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产品描述
西门子模块6ES7222-1BD22-0XA0诚信合作
1.CPU——是PLC的部分
与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经。其功能：外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。
到了现场后，进行系统安装前，需要考虑安装环境是否满足PLC的使用环境要求，这一点可以参考各类产品的使用手册。但无论什么PLC，不都能装设在下列场所：含有腐蚀性气体之场所，阳光直接照射到的地方，温度上下值在短时间内变化急遽的地方，油、水、化学物质容易侵入的地方，有大量灰尘的地方，振动大且会造成安装件移位的地方。
如果要在上面的环境使用，则要为PLC制作合适的控制箱，采用规范和必要的防护措施。如果需要在野外低温度下使用，可以使用有加热功能的控制箱。如何做这些防护箱或控制箱，各制造商和和资格的系统 集成商将会为客户提供相应的供应和设计。
在使用控制箱时，在控制箱内OpenPLC安装的位置要注意如下事项：控制箱内空气流通是否顺畅（各装置间须保持适当的距离），变压器、马达控制器、变频器等是否与PLC保持适当距离，动力线与信号控制线是否分离配置，组件装设之位置是否利于日后之检修，是否需预留空间，供日后系统扩充使用。
除了上述注意事项之外，还有其它注意事项要留意。
比较重要的是静电的隔离。静电是无形的，但可能因为不会对人造成生命危险，所以许多人常常忽视它。在中国的北方、干燥的场所，人体身上的静电都是造成静电损坏电子组件的因素。虽然你被静电打到的话，只不过是轻微的酥麻，但这对PLC和其它任何电子器件就足以致命了。
要避免静电的冲击有下列三种方式：在进行维修或换组件时，请先碰触接地的金属，以去除身上的静电；不要碰触电路板上的接头或是IC接脚；电子组件不使用时，请用有隔离静电的包装物，将组件放置在里面。想象PLC里的元器件是一个娇嫩的婴儿，而那些静电会导致这个婴儿死亡，你就会容易以正确的态度对待这个问题了。
基座安装（RACK）时，在决定控制箱内各种控制组件及线槽位置后，要依照图纸所示尺寸，标定孔位，钻孔后将固定螺丝旋紧到基座牢固为止。在装上电源供应模块前，同时注意电源线上的接地端有无与金属机壳连结，若无则须接上。接地不好的话，会导致一系列的问题，静电、浪涌、外干扰，等等。由于不接地，往往PLC也能够工作，因此，不少经验不足的工程师就误以为接地不那么重要了。这就像登山的时候，没有系上保护缆绳一样，虽然你正常前进的时候，保护缆绳没有任何作用，但一旦你失足的时候，没有那根绳子，你的生命就完结了。PLC的接地，就相当于给PLC系上保护缆绳。
在I/O模块安装时，须注意如下事项：I/O模块插入机架上的槽位前，要先确认模块是否为自己所预先设计的模块；I/O模块在插入机架上的导槽时，务必插到底，以确保各接触点是紧密结合的；模块固定螺丝务必锁紧；接线端子排插入后，其上下螺丝旋紧。由于现场的变压器、电机等影响，多少会有振动，如果这些螺丝钉松动了，会导致模块从机架中松开。
用PLC实现对系统的控制是非常的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能工作。事实上，如果PLC工作不，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。
1.在硬件方面：
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其工作提供了物质基础。
在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。
还有进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，终输出取决于三者中的多数决定的。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。
2.在软件方面：
PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了""（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清""定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若时（一般不过100ms），则报警。严重时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。
1 引言
