西门子6ES7313-6BG04-0AB0支持验货

西门子6ES7313-6BG04-0AB0支持验货

该系统为挤出机及其辅机设备推出的标准控制方案。此方案中的控制部分采用西门子公司的SIMATIC S7－300可编程序控制器，其强大的控制功能以及灵活的模块化结构可以满足各种类型挤出设备的控制；人机介面采用SIMATIC OP37操作面板，大屏幕彩色液晶显示以及用户定义的人机操作键盘，可以方便地对整个设备进行监视及操纵；调速部分采用MICRO/MIDI MASTER变频调速装置，利用及优越的矢量控制性能，可以确保挤出设备各部分运行的平稳与同步。
----挤出机控制系统的主要控制功能概括如下：
主机及机头温度控制(加热/冷却控制)，可显示温度变化实时曲线及历史曲线，并可选择监视各加热区的加热电流
熔体压力监控，可显示压力变化实时曲线及历史曲线
可实现机头压力闭环控制以确保制品质量
熔体温度的监视，可显示温度变化实时曲线及历史曲线，并可设定熔体温度的报警范围
主机及辅机转速的设定、监视、控制及各电机转速的同步控制，并可实现速度闭环控制
可显示各电机转速及扭矩的实时曲线及历史曲线
主机及辅机电机负载电流的监视及过载报警
可存储1000套工艺参数配方
故障报警功能，可显示故障原因、故障位置、故障发生时间及故障排除方法，并可存储500条历史报警记录
设备使用及维护提示
生产计划，统计管理
多条生产线联网，集中管理
----此系统适用于各类挤出机生产线的控制，包括：
型材生产线
单壁、多壁及发泡管材生产线
板材及发泡板材生产线
片材生产线
单层及多层吹模生产线
造粒生产线
铝塑复合管生产线
多机共挤生产线等等。1 引言
济南正昊化纤新材料有限公司化工三厂有一套年产15万吨聚酯熔体的装置，后面配套装置为年产7万吨短丝，剩余熔体经切粒机切成聚酯切片后包装成一吨袋装外销。包装机选用航天部十二所的一吨袋装自动称量包装系统，共有两套。系统采用可编程控制器进行自动控制，本文将讨论PLC在包装系统中的应用技术。
2 系统总体
此包装系统总体运用机电一体化技术。可编程控制器(PLC)和称重指示控制仪F701组成测控系统来完成切片的称量、计量、包装的生产工艺过程。该系统以PLC为控制，配以称重指示控制仪、气动执行机构、电动执行机构、自动控制部件和机械装置，实现切片的在线称重计量和包装工作。
2.1电控系统
包装机的控制部件由两部分组成。
(1)盘装部分：由主控柜、副控柜和两个现场操作盒组成。主控柜内主要有PLC和称重指示控制仪F701以及码盘设定器、袋计数器等。副控柜主要为交流接触器和热继电器，分别控制M1风机电机、M2提升机构电机、M4传送机构电机，其中提升机构由于有升有降，所以用了两个接触器。现场操作盒AR1用于料口升降控制，AR2用于传送控制。
  (2)现场部分：
3个电机M1、M2、M3；
4个两位五通电磁阀配合气缸分别控制投料门1(电磁阀YV1)、投料门2(电磁阀YV2、)排料门(电磁阀YV4)和袋口夹松开(电磁阀YV5)；
6个限位开关，SQ1为投料门关位置，SQ3为排料门关位置，SQ4、SQ5、SQ6、SQ7分别对应装袋提升机构的料口上位、下位、上限、下限；
3个称重传感器BP1、BP2、BP3；
1个光电开关SQ11用于料包到传送链板尽头。
主要的机械装置有称量料斗、板式输送机、装袋机构、控制门、排料门等。由于切片是粒状的均匀颗粒，同粉状物料相比流动性好且不粘附，所以靠自重来落料即可，料斗也不用做特殊操作。其中控制门采用的是双闸门，控制门1和2全开时为快投料，控制门2关闭1开启时为慢投料。


图1系统总体框图
2.2包装工艺过程
(1)称量过程：此系统有自动和手动两种操作方式，但手动方式也是由PLC实现的。手动方式主要用于调试、维修和排除故障，所以以自动操作为例介绍。
