6ES7340-1BH02-0AE0千万库存

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1  引言
    电加热控制是工业中十分常见的控制项目。加热控制中以温度控制为多见，此外，一些设备需要调节加热器的功率来满足工艺要求。加热器的输出功率与通过其两端的电流和加热器本身的电阻有关。在许多应用场合，加热器的功率调节采用调节电源电压来实现，常见的有变压器方法控制简单，但增加了成本投入，不方便自动控制，而且在大量加热器功率需要单调节的场合就无法完成。另外采用在运行中通过改变加热器的电阻这种方式来调节功率在硬件上难以实现。

2  热弯炉加热的控制要求
    在汽车玻璃深加工设备中，玻璃热弯炉加热控制就是加热器功率调节控制的典型案例。热弯炉为使平板玻璃加热弯曲成有球面的汽车前挡玻璃时，根据不同的需要对玻璃四周的加热功率通常要调得大一些，达到加热器额定功率的60%-**，以使玻璃四周弯曲弧度增大；而对玻璃中间的加热功率通常要调得小一些，达到加热器额定功率的0%-65%，使玻璃的弯曲弧度过渡变得平滑。
    在不使用变压等其它装置的情况下，笔者通过试验，总结出利用plc晶体管输出通过固态继电器控制加热器的导通时间，来自由地调节加热器的输出功率的新的有效尝试。事实证明，这种方式不但节省了成本，而且控制简便。下面从理论析如何实现用plc对加热功率进行自由调节控制。

3  控制原理
    为说明其控制原理，我们先从交流电说起。一个周期内平均值为零的周期电流(或电压)叫做交变电流(或电压)，随时间按正弦函数规律变化的正弦交流电。我国和世界上大多数国家，电力工业的标准频率，即所谓“工频”为50hz。根据正弦的电频率公式f=1/t，可知，它的周期为0.02s，它的角频率为ω=2πf=100π，即工频每秒100次到达正弦量零值(正弦量一个周期内瞬时值两次为零，规定瞬时值由负向正变化之间的一个值叫做它的堆值)。也就是说，在1秒的时间内，相位每增加1πrad(弧度)，正弦量经历了半个周期，占整个1秒时间相位角的1%。这就可把1秒钟时间内经历的周期分为100等份，每半个周期为1份。这样，如果能有一种控制器，以1秒钟作为一个循环周期，在1秒钟的时间内使加热器只导通0.01秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的1%；如果在1秒钟的时间内使加热器只导通0.02秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的2%，依此类推。由此可见，通过对加热器的导通时间控制，就可达到对加热器功率调节的目的。这种控制器可由plc晶体管高速输出实现。plc晶体管输出单元通过输出周期为1秒的脉冲，改变脉冲状态为1的时间，从而控制固态继电器的导通时间，来实现plc对加热器功率自由调节。

图1  组态“在线操作”界面

4  控制程序
    热弯炉的加热分为若干段，某一段的加热丝分布如图1组态“在线操作”界面所示。图中每一矩形条代表一条发热丝，b1(bend1)段发热丝的数量达120余条。矩形条中间的数字为功率设定百分比，矩形条的颜色与设定的功率百分比相对应，越趋向**时颜色越接近红色，以使操作员能很直观地查看各功率设定的总体分布。
    为使组态界面的加热功率设定能得以实现，为plc编写相应的控制程序。这里，我们以三菱q系列plc作为主控制器为例，来说明plc的控制过程。
    三菱q系列plc是以大规模系统为对象，有很强的cpu模块处理性能和较大的程序寄存器容量。cpu与网络模块、编程用外围设备之间数据通信的性能优越，支持本地i/o大可达4096点，快指令仅需34纳秒。是适合大量加热器单进行功率调节控制的理想plc之一。由于plc与加热器之间的电路十分简单，这里不再祥述。需要说明的是，plc输出模块应选用晶体管输出类型的模块，以实现脉冲输出；使用固态继电器(这里不能用接触器代替固态继电器)接在输出模块的端口，控制加热器的导通。单条发热器的plc控制程序如图2所示，其它的程序与此类似。

图2  plc控制程序图

    程序中，sm409为0.01秒时钟，d4995对sm409的脉冲进行加1计数处理，当d4995递加到数字为100时，正好为1秒时间，当d4995大于100时即清0；d6000为加热器1的功率设定值，如果设定值大于当前d4995内的数值，且功率设定值大于0，y360(加热器1)即输出为1，否则输出为0。例如当d6000设定值为30(即设为加热器额定功率的30%)，d4995以0.01秒为单位进行递增计数时，当d4995计数值在0－30之间，由于d6000内的数字30大于或等于d4995的当前值，y360输出状态为1；当d4995计数值在31－100之间，由于d6000内的数值30小于d4995内的数值，y360输出状态为0。d6000的取值范围为0－100间的整数，通过调节d6000的数值，即可对加热器1的输出功率进行自由地调节。

5  结束语
    用plc实现加热器功率调节的控制，具有电路简便、方便控制等优点，特别适用于大量加热器需要分别进行功率调节的场合，容易实现自动化控制。为工业设备中的加热器功率调节控制提供借鉴作用。

