西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8实体经营

西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8实体经营

电气系统结构图说明

1、PC作为系统的上位机通过串口与主控制箱的PLC主站模块的通讯口0连
接，采用RS232通讯实现对PLC数据的采集和控制。
2、系统主干通讯网络采用MODBUS协议。
3、系统分为三个控制箱：主控制箱、机身控制箱、机身电磁阀接线盒。系统需要配置5个PLC主模块，以MODBUS总线协议进行通讯。主控制箱内有3个PLC主模块，其中1个主模块配置为MODBUS主站。机身控制箱和机身电磁阀接线盒分别各配置1个PLC主模块。
4、主控制箱的主站PLC采用EC20-2012BTA主模块（晶体管输出），扩展了2个EC20-4PT模块（温度测量）、2个EC20-4AD模块（4-20mA模拟量测量）；主控制箱的从站PLC采用2个EC20-2012BTA主模块（晶体管输出）。
5、机身控制箱从站PLC采用EC20-2012BRA主模块（继电器输出），扩展了1个EC20-4AD模块（0-10VDC模拟量测量）。控制箱应留出未来扩展的空间，以便将来增加扩展模块。该控制箱上安装1个无锡汇联SLIAN的文本显示屏，通讯线与PLC的通讯口0连接（RS-232）。
6、机身电磁阀接线盒从站PLC采用EC20-3232BRA主模块（继电器输出）。
7、5个比例阀分别由主控制箱的3个PLC主模块进行控制。每个PLC主模块可控制2个比例阀。
8、4台变频器和2个计都作为MODBUS从站，由主控制箱主站PLC进行监控。

2.3工作原理说明

人机交互通过PC实现，PC可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警、实时曲线描绘和保存历史数据等，同时可发送各种操作命令给PLC以控制系统的运行。

在主站PLC与PC、从站PLC、变频器和流量计仪表通讯方面，EC20 PLC充分利用自身的优势，由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口（1个RS232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议），EC20 PLC利用COM0口和PC进行通信（EC20 PLC做从站，设置成MODBUS从站协议），利用COM1和多台从站PLC、变频器和流量计仪表组成网络进行集中控制（EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议）。

艾默生变频器自带RS485接口的通讯单元，用于实现PLC与多台变频器的联网。对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成，可省去变频器的外部起停控制线路。

5个比例阀控制器均由步进电机及放大器组成，由主站PLC及2个从站PLC通过高速脉冲输出口来进行控制。

流量计仪表具有MODBUS协议，可由主站PLC通过MODBUS网络访问和监控。另外，流量计具有脉冲计数和频率输出，可用于计量，作为备用方案。脉冲输出可以接入到EC20的高速输入通道。

2.4 控制系统设计
通过PLC程序完成石油焦自动控制系统，结合上位监控操作员站，在主控室实现对现场各个设备、工艺参数的监视、控制、操作、调整。
在程序设计中，考虑上、下游设备之间的关联性，设计了相关的连锁保护，下游设备不运行，上游设备无法启动；代表电机电流大小的4~20mA信号通过模拟量输入模块采集进PLC，送给监控界面显示，控制调速皮带速度的控制信号从软件写到PLC，再转换成4~20mA的标准模拟信号控制皮带调速。
在这个系统中有以下几个需要注意、影响整个系统平稳运行的关键问题点：
2.4.1 实现系统设备在线切换控制
根据工艺设计要求，两套筛分系统、两个分料挡板和两台斗式提升机可以在线切换控制，即如果其中一套（台）设备出现故障，操作人员可以在不停料的情况下，立即把另外一套（台）设备加入流程控制，出故障的设备退出流程检修。
设计的程序中考虑了在切换系统时，系统上、下游流程继续运行，新进入流程的和即将退出流程的设备有一个时间段是同时运行，具体的参数需要根据实际情况进行整定。这样能确保退出流程的设备里的物料能够排出，新进入流程的设备不会造成堵料。