空压机作为煤矿生产的四大件设备之一，它的与运转是保煤矿人性化工作的前提条件。根据《煤矿规程》法规，对空压机运转过程中主要技术参数进行实时监控与保护。空压机是煤矿大型共用耗电装备，各矿井用风设备包括井口绞车系统、井上下装卸载、井下巷道喷浆等，而且用风时间不统一，用风量不稳定，因此空压机连续运转，当用风量小时导致空压机长时间低压负荷运行，电能损耗增大并加剧了设备的磨损，增加了运行成本。如负荷小时将设备停机（或部分设备停机），将导致操作频繁，缩短设备寿命，而且会影响用风设备及风动工具的正常工作。
例如某煤矿案例，有四台压缩机现在各自立操作运行，并具有监测本压风机各个运行环节的主要参数作用，在控制供风压力方面各台压风机均以本机的监测为主，这种控制方法在立供气管道运行时可以使用，但是在多台机器同时并网工作时出现一些不合理的运行状况：在多台压风机设定工作压力一致时，常出现一台或多台连续运行不卸荷，而另一台长期不运行或不加载的状况，同时还会出现多台同时投入加载运行或同时卸载的状况。单纯靠人工开停机也不能很好控制压风机的运行时间均等，很难保证压缩空气的供气质量，也不利于对压风机的维护管理，同时加大了操作维护人员的工作量。对压风机的使用寿命也有很大的影响，为此有必要将多台并网运行的压风机集中控制联网，充分发挥各压风机的性能，使系统在保证供气质量的前提下，实现大限度的节能与运行时间的均等，延长压风机的使用寿命，有利于压风机的维护。
2 控制系统方案
2.1 控制系统硬件结构
压风机集中控制系统组成系统图如图1所示，有上位工控机系统、plc下位机、传感器、触摸屏等组成。上位工控机系统由工业控制计算机、后备电源（ups）、打印机等组成；其主要完成压风机远程参数的监控、运行参数设置及其数据处理、查询等功能。plc下位机系统：现场plc控制系统选用西门子s7-300系列可编程序控制器作为监控。充分利用可编程序控制器能适应各种恶劣现场条件，现场抗干扰能力强的特点，且安装维护方便，其模块化结构，配置相应的通讯接口与各压风机控制器通讯；与上位计算机进行通讯可以采用profibus或工业以太网；系统配置合理，技术可行，可以满足现场使用要求。该部分主要是根据设定的操作方式，实时采集总管空气压力，自动控制各台压风机运行及保护功能。现场传感器实时采集现场物理量信号，并将其转换为标准电信号传送给cpu。本系统现场使用的传感器较多，如压力、温度、电流、电压、功率、电量等等。为减少传输误差，提高检测精度，均选用带变送器，性能，寿命长，输出标准电流信号4-20ma的传感器，直接采集现场信号，并配以二线制rvvp电缆单传送，以进一步提高整套系统的性。
压力变送器采用gpt系列变送器，作为一种能够将压力信号直接转换为4-20ma标准电流输出的压力变送单元，其传感器采用了经激光烧刻补偿技术制造的扩散硅进口器件，由传感器生成的电信号经过变送电路完成放大、线性修正、温度补偿、电流转换，终形成与被测压力成正比的4-20ma标准输出。该变送器采用特的一体化全不锈钢免维护结构，具有良好的密封、散热和抗震、耐腐蚀性能，加上输出传送方式具有长线抗干扰能力，使变送器能够在测量现场恶劣环境下长期在线工作。
2.2 系统功能设计
（1） 能够自动采集、显示压风机的各种运行参数，控制压风机运行。
（2） 能够根据检测到的信号判断压风机的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停止压风机。
（3） 有启动、停止、正常停车、故障停车、紧急停车、预告、保护及故障报警功能。
（4） 系统通过plc及控制网络可方便地采集现场设备开/停及故障状态、电机电流等实时数据。
（5）实现自动（动态）恒压供风。当系统在自动工作方式时，系统根据设定的供气压力值，自动控制卸荷或加载。当压力值当风压达到设定值时，自动停机（卸荷）；风压降到低值时，自动启动或关闭卸荷阀。
（6）地报警保护。每台压风机均可具有：压力限保护、温保护、吸气阻力过大保护、润滑油温保护、润滑油量不足保护、主电机载保护、冷却风机载保护等功能。
2.3 plc控制方式设计
（1）自动方式。系统具有多种控制方式。根据设置，该系统可以工作在集中方式plc根据设定的工作时间和工作压力值、总管当前实时压力值，自动判断当前投入/切除系统中的压风机台数，经特定的运算处理，以便对运行中的压风机进行加载或者卸荷或切除系统、投入系统工作。
（2） 就地控制方式。该工作模式为通过就地操作台上的触摸屏按钮或者操作台按钮来立控制每台压风机的启动或停机。
（3）远程控制方式。在该模式下，通过上位计算机的操作来控制各压风机系统的运行。系统对操作员有权限管理，有一定的权限的操作员才可以进行远程操作。
3 软件系统设计