PLC向F701发扣除皮重信号后(此时净重立即设置为0)，打开控制门1和2，由料仓向称量料斗投料(快投料速度约23kg/s)，当达到预置值时关闭控制门2，将快投料改为慢投料(速度约为2kg/s)，当料量达到落差值时关闭控制门1，投料结束。稳定后PLC向F701发数据保持信号，F701自动的与设置的不足、过量、上限值比较，若适量则“称好”灯亮，若过量或欠量则“差”灯亮并报警。
(2)提升机构动作及放料过程：将空袋夹在放料口上加好，按AR1的“料口升”按钮待“称好”灯亮后料口自动升到上位，风机启动充气15s，充气结束后打开排料门开始放料，当F701发出接近零信号后5s关闭排料门，然后自动松开袋口夹，同时袋计数加1，PLC向F701发一个皮重复位命令信号(取消去皮重操作)，装满料的袋脱离料口放置在传送机上。
(3)传送过程：按AR2的“传送启动”按钮，M4启动自动传送一个袋位停止，由人工扎袋口，料口自动降至下位。以后每称好一袋，按传送启动按钮袋即顺序向前传送一个工位。如此循环往复。用叉车及时将传送机上的袋叉走。
欠量时允许通过按“慢投”按钮进行补料并自动达到适量;过量时系统除报警外无纠正措施，须按“强制”按钮打开排料门放料。
3PLC控制系统
3.1硬件配置
此包装系统的控制部分即为PLC。PLC选用的是和扩展性较好的欧姆龙的C200HE，其硬件配置如图2所示：


图2PLC布置图
(1)CPU选用SYSMACC200HE-CPU42-E，程序容量为7.2k字。
(2)数字量输入卡件(DI)共有4个。型号均为B型ID212的DC输入单元，此卡件支持16点直流电压输入。共使用了32个输入量，包括称重指示控制仪F701的控制输出信号和按钮、旋钮、限位开关的输入。
(3)数字量输出卡件(DO)共有3个。型号为B型OC222继电器输出单元2个，此卡件支持12点继电器输出;A型OD411晶体管输出单元1个，此卡件支持8点输出。共用了20个输出量，包括电磁阀、电机的控制信号、信号灯指示和送到F701的控制信号。
(4)电源和底板。电源选用PA204，底板选用8槽底板。
3.2PLC的程序
C200HE的程序用易于理解的梯形图来表示，当使用普通编程器时须把梯形图转换为助记符来输入。C200HE的程序结构虽不是模块化的，但在本系统中通过使用联锁和联锁解除指令—IL(02)和ILC(03)以及跳转和跳转终了指令—JMP(04)和JME(05)使的程序结构类似于模块化。此系统的程序共使用了4组IL、ILC指令。组用于检测控制门和排料门的限位开关是否到位，这两个限位开关到位与否是程序步进的关键点，若不到位程序将会停止，影响包装进度，所以及时报警通知操作人员。二组内嵌套了2组JMP、JME指令，分别对应从称量到放料的自动操作过程和手动操作过程。三组用于自动传送过程，四组用于手动传送过程。
此包装系统的重量并未使用模拟量输入卡件，而是通过使用三个并联的称重传感器和称重指示控制仪F701共同出来。F701是专门用于单一物料重量称量和控制的仪表，重量这一模拟量信号由F701来处理，而PLC与F701全部是数字量的交接信号。这样使此系统的PLC处理的全是数字量信号，在使控制精度大大提高的同时也使的编程相对简单，使用复杂的命令，而且由于重量在掉电再送电后，及运行中发生故障停止运行至排除故障恢复运行后不发生变化，所以不用考虑数据保持功能，即不需使用PLC内的特殊存储器和相应的命令。自动操作程序流程图如图3所示。