2.4.2 自动停车保护
从角度考虑，在输送皮带两侧安装了拉绳开关。在斗式提升机的入口和出口处，安装了堵料报警开关。在设计程序时，编制了如下的保护。
如果有人不小心摔到皮带上或者违犯规定穿越（跨、钻）正在运行的皮带碰到拉绳开关，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮故障，系统方可重新启动。
一旦斗式提升机的入口或者出口出现堵料，堵料开关动作，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮故障，系统方可重新启动。
在设计PLC程序时，把两个煅前日用料仓的高限报警信号引到PLC程序，一旦煅前日用料仓料位过高限报警，操作人员没有发现，程序会自动保护性的停止系统。

2.4.3 收尘器的脉冲振打控制
石油焦系统中有三个收尘器，为了延长脉冲阀的使用寿命，在咨询厂家技术参数的基础上，设计了收尘器收尘布袋脉冲振打控制的PLC程序。根据生产厂家提供的数据，在设计的PLC程序中采用定时器和计数器，地控制收尘器收尘布袋的脉冲振打时间和振打间隔时间，让脉冲阀按照固定的顺序依次振打。

3 上位机监控系统的设计
3.1 RSview Supervisory Edition（RSview -SE）的特点
RSview-SE作为Rockwell Software人机界面软件产品家族的一员，支持诸如、画面、报警、操作和报警记录、趋势等等HMI的功能，为企业提供集成的一体化的监控方案，为目前市场主流的上位机软件之一，广泛应用于冶金、化工、石油、食品、建材、水处理等领域，深受广大用户喜爱。它主要有如下特点：
基于网络的分布式监控、共用的开发环境- RSview Studio、增强的罗克韦尔自动化优选连接方案、直接I/O数据关联、透明的数据集成、画面对象的VBA支持、数据通讯的冗余热备、集成了bbbbbbs。

3.2 监控系统设计
正是看中了RSview-SE的上述优点，本设计选用RSVIEW-SE上位机软件来实现石油焦系统的操作员上位机监控。RSVIEW-SE提供了强大的项目组态功能，项目设计者可以利用现有的图形库，建立自己的图形对象，其模块化的设计方法，大大提高了项目开发效率。
上位机监控系统包括系统工艺流程图画面和PC操作台画面。在操作台界面上，设计了所有的操作按钮，防止误操作，相关的按钮进行了集中放置；考虑到操作的方便性，部分设备设计了单动按钮。在工艺流程图界面上，为了能形象的反映现场设备的运行状况，采用动、静结合，不同的颜色表示不同的状态以及平面和立体相结合的方式，建立上位机画面。操作人员可以实时监视和控制整个工艺流程的设备运行状况、主要工艺参数，并可方便的在画面间切换。
在画面上设计了设备的状态，系统启动前，按压试灯按钮，不满足启动条件的设备会出现红灯闪烁，这样检修人员就直接到对应的设备出检查处理，节约故障查找时间，提率。

4 结束语
该系统自2004年8月设计调试完成并投入运行至今，系统稳定，运行，使用方便，自动化程度高，降低了定岗人员编制，提高了企业的工作效率；而且该系统具有一定的保护能力，受到了用户的。同时该系统在现场维护，设备调整和程序修改方便都体现了较强的优越性，因此具有很好的推广应用。

折弯角度定位机构由伺服电机和链条传动机构组成，可根据设定的折弯角度微调或自动进行高度调整，保证了高度定位的精度。水平挡料机构由伺服电机和丝杠传动机构组成，进行折弯工件的宽度定位，可微调定位也可自动定位，连续折弯中可进行多工步自动选择，依次实现对多个位置的定位折弯。下压折弯有液压机构执行，配合脚踏开关可进行点动、单次和连续三种工况。

