关
15 SB7 1CH07 调速+按钮
16 SB8 1CH08 调速-按钮
17 SB9 1CH09 系统复位按钮
18 SB10 1CH10 暂停按钮
19 SB11 1CH11 计数清零按钮
20 SB12 2CH00 急停按钮
21 SB13 2CH01 手/自动切换
22 LS01 0CH00 旋转编码器A相
23 LS01 0CH01 旋转编码器B相
24 LS01 0CH02 旋转编码器C相
AO 25 　 13CH00 调速

四 软件设计
程序采用OMRON公司的CX-Programmer软件编写，程序设计上有如下特点：在程序中，利用标志位来表示不同的现场情况和程序的状态，增加了程序的性和灵活性。模块化的程序设计，整个程序由不同的子程序构成，各子模块立完成各自的功能互不干扰，因而程序结构清晰，便于修改。再就是定时器的使用，利用不同的定时器来设置不同设备的延时时间，可以灵活地根据控制要求进行延时时间的设定。主程序主要由程序初始化、计数清零、系统复位、增减变频、切长脉冲转换、速度、切料、暂停急停门八个子程序和一个切料中断子程序构成。下面介绍编码器高速计数程序设计及切料动作程序设计。

编码器旋转一周有1024个脉冲，其旋转半径为32.6mm，进行速度计数时，一个脉冲所走过的路径是0.2mm，为了保证其脉冲数为整数要进行数据处理。把DM5寄存区中放立即数5用来与DM0中的切料长度数据做双字节乘法放到DM15寄存区里。便得到切料长度所对应的脉冲整数。然后再用这个脉冲数与CM11中的脉冲比较表进行比较，当两者相等时，便可以驱动改变切长

由于I/O点数较多、数据处理量大，故在美国A-B公司的PLC5系列处理器中选用处理容量较大的PLC5/40处理挨。考虑到设施保护系统本身负责生产处理设备的保护功能，其自身性非常重要，将处理器部分设计为冗余配置。两台处理通过DH+通信同步工作，但只有主处理器从远程I/O中读写数据。当主处理器发生故障时，从处理器立即接管远程I/O，同时升级为主处理器。

远程I/O部分选用A-B公司的1771远程I/O适配器。该适配器通过A-B公司的DH+数据总线与主处理器通讯，并刷新各输入/输出模块的I/O点状态。与远程I/O相连的现场设备，不仅包括各类传感器、执行器，还包括一些分散在现场的本地控制器，例如仪表气空压缩机控制器、干气压透平压缩机控制器，均为PLC5系列可编程控制器。考虑到设施保护系统对通信的高性与实时性的要求，这些现场本地控制器不采用串行方式与设施保护系统通信，而使用0/24V开关信号直接受设施保护系统的控制。

人机界面，则由美国费舍尔-罗斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系统完成。该集散控制系统既是设施保护系统的人机界面，又是控制处理流程的生产控制系统。出于性方面的考虑，生产控制系统不对设施保护系统进行任何控制，仅对设施保系统监视。

为了达到企业管理和生产自动化的紧密结合，系统报表功能由一台与企业局域网相连的报表服务器完成。该服务器定时从生产控制系统与设施保护系统中读取数据，并将数据存入数据库，再自动调用Lotus Notes，将生产数据以电子邮件的形式投送到生产经理、生产监督等管理人员的电子信箱中。

3 设施保护功能的实现

为了达到保护生产设备的目的，需要通过梯形图程序对设备参数进判断并产生相应的关停指令。关停指令共有四种级别，依次是：Fire ESD（Fire Emergency Shut Down，火警紧急关停）、ESD（Emergency Shut Down紧急关停）、PSD（Process Shut Down，处理流程关停）以及USD（Unit Shut Down，生产单元关停）。

Fire ESD指令级别，由火灾报警盘报告火警信号产生。其动作是，关停生产平台的一切设备，同时启动海水消防泵与海水喷淋系统。ESD指令由一些表示严重生产事故的信号产生，例如，检测到气泄漏。其动作是，除应急发电机以外，关停其他一切设备。PSD指令由一些重要设备的非正常状态产生，例如压缩机喘震，仪表气压力低等。其动作是，关停3整个生产处理流程，但保持发电机、仪表气压缩机的运行。USD则是由局部非正常生产状态产生，例如PID控制回路大幅度震荡、分离器液位高等。其动作是，关停发生故障的生产设备。

