6ES7322-1FH00-0AA0参数方式

6ES7322-1FH00-0AA0参数方式

0 引言

某型航空电源车是某型飞机起动而设计的一种多功能综合型电源车。采用了PLC-EM23l组合控制技术、FSLW双流无刷电机，模拟某型飞机发动机启动过程，增加了直流O～70 V起动电源。经过使用，其电源品质和性满足某型飞起的启动要求。

1 某型航空电源车O～70 V控制原理

某型电源车0～70 V是从3～4 V左右逐渐增大到70 V左右的直流电源。其控制方式是在双流发电机直流电压励磁调节的基础上，采用PLC可编程控制技术，通过发电机进行采样，由软件控制来实现，其控制原理图见图1。0～70 V输出是通过控制接触器对飞机供电，并和28.5 V输出互锁。通过可编程器输出的PWM信号控制IGBT调整管的导通时间，以此来控制励磁电流的大小，改变发电机的输出电压。同时通过输出采样电压的采样分析判断，对PWM的输出进行补偿和时间调整，以保证0～70 V电压的输出能够满足某型飞机起动特性要求。

工作过程为：由飞机起动系统向地面电源设备发出“升压控制”信号，通过地面电源设备的O～70 V励磁控制电路，按照设计要求自动转换发动机励磁方式，使发电机端电压从其剩余电压逐渐上升到70 V左右。起动升压状态如下：阶段，发电机以并励为主，发电机输出从剩磁电压3 V左右上升到14 V左右，电流从零猛增到1900 A左右;二阶段，发电机由并励转为串励状态，串励后发电机电压从14 V左右上升到38 V左右，起动电流从1900 A左右下降到1200 A左右;三阶段，飞机发动机起动过程的后阶段，在这一阶段发电机工作在复励状态，发电机端电压从38 V上升到70 V左右。

2 PLC在直流O～70 V启动电源中的设计

2.1 硬件设计

采用继电器的控制电路中，发电机励磁方式的两次转换是由两个继电器吸合来实现控制的，对继电器吸合电压的准确性要求较高，吸合电压由分压电阻采样发电机输出电压，由电位器来控制，随着分立元件的长时间使用，性能参数等发生改变，都会使继电器吸合电压发生改变;另外采用继电器作为转换控制器件，可导致发电机在升压阶段中电压的每一个转折点处，电压、电流都不是平滑改变的，这将降低用电设备的使用寿命。

采用PLC可编程控制器控制电路(见图2)，可以平稳控制，使发电机输出电压、电流无变化，延长用电设备使用寿命。西门子S7-200系列可编程控制器，其中处理单元采用CPU224，模拟量输入模块采用EM231，硬件电路简化示意见图2。西门子S7-200系列可编程控制器使用CPU224，CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，13 k字节程序和数据存储空间，6个立的30kHz高速计数器，2路立的20 kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，1个RS485通讯口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。

CPU224的IO.O输入端口检测到飞机起动信号时，通过电阻分压和电流传感器对发电机的输出端电压和输出电流进行采样，采样值进入PLC模拟量输入模块EM231，由处理单元CPU224内软件控制，对地面起动电源发电机输出电压和回路电流进行分析判断，比照飞机发动机各阶段所需的电压和电流起动波形，根据判断结果实时在其QO.O端口输出各起动阶段需要的PWM信号来控制大功率MOS管，以此来控制地面起动电源发电机励磁电流的大小，从而改变发电机的输出电压，以保输出的0～70 V电压严格满足飞机启动特性的要求。

2.2 软件设计

在软件设计中，我们采用了增量式PID控制算法，其具体算法如下：

△P(k)=Kp[E(k)-E(k-1)]+KiE(k)+Kd[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)]其中：P(k)：为K次采样时调节器输出，E(k)：为K次采样时的偏差值，Kp、Ki、Kd：PID比例系数。通过采样电压的变化，采用实时控制，闭环调节励磁电流，用PID调节规律，不断修正PID比例系数，按照匹配参数进行输出脉冲宽度控制，使发电机输出电压既满足0～70 V电压逐步升高的起动规律，又保证了各阶段时间节点之间电压的稳定性，使飞机起动电压和转速稳定上升。

