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产品描述
6ES7321-1FF01-0AA0千万库存
某公司于2005年夏天进行锅炉排渣改造，计划每台炉每侧冷渣器的两个事故排渣口出口和正常排渣口出口下设一台刮板输送机，经刮板输送机收集的底渣送至斗式提升机，由斗式提升机经碎渣机破碎后送至原有气力输送系统送至渣仓。
该系统控制范围包括从冷渣器正常出口以及事故出口开始到原气力输送系统的进口之间的所有设备的控制。
一、系统描述
每台冷渣器排渣口，两个事故排渣口和正常排渣口下设一台链斗式输送机和刮板输送机将底渣送至冷渣器外，由斗式提升机提到位于渣斗部的破碎机，由破碎机破碎后，进入气力输送系统，由气力输送系统送至渣仓。
为保证冷渣器运行的正压以及保证热空气不会从事故排渣口排出，在冷渣器一、二室装设压差检测装置，以压差信号来控制事故排渣口插板门开关，从而控制冷渣器内底渣的料高以达到保证冷渣器内热空气不会从事故排渣口排出。
为保证冷渣器中底渣能从正常排渣口全部排出，将原DN420的正常排渣口扩至DN550。正常排渣口下装设中间渣斗，中间渣斗上设高、低料位计，以料位计控制中间渣斗中料高，从而保证冷渣器中热空气不会排至后续机械输送系统。中间渣斗出口装设插板门和电动给料机，以达从正常排渣口均匀给后续机械输送系统给料。
考虑到从事故排渣口排出的底渣温度较高，为保证斗式提升机的性，每套系统斗式提升机设两台，一台运行，一台备用；斗式提升机出口设有就地事故排渣口，以保证后续气力输送系统故障时能就地排渣。
鉴于以上情况，通过采用PLC（可编程控制器）控制系统，解决当前存在的问题。系统的工作原理框图如下：
系统操作运行分别设有“远程自动”、“远程手动”、“就地手动”三种工作模式。“远程自动”模式为正常的主要运行方式，根据系统满足自动顺序运行的条件，在操作员站（控制室内的触摸屏）上操作完成整个除渣工艺流程。在自动顺序执行期间，出现任何故障或运行人员中断信号，都能使正在运行的程序中断并回到状态，使程序中断的故障或运行人员的指令都将在触摸屏上实时显示。当故障排除后，自动控制在确认无误后可再进行启动。系统有丰富的保护和故障界面供操作人员进行操作和分析。 “远程手动”模式为运行人员在触摸屏上点触每一个被控对象。远方控制操作有许可条件，以防止运行人员误动作。在远方手动模式下，系统提供了丰富帮助操作指导和反馈信息，指引操作人员的操作，以防止误操作。“就地手动”模式是运行人员通过就地控制箱操作被控对象，就地操作与远方程控操作之间有相互连锁。
1、PLC控制系统的特点及组成
PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言，具有严谨、方便、易编程、易安装、性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入/输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和应用指令，它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外，PLC即有自身的网络体系又有开放I／0及通讯接口，很容易组建网络并实现远程访问。
PLC采用的Siemens公司生产的S7-300系列，由于现场的PLC系统与控制室的上位机距离较远（800米左右），因此通讯系统需成对加装RS-485中继器，确保系统运行的稳定性。
（1） 系统结构及硬件配置
根据控制需求，CPU模块采用CPU314、数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出（DO） 采用 SM322模块，模拟量输入（AI） 采用 SM331模块，模拟量输出（AO） 采用 SM332模块以及IM365等模块组成，IM365实现机架扩展，上位机采用Easyview公司MT510T真彩触摸屏进行显示和控制，整个干渣系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态等均能够清楚地显示在触摸屏上，当参数越限报警或控制对象故障或状态发生变化时，以不同的颜色进行显示，使操作人员能够一目了然地了解到系统的运行情况，并实时地根据工艺要求进行系统参数进行调整。
