6ES7331-7KB02-0AB0参数方式

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在立式空调、电冰箱等大型工业生产线中，由于受到空间的限制，往往要将一条生产线分割为几个工艺段，分别安装在几个楼层中，这样各个工艺段的货物如果使用传统的货物电梯进行传送，将会给生产带来许多不便，而且还会影响生产效率。因此，设计一个直接连接不同楼层的生产线的提升机是必要的。由于在某一时间段内生产线的传送带都是向固定某一方向运行的，因此在工程设计上，把提升机设计为单向载货，但可以通过手动开关进行传送方向的转换。

1、工艺流程简介

由于向下运行和向上运行的控制方法是相同的，在此以向上运行为例说明工艺流程，工艺流程简化框图如图1所示。

当按下启动按钮后，位于传送线上的光电继电器开始检测传送带上是否有板，有板通过门控电机开门，传送带电机和提升机小车电机进板，实现自动进板;进板到位后门电机关门，提升机自动上升;上升到位，门控电机开门，传送带电机和提升机小车电机起动开始自动出板;出板完成 后进入下一个循环。

2、硬件设计

提升机的硬件设计包括信号环节、门控制环节、传送电机控制环节、提升机小车电机控制环节、变频调速及电机拖动环节。

提升机是典型的顺序控制，控制信号决定其运行状态。提升机信号检测主要由一系列的行程开关和光电传感器完成。本设计采用美国邦纳工程有限公司生产的光电传感器和LSX型行程开关。

门控电机和传送带电机实现自动门的开关和货物的传送，采用直流他励电机，工作时要求有简单的刹车过程。

提升机采用变频器的矢量自动转矩提升控制方式;变频电动机为松下标准的EM-FBH型，4三相电动机。变频器选择松下DV707H-5500BC型变频器，其三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为自身主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，N、P端接制动单元和制动电阻，以减少制动时间，加快制动过程，制动过程中电梯机械系统的动能转换成热能，消耗在制动电阻上，因此电梯控制柜要保持良好的散热条件。

由于该系统的I/O量只有61个，属于小型控制系统，选用OMRON公司生产的CPM1A系列PLC组建系统时，单机容量还不能满足系统的要求附加扩展。由CPM1A系列PLC参数可知CPM1A-40CDR-A型PLC有24个输入接点和16个输出接点，CPM1A-20EDR1型PLC又有12个输入接点和8个输出接点，选用一个CPM1A-40CDR-A作为主控单元，然后串接两个CPM1A-20EDR1作为扩展，这样就可以得到48个输入点和32个输出点，足可满足控制系统40点输入输出的要求。

将输入信号40个，输出信号21个按各自功能类型分好，并与PLC的I/O编码一一对应，编排好地址。

3、软件设计

通过工艺流程图，可以看到该提升机如果按照典型的顺序控制编写程序将会给程序带来许多重复指令，但如果将提升机的PLC控制程序分为点动操作和自动控制两部分。点动操作是指手动控制模块;自动控制又可分为自动上升模块、自动下降模块和卡板自动调整模块三部分

(1)点动操作

点动操作主要用于调试或检修，这些操作包括手动开门/关门、手动进板/出板、手动上升/下降，但这些操作都满足一些特定的条件才能实现，因此在程序设计中使用连锁指令IL(02)与连锁指令ILC(03)，如图3所示，如果IL前的条件是OFF，那么在IL和ILC之间的那一部分程序就不执行;如果IL前的条件是ON，那么在IL和ILC之间的那一部分程序就正常执行。

(2)自动控制

由于急停或停电恢复后无须通过点动操作完成剩下的操作或者复位，因此辅助继电器采用断电保护型继电器，定时器也需要具备断电保护功能。自动上升模块和自动下降模块都可以通过两个条件来实现，一个是载货自动，另一个是被邀自动。载货自动是指传送货物时运行条件满足时自动运行，被邀自动是指出现传送方向转换时半周期空载自动运行，但无论哪种自动一旦遇到卡板信号或急停信号都会立即复位。

闭环控制的变频节能系统用途很广，各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同，具体应用时应根据实际情况选择设计。下面列举一些：

空调节能：冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。

恒压供水：水厂一、二级泵，供水管网增压泵、大厦供水水泵等

锅炉：引风机、送风机、给水泵等，变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。

汽轮机：循环泵、凝结泵等，其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。

纯水处理系统：软化水泵、增压泵等。

洁净室：增压风机、FFU等等。

整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用：

(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模块、AI/AO模块组成。PLC作为控制单元，是整个系统的控制。其主要的作用要体现以下几方面：