2.2 液压板料折弯机工作过程

折弯机工作过程可分为点动、单次和连续三种工作方式。

点动：选择点动操作档位，踩下脚踏慢进，下压折弯机构自动下压，碰下行程开关停止下压；下压过程松脚踏慢进，停在当前运行位置；下压过程踩下脚踏回程，下压折弯机构自动回程，碰上行程停止回程；回程过程松开脚踏回程，停在当前回程位置。

单次：设定保压时间，卸压时间，水平挡料进、退距离，调整好水平挡料位置；选择单次操作档位，下压折弯机构不在上行程开关位，自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压折弯机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压折弯机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，单次折弯动作结束。

连续（工步）：
（1）设定保压时间，卸压时间，水平挡料进退距离，调整好水平挡料位置；
（2）设定工步数以及每个工步的挡料位置、折弯张数；
（3）选择连续操作档位，下压折弯机构不在上行程开关位自动回上行程开关位；踩下脚踏慢进，下压折弯机构自动下压；碰下行程开关时，水平挡料机构后退设定距离，同时自动进行保压；保压时间到自动进行卸压，卸压时间到下压折弯机构自动回程，同时水平挡料机构自动前进设定距离；碰上行程开关，一次折弯动作结束，进行下一次折弯。
（4）当前工步折弯次数完成，碰上行程开关，水平挡料位置自动进行调整，进入下一工步折弯动作。
（5）所有工步动作完成，碰上行程开关，连续折弯动作结束。

3 监控系统设计

液压板料折弯机控制系统由控制部分、驱动部分和监控部分组成。系统结构如图4所示。

3．1 PLC介绍

3.1.1 PLC工作原理

PLC工作方式又扫描方式和中断方式，所谓扫描方式是周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期，其扫描的工作过程如下：
（1）读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
（2）执行逻辑控制程序：执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。
（3）处理通讯请求：即执行通讯任务。
（4）执行CPU自诊断：检测固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
（5）写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。

中断方式是指当中断事件发生时则立即执行一次相应的中断服务程序，不受扫描周期的影响，响应速度快，从而进一步提高了PLC控制的性。中断事件不发生时，不扫描中断服务程序，这样可以节约扫描时间，减少扫描周期。

3.1.2 PLC特点

（1）PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，性好。PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和了干扰。
（2）扩展性和柔性好，且可移植性好，在不改变硬件的情况下，只变软件的程序就可以实现不同的功能。
（3）编程语言丰富，可以采用不同语言编写程序，HOLLiAS® LM系列PLC支持6种编程语言，包括：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）和连续功能图（SFC）。给编写程序带来很大方便。

3．2 监控系统方案

监控系统要实现功能主要是：（1）控制参数的设置；（2） 状态和数据显示；（3） 液压板料折弯机控制。本系统采用主、从站方式，通过MODBUS标准协议实现该监控系统的通讯功能，其中主站选用和利时触摸屏。考虑到控制系统的性和抗干扰性要求，结合PLC的特点，该系统控制部分采用PLC控制。从站选用LM系列PLC

