西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8一级代理

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1　引言

变频调速技术在我国水泥行业的应用日趋广泛。在生产工艺需要调速的许多环节，如回转窑、单冷机、喂料机、配料系统、风机、水泵等，以交流变频调速取代调压调速、滑差调速以及直流调速已成为一种必然趋势。
在水泥粉磨工艺中，球磨机入磨物料粒度的大小，对其台时产量影响较大，预破碎工艺作为提高磨机台时产量、降低粉磨电耗的重要途径，引起了许多水泥企业的重视。根据工艺要求，水泥立窑放料每次持续2～3 min，间隔2～3 min，但目前几乎所有水泥企业中破碎机处于工频恒速运行状态，24 h连续运转，造成电能的浪费，并影响电机和破碎机的使用寿命。另一方面，由于破碎机具有十分大的惯性，不易频繁启停，所以即使使用变频器也难以解决系统制动时产生的泵升电压引起保护电路动作，使系统无法正常工作。
针对系统的以上特点，本文设计了破碎机变频拖动PLC控制系统。利用变频器实现破碎机的变频调速和软启动；利用再生能量回馈单元克服破碎机制动过程中产生的过高的泵升电压；利用PLC实现系统的逻辑闭环控制，使破碎机的工作与立窑放料同步，实现间歇运行。从而在改善工艺控制质量的同时，大限度地节约了电能，降低了生产成本。现场调试和运行结果表明，系统运行，节电率可达60%以上。

2　粉磨工艺流程

水泥粉磨工艺流程如图1所示。

关键词：监测系统　PLC　模块控制

1          引言

利用可编程序控制器(PLC)组成远程自动监测系统时，遇到的是PLC的选型问题。在选用PLC时，除把性、环境适应性放在外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。

关于可编程控制器选型的一般原则可从以下几方面考虑：

(1) 明确控制对象要求。本系统要求改善信息管理，把PLC与上位微机的通讯能力远程I/O与微机通讯方式和手段作为选择的依据。PLC响应时间的影响因素有：输入信息时，CPU读解用户逻辑网络时间和时间。PLC的实时响应性还受到系统中慢仪器的限制，与上位机的通讯也将增加服务时间。
(2) 功能选择要根据不同的控制对象确定。具体有：替代继电器、数学运算、数据传递、矩阵功能、功能、诊断功能以及串行接口。
(3) 输入输出模块选择。输入/输出模块是PLC与被控对象之间的接口，模块选择得当否直接影响控制系统的性。
(4) 存储器类型及其容量选择。小型PLC作为单机小规模控制使用时，由于工艺简单、程序固定，多数使用EPROM或EPROM加RAM。对于中、大规模的PLC，往往用于工艺比较复杂，且多变的场合，程序改变较多，因此一般都使用CMOSRAM存储器，且有后备电池，以便关机时保存存储信息。根据控制规模和应用目的，我们按下列公式进行估算：
① 代替继电器　M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）］
② 模拟量控制　M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］
③ 多路采样控制　M＝Km｛［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］＋（1+采样点×0．25）｝
式中DI为数字(开关)量输入信号；
DO为数字(开关)量输出集中；
AI为模拟量输入信号；
Km为每个节点所占存储器字节数；
M为存储器容量。
我们还可在编完程序以后地计算出存储器实际使用容量。
(5) 控制系统结构和方式的选择。用PLC构成的控制系统有集中控制、远程I/O控制和分布式控制等三种方式。
(6)支持技术条件。在选用PLC时，有无支持技术条件也是重要的选择依据。支持技术条件主要有：编程手段、程序文本处理、程序贮存方式和通讯软件包。通讯软件包往往是和通讯硬件一起使用的，如调制解调器等。

2　PLC构成的控制系统
PLC构成的控制系统流程图如图1所示：

图1　PLC构成的控制系统设计步骤

此种设计方法与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。
我们采用一台PLC控制多台监测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象(仪器)所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合。如图2所示。