上位机监控由pc机和组态软件构成。pc机使用桌面电脑，组态软件选用北京亚控公司的组态王kingvie -w6.52。组态王6.52是一个具有丰富功能的hmi/scada软件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。组态王6.52为系统工程师提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。用户可以实时查看和控制工业生产过程。组态王还提供了一套全新的、集成的报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可以根据工程的需要任意改变报表的外观。组态王的web画面发布采用分组式发布，网站式浏览的形式，设计者和操作人员做多的事情。web发布的管理分为两级，普通用户只能浏览画面，不能修改数据；而用户（调度，厂长办公室）则可以看到所有发布的画面，而且可以读写相关数据和操作原画面中的有权限设置的图素等。
上位机监控画面主要有5个功能界面组成，分别是主监控界面、实时报表界面、历史数据界面、报警查询界面、远程控制界面。它们分别对应着5个按钮，这5个按钮和一个系统退出按钮同时位于每个界面的下面，其位置是相对不变的。
下位机软件设计主要为plc软件的设计，在本系统中为重要软件设计部分。该系统软件的开发环境为siemens simatic step7 v5.3编程软件，用模块式结构程序方式编程，这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作，又能使数据库结构统一。程序主要分为：通讯子程序、风机控制子程序、数据处理子程序、保护功能处理子程序等。
操作屏组态软件使用西门子公司的winccflexible2005组态软件。整个监控系统的界面布局分为静态区域和动态区域，静态区域在画面切换过程中是固定不变的，它位于整个界面的上部，放置了七个切换按钮，分别为：监控画面，实时报表，开关状态，报警查询，报警设置，运行设置和系统管理；静态部分下面就是动态部分，它们分别为七个切换按钮所对应的画面，随着点击不同的切换按钮可以变换不同的画面。
4 结束语
随着煤矿近年来现代化管理水平的提高，信息化建设的步伐也在不断加快。同时为煤炭的生产、提高全矿的生产效益，保证供气系统的、稳定、合理地运行，及时发现压风机运行系统中存在的隐患；对压风机系统实行数字化监控，为矿各级和职能管理部门及时、准确地掌握压风机系统的实时运行状态，对压风机系统实现集中监控具有十分的必要性和重要性。项目为信息化建设提供较好的建设平台。
提高现代化工厂部门之间物料搬运和内部运输的协调性，是实现生产全盘自动化的重要举措。传统物料运输车具有设备复杂、功耗大、投资高、污染环境等缺点，其中有轨运输车需铺设专门轨道，若生产程序改变，需重新铺设轨道，破坏路面，投资高；无轨运输车包括叉车及手推运料小车，均需专人驾驶，劳动强度大，运输效率低。
本设计采用光电检测技术，以日本三菱公司生产的FX-2N可编程控制器为控制，通过编程实现智能控制。若生产工序改变，只需重新铺设光轨便可以相应改变。是一种新型、、的自动寻迹运输车，无人驾驶、、操作方便。可降低生产成本，提高生产效率。
1、系统总体方案
直流电机固定在运输车底座下侧，驱动后轮前进，步进电机控制前轮转向，PLC作为控制系统，并与步进电机、直流电机及触摸屏相连，得到速度、位置和障碍物信息同时输出相应的控制命令到直流电机、电磁制动器及步进电机。触摸屏作为操作界面，给用户提供一个可视化的操作平台。
系统设计可划分为信号检测部分和控制部分。其中，信号部分包括轨道线设计、障碍物设计、速度设计，控制部分包括驱动控制设计、制动控制设计、转向控制设计。
运输车循迹采取光电探测法的原理。在车体底部安装3只光电传感器，运输车在地板上按照引导线自动运行时不断地向地面发射红外光。由于光电管对不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点：当红外光遇到引导线时发生漫反射，反射光被装在运输车上的接收管接收，输出为低电平；如果遇到其他颜色则红外光被吸收，输出为高电平。可编程控制器便可根据3只光电传感器的状态编码为依据来确定引导线的位置和运输车的行走路线闭。
2、系统硬件设计
2．1转向及驱动控制电路设计
本设计运输车载重不过70kg，对电机的负载能力有一定的要求，由于直流减速电机转动力矩大，可以产生较大转矩，因此选择xM4—1012型直流减速电机作为该系统的驱动电机，该电机自带一个小链轮，齿数z1为9，选取大链轮齿数z2为19
驱动电机连接电路图如图4所示。电机通电后经链条传动使驱动轮转动。本设计将PLC输出端Y2与两相继电器J5相连，当Y2低电平时，J5活动触点KM与触点l连接，电机正转；反之Y2高电平时，J5活动触点KM与触点2连接，电机反转。电机驱动器(CT一30lA9)通过J5连接电机，调整ADJ端子参数可以改变电机转速，到的路况输入信号，经过PLC控制单元进行计算并按的要求输出控制信号到Y2端，控制电机的正反转，从而实现运输车的前进、后退。