对比上面两种备自投控制的方案，可以得出PLC进行备自投控制的优点：
1） 性
继电器容易烧坏，触点发生熔焊，线路复杂。每多连接一根电缆，发生故障的概率就增加一分。而且由于机械原因，不论在线圈吸合还是脱扣，都是依靠纯粹的机械判断，存在出错的可能，从而影响到整个系统的正常运行；PLC减少了继电器的数目，用内部虚拟继电器代替实际的继电器，同时通过输入信号，直接判断是否起动备自投，减少了中间的步骤，同时能地给出延时时间，降低了出错地可能。经过多次的实践应用，表明PLC比继电器得多。
2） 灵活性
当系统的控制逻辑发生变化时，PLC仅仅需要改内部的程序内容，而继电器的备自投，需要重新设计，重新拆线接线，操作繁冗。改完后，PLC可以事先在内部测试程序的准确性；而继电器的备自投则需要通电试验，如果发现问题，还需要再次拆线接线。
3） 简洁性
继电器的备自投，由于柜间的联锁和使用的继电器数量，需要连接的电缆数远远PLC。无论查线或者理解图纸来说，都比较复杂。PLC的备自投，只需要将所有信号输入PLC，通过程序判断，图纸简单易读。程序里可以按照每个回路的合分逻辑编程，并在后面加以备注，方便理解程序的意思。
4 ABB的AC31系列PLC 在地铁中的应用案例
1）应用案例1——深圳地铁
该项目两进线断路器、联络断路器以及三级负荷总开关相隔较近，且在同一排柜子的相邻位置，采用输入扩展模块XI16E1和输出扩展模块XO08R1配合PLC主机07KR51。进线、三级负荷总开关的所有控制信息和状态信息直接输入装于联络柜的PLC扩展模块。虽然连接电缆增加了一些，但少了4个扩展模块ICM14F1，实现在保证PLC备自投的性的前提下，成功降低一定的备自投成本。
2）应用案例2——广州地铁
该项目在优化应用案例1的基础上，取消了2个电压继电器，取而代之的是通过装于进线回路的多功能表计采集电压信号，并通过通讯的方式传输到PLC。PLC读取电压值，并判断是否发生电压跌落。这样不仅减少了2个电压继电器的成本，同时凭借对电压信号的实时读取和判断，可以准确的判断是否发生电压跌落，并发出信号，令负荷总开关跳闸。因为电压继电器的可调门阀值一般在70%左右，而判断读取的电压值可以到10%左右。从而可以实现分批甩开一些不重要的负荷，以保证重要负荷的运行。
经过上面两个案例，PLC的备自投成本可以降低不少，甚至将继电器架构的备自投。可见，成本问题将不会成为阻碍PLC备自投在工业配电的应用。 来源:输配电设备网
5 结语
如今的工业项目，不再是简单的两进线一联络系统，而是三进线两联络或者四进线三联络。使用继电器备自投，每增加一进线回路或一联络回路，就需要增加一堆继电器和一堆用于控制、连锁的电缆，造成不隐患的概率上升，而使用PLC的备自投，只需要修改一下程序即可，十分便利，相对增加了配电性。
随着智能化和数字化的普及，有的项目拥有一个后台系统（如：SA），PLC不仅能够实现备自投的功能，还能够将SA所需要的数据整合在一个数据区块，并实时新，便于SA读取。
同时，为了方便客户使用，我们还可以将根据PLC实现的备自投的不同，做出若干个标准程序，比如标准自投自复，标准自投手复，标准三进线两母联等。随着因特网的普及，客户只需要在网上下载相应的标准程序，就可以满足自己的需要，降低了PLC的编程操作难度和人力维护成本。
综上，随着社会的发展，随着工业对备自投要求以及PLC自身竞争力的提高，我们可以预见PLC在工业的应用前景将越来越广阔。

1  引言
    目前，我国造纸行业的控制系统主要采用集散控制系统(dcs)，控制器和现场设备之间靠大量的i/o电缆连接，不仅增加成本，而且降低了系统的性。 控制系统传送4～20ma 信号，并以此监控现场设备，这样，由于控制器获得的信息量有限，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能比较弱；另一方面也很难完成现场设备的动态监控、远程参数设定、修改等功能，造成造纸控制系统的信息集成能力不强和可维护性较差，影响工厂的生产效率，并给生产管理带来诸多不便。
    随着计算机网络技术的发展，串行现场总线通信技术已深入到自动控制的各个领域。应用这项技术可以将可编程序控制器、交直流驱动器、监控计算机、远程i/o及智能传感器等连接起来，实现分布式计算机控制，可提高检测和控制的精度，改善系统的动态响应速度，提高系统的性，因而建立基于现场总线的纸机控制系统成为解决这一问题的有效途径。
    profibus过程现场总线是一种全数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络，用于工厂/车间仪表和控制设备的局域网。profibus-dp是profibus过程现场总线协议的工厂自动化控制子集。因此其在纸机控制系统中的应用，将大大减少布线工作量与电缆投资，避免信号干扰，使系统，操作简便，监控直观。正是基于上述原因， 山东中茂圣源纸浆有限公司纸板纸机项目工程中采用了profibus-dp现产总线技术，实现了该机组的通信及分布式控制，了良好的效果。