下面结合投放料程序梯形图PLC语句来说明一下此包装系统的自动投料过程及PLC与称重指示仪F701的交接信号的关系。用到的DI信号有00000(接近0)、00001(预置值)、00002(落差值)、00003(量不足)、00004(量过量)，以上信号均是从F701送到PLC，还有00009(自动方式的旋钮开关)、00301(限位开关SQ1，投料门关闭时闭合)、00303(限位开关SQ3，排料门关闭时闭合);DO信号有00700(去皮重信号)、00701(皮重复位信号)、00701(数据保持信号)，以上信号均从PLC送到F701，00600(投料门1开)、00601(投料门2开)、00602(排料门开)、00603(袋口夹松开)。在PLC程序中落差值这一信号有时也当作终值信号使用，因为重量到落差值时关闭控制门结束投料，时间上只存在阀门关闭用时的间隔，落差值的大小就是关闭控制门后还没有落到料斗内的切片重量。程序梯型图如图4所示。
投料条件：1、2句是系统次开机或每班次开始自动包装时的启动条件，此时投料门关闭着将进行投料了。3句是是二包开始包装的启动条件，此时上一包已投料完毕，袋口夹已松开投料门也关闭着。4句是在上两个条件任意一个满足且排料门关闭着时具备了投料条件。

投料过程：5句是在投料前PLC向F701发一个0.12秒的脉冲进行去皮重操作，此时F701将净重立即设置为0。6、7、10、11句，内部I/O位09010是重量未到预置值，这之前00600、00601均动作打开投料门1、2，此时为大投料；预置值00001到时09010为0，此时00601失料门2关闭改为小投料。03009是重量未到终值(落差值)，这之前00600动作打开投料门1，即预置值已到而终值未到时投料门1开着，此时为小投料，终值到时03009为0，00600失电关闭投料门1，结束投料。
放料过程：8、9句是称量斗终值已到4.5s后，PLC向F701发数据保持指令，此时进行重量比较。12、13句，03006是充气结束标志，排料控制09012为重量未差且充气结束后为1，此时00602得电打开排料门放料，放料到接近0后5s09012为0，00602失电关闭排料门可保证料已排尽。14句是排料结束后PLC向F701发一个0.12s的脉冲进行皮重复位操作，即取消投料前的去皮重操作。这样循环返回后再进行去皮重操作，保证每次称量的都是净重量。

1．概述
Kinco-K3系列由于性高、精度高、功能强、价格合理，在压瓦机行业得到广泛应用，目前广泛使用在彩钢瓦、琉璃瓦、C型钢等十几种设备上。琉璃瓦和C型钢编写的程序是有特点，应该说设计的理念，通用性强，应用范围广。下面简单介绍一下在C型钢设备上的应用。
2．工艺简述
带钢从设备的尾部进入，经各种压辊压制，从头部出来C型钢。以前，出来C型钢后，人去锯断，再到冲床打需要的孔。这样设备费时费力，C型钢的设备在不断改进中。大概经历了以下三步：步改进，加一个飞锯，这样把人去锯断工序改为自动锯断工序，但打孔工序还需要人抬到冲床打孔。二步改进，加一个打边孔的液压冲孔设备，冲一下四个孔，飞锯从中间切断。这样解决了边孔和锯断问题。但有时要打中孔的问题，还需要人抬到冲床打中孔。三步改进，加一个打中孔的设备。这样大部分的C型钢都可以生产了。现在又提出了新的要求：中孔是一次打一个孔，边孔是一次打两个孔，在C型钢的中部也需要打两孔，打两个孔的和打一个孔的只要设定尺寸都可以生产。这样就可以满足C型钢的所有要求了。现在以Kinco PLC为的C型钢控制系统就是能生产这种要求的C型钢，精度满足要求。
3．硬件配置
输入点：检测开关量、操作开关等。
检测的开关量有：飞锯的起点、终点开关；边孔的起点、终点开关；中孔的起点、终点开关；编码器（A、B相）；
操作开关量有：方式选择开关（自动、手动、中位）；辊道前进、后退；飞锯切断、返回；中孔下降、上升；边孔下降、上升；急停开关。
输出点：辊道电机（变频器）、液压电机；飞锯前进、后退阀；中孔下降、上升阀；边孔下降、上升阀；
硬件配置：Kinco-K306-24AR + Kinco-K321-08DX + eView触摸屏MT506L
4．程序编写
程序编写包括PLC程序和触摸屏程序
包括六大功能：设备参数、手动对位、生产参数、报警查询、生产画面、公司信息。
以下是一些特点：