①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。

②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。

③向触摸屏提供所及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。

④将PID运算的数据转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。

⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。

(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370，其主要作用如下：

①可实时显示设备和系统的运行状态。

②通过触摸向PLC发出指令和数据，再通过PLC完成对系统或设备的控制。

③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能加强大。

(3)变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数，根据PLC发送过来的数据(模拟量)值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC。

(4)压力、温度等传感器：将被控制系统(水系统或风系统)的实际参数值转变成电信号上传至PLC。

(5)电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。

触摸屏画面设计

触摸屏画面由ProTool等软件进行设计，然后先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。

(1)主画面的设计

一般的，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。

(2)控制画面的设计

该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多，其具体画面数量由实际被控设备决定。

(3)参数设置页面的设计

该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。

(4)实时趋势页面的设计

该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数(如输出频率)等的实时状态。

(5)信息记录页面的设计

该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。

(6) 节能画面的设计

该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。

PLC程序设计

PLC程序由S7-200编程软件进行设计，然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试，合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的进行规划，以免重复使用同一，造成误动。

(1)逻辑功能的设计

这部分程序主要是完成各变频水泵(或风机)的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能，一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。

(2)PID功能的设计

通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序，具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。

(3)采样程序的设计

采样元件使用标准配置时，应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套，实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。

(4)PLC与变频器通信程序的设计

SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成，该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。

(5)其它辅助程序的设计

PLC程序在实际编程过程中，需考虑对一些程序进行修补，尽量减少程序漏洞，反复推敲，不断的总结完善。

结束语

在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统，提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中使用，实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃，这必将使触摸屏与PLC被多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点

四、控制系统硬件设计

控制器采用三菱AnS系列的PLC，它是专为顺序控制和数学运算而开发的控制器。AnS系列的PLC提供多种网络系统组合和特殊功能组件，使其地适用于过程控制、定位控制和其它各种类型的控制。本系统中下位机PLC模块和各部件的功能：底板(A1S38B)、电源模块(A1S61PN)、控制单元(A2USH-CPU-S1)、输入模块：A1SX42(传感器和按钮输入信号)、输出模块(A1SY10—控制输出的信号)、网络通信模块(A1SJ71AP21—进行网络通信)、高速计数模块(A1SD62—编码器读数计数)、模拟量输入模块(A1S64AD—变频反馈信号)、模拟量输出模块(A1S62DA—变频输出信号)、串口通讯组件(A1SJ71UC24-R2—触摸屏连接的通讯接口);上位机PLC模块和功能：底板(A1S38B)、电源模块(A1S61PN)、控制单元(A2USH-CPU-S1)、输入模块(A1SX42-传感器和按钮输入信号)、输出模块(A1SY10—控制输出的信号)、网络模块(A1SJ71AP21—进行网络通信)、通讯组件(A1SJ71UC24-R2—操作界面连接的通讯接口)、通讯组件(A1SJ71UC24-R2—打印机连接的通讯接口)。

根据实际应用情况，现场传感器网络设计包括16路传感器输入点信号连接到4个TM-4NC输入单元，通过长距离通讯线连接到TM-S16通讯单元，然后连接到PLC的输入模块，注意配置正确的通讯单元参数。升降电机的变频器采用富士公司的矢量变频器FVRVG5S-2A-37?kW，铲车变频器采用三菱公司的FR-A520-5.5kW。

五、控制系统软件设计

软件部分的是上位PLC操作程序和下位PLC操作程序设计。上位PLC操作程序包括：操作显示数据程序、存取报表打印程序、数据维护程序。下位操作程序包括：自动存车操作子程序(P101)、自动取车操作子程序(P102)、自动存入空板子程序(P105)、自动取出空板子程序(P106)、维修手柄操作程序、手动操作存取程序、触摸屏操作程序。

存取车程序操作设计了自动、手动、检修、只存、只取操作方式。“只存”操作方式应用在上班高峰时，此时主要是存入车辆;“只取”操作方式应用在下班高峰时，此时主要是取出车辆。上位机的应用软件对系统的报警和实时工作状态进行处理分析使操作管理人员充分了解停车场车位的可用数量、具体位置及用户分类等，使操作管理人员合理调度，合理科学地对车场进行管理。

六、控制系统关键技术说明

1.升降机定位设计

升降机采用高速变频矢量控制。采用编码器(1200P/R)和地址芯片技术，应用输入中断处理，并根据不同的存取层调用不同的速度曲线数据，每层的精度可达到±5mm，平均存取车辆时间为98秒。低速定位时矢量变频的速度为50Hz～10Hz，矢量变频高速运行时的速度为700Hz，加减速时变频输出速度按PLC数据运算表输出，保加减速平稳。