整个设施保护系统的工作过程是：PLC处理器通过远程I/O对生产设备的压力、温度、流量、转速等状态进行判断。一旦检测到非正常工作情况，则立即将生产设备进行全部或局部关停，同时通过人机界面向操作员报警。

除了由传感器检测到的非正常生产状态可产生关停止指令以外，设施保护系统同时提供了手动按钮用以产生手动关停止指令。手动按钮散布在生产区各处，由操作人员根据具体事故情况决定是否发出关停指令。

设施保护系统还提供了旁通（Bypass）功能。当维修人员对传感器进行检测或维修时，为了防止设施保护系统产生误动作，需要在梯形图程序中设置旁通位，以便将被维护仪表产生的误关停信号进暂时屏蔽处理。

空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。由于结构原理的原因，大部分空压机自身存在着明显的技术弱点。当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源;异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命，压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大;工作条件恶劣，噪音大;自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低。

针对以上存在的问题，设计采用PLC和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造方案，经分析，该方案自动化程度高，节能效果显著，实用性好。

2 空压机变频改造原理

2.1空压机的工作原理

螺杆式空压机的工作原理图如图1所示，空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离，之后，油气经过油冷却器冷却在经过油过滤器流回储油罐，空气经过气后冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入储气罐。

2.2空压机变频节能原理

螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费，如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。

2.3变频改造注意事项

(1)空压机是大转动惯量负载，这种启动特点很容易引起变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议采用具有高启动转矩的无速度矢量变频器，保证既能实现恒压供气的连续性，有可保证设备稳定的运行。

(2)空压机不允许长时间在低频下运行，工作下限应不20Hz。

(3)建议功率选用比空压机功率大一等级的变频器，以免空压机启动出现频繁跳闸的情况。

(4)为了有效的滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减少因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减少电机运行的噪音。

(5)设计的系统应具备变频和工频两套控制回路，确保变频出现异常跳保护时，不影响生产。

3 基于PLC的空压机变频控制系统

3.1系统原理设计

控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、变频柜、电抗器、压力变送器、震荡传感器等。

基于PLC的变频控制系统原理图如图2所示。PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块等组成。其中采用PLC来实现电气部分的控制。包括五部分:起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。

(1)起动:以两台电机M1，M2为例，可以通过转换开关选择变频/工频启动。

运行:正常情况，电机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机状态。现场压力变送器管网出口压力，并与给定值比较，经PID指令运算，得到频率信号，动动调节转速达到所需压力。

(2)停止:按下停止按钮，PLC控制所有的接触器断开，变频器停止工作。

(3)切换:实现M1，M2工频、变频相互切换。

(4)报警及故障自诊断:空压机内部一般有四个需要监测的量:冷却水压力监测、润滑油监测、机体温度监测、储气罐压力监测。

3.2案例分析

以某厂房空压机为例。改造前经测试参数如下:电机功率110kW，出口压力为5.9~6.5MPa，运行时间为12小时/天，一年运行320天，加载时间为15s，减载时间15s;加载电流为190A，减载电流为90A。经检测其节电率为30%以上。年节电量(按30%)计算如下:

W节电量=12×320×110×30%=1.27×105(k•Wh)

可见节电效果明显，此外，改造后系统还存在其它优点。，减少了机器的噪音。其次，两套控制回路可保证系统的正常、运行。后，自动化程度高，克服原系统手动调节的缺点。

4 结束语

利用PLC和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造方案实验结果表明，改造后系统具有节约能源，自动化程度高，降低原系统噪音，减少设备维修量等优点，具有深入研讨的实用。

进行分组。18个控制阀被分为A和B两个阀组，控制阀YV1~YV10组成阀组A，控制阀YV11~YV18组成阀组B，通过阀组选通继电器KA6来进行阀组A或阀组B的选通控制。