设备参数是出厂前工厂内部设定的参数，是由设备制造厂的人员来设定的。
生产参数是生产人员设定的，比如生产的张数、打多少边孔、打多少中孔及长度等参数。
报警查询是当有报警时，有报警显示，故障处理后，按复位键，又可以正常生产了。
公司信息是显示公司名称、电话号码等信息。
生产画面是正常生产时显示的信息，包括生产设定的张数、实际的张数；设定的长度、当前的长度等等。
手动对位是一种很灵活的方式，可以设定、生产随意的长度。
密码功能是一大特色，设定密码可以很好保护设备厂家的利益。每一套设备一个密码，密码的管理也非常科学。
精度靠自动补偿完成。不仅能补偿过冲量，还能补偿收缩量。
生产参数是保存，生产参数是保存三天，如果断电三天内，上电后仍可继续接着断电时的状态生产。
5. 通讯实现PLC需要和触摸屏通讯，在触摸屏上不仅要输入数值量，显示数值量还要在触摸屏上操作单机设备，显示报价信息。
1）通讯电缆
PLC (9pin) MT506L（9pin）
RXD 2 --------------------------------2 TXD
TXD 3 --------------------------------3 RXD
GND 5 --------------------------------5 GND
2) 通讯协议
Kinco-K3系列PLC通讯协议是Modbus RTU协议（截止到本期发布日期，eview HMI已经开发了Kinco PLC协议）。 eView软件设置系统参数中PLC选型中可选用Modbus RTU。双方通讯参数设置为： 通讯口类型RS232, plc站号1，波特率9600bps，无效验，8位数据位，1位停止位。

1 引言
莱钢中小型轧钢生产线于97年建成投产，主要生产圆钢、弹簧扁钢、槽钢和螺纹钢。该生产线PLC控制系统由ABB公司提供，其自动控制系统采用ABB MasterPiece 200/1 PLC控制系统，实现了18架轧机以及冷床、冷剪和码垛机的自动控制。基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200/1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I/O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176以及32通道的DI/DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I/O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。
操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场设备进行监控，主要功能有1)轧钢生产设备的启停(2)设备数据设定和实时监控(3)事件与报警清单的显示与打印等。系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。系统配置图如图1所示。





2 PLC诊断轧钢生产设备故障的基本原理
轧钢设备的故障信号有数字量和模拟量之分，PLC采用不同的方法对这两种信号对应的故障进行诊断。
2.1 基于数字量信号的故障诊断
PLC对数字量信号的识别是通过其数字量输入模块完成的。PLC控制轧钢生产设备时，设备中的压力、温度、液位、行程数字及操作按钮等数字量传感器与PLC的输入端子相连，每个输入端子在PLC的数据区中分配有一个“位”，每个“位”在内存中为一个地址。读取PLC输入位的状态值可作为识别数字量故障信号的根据。诊断数字量故障的过程，实质就是将PLC正常的输入位状态值与相应的输入位的实际状态值相比较的过程。如果二者比较的结果是一致的，则表明设备处于正常工况，不一致则表明对应输入位的设备部位处于故障工况。这就是PLC诊断基于数字量信号故障的基本原理。这种诊断方法，故障定位准确，可进行实时在线诊断。通过PLC的图形功能块编程，还可将故障诊断融入过程控制，达到保护轧钢设备的目的。