（2） 控制系统的功能实现
PLC程序的编制直接关系着底渣系统能否正常工作，而程序设计的关键在于编程者对工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。因此，在程序设计中考虑了供气压力调节系统的特点，将程序设计细化，分成多个程序模块，实行模块化编程。这样既可以方便的增加或删除程序模块，便于现场对工艺的调整，又可针对配套设备可控性对不同程序模块进行完善。
PLC的编程软件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V6软件平台用来完成硬件组态、地址和站址的分配以及编制整个生产过程的控制程序的。上位机软件采用国产软件组态王，全部采用汉化界面，便于系统的开发与操作，该系统运行于bbbbbbs2000中文平台，可实现对生产过程的监控，对重要参数形成历史记录，以报表或曲线的形式显示给操作人员。通过VB语言脚本，可以在主控室的上位机显示重要参数的历史趋势、实时趋势，实现联锁调节的手自动切换、操作、压力的高、低限报警、流量数据的显示与累计，满足高生产率的调度需求。
（3） 现场显示
现场采用MCC屏进行参数控制，触摸屏程序由组态软件来完成，人机界面采用中文菜单，界面友好，操作方便，功能较强，主要用于现场压力、流量、阀位的显示与操作。可作为操作人员现场操作的依据。
二、系统实现排渣系统的自动控制和监控
主要包括如下功能：
（1） 灵活的操作方式以及强大的系统控制功能：系统可以实现上位机操作、控制柜操作和就地手动操作；
（2） 报警功能：当温度过工艺要求，可在现场、就地实现越限报警；
（3） 简单、方便的参数设定： 压力调节的压力设定值、P、I、D等参数可以在上位机中设定。
1 、系统控制功能
（1） 过程控制的功能：
1）系统对床压实现了PID自动调节控制；
2）对所采集的模拟信号进行线性化、滤波、工程单位转换处理；
3）实现了流量信号的温、压补偿，提高了仪表的测量精度。
（2） 逻辑控制
联锁逻辑控制实现开/关的控制，逻辑控制及用户自定义功能块等。系统可以实现电磁阀控制以及参数越限报警等功能
（3） 人机接口
HMI系统中包含主工艺画面，分系统画面，画面直观、丰富，具备PID在线调节、在线显示功能，包括过程量变化趋势的实时趋势。
三、软件设计
根据该系统具体情况，PLC系统软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面：
（1） 数据采集及工程量转换
（2） PID算法
（3） 温压补偿计算以及流量的累积计算
对于系统中的逻辑控制选用梯形图（LADDER）编程，直观、方便；对于PID回路控制温压补偿计算以及流量的累积计算部分则采用语句表（STL）编程，结构紧凑而又灵活。 PID调节是该系统中为重要的控制程序，因此特将PID算法作一介绍。
1、PID算法
STEP7提供了两种常用的PID算法：连续型PID（FB41）和离散型PID（FB42），根据实际要求，选用的是FB41。并在组态王中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。
PID算法的输出实际上是比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分作用之和：
Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ ＴＳ／ ＴＩ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ
ＭＤｎ ＝ ＧＡＩＮ ＴＤ／ ＴＳ（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）
Ｍｎ：ｎ次采样时刻的输出值。
ＭＰｎ：ｎ次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。
ＭＩｎ：ｎ次采样时刻的积分作用，可以静差，提高控制品质。
ＭＤｎ：ｎ次采样时刻的微分作用，根据差值的变化率调节，可抑制调。
ＳＰｎ：ｎ次采样时刻的设定值。
ＰＶｎ：ｎ次采样时刻的过程值。
ＭＸ：ｎ－１次采样时刻的积分作用，每次采样计算后自动刷新。
ＧＡＩＮ：回路增益，P参数。
ＴＩ：积分时间常数，即I参数。
ＴＩ：微分时间常数，即D参数。