然后进行分类。18个控制阀是由提升阀和脉冲阀等两类控制阀所组成，每类控制阀各有9个。通过脉冲阀选通继电器KA7来进行脉冲阀的选通控制。

例如，如果阀组选通继电器KA6吸合，分室1选通继电器KA1也吸合，那么提升阀YV1动作，而脉冲阀YV2不动作。如果此时脉冲阀选通继电器KA7也吸合，则脉冲阀YV2也动作，实现分室1的清灰动作。其它分室的动作与分室1类似。

3、PLC控制系统硬件设计

该系统以前采用单片机进行集中控制，分室的清吹时间和喷吹脉冲依靠时间继电器来进行设定和修改。单片机程序的可读性差，系统不易维护，程序改复杂。而且由于单片机控制系统的性和抗干扰能力较差，在现场恶劣的环境下，该控制系统经常出现故障。我们对运行环境进行了现场考察和反复研究，在性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，采用、实用、的PLC对多个分室进行集中控制，提出了基于和利时公司HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统改造方案。

根据图1所示气箱式脉冲袋收尘器控制阀的接线图，通过对阀组和阀类的选通来控制某一个阀，因此，PLC控制系统只需使用7个开关量输出点就可以控制18个阀。此外，PLC控制系统至少需要自动起动和过载保护等2个开关量输入信号。考虑到此系统需要一定的备用I/O点，CPU模块选择带有24点开关量I/O的LM3107，其中开关量输入14点，开关量输出10点，满足系统要求。

局限于技术条件，目前生产中在统计生产产品产量方面不少还是依靠人工进行统计。在实际操作过程中，往往出现产品严重丢失，投入的原料量和产出的成品量严重失衡，因此，有必要采用工厂产量监控查询系统对整个工厂的产品产量进行准确的计量，文章基于台达PLC与组态软件技术，成功开发了一个工厂产量监控查询系统。 关键字：PLC 组态软件 查询系统 1、引言 上海佳泰塑胶有限公司是生产手术手套、医用手套、科研手套及各种PVC手套的公司，年产值在0.5到1亿元人民币，产品基本上都是出口外销。全厂有两个生产车间共26条生产线，整个工厂的所有生产线由工厂产量监控查询系统实施实时监控，对每一条生产线的产量数据进行实时存储，将PLC中掉电保持区的数据读到监控系统自定义的相应变量当中去，每分钟通过标准的SQL语言对数据进行存储（每分钟向SQLSERVER数据库中存储26条生产线的产量数据，即26条生产线的当前产量），用户可以通过日期、时间、时间段、车间、生产线等查询任何车间、任意一条生产线的产量，能对车间、生产线的月产量进行统计，并在查询出满足条件的记录后，将结果通过报表显示，按规定报表格式将结果进行存储和打印。以下是对相关技术问题的简略讨论。 2、系统结构与功能 工厂产量监控查询系统的结构示意图如图1所示。 该系统要实现的功能是可以任意查询一车间、二车间任何生产线（共26条生产线）在任何时段的产量。具体要求如下：1）每条生产线产量的数据至少能够保存4个月的储存期，以便对历史数据进行查询；2）能查询每条生产线任意月、天、小时、分钟的产量；3）能对任意一条生产线在任意时段的产量进行查询；4）查询结果能以特定的格式在报表中显示，同时将打印出来；5）各条生产线任意月、日、小时、分钟的产量可在电脑上以柱状图、实时趋势曲线的形式显示。 查询系统的查询方式可以实现：1）按照日期进行查询；2）按照时间进行查询；3）按照生产线进行查询；4）按照任意时间段进行查询；5）按照班次进行查询（早、中、晚班）；6）查询任意月的任意车间、任意生产线的产量；7）可以运用1）到5）种不同的排列组合进行复杂的查询。