2.2 基于模拟量信号的故障诊断
PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入端接收来自传感器或变送器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象。PLC诊断模拟量故障的过程，实质就是将在相应A/D通道读到的监测信号的模拟量的实际值与系统允许的限值相比较的过程。如果比较的结果是实际值远离限值，则表明轧钢生产设备对应的受监控部位处于正常状态，如果实际值接近或达到限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的限值根据实际系统相应的参数变化范围确定，利用PLC上的模拟量设定开关可设置该限值。
当模拟量的实际值达到模拟量设定开关的设定值，PLC还能按照一定的逻辑关系启动开关量模块上的输出位，或者从PLC的通讯口主动发起通讯，从而输出故障诊断的，并据此实现对轧钢生产设备的控制。
2.3 基于中断方式的故障诊断
PLC的中断方式有:
(1) 输入中断;
(2) 间隔定时器中断;
(3) 高速计数器中断。其中，输入中断特别适合于轧钢生产设备的故障诊断。它对应于工业操作站的硬中断，属于外部中断，但PLC的输入中断可用PLC的外部指令来屏蔽。将轧钢生产设备的故障信号作为PLC的输入中断源，一旦出现故障信号，CPU立即响应，停止正在执行的程序，转到中断子程序中去，即可方便地对故障进行处理。它与直接利用PLC的内部逻辑完成故障诊断的不同之处在于:采用输入中断处理故障时，可停止PLC主程序的执行过程，而直接利用PLC的输入和内部逻辑处理故障时，PLC的主程序仍处于运行状态。因此，要根据故障对轧钢生产设备的影响程度选择合适的故障诊断方式。PLC的输入中断方式对后果严重的突发故障的处理特别有用。
3　PLC在故障诊断系统中的作用
故障诊断系统是典型的人机系统，根据系统中的信息流向和功能划分的结果[1]，基于操作站智能化的故障诊断系统，如图2所示。





系统的输入模块要完成轧钢生产设备故障检测信号、控制指令和知识的接收工作。处理模块要求能自动实现特征参数提取、控制指令代码转换的功能。知识的整理和表达由领域和系统协作完成。控制模块是故障诊断系统的，它根据控制指令，利用知识，完成从故障特征到故障原因的识别工作。控制模块的功能越完善，故障诊断系统的智能化程度越高。输出模块通过声光报置和人机界面，给出故障定位、预报和解释的结果。其中，人机界面还能提供排除故障的技术路线。实现信息源从输入模块到输出模块的全自动流向，减少人在其中的干预作用，是轧钢生产设备对其故障诊断系统的要求。采用PLC的故障诊断系统，有助于实现故障诊断过程的自动化。
4　利用PLC和操作站实现智能化诊断的方式
实现轧钢生产设备故障诊断的智能化，可充分利用知识，提高诊断效率，是故障诊断技术发展的一个重要方向。由于目前的PLC产品不具备自动和存储知识的功能，所采用的编程语言无法完成控制层中的计算推理功能，因此，单纯采用PLC的故障诊断系统的智能程度是相当有限的。为此，可利用网络技术和通讯技术，将PLC和操作站联接成网络，互相取长补短，共同构成故障诊断的硬件系统。PLC采用并行分布式结构，作下位机使用，操作站作为上位机，可完成PLC的程序下装，实施对多台PLC的管理，进行复杂的数据运算，建立数据库，存储知识，其输入输出设备可用作诊断过程的人机交互。PLC与操作站通过两种方式联接成一个整体:一是通过PLC的通讯口和操作站的通讯口进行联接，二是通过PLC的输入输出端子与操作站上的开关量板和A/D板进行联接。