2  纸板造纸工艺分析
        图1所示的纸板造纸机示意图中，可以看到该纸机是一种由多台设备组成的联动机。湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部；干部包括干燥部、切纸机和理纸机。具有适合抄纸性能的浆料进入造纸机的浆料流送设备，经浆流分布器和流浆箱的分布和匀整以后，均匀而稳定的流送到运动着的成形网的网面上。浆流在网部逐渐地过滤、脱水，形成连续的湿的纸幅。当湿纸幅脱水到一定干度，便可以从网面剥离，送至压榨部继续脱水。压榨部是由若干组辊式压榨组成。湿纸幅是由压榨毛毯支托着，在压辊间用机械挤压的方法脱水。为了保持压榨毛毯的良好脱水性能，压榨辊上配设有毛毯洗涤装置。经压榨部后，湿纸幅的干度一般可达40%左右。然后湿纸幅经气垫式烘干箱进一步脱水。干燥后的纸板经牵引辊进入切纸机，经纵切由送纸辊进入横切部分，横

.1 稳速的要求
        造纸机由纸浆到形成纸张，需经过多个分部，因此是一个多单元的速度协调系统，各个分部间的速度要求严格配合，根据工艺流程，一般有以下关系：只要其中一个分部速度不稳，就会无法维持生产，纸幅不是断裂，就是松垮下来。如果整台纸机车速不稳，就不能保证纸张的定量(每平方米纸页的重量)不变。因此要求纸机的各分部都能稳速。但是，在实际运行中，有许多干扰因素破坏速度的稳定，例如电网电压的波动、频率的变化、负载的波动、温度的变化等等，对电气传动自动化控制的要求是克服这些干扰的影响，保车速的稳定。
2.2 平稳起动的要求
        纸机中有的分部要求平稳起动，例如网部起动太快就会损坏铜网；干燥部传动惯量比较大，起动太猛会把机械连轴扭断，因此要求整个系统能平稳起动，而且各分部要能单起动和停止。
2.3 纸机速度链
        由于各分部传送着生产过程中的纸张，根据造纸工艺的要求，各分部间要求达到线速度比例协调(相邻两个分部间的线速度比值应保持恒定)，地、地保持这个比例系数是保证产品质量、生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会降低产品质量。同时，纸机的这种速度比例协调关系应在该变车速或停机后重新开机时继续保持，而不需重新调节。其次，这种比例协调应具有微调功能，以调节相邻两分部间的速差，避免纸张在传送过程中的松弛和绷紧现象，并且速度微调应该灵敏、，不应在调过程中有明显的滞后现象。比例协调关系如下：
        n1=k1(n0+δn0)  
        n2=k2(n1+δn1) 
       

        n3=k3(n2+δn2)  
        n4=k4(n3+δn3)
        本系统中，采用profibus-dp过程现场总线结合plc程序来完成速度链的控制，避免了运算放大器的速度链给定环节的信号漂移，提高了稳定性。