2.3 软件控制过程

电压传感器将O～70 V电压转换为0～5 V的直流信号传输给PLC的A+端;电流传感器将0～2500 A电流转换为0～5 V直流信号传输给PLC的B+端;PLC实时采样，计算出△I/t、△V/t的变化值。

(1)采样时间开环，电压、电流双闭环控制方式调整电压输出过程，参照某型飞机的起动过程中时间与电压的对应关系而设置，即：0～3 s前，电压上升至1.5～7 V;3～20 s前，电压上升至7～19 V;20～30 s前，电压上升至19～35 V。

(2)根据电压、电流的变化，非线性分阶段对输出电压进行调整，即根据电流的变化△I和△I/AT电流变化率的控制参数的选取，通过软件模糊调节器来控制PWM大小及继电器工作的次序。PLC实时采样，计算出△I/△T、△U/△T的变化值。根据控制要求，确定时间对应变化关系。采用模糊智能控制方式方可得到有效控制的目的。

 　系统说明

1. 1 　系统工作原理

给煤机系统的主要功能就是根据发电功率的要求来调整燃烧所需要的煤量。给煤机主要由输送带和马达组成,从煤仓落至给煤机输送带上的煤通过输送带输送至磨煤机。系统原理如图1所示。系统将两路称重传感器测得重量信号转化得到实际煤重,比较两路重量大小判断称重传感器是否失效,如果没有失效,实际总重量即为两路重量之和;如果失效,实际重量等于密度与容积之积,实际重量与输送带速度的乘积即为实际给煤率,然后根据请求给煤率和实际给煤率的偏差,采用常规PID控制调节给煤机马达转速,终实现系统煤量调节,同时也实现发电功率调节。

1. 2 　系统工作方式

(1)遥控方式是给煤机控制系统主要的工作方式,所谓的“遥控”是相对DCS主控室而言,也就是说给煤机在该工作方式下接受来自DCS主控室的控制信号实现煤量控制,控制信号主要有给煤机的启停信号和请求给煤率信号。当操作人员选择“遥控方式”时,给煤机按用户请求的给煤率实现恒流量控制。

(2)停止方式

使给煤机停止工作,有2种方法: ①主控室发出一个给煤机停止信号; ②在就地控制柜的触摸屏上选择“停止方式”。给煤机的停止方式主要是为了实现在该工作方式下的“校验皮带秤”的工作。当操作人员选择“停止方式”时,给煤机先停止运行,然后用户可以选择“校验皮带秤”等功能进行相关操作。

(3)就地方式

就地方式是一种就地调节给煤机转速的工作方式,在该工作方式下,系统不接受来自DCS主控室的控制信号。当操作人员选择“就地方式”时,给煤机按现场设定的速度运行。该方式作为校验系统转速变频控制功能是否正常的一种方式。

2 　控制系统设计

2. 1 　系统基本组成

该控制装置主要由PLC、NT(工业触摸屏)、变频 器、重量检测机构、给煤机马达转速机构及各种执行机构等组成,控制系统组成结构如图2所示。

可编程控制器PLC采用日本OMRON 公司的CQM1H,CPU模块为CQM1H - CPU51,该CPU模块自带16个输入点,包括了3个高速计数脉冲输入;另外加1个D I模块CQM1H - ID211, 2个DO模块CQM1H -OC221, 1个4点A /D转换模块CQM1H - AD041, 1个4点D /A转换模块CQM1H - DA021及相应供电模块,以满足输入/输出点数及模拟量输入要求。变频器采用日本安川公司的YASKAWA—Varispeed G7系列3. 7kW变频器,该变频器具有操作简单、体积小、功能、抗干扰强、变频效果好等特点。