PLC输出端Yo连接到步进电机驱动器的Pu(步进脉冲信号)，Y1连接到DR(方向控制)。PLC根据传感器检测到的信号，进行程序控制，当运输车偏离引导线时，Yo接通，步进电机开始工作(初始设置为右转)，当判断需要左转时，Y1接通，控制步进电机反方向转动。
2．2光电检测电路设计
综合各种光电检测器件的性能及本设计的具体要求，采用RPR220型光电对管。其是一个化镓红外发光二管，而是一个高灵敏度硅平面光电三管。当发光二管发出的光反射回来时，三管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。
车体上的3个光电管对路径信息进行检测，将检测到的信号送到PLC输入端，从左至右记作：x1、x2、x3，当PLC检测到的信号为低电平时，则红外光被地上的引导线反射，表明运输车处在引导线上；反之运输车已经偏离轨道。光电传感器的输入电压为5V，而整体设计中输入模块采用的电压为24V。采用稳压管LM317，调整电位器使其输出电压恒为5V，保证光电传感器的正常工作。
2．3测速传感器电路设计
本设计采用测速传感器来运输车当前速度，其作用主要有：
1)监控运输车速度变化，为弯道速度控制提供参考；
2)实现速度的闭环控制，增加运输车稳定性。系统的主要控制对象是转向轮和驱动轮。测速传感器安装于运输车驱动轮附近，测速轮安装在靠近运输车驱动轮的轴上，测速轮上开有间隔均匀的30个小齿，即齿轮转动一周，测速传感器到30个脉冲。当运输车运行时，测速传感器不断输出脉冲，其脉冲个数存放到PLC的内部寄存器中。测速传感器电路设计如图7所示。根据式(3)计算出驱动轮每分钟转动的转数N，再结合驱动轮的直径就可算出运输车当前的运行速度V。
式中：n为测速轮每一周测得脉冲数，n=30；D5为测速传感器测速时段输出脉冲个数；t为测速时段的计数时间，ms。
2．4速度控制电路设计
速度控制电路如图8。由传感器采集到的信号输入到PLC上，经PLC处理后传送到Y端，3个输出端Y11、Y12、Y13通过继电器J1、J2、J3分别连接不同的分压电路，电阻值的不同使得所分电压不同，同时电机驱动器(CT一301A9)输出发生变化，从而控制电机转速，实现速度控制。
2．5避障电路设计
障碍物检测电路设计如图9所示。在运输车的四周安装有红外光电传感器，其检测原理与路面检测相似，当运输车运行时，传感器检测到人或其他障碍物，输出为低电平，通过输入端传送到PLC，进行数据处理，输出报警信号，反之，输出高电平。
2．6制动电路设计
运输车遇到障碍物或到站时，需要自动停止。停止由PLC编程控制，因此只需将输出端Y4连接制动装置即可。本设计由继电器J4动作进而通过电感的吸合作用带动绕在驱动轮上的皮带控制运输车的制动。
3、系统软件设计
运输车的控制采用模块化的结构，其基本思路是：将位置传感器来的道路信息、速度传感器来的速度信息和避障传感器检测到的障碍物信息经PLC处理，输出PwM信号到舵机和驱动电机。方向控制和速度控制系统分别构成两个闭环系统，两者可相互影响，比如根据路径识别的来控制速度，使得运输车在弯道上慢速，而在直道上快速。
方向控制：运输车舵机是由舵轮、机械结构、步进电机和控制电路组成的一个位置随动系统。通过内部的位置反馈来实现舵轮输出转角正比于给定的控制信号。本设计将位置传感器反馈的路面信息、测速传感器测得的速度信息和避障传感器检测到的障碍物信息，经过PLC控制单元进行计算并按结果的控制要求向步进电机发出命令(PWM信号形式)，通过对步进电机的正反转控制来实现舵轮的正反转，在脉宽改变时，使其自动变化到对应值。
速度控制：直流电机转速的控制采用PWM(脉宽调制)调速方法。为进一步控制运输车速度，还需要引入闭环速度控制。利用位置传感器、速度传感器和避障传感器检测到的实时信息与期望速度之间的比较来确定输出到直流电机的PWM信号，从而确定加速或减速强度的大小。
4、结论
本系统采用PLC作为控制器，采用机电一体化设计，已完成了样机制作，可实现物料的自动运输，目前处于程序优化阶段。相对于国内常见的轨道运输系统，本系统体积较小、安装方便，轨道铺设简单，根据生产工序粘贴轨道纸便可实现无人驾驶；生产工序改变时，重新铺设铁轨，不破坏路面，从而确保了自动运输车的平稳运行。该系统基于光学引导的思路实现简单，导向，可以大幅度降低生产成本，有利于加广泛推广和应用。该系统采用触摸屏对自动寻迹运输车进行控制，直接选择屏幕上的菜单，便可操作运输车。该系统配备了自动检测、报警及避障装置，加，大大减少了不事故的发生。
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