3  工艺自动化系统设计
3.1 硬件构成
        根据纸板纸机的工艺要求，该控制系统有profibus-dp构成单主从工作方式，如图2所示。主站选用siemens的s7-300 plc(cpu313c-2dp)， 站地址设为2，实现总线通信控制和管理，完成周期性数据访问。网部、压榨部、干燥部和切纸机的各变频器(mm440)为从站，地址分别为3，4，5，6，7，8，9，10。现场触摸屏通过mpi口与plc相连，其地址设为1。上位机通过cp5611与主站plc连接，地址使用默认值0。理纸机部分的远程i/o(et200m)地址为11。主站plc与变频器及现场触摸屏实现高速数据通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、张力控制等功能。现场触摸屏实时显示各分布点的工作状态，监测各变频器的运行、故障状态，通过它可以对各传动点实现全部控制功能。plc实时的接受来自上位机和触摸屏的优化控制指令，自动调节各分部的速度以适应生产需求。同时plc将各分部的运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。整个系统采用profibus-dp现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输，省去了传统的线路接点。大大提高系统的性，节约了控制电缆。同时实现了从操作到控制的全数字化，杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。
3.2 软件设计
        plc的编程使用s7系列的编程软件step7 v5.3，通过其对系统进行相应的网络配置，如通信端口的设置，站地址和速率的设定等；然后对主站s7-300进行硬件组态，通过配置，cpu313c-2dp可以各个变频器和et200m的i/o 分配地址，这样从编程角度来看，cpu313c-2dp队给从站的控制如同本机的i/o一样。
        step7 v5.3软件采用模块化结构编程，整个控制程序由ob组织块、fc功能块、db数据块等构成。控制字是现场总线系统控制传动单元的基本手段。控制字由现场总线控制器(plc)发送给传动单元，传动单元根据控制字的位编码指示作出相应动作。状态字是一个包含了状态信息的字，它由传动单元发送给现场总线控制器(plc)。组织块ob是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。不同的ob有不同的功能。本设计中组织块有ob1、ob20、ob35、ob82、ob86、ob87、ob100、ob121、ob122。 ob1是用作主程序循环的，它用来设计主循环程序的结构；在用户程序延时中断ob20种调用了系统功能块sfc32(“srt_dint” 启动延时中断)、 sfc33(“can_dint”  取消延时中断)、sfc34(“qry_dint” 查询延时中断的状态)。ob35是程序循环中断组织块；ob82是诊断中断程序，诊断接受来自有诊断能力的模块；ob86是机架错误中断，ob87通讯错误中断；ob100属于启动组织块，是暖启动用的；ob121是程序错误组织块，ob122是访问错误组织块，属于故障处理组织块。ob1是主程序，主要完成系统的初始化、初始参数设定、调用子程序。fc是自定义的子程序块，包括网部控制、压榨部控制、干燥部控制、切纸机控制、理纸机控制、故障处理、数据采集与处理等功能块。数据块db用来存放用户程序运行所需的大量数据或变量，它也是实现各程序块之间交换、传递和共享数据的重要途径。在本系统中，上位机和下位机的通信主要是通过都区和改变下位机的db块来实现的。该系统共设计了8个db块， 分别表示实际速度数据块、设定速度数据块、电流数据块、时钟背景数据块、报警数据块、实际温度数据块、设定温度数据块和纸板尺寸数据块。通过读取下位机的db块，上位机上显示相应的速度、纸板尺寸和报警等相应信息。通过触摸屏改变下位机相应的db块数据，就可以生产达到预期的目的。

图2   纸板纸机系统结构示意图

        上位机采用visual c++进行画面显示设计，通过dll获得plc的实时数据，进行动画设计，数据管理，报表打印和故障记录和分析等。现场触摸屏通过siemens的hmi组态软件protool v6.0进行组态和编制画面。触摸屏画面是以设备图为底并分段细化。从触摸屏上可以轻松观察系统总图、各分部图，直至每个分布的传感器的状态。利用触摸屏提供的输入/输出、棒图、曲线图、字符、帮助信息、口令和画面切换等功能，可以观察和设定变频器的频率、转速及当前实际的频率和转速、纸机的运行状况等。

4  结束语
        工程实践证明，本控制系统采用profibus-dp网络技术实现分布式控制，可以大大降低现场信号连接的工作量和费用，提高信号的传输精度与灵活性，降低系统成本，给安装、调试和设备维护带来方便。profibus-dp网络速度快、性高、开放性好、抗干扰能力强，适用于各种工业控制系统，是pc、plc与其他智能现场设备通信的优选网络