矢量变频控制符号说明：

FWD——PLC输出控制的变频正转指令(升降机上升);

REV——PLC输出控制的变频反转指令(升降机下降);

X1——PLC输出控制的变频预激磁指令;

X2——PLC输出控制的变频停止指令;

X3——PLC输出控制的负载补偿偏置(+)指令;

X4——PLC输出控制的负载补偿偏置(-)指令;

RYA——变频器运行有速度时，输出信号到PLC;

30B——变频器运行错误时，输出报警信号到PLC;

I2、I1——PLC特殊功能模块A1S62DA输出模拟信号(0～10V)控制矢量变频速度;

A0、N——变频负荷反馈信号(0～10V)输入到PLC特殊功能模块A1S64AD。

2.高速计数模块应用设计

选用高速计数特殊功能模块A1SD62。当接通电源或PLC复位时，初始值被写入缓存中，它有2个通道的高速计数，A1SD62共使用32点输入和32点输出信号，比如系统使用X20-X3F、Y20-Y3F，那么Y34是CH1计数允许命令，Y3B是CH2计数允许命令。CH1?的采样计数值缓存地址是4、5，CH2的采样计数值缓存地址是36、37。

0 引言

某印刷厂的闽台产JHML-T1000型湿式复合机原有的微机控制系统,采用各种板卡(信号采集输入卡、各种控制输出卡、张力控制板、显示卡等)和总线的分散控制结构。因年代久远和生产环境的影响以及没有对生产过程实施有效的张力控制，引起系统的不稳定。导致产品质量和产量下降。张力控制是整机的，也是影响产品质量的主要因素。在复合过程中，张力控制得当，就不会产生纵向或横向的褶皱，材料本身不会发生塑性形变。在印刷过程中，只要张力稳定，印刷的套准精度和废品率就很容易控制。机器速度越高，张力控制就显得越重要。要得到高质量的产品，就配备功能完善的张力控制系统。因此，对该复合机张力控制系统进行了的技术改造：用PLC为的控制系统取代原有的微机控制系统，以期对该设备进行稳定的张力控制，从而满足生产工艺的需要。

1 系统介绍

复合机张力控制系统结构如图1所示。整个系统分为放卷、张力从动控制和复合、印刷与卷取主动控制两部分。

1.1 放卷张力从动控制

放卷张力控制分为两段，即纸料与复合辊之间的张力控制和铝箔料与复合辊之间的张力控制。放卷时均采用被动式的恒张力放卷，因此放卷过程中随着卷径的减小，张力要保持基本恒定，就要由磁粉制动器通过调节传动力矩来满足张力恒定的要求。同时因为这两段的距离比较短，所以张力初始值的设定要小一些。值得注意的是，料卷越重，放卷张力就越大;卷径相同时，料卷越宽，张力越大。

1.2 复合—印刷—收卷张力控制

复合—印刷—收卷张力是由复合辊、印刷辊和收卷辊之间的速度差造成的。在复合机中，通过调节复合辊电机、印刷辊电机和收卷辊电机的速度输出来达到调节这部分的张力。除了受速度差的影响外，还与实际基材的伸缩率、厚薄变化、干燥温度、高燥区长度、料带的传输速度等因素有关。如果基材的伸缩率越大，在张力作用下越容易变形，所以应针对不同材质的基材适当调整整流输出，改变速度差，从而得到一个合适的张力值。如果基材厚度不均匀，复合辊和印刷辊的压力就会波动，从而造成速度的变化，也影响了张力。如果这部分的张力太小，就会出现褶皱，甚至造成堆积现象。但也不能过大，张力太大会使料带发生变形，甚至出现纵向皱纹。

2 系统方案

针对原来工控机系统分立板卡结构的缺陷，采用以PLC为的张力控制系统，数字量输入输出采用CPU226自带的输入输出和数字量扩展模块EM221的8路输入和EM223的16路输入/16路输出实现;模拟量输入采用EM235模块，模拟量输出采用EM235模块和EM232模块。系统总体结构框图如图2所示。利用2台磁粉制动器控制放卷过程的张力，4路张力检测器实现各段张力的检测输入，3台直流调速器实现对3台拖动直流电机的控制，后通过PLC完成系统的逻辑控制。

3 系统硬件

在张力控制系统的设计中，采用西门子S7-200系列小型PLC作为逻辑控制，通过它来控制复合机生产过程中的各个环节。通过对磁粉制动器和直流拖动电机的控制，实现生产过程恒张力控制。根据复合工艺流程顺序，整个张力控制系统也可以按不同工艺过程分为如下4个部分来处理。