3、系统设计

该系统的设计是比较简单的，软、硬件选型配置如表1所示。

工厂产量监控查询系统的设计主要在于软件系统的设计，以下问题是考虑的。

1）两个车间共26条生产线，每分钟要有26条记录生成，每分钟向数据库插入26条记录。该系统全天24小时工作，不允许停，所以的数据量为37440条记录。每月的数据量为1160640条记录。如果要存储4个月，则数据量为4642260条记录。数据量是相当庞大的，硬盘的数据存储接近2-3G，不仅会造成在查询时，系统资源严重被占用，同时普通的数据库如ACCESS的表格没有能力管理如此庞大的数据系统。ACCESS在管理如此庞大的数据时，不仅系统会造成不稳定，同时会出现不可预料的情形。所以只能寻找能够管理大型数据系统的数据库，因此可以选择SQLSERVER或Oracle。

2）组态软件（组态王）支持对标准的数据库进行数据的插入、选择、删除等基本的操作，同时支持标准的SQL语言。灵活的运用该组态软件提供的SQL函数使监控系统通过ODBC（开放性的数据源）配合标准的SQL语言对数据库进行各种简单和复杂的操作。

3）即使使用大型的数据库，SQLServer或Oracle，由于每天的数据量多达37440条记录，如果将1个月，甚至是4个月的记录全部写入同一个数据库的同一个表格，则所有的数据量大的将使表格崩溃，即使数据库能够管理，查询的速度也是可想而知的，将会非常的慢。解决问题的思路是以系统的日期作为当天的表格名称。当系统时间为00：00：00时刻时，新建一个表格，通过SQLCreateTable(DeviceID,"TableName","TemplateName")函数建立不同的表格，因为组态软件支持字符串函数。

4）查询条件比较复杂。为了完成如此复杂的查询，使用了Active控件，因为组态软件支持三方控件，将所有的条件罗列出来进行排列组合，将每一种情况都考虑在内。然后通过程序来实现选择条件转换成SQLSELECT（）函数工作的条件。因为工艺要求能够任意查询任意生产线在任意时段的产量，为了能够实现该功能，可以新建站点及站点变量（\\本站点\CX_Hour，\\本站点\CX_Minute，\\本站点\CX_Hour1，\\本站点\CX_Minute1）。在以时间段进行查询时，先将以前两个变量输入的时间做为条件进行查询，将查询出的数据赋给在过程中自定义的中间变量。然后再以后两个变量输入的时间作为条件进行查询，将查询出的同样赋给自定义的中间变量。将两次查询的结果求差，然后将日期、时间、车间生产线产量通过报表的组态添到表格当中。

5）对于月产量的查询。需要判断输入的月份有几天，然后从该月的天开始到后进行查询，查询的时刻为每的23:59分时各生产线的产量。然后对查询出的数据进行累加，直到该月的后。具体程序实现是按照特定的格式将数据填写到报表当中。

6）当查询的条件比较复杂时，有些条件不可能同时成立，因此，在选择条件时，要互相限制，以避免出现混乱现象。

7）工艺要求能够查询任意生产线每分钟的产量，可以通过事件发生命令实现，即每当系统时间的秒等于59时，触发执行相应程序。

8）在系统时间等于00：00：00时刻时，用事件命令建立相应程序，以得到需要新建表格的名称，并同时将PLC中累计产量的寄存器清零，重新开始对该日的产量进行累计。
4、系统调试考虑

针对本文讨论的特定工厂产量监控查询系统，在系统安装调试过程中有些问题是不能被忽略的。

1）因为两个车间之间的距离在300m左右，而从个车间到监控室的距离有500m左右，距离比较远，为了遏制信号的衰减，将信号线用网线代替，同时加中继器将信号放大。保证的性。

2）要求现场布线时严格按照电气规范施工，保证安装的合格。

3）正确的设置操作系统中数据源ODBC的选项，以保证监控系统能通过ODBC与数据库SQLServer连接。在运行监控系统执行任何操作时，观察运行反馈信息，以得到相关的错误信息，可根据提示的错误信息检查程序。

4）报表组态非常灵活，可以通过While{}循环语句，将查询结果按照顺序填写到报表中。灵活的运用While{}语句可将程序简化，减少监控系统后台运行程序的时间。

5）灵活运用应用程序命令、数据改变命令、事件命令、热键命令、按钮的弹起、按住、按下命令进行编程。

6）在程序量大的项目中应养成良好的编程习惯，定义变量时使用英文对程序进行标注，以增加程序的可读性。