NT是与PLC配套使用的设备,它具有操作简单、界面美观直接、与PLC通讯良好、抗干扰能力强的特点,是一种取代控制面板和键盘的智能操作显示器,用于设置数据、显示参数、以动画等形式显示自动控制过程;作为PLC的人机界面,一方面扩展了PLC的功能,组成交互式工作界面的立系统,另外一方面也可以大大减少操作台上按钮、开关仪器等使用数量,使PLC外围电路简单。本系统选用OMRON公司的NT631C,它与PLC配套使用,实现各种开关量输入、系统参数设定、修改及各种工作状态显示,它通过RS - 232与PLC通讯。

2. 2 　PLC程序设计

给煤机控制主要有远控方式下的流量PID调节,就地方式下转速调节,停止方式下的给煤机的校验等,根据生产工艺要求,考虑操作方便及性,采用模块化程序设计,系统程序结构如图3所示。

给煤机的流量P ID调节是根据实际给煤率和请求给煤率的偏差进行P ID调节,实际给煤率的计算精度将直接影响到给煤机控制系统的调节精度,因此实际给煤率的计算非常重要。系统称重传感器称重的有效范围是91. 44 cm,也就是说称重传感器出的称重信号值是91. 44 cm长度内的重量,如果不加处理进行累加必然出现重复累加,所以把91. 44 cm长度内的称重重量先转化为单位长度的重量,然后才进行累加。具体做法是先将每个扫描周期所累计的称重重量除以91. 44 cm所对应的齿轮脉冲数,得出单位脉冲所对应的重量,然后再乘以单位时间所对应的脉冲数即得到实际给煤率。

2. 3 　NT设计

NT631C是一个小型多功能5英寸的全屏幕显示面板,屏幕为320 ×240点,、防振动、防反光,可以在恶劣环境下运行。它通过本身具有的RS -232以直接连接方式与PLC或个人计算机通讯,在计算机上通过它的支持软件NTST3. 3C设计各个控制及说明画面,下载到触摸屏后,再通过与PLC的通信来完成。

屏幕的软件框图如图4所示。2类画面之间的切换由头的方向表示,可有2种方式切换: ①设置功能键,两屏幕之间直接切换,不经过PLC; ②设置开关键,由PLC控制切换。

(1)初始画面　显示本控制系统名称;

(2)参数设置　包括就地控制转速、校验挂码重量、P ID调节参数、各报警的时间参数及报警值的设置。在每一个参数设置画面都有输入键盘,每个键盘都为触摸键,用户可直接输入数据,这些数据被放入NT631C的数据表中,通过通信再送至PLC的数据寄存区, PLC程序运行时就会调用这些参数。为了保证系统参数的,进入“参数设置”项输入密码,密码输入正确才能进入设置或者修改参数,当然密码随时可以修改。

(3)运行　包括运行操作和运行状态的显示,运行中所有的操作都通过触摸屏完成,其中包括运行方式的切换,系统功能的选择都是通过触摸屏实现;运行操作按钮也同样是设置了密码的权限保护,避免其他人等的误操作。状态显示包括了系统中所有的重要参数,如请求给煤率、实际给煤率、实际转速、给煤机马达电流等。

(4)报警历史　报警历史可以显示多达256 条报警记录,用于帮助分析系统出现的问题。

2. 4 　变频器参数设置

在该控制系统中,变频器接受远方模拟量端子输入控制,也就是说PLC输出模拟量转速控制信号到变频器,由变频器来完成变频控制给煤机马达。其中主要参数设置如表1,其余参数按出厂的默认设置。

1.引言：

随着科技的飞速发展，纺织机械设备制造业也迎来了性的发展，当前纺机设备的发展特点主要体现在：触摸式人机界面(HMI)，可编程逻辑控制器(PLC)以及各种气动控制元件的广泛应用;目前不断提高纺机设备的自动化程度以减轻操作者的劳动强度和提高纺织厂的生产效率成为纺织机械生产厂家的一个重要的研发设计宗旨。而自动化动作的实现则普遍需要通过用PLC来控制电磁阀以及气缸等执行部件来实现。条并卷联合机是前纺中精梳准备工艺中生产效率的一种设备，HXFA368型条并卷联合机的自动化动作的实现需要通过压缩空气驱动气缸来实现，而压缩空气则是由PLC控制电磁阀来实现控制的。HXFA368型条并卷联合机采用了亚德客的电磁阀和气缸等气动元件来实现自动动作的执行。