ＴＳ：采样时间。
从上面的公式中可以看出，参数P（GAIN）与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢；Ｉ参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，的衡量标准就是被控参数（压力）的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到的控制效果。
近年来，在纺织机械中经编机的市场需求上升，双针床的经编机，高速机，双轴向、多轴向的经编机都销售形势良好。针对经编机的系统控制要求，北京和利时自动化驱动技术有限公司推出了经编机梭节横移系统。整套系统采用性价比较高的和利时PLC作为控制器，利用PLC伺服定位功能、丰富的内部数据资源和强大通讯功能，使得控制与驱动紧密结合，使系统控制好，显现出和利时产品在系统整合上的优势。
经编机主要由编织机构、梳栉横移机构、送经机构、牵拉卷取机构和传动机构组成。经编机控制系统主要包括电子送经系统、电子提花系、梭节横移系统三个部分。电子送经系统主要功能在于控制各种纱线的送经速度及张力，保恒定送经。电子送经系统可以分为单速或双速的EBA和多速的EBC两种，采用可编程控制器、变频器、三相异步电机、伺服电机、编码器等组成闭环控制，来实现主轴恒速运转同时调节经轴转速，进而实现恒定送经。电子提花系统主要用于花型的提取，再配合梭节的横移以实现花型的成型。其主要由一个嵌入式系统来实现提花数据的转换及提花的动作控制，执行动作由3146～4096个电磁阀来实现。由于电磁的动作响应速度较慢，现在慢慢地被动作响应快的压电陶瓷所取代。梭节横移系统主要控制梭节的移动。经编机的梭节一般有56条或40条，目前多的是56条。每条梭节由一个900W的伺服来控制。由于控制轴数多，故采用分散控制。
和利时公司研发的梭节横移系统由PLC和伺服电机构成，包括控制部分、驱动部分和监控部分。
控制部分的主控制器要进行横移信号采集与处理，协调各分控制器的同步工作。系统采用和利时公司G5系列PLC，由一个CPU模块15-2BT02、两个16点开关量输入模块21-1BH00、三个16点开关量输出模块22-1BH00和一个16点继电器输出模块21-1HF00组成。系统分控制器共有28个，每组分控制器控制两轴梭节伺服。分控制器采用和利时公司G3系列高速运动控制CPU模块LM3106A，CPU模块上集成14点输入和10点晶体管输出，具有一个RS232串行通讯接口，具有两路100KHz高速脉冲输出功能。分控制器通过RS232/RS485转换器以485通讯方式连接到上位计算机上，进行监控。
系统共有56条梭节，由和利时公司56套900W的森创交流伺服进行控制，伺服根据织花转换程序事先转换好的存储在分控制器中的花型数据进行动作。
上位监控由一台研华触摸式平板电脑TPC-1261配以软件来完成；同时电脑上还运行织花花型转换程序，进行花型数据的转换与下载。软件采用和利时公司组态软件，完成对整个系统的运行状态监控，包括对伺服的运行状态，PLC、伺服的通讯状态，花型运行的梭节号等等运行状态的监控；完成系统的参数设置：机械参数主要是主轴参数，运动参数主要是给PLC定位控制用的脉冲频率、滤波时间、加减速时间等等；另外完成工艺装针、故障处理、盘头控制、用户管理、帮助等功能。
1、引言目前，V80-M16MAD-LD已应用在华南多家大型的节能设备厂商的设备中，并在性、性和灵活性等方面都得到了用户的认可和。
DI：29点 AI：2点 DO：18点 。
1、系统方案图设计如下：
2、方案论证及确定：
A、 轻轨道岔控制的特点：
输入、输出的点数不多，单开关节型道岔的控制点数在60点以下，多开关节型道岔控制的输入/输出点数也在一百点以下。故选用小型或微型控制器就可以了。
（1） 由于需与上位中控室、列车运行自动监控系统（ATP）、列车驾驶（ATO）协同配合动作，并且需经常在线技术支持、维修务，所以要求网络通讯功能强大。
（2） 就地控制现场环境恶劣，不设工控机，由于需计算道岔转撤停靠号数（并需把该信号输出给LED显示屏）、转撤行程及调速，故需运算能力强、精度高的PLC。
B、控制器硬件选型：
德维森PPC PLC属于一种开放型、柔性的PC—BASED 控制系统；PPC31 – 除了PLC功能,同时具有Intranet, Java,及Web Server功能:
. PPC31与A-B PLC5 具有相同功能与相同指令,编程方便、指令丰富、功能强大；
. PPC31亦可执行C/C++程序, Java程序；
. PPC31可发送e-mail；
. PPC31具有Web server功能, 网站,网页尽在PPC31中；
利用网际网络,在世界任何地方,透过网络浏览器（Web Browser）。
就可与远程的设备或现场沟通。
抗干扰能力强，性高；MTBF=57766。
C、方案确定：
选用四级控制方案，即控制室通过ENTHERNET网际网路实现全自动控制；若网际网路出现故障，在现场触摸屏（HMI—GOT）上输入指令，运行PLC控制程序，实现自动转撤，若一个PLC出现故障，自动启动另一热备份PLC；若双PLC都出现故障；可通过操作现场手操箱——-继电器硬联锁箱上的按钮实现手动转撤道岔；若整个电气控制回路都出现故障，可通过人工摇臂摇动齿轮箱实现人工转撤道岔。
3、技术设计：
（1）、硬件电路设计：（略）
（2）、软件设计： 输入、输出点数统计
（3）、软件编程：参见BUTER。
4、安装、调试：
A、 模拟调试实验：
B、 联合调试实验及其大纲：
C、 现场施工、安装调试及其验收报告：
5、小结：
本控制系统由于既保留了传统的继电器硬接线联锁，又应用了的PLC冗余控制、触摸屏组态监控及手动控制、网络通信及远程WEB站点技术支持、维修服务。所以，基于柔性控制的开放的PPC系统比传统的逻辑控制器给用户带来了、、方便的技术服务 。
引言
B1包装机组，是我国行业在上世纪八十年代至九十年代从德国斯慕门公司引进的高速软包包装机组。该机组目前仍然是我国很多厂的主力机型。但是，由于B1包装机已经使用了10多年的时间，各电子控制部件逐步老化、失效，故障率很高，有效作业率不足65％。近年来，机组电气控制系统缺陷日益凸显：一方面，由于各种电路板及继电器逻辑组件逐步老化，经常造成机组控制系统紊乱、故障后不能自动停机，以及停机状态下自动启动等故障现象，不但严重影响设备有效作业率的发挥，而且存在着较大的隐患；另一方面，该机组的控制线路板技术含量高，一直依赖进口，国内没有生产厂家，造成备件组织困难，且价格较高，造成维修成本上升；同时，机组还存在着控制方式落后、英文显示造成维修不便等问题。改造后的B1机组是以PLC和工控机为的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制，完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机，具有良好的人机界面，它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数（包括温度参数、时间参数、速度参数等），并显示详细的故障信息，同时增设统计报表功能和预留的网络化管理及远程数据提供技术支持。从而解决B1机组电气系统存在的问题。
1 系统的硬件构成
1．1系统构成
B1包装机组分别由NF卸盘机、BE包装机、RC小包透明机、FHZ大条机和NK大条透明机等五个主要部分组成。由于其各部分立性很强，这种方式便于维修与调试，为了体现原机组的控制优点，改造后的电控系统采用BE、RC、NF、FHZ/NK四个立部分单控制和单显示的方式。BE包装机为主机，其它三部分为从机，各部分之间增加了信息交换功能，实现B1机组的整体控制，相位控制采用编码器，从面使B1机组协调工作。B1机（以BE机为例）改造的总体框如图1所示。
图1 B1机组改造总体框图
1．2系统硬件选择
（1）可编程控制器选用日本OMRON—CS1机型作为控制主机，根据实际需要组态PLC，控制性能和频率响应满足和符合原有逻辑和速度要求。
（2）用新电控柜替代原电控柜，重新设计布局强电及控制部分。
（3）温度控制采用温控器和PLC温控模块方式。
（4）BE、RC主电机选用普通交流电机；其余七种较小交流电机，因受设备位置限制，需与电机生产厂家定制。
（5）上位机选用液晶显示器。
（6）取消原增量式编码器，采用编码器，机器位置测量准确。
2 系统的功能