其中，PLC通过通讯口传递给上位机的故障信号多达2个或2个以上时，上位机要通过编码进行识别，而通过PLC输出端子传递给上位机的故障信号，上位机要通过开关量板输入端子的地址来识别。PLC输入端子可接受来自上位机的控制信号或故障信号。网络中的PLC和操作站在故障诊断系统中各自扮演着不同的角色。通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判断、开关量故障信号的检测以及在严重故障状态下对设备进行的保护可交给PLC完成，而复杂的数值计算和人机交互可在上位机上完成。
5 应用效果
整个车间自动化系统为二级控制系统，即设备控制级和信息管理级，设备控制级即一级系统为RMC200轧线控制系统，采用ABB Master Piece系统，由10套ABB Master Piece200/1过程站、3套Master Piece90过程站、和3台Advant Station 500系列操作站、1台VT340监控站及2台MasterAid220编程器构成。各过程站之间的网络通讯采用Master Bus 300(简称MB300)，通过加热炉的过程站与二级信息管理级进行通讯。每一个MP200/1过程站通过一个DSCS140通讯板连接到MB300网络上,通过MB300网络进行数据交换，通讯板上可以设定地址开关，据此来确定该节点在网络上的位置。对于MP200/1与打捆机MP90的通讯,通过RMC7系统中的通讯板DSCS131连接至MODEM,打捆机上也分别装一MODEM和通讯板DSCS131，由MODEM来实现远程通讯。在加热炉RMC1的MP200/1系统中，通过DSCS150板与二级计算机系统IBM Netifinity 5000 服务器通讯，二者通过GCOM网络进行数据交换。下面以RMC2为例，简介实现轧钢生产设备故障诊断的智能化。
RMC2实际上包括三套PLC:RMC2、RMC52、RMC62，RMC2主要完成的控制功能有:轧制程序表的设定及存储、炉前装料设备控制(包括热送和装冷坯两种情况)、炉前钢坯测长与称重、加热炉出口设备控制、粗轧机主传动控制、粗轧机微张力控制、6#剪子控制;RMC52主要完成的控制功能有:中轧机控制(包括速度级联、速度给定、跟踪)、轧线模拟轧钢测试、中轧机组的活套扫描器控制;RMC62主要完成的控制功能有:精轧机控制(包括速度级联、速度给定、跟踪)、精轧机组的活套扫描器控制。RMC2、RMC52、RMC62三者既需立完成分配给自己的控制功能，又环环相扣，互相联锁制约着，若中轧机组的活套扫描器控制中有差错，轧钢控制系统无法正常运行，6#剪子立即碎断，防止轧线堆钢，同时，加热炉停止出钢，直至故障解除。
所设计的故障诊断系统能完成以下功能:
(1) 测试过程开始前，运行故障诊断系统，检查轧钢生产控制系统是否处于良好状态。对于开关量，这个过程是上位机通过通讯口读取PLC输入位的状态值并与其正常状态值相比较的过程;对于模拟量，这个过程可用读取模拟量起动的开关位的状态值作为判断的根据，也可将从其它站读取的模拟量与其相应的限值相比较的结果作为判断的根据。若发现测控系统有故障，应及时处理(上位机显示屏给出具体故障的部位报警)。只有当诊断结果为良好状态时，才能进行的轧钢性能测试;
(2) 如果测试结果发现不合格的设备，应重新运行故障诊断系统。
(3) 如果测试过程当中，测控系统出现严重故障，则PLC通过通讯口或上位机输入输出板传递故障信号，使测控系统退出测试过程，屏幕给出故障诊断的和排除故障的建议。
6 结束语
PLC可为轧钢生产设备的故障诊断提供强有力的技术支持。在进行故障诊断系统的设计时，根据诊断系统的功能要求，选用适当的PLC，可丰富和完善诊断系统的功能。随着PLC新产品的研制成功，它在故障诊断领域将有广阔的应用前景。