2.应用设计

2.1 HXFA368型条并卷联合机的气动控制系统概述

一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。 HXFA368型条并卷联合机选用亚德客的电磁阀、气缸、压力表以及管接头做为标准配置，主气源进气处先通过三连件后再进入主气路，各个电磁阀用来作为相应动作单元上压缩空气通断的控制，电磁阀则由PLC控制器来实现逻辑上的控制，气缸的选用根据具体机械动作的实现来确定，气缸运动的速度根据相应的节流阀来进行调节

2.2HXFA368型条并卷联合机的动作流程概述

HXFA368型条并卷联合机的部分动作流程图：

HXFA368型条并卷联合机部分动作流程图

HXFA368型条并卷联合机在当设定的棉网长度到时主电机转为低速，电磁离合器分、扯断棉网，主电机停，此时棉架快速上升，上升到位时打开夹盘，棉架暂停在位，开前门，前门打开后推棉卷，棉卷推出后推卷机构返回，推卷机构返回后关闭前门，前门关闭后棉卷架快速下降到位，然后再进入上空管的步骤;棉卷推出后执行翻棉卷到小车的动作，翻棉卷机构返回后小车前进一步，推小车机构返回。

HXFA368型条并卷联合机各种动作的实现均是通过气动执行元件来实现的，在气动控制系统中将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋动的元件，称为气动执行元件。在条并卷联合机中是采用电磁阀来控制气缸来执行动作的，而电磁阀的动作则由PLC来控制，在本设备的控制系统中采用了中达电通有限公司的DVP60ES型PLC来控制整个系统工作;电磁阀及气缸则均选用亚德客有限公司的产品。

2.3 HXFA368型条并卷联合机的自动动作的实现

HXFA368型条并卷联合机具电一体化程度较高的特点，其主动力由11KW的变频电机通过变频来实现变频调速控制，各个分步动作的实现主要由电磁阀控制压缩空气驱动气缸来实现动作控制，上下空管、翻棉卷、棉卷支架上升下降、推棉卷、小车前进、前防护门开合、空管仓落空管以及送空管机构上升下降等动作都对应着相应的电磁阀和气缸，而整个动作的协调运作则有PLC控制器来实现控制功能，在此只做一个简单的概述。

2.4控制电磁阀的PLC程序设计概述

HXFA368型条并卷联合机上的各种自动动作的实现是通过用PLC控制电磁阀来实现的，下面是一段对部分动作进行控制的步进程序。

在程序中：S41是“送空管上升”过程的控制，X17 是送空管机构上升限位位置检测点，X30是棉卷夹盘左合到位检测点，X31是棉卷夹盘右合到位检测点，M131继电器是实现对送空管机构上升动作的过程控制，程序中行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构没有上升到上升限位点而且左右夹盘均没有处于闭合状态的条件下执行送空管机构上升的动作。程序中二行的M132继电器实现对送空管机构下降的控制，二行的指令是在S41步进程序步的控制中当送空管机构已上升到上升限位点时实现对送空管机构下降的控制。三行程序的指令是当送空管机构已上升到上升限位点时程序进入S42步进程序段即夹盘上升1mm步进段。

S42是“夹盘上升1mm”过程的控制，X16是送空管机构下降限位位置检测点，四行程序实现的指令是当送空管机构复位时将送空管机构下降的动作复位;五行程序实现的指令是通过Y7来控制相应的电磁阀以便实现棉卷夹盘上升1mm的控制;六行中的X33是棉卷支架上升1mm和下降限位的检测点，六行实现的指令是棉卷夹盘上升1mm后进入S43步进程序段。