图2　集中控制系统

该系统采用的PLC(SZ-4)模块是：
① 8点DC12/24输入模块Z-8ND1
② 8点集电开路输出模块Z-8TD1
③ 4通道12位模拟量输入模块Z-4AD1
④ SZ毓CPU模块(2端口通讯、CCM协议、从机功能)以及S-20P指令编程器、0D通用操作面板等。
I/O点数是指要求PLC能够输入输出开关量、模拟量总的个数，它与继电器触点适当留有余量。同时要注意尽可能简化I/O点数来降。
用PLC构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。在进行完总体设计以及具体的硬件系统设计和软件系统设计后，除要分别对其进行调试外，对整个系统进行联合调试和试运行，反复进行硬件系统和软件系统的调整，使整个系统全部投入正常工作为止。

PLC在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC作为一种控制设备，用它单构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来。上位微机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或警报信息，驱动打印机实时打印各种图表。
系统的设计步骤如图3所示。

图3

3　控制软件

PLC梯形图所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号其相似，人们能熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都采用继电器系统电路图的设计方法。对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的问题较多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。根据功能图表设计PLC的梯形图程序，可以有效地解决以上问题，达到事半功倍的效果。
我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。
下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑判断及声光报警输出、通信数据格式的转换。
数据通讯与分离模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量。
显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。
定时存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。
系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。
报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便采取措施。
为提高PLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，或减弱共模和瞬变干扰。
在软件设计和编程上，加上一些抗干扰模块。
系统从开始到运行的流程如下：
A)　把CPU的动作方式设定为STOP方式，(不在STOP方式时)

S—20P的操作和显示
*在在线方式下，CPU处于STOP或TEST—STOP方式时可进行编程。
*在显示程序时可进行编程。
*平时，显示命令语不显示程序地址，必要时，用键显示程序地址
S—20P操作次序

编程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模块连接，也可进行编程(离线编程)。在S-20P上编程时，通常是要连在CPU模块上进行(在线编程)。

4　结论

根据远程自动监测系统的要求，可以采用PLC来实现对系统的控制。以PLC为的自动监测系统下位机的控制设备，具有体积小、接线简单、测试，特别是可实现脱机工作。该系统运行高速、简单、，实现了上位机与下位机的互连和实时通讯任务。

1　基于PLC的分布式控制系统多机通信方式的确定
监控主机与PLC分机之间通过接入RS—232到RS—422转换器，构成了小型分布式控制系统，其体系结构如图1—1所示。
在图1—1所示的结构中，通信过程采用命令及响应的传送控制方式［1］，［2］，如图1—2所示。图中，命令块及响应块的格式已由PLC生产厂家确定，监控主机处于主动，PLC分机处于被动。
由于PLC采用周期扫描工作方式，因此，在通信波特率确定后，监控主机发送命令到正确接收PLC的响应所花费的时间具有范围确定性。据此，多机通信可采用监控主机定时循环发送命令及接收响应的方式，如图1—3所示。这种方式，一方面可避免通信总线发生数据冲突，另一方面可确保定时刷新监控主机中各PLC分机的实时数据。

2　多机通信编程实现
要实现定时循环命令发送及响应接收，其关键是正确设置及应用VB计时器控件和通信控件等的属性、方法及事件。
2．1　计时器控件
计时器控件属性Interval值的确定是通信的关键之一。为确保通信总线不发生冲突，Interval的值应大于通信命令发送大延迟、PLC大扫描周期及响应接收大延迟三者之和。其中，PLC大扫描周期可设为PLC监测时间，命令发送及响应接收延迟可根据通信波特率及传送字符的大二进制位数，用式2—1计算求得。

传输时间＝二进制位数／波特率    （2—1）

2．2　通信控件
VB系统调用通信控件的初始化程序设置满足前述确定的多机通信方式，其具体处理方法参见2．3节编程实例中的初始化过程。
2．3　编程实例
如图1—1所示结构，笔者研制了基本欧姆龙CQM1 PLC的小型分布式油料定量灌装系统。为实现现场无人值守发油，作业过程采用了领油人员在现场PLC控制分机键入领油密码，监控主机进行密码确认后，控制分机才能实施发油控制。实现该作业过程通信的命令和响应格式及部分源程序清单如下所示：
    1）监控主机读PLC实时数据
若监控主机下挂分机号为00～07共8个PLC，PLC实时数据存放在IR1 16开始的1 0个字节中，命令块及响应块格式则如图2—1、图2—2所示。