改造后的电气控制系统，是以PLC和工控机为取代了原机组以计算机为的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制，完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机，具有良好的人机界面，它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数（包括温度参数、时间参数、速度参数等），并显示详细的故障信息，同时增设统计报表功能和预留的网络接口，为将来车间的网络化管理及远程数据提供技术支持。
该机组的BE小包机和RC小包透明机，原来均采用直流控制器控制的直流电机完成驱动工功能，现改为由变频器带动异步普通系列交流电机完成驱动功能；机组的其它7台电机，如：税花胶缸电机、盒片胶缸电机、烟支输送电机、烟包输入电机，大条透明纸输送电机、烟支搅拌电机，原来均为直流调速板控制的直流电机，现全部改为相应转速、功率的交流电机，并有变频器完成速度控制功能。
机组的原有的四个显示屏：NF显示屏、BE显示屏、RC显示屏、NK/FHZ显示屏，均是由计算机控制的英文模拟显示屏，当设备某点出现故障时，个别故障点除有指示信号灯显示外，基本上都是英文显示故障名称，没有各种数据的统计功能，且故障点名称显示小，不容易观察，给操作和维修带来不便。现全部改为由工控机控制液晶触摸屏显示器，显示中文信息，完成信息数据统计，取代了英文故障点显示；用工况图实现各单机工作状态的实时监控，取代单一信号灯显示。各单机的工况显示情况。
原NK/FHZ采用的旋钮式温控仪，温度调整不准确，且在设备后部，调整不方便，改为PLC温控模块控制温度，并将温度显示与设定，连接到该机的工控机触摸屏上，解决调整不便，调整不准确的问题；而BE包装机、RC小包透明机的温度控制在主电控柜上，采用温控表的控制方式，该方式调整也比较方便，在充分考虑费用和操作工、维修工操作习惯的基础上，此部分不进行改造，保留原控制模式。
由于可编程控制器具有运算速度快，信息储存量大，性高等特点，它既有逻辑控制、计数、计时、分支程序等功能，也有数字运算、数据处理、模拟量调节、操作显示、联网等功能，因此，增加了各种数据据统计功能，如废品烟支、烟包剔除数量、各种故障点出现次数、班产量等数据，均可直接统计，并可与远程计算机联网，实现远程监控功能。
3 系统的软件结构
软件部分是整个B1民装机改造成的重要组成部分，软件编程采用bbbbbbS98（2000）界面下的SYSMAC C200HX软件，用户利用它可以实现以下功能：程序的输入及编辑；程序检查；PLC运用时的数据、状态的监控；系统寄存器和PLC系统各种参数的设置。软件还提供了三种编程方式：符号梯形图，布尔梯形图，布尔非梯形图。．4控制
“控制”窗口主要实现对“油泵”、“真空泵”、“电热”、“检测”、“上游机”、“下游机”的开/关状态控制。
4．5调试
在“调试”界面中，用户可以查看移位寄存器、IR以及空头调试时的状态。
4．6统计
统计窗口主要实现对故障信息的统计分析与显示。
5 结论
5．1降低故障率，提高了有效作业率
对BE小包机的RC小包透明纸包装机的改造，由于在设计原理上剔除了原机上故障率较高而又价格昂贵的几块主板，使故障发生率大大降低。对FHZ、NK条包部分的改造，用PLC替代了以往的逻辑线路板，可以大大减少故障发生率。机组运行7个月以来，设备有效作业率平均为82％，较原来的65％提高了17个百分点，改造效果比较明显。
5．2方便了故障的检查和排除
重新设计的上位机界面，是汉化的。在软件的设计、开发过程中，一方面，尽量把所有的故障都给出详细、准确的提示；另一方面，各种参数修改方便。对于操作维修人员来说，当机器出现故障时，只要根据界面提示，就可以准确的判断出大多数故障位置并立即排除。
5．3降低了备件成本
新设计的电控系统采用了市场上通用的电器元件，绝大多数备件都可以从上直接采购，所有的备件都比原来电控系统备件价格低，可以节约维修费用，降低备件成本。
5．4具有很强的扩展功能
该系统软件的统计报表功能和预留的网络接口，为将来车间的网络化管理及远程数据提供技术支持。
5．5具有很好的推广应用
据了解，全国共拥有德国进口B1软包包装机组190多套，大部分是在1988年到1994年购进的，设备投入运行时间较长，电气控制系统处于老化、失修状态，若将该项目在全行业内推广应用，则将提高我国B1机组的整体作业率水平。
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