S43是“上升1mm后夹空管”过程的控制，七行中的M129继电器实现松开棉卷夹盘的控制功能，七行实现的指令是对松开棉卷夹盘动作进行复位。八行中的M124继电器实现的是闭合棉卷夹盘的控制功能，本行的指令实现的是实现控制闭合棉卷夹盘的命令;九行实现的指令是当左右棉卷夹盘闭合时进入S44步进程序段。

S44是“棉卷支架上升、落空管”过程的控制，在十行的程序中M513继电器实现的是运行状态下棉卷支架保持的的控制功能;十一行中的M134继电器实现的是空管仓落空管命令;十三行执行的是延时2秒后翻空管命令。十四行中X25是弹簧板处空管检测点，本行指令执行的命令是弹簧板处有空管时进入S45程序步进段。

S45是“换卷后启动”过程的控制，十五行执行的是启动低速运行控制指令。

PLC通过对各个自动动作的限位点的检测来实现对各个汽缸动作执行的协调，气缸是通过电磁阀控制的压缩空气来驱动的，具体动作执行的是否到位是通过传感器的检测来确定的。汽缸的运行速度则是通过调节节流阀来实现调节的。

2.4控制电磁阀的人机界面程序设计概述

在HXFA368型条并卷联合机上为了便捷的实现对各种自动动作的分立调试在此应用了台达DOP-AE10THTD型人机界面。通过人机界面可以方便的实现操作人员对各个电磁阀的实时控制，大大的方便了对各个自动动作的调试。

2.4.1 HXFA368型条并卷联合机上通过人机界面控制和调试电磁阀执行动作的界面设计。

在此界面中通过对打开棉卷夹盘，推棉卷，翻空管一次等触摸键的操作可以实现对相应电磁阀的控制，电磁阀通过对压缩空气的控制来实现压缩空气对气缸活塞的驱动进而实现相应的汽缸动作。在设备的调试过程中调试人员先通过调试设定界面中的触摸键来控制单步动作的执行，然后根据实际操作的需要来调整节流阀，以此实现对气缸运行速度的调节。

3.HXFA368型条并卷联合机气动控制系统中常见故障及解决方法

3.1电磁阀故障

电磁阀做为一种执行元件受控于PLC控制器，由于棉纺织设备长时间处于24小时运作状态电磁阀长期动作易造成电磁阀吸合不到位或者损坏两种情况，电磁阀吸合不到位在HXFA368型条并卷联合机上体现出来的状态是间歇性动作故障，进而引起设备间歇性故障停车，在此种状况下当对单个电磁阀又不好判断出阀体埙坏，需要根据具体情况进行综合判断;在电磁阀埙坏的情况下体现出来的故障情况是某个动作不执行，在此情况下可以根据实际情况换相应的电磁阀来解决问题。

3.2传感器故障

在设备自动动作执行的过程中需要用传感器对气缸动作的执行进行限位检测以便PLC对设备的自动动作进行逻辑上的协调控制，检测传感器的选用一般有磁感应传感器和接近开关两种类型，检测传感器一旦损坏就会导致自动动作停留在某个动作位停止而不继续往下执行下一步动作。遇到这种故障情况时就应当根据自动动作执行的情况来查找个并换相应受损的传感器。

3.3气缸故障

作为一种重要的执行部件气缸通常会因为长时间的运作而导致气缸内部的活塞出现漏气现象，这种故障情况下气缸所表现出的现象是在压缩空气送入气缸后气缸不动作或者动作力度及行程达不到相应的要求，遇到这种情况时就应当对损坏的气缸进行维修或者换气缸。

4结论语

HXFA368型条并卷联合机是一种自动化程度比较高的棉纺织设备，该设备是为棉纺织企业前纺工段中的精梳工序做准备的一种能棉纺设备，该型纺机设备经过多年来的改进提升总体性能和效率已经可以替代国外同类纺机设备如瑞士立达公司生产的E32型和E35型条并卷联合机，而其价位却仅为后者的三分之一左右，为国家节约了大量外汇。目前HXFA368型条并卷联合机已经广泛的应用在山东、河北、河南、陕西、甘肃以及湖南等多数棉纺织企业，其优良的性能已经得到了棉纺织企业用户的。