1问题提出
        可编程控制器（PLC）在众多程控系统中已得到了广泛的应用。它以其高性、逻辑控制的设计实现方便灵活的控制等优点，成为许多工程技术人员掌握的主要二次设备之一。
        在实际应用中，程控系统往往采用模拟屏上的设备灯来实时反映各设备状态，而模拟屏上各设备灯的亮、灭、闪等状态通常由PLC输出点直接控制，虽然PLC处理点灯问题也比较方便。但在设备灯很多（尤其是在百只以上）的情况下，如果仍由PLC直接控制点灯，一方面需占很多PLC输出点，即需很多输出模板和较多的投资。另一方面也占用了主机很多处理时间。当主机负荷较高，则会影响实时性。如果能设计出一种PLC扩展控制器，通过串行通信接受主机指令，点灯、熄灯、闪烁等工作由它自行完成，则一方面可以节省较多费用，另一方面可以简化PLC的编程，提高控制的实时性。
        笔者在设计半山电厂全厂输煤程控系统的模拟屏的点灯处理时就遇到了如下情况。该系统采用AB公司的大型可编程控制器PLC－5，由于模拟屏上需控制的设备灯的数量多达300多只，采用PLC直接控制点灯，则需要16点、24 V的开关量输出模板10多块，由于需显示皮带的流动效果，PLC需不停地对灯进行控制，影响程控的实时性。基于这种情况，笔者设计开发了以ATMEL89C2051单片机为的PLC扩展控制器实现点灯，它通过与PLC的CPU模块进行通讯来实现，以代替10多块PLC输出点。

2．1整体结构

AB公司的PLC－5的CPU模板带一个RS－232串行通信口，PLC自身编程及与上位机的通讯通过DH＋网实现，该串行口也可以由用户自己控制使用，因此，它可以用于实现与扩展控制器的通讯功能。
        半山电厂输煤程控系统采用的模拟屏上共有21条皮带，长短不一，都要考虑流动效果。采用分散控制方式，每条皮带设计1个扩展控制器，共21个扩展控制器，每扩展控制器可以控制6个输出点，21个扩展控制器采用主从式树型连接、异步串行通信。其组成结构如图1所示（点灯部分以9号皮带为例）。

2．2扩展控制器设计原理

2．2．1硬件设计  
ATMEL公司生产的MCS－51兼容系列单片机89C2051单片机，内含2 KBFlash Memory，外围电路简单，在微型控制器中设计相当方便。设置开关可设置控制器编号，控制器基本结构如图2所示。

        由图2可见，该控制器线路简洁，并不存在单片机系统中常见的外部数据RAM，外部程序ROM等外围芯片，只需加一片232通信转换芯片即可。整体尺寸为50 mm×50 mm，只有手掌般大小。输出功率部分用8050三管，开路集电输出，输出电流可达1 A以上，系统长皮带可有23只灯，每只灯额定电流只有20 mA，负载总电流不到0．5 A。
2．2．2扩展控制器软件设计 有
了以上的设计思路，2051的编程就变得比较容易了。基本实现方法是PLC将各条皮带的状态实时地分级传送至各皮带的的扩展控制器，各控制器识别自身的编号后取对应的灯信号信息实时刷新模拟屏点上状态灯。皮带灯滚动频率、滚动方式（明流动或暗流动）都由PLC程序直接控制（用户可在PLC的人机界面上修改）。
        该程序设置两个中断源，其一是串行口接收中断，接收点灯信息，其二是50 ms的内部时间中断，用来控制灯闪烁或灯流动。主程序流程框图如图3所示。

3 系统投用情况
        该系统自1998年11月在半山电厂安装运行，至今情况良好。由于扩展控制器与PLC之间的通信采用了光电隔离，使得整个点灯回路与PLC隔离，从硬件上保证了系统的性、性。
        使用了扩展控制器后，一方面节省了成本，另方面简化了PLC的编程，降低了PLC的CPU负荷，使PLC系统的实时性得到了很大的改善，提高了系统的性。