3.1 放卷控制

1、 放卷过程结构

放卷过程张力控制分为两段：纸料与复合辊之间的张力控制和铝箔料与复合辊之间的张力控制。放卷采用被动式的恒张力放卷，因此放卷过程中随着卷径的减小，张力要保持基本恒定，就要由磁粉制动器通过调节制动力矩来满足张力恒定。张力传感器检测负载张力，经过张力信号放大器以后，送到控制器中。控制器综合给定和反馈张力，输出控制信号，经功率放大器驱动磁粉制动器作用到卷轴，形成张力闭环控制系统。

2、 输入输出信号

放卷过程输入输出信号流如图3所示。装在张力感应辊两端的张力传感器把感应压力转换为电压信号，经过放大变成0～10V标准信号，输入PLC模拟量输入口。在张力控制过程中，给定值与反馈值比较后，得到一个张力偏差量e(t)，经PID算法子程序处理后，获得控制量u(t)，经功放后驱动磁粉制动器，以此控制刹车的制动电流大小，进而控制刹车输出制动转矩，从而使放卷张力维持在一定的范围，实现张力的恒定。

3.2 贴合控制

纸料和铝箔料放卷以后，在牵引力的作用下，分别以料带形式经过导辊。在贴合操作之前，先要进行涂布。涂布就是在料带上涂上类似于胶水的化学物质，这样才能进行贴合。涂布以后的纸料和铝箔料在牵引力作用下进入贴合辊，在贴合辊和贴合轮的压力和涂布胶水双重作用下，纸料和铝箔料被紧紧地粘在一起，完成贴合过程。贴合过程对PLC说是开环的。但直流调速器与直流电动机之间是转速、电流双闭环的逻辑无环流控制，这样就保了电机速度控制的性和稳定性，所以对直流调速器—直流电动机系统来说，仍然是闭环控制。PLC仅仅提供一个速度给定值。

3.3 印刷控制

复合以后的料带通过导辊进入印元，在经过一系列印刷工序处理以后，在牵引辊施加的牵引力作用下，从印元出来，进入下一道工序。在这个过程中，是传感器采集到的张力信号先经过信号变送器的处理，然后进入张力控制器的反馈输入端。在与张力给定值进行比较以后，输出控制信号，控制直流调速器的工作。直流调速器根据张力控制器的输出，来控制直流电动机的转速，完成印刷过程张力的闭环控制。控制器输入有张力反馈输入和给定输入，控制器输出为速度控制输出。输入输出信号流图4所示。

3.4 贴合、印刷、卷取过程电机拖动电路

该系统的电机拖动，采用了SIEMENS公司的SIMOREGK 6RA24型全数字直流调速装置作为直流拖动电机的驱动、控制装置。调速系统有4个模拟量输入口，5个模拟量输出口，8个开关量输入和4个开关量输出口，其装置软件很容易替换。使用相当方便。

由于复合机只有短时的正反转，其余均为正转，其短时正反转(点动)可以由接触器来解决。故选择单相限调速器。数字化调速器的控制功能是靠软件来实现的，所以进行参数设置。本系统对控制精度无特殊要求，不使用测速接口。

4 系统软件

控制系统主程序流程图如图5所示。

主程序是初始化。PLC开机扫描，运行开机初始化子程序，通过调用该程序完成系统存储器有关数据的初始化。然后是电源和故障检测输入部分。如果电源关闭，则程序运行直接转向结束，程序执行完毕;如果电源打开，则程序开始检测故障输入。如果没有故障，则继续下面的扫描;如果发现故障，则调用报警子程序，然后程序转向结束，程序执行完毕。然后是自动/手动选择。手动操作仅用于调试设备，而自动操作才用于生产。如果是手动，则调用手动操作子程序。接下来是运行与停车判断。当输入是停车时，则程序执行停车子程序;当输入是运行时，则程序执行运行过程。紧接着就是变速操作。如果系统给定发生变化，则运行变速子程序，使系统不断靠近而终达到新的系统速度。后是张力的PID调节部分。该部分通过控制2台磁粉制动器和2台直流电动机，完成系统的张力控制。

5 结束语

本系统利用SIEMENS S7-200小型PLC作为控制，实现了对现场信号的输入和系统的实时控制，保证了响应的稳定性和快速性。软件设计采用模块化设计思想，程序结构清晰，为以后的维护和改进带来了方便。张力控制系统是整机运行的，也是影响产品质量的主要因素。运行结果表明，该复合机张力控制系统运行正常，性能良好。