一、引言
矿棉吸声板是本企业去年投产的一种新型建筑装饰材料。引进90年代的日本全套板材自动生产线，可以同时生产不同厚度，不同规格，不同花色的矿棉吸声板，但由于日本包装线设备费用昂贵，且国内并无此种板材堆垛全自动包装线，所以由我开发本自动包装线并已投入使用。
本自动包装线是板材自动生产线的后继设备，由于矿棉板的成品板（规格：300mm×600mm）是分两路并排由干燥窑输送出来的，所以本自动包装线也具有两路立的分流，翻板，堆垛系统，后经包装段统一到一起，再进入塑封段完成包装任务。按工艺要求本包装线应该能够实现：（1）自动翻板，即把块板经翻转后扣放在二块板上，使两块板保持面与面的接触。（2）自动堆垛，即把经翻板后的不同规格的对板按不同数量堆成一垛。（3）自动装箱，即用机械手把堆成一垛的板放在纸箱板上，经本工段后把一垛板自动包装，粘合好成一箱。（4）塑封，即把装成的箱进行塑料封装。
二、控制系统主要设备及控制方案
本自动包装线是典型的逻辑顺序控制生产线，有繁多的检测元件，逻辑关系复杂，实现动作难度大，I/O点数近400多个。其受控设备除变频器，执缸还包括一套单轴交流伺服系统和一套喷胶系统。由于生产线较长，执行设备相对立集中，因此按照设备可就近控制的原则，在控制柜下分段设立三个子控柜。采用OMRON-C200HG构成的远程I/O系统来完成控制方案，其控制系统结构如图所示：

上图使用Omron-RM201主站单元由RS485通讯口与三个Omron-RT201从站单元连接。伺服系统由OHM ODC-1001控制器和Panasonic DV80X驱动器及伺服电机组成。伺服可以用输入器（ODC-1001）或由控制柜面板直接控制，它由PLC的两个立的I/O单元对控制器进行控制。喷胶系统具有立的溶胶温控线路，由PLC提供喷胶电磁阀的控制信号。本自动包装线有如下功能：（1）全线自动运行；（2）各工段立自动运行；（3）现场设备就地控制手动运行；（4）各控制柜设有急停按钮，机械手，伺服机均设有特殊急停按钮。
三、控制系统设计
本自动包装线的控制系统程序设计，使用OMRON SSS软件用梯形图直接编程，井进行现场调试和程序监控。经过现场调试使本系统能够符合现场的各种工作条件而且操作为简单，能够对故障和人为的干扰进行判断，分析，实现简单智能化功能。本程序采用模块化设计思想，分工段可立操作完成本工段的工作，模块之间井用连锁和互锁条件建立关系，全线自动或分段自动时信号可互相调用。下图为包装线包装段的控制逻辑图：

伺服机的前进是由三个工位工作的完成情况来控制的。在本系统上电初始时，伺服机先回原点，由于此时三个工位上都没有工件，因此由纸箱站开始，伺服机一个工位一个工位的前进。当纸箱站吸纸板完成后伺服机就执行程序，当伺服机停止时，纸箱站再吸一个纸板完成本工位工作，但此时伺服机并不能再向前进，只有装箱工位在机械手放完一垛板后伺服机才能前进到下一个工位。此时纸箱站处再吸一个纸板，装箱工位再放一垛板，此时就再等粘箱工位把纸箱全部粘合完成，伺服机才能再向前走以后三个工位便同时动作，伺服机便不断工作下去。这段程序的逻辑动作比较复杂，关键是抓住伺服机前进这一目的。在完成本段初始化设计中使用了SEUREST指令，用起来方便有效。在这一段的程序设计中关键考虑这样几个问题：
①PLC的电源只有当工厂大修，或长时间不生产时才断开，而在每班次结束或休息时只须在面板上实现软关机，此时PLC仍为RUN状态。伺服机也同样只须软关机。因此伺服机能够区别是PLC断电再开还是软关机后再开。
②由于伺服机的运动轨迹与机械手的运动平面是相互垂直的，而且它们又是由两个立的子控系统控制的，因次在机械手伸出的条件中必有两个信号：上升旋转气缸的得电信号A和伺服程序段结束信号B。当A信号接通时说明此工位有板，伺服机处于等待另两个工位的完成信号，伺服机即将运行。此时即使B信号接迪机械手是伸不出的。当B信号接通时说明伺服机己完成程序，可以进行本工位操作。当A断开时，由于此时伺服机正处于运行状态，因此只有当两信号同时满足时才能向装板工位装板。
③由伺服机连接起来的三个工位，每个工位执行元件大都是由电磁向控制的气缸完成的，所以在气缸气压不足，机械限位松动以及其含意外故障都会影响本工位工作完成情况，拖延动作时间，它将导致堆垛，翻板，和输送段的堵板。因此在设计中可以节拍为依据，对每一个到位的气缸均设时间监测及故障报警伺服系统由OHM ODC-1001和Panasonic DV80X组成，采用示教方式编程控制。
OHM I/O信号接口共有48个端子。我们采用集电开路控制方式，把脉冲输出端等用双绞屏蔽线引至DV80X的CN I/F端子用来控制脉冲和脉冲符号输入。同时把程序选择端子CHA CHB及启动信号引到端子接进PLC的输出模块，作为伺服的程序选择通道信号。选择STANDBAY作为伺服程序结束信号接进PLC的输入模块，当PLC接受到此信号时就可以进行生产线上的其他动作。另外我们由PLC输出端引出一个回原点信号，使伺服机在进行规定的程序后，因负公差重新向前找回原点。原点信号选用反射式光电开关，使总累计误差在-0.lmm以内，能够满足精度要求。在开关电源的选择上，伺服24V电源容量不能太小且需单使用与PLC用24V之间应严格区分避免干扰，因此PLC在模块选择上也同样要注意这个问题，尽量避免伺服信号与其他信号混放在一个模块中，同时可以考虑使用立COM端的PLC模块。伺服控制程序（INC方式编程）如下：
STEP1 DIM=（0000.0000
STEP2 POS=+787.9800
OUT=OOOO
SPEED=100
SLOPE=30
STEP3 POS=+42.00001
OUT=0000
SPEED=50
SLOPE=30
STEP4 POS=+12
STEP7
STEP6 END
STEP7 RTN
STEP8 END
塑封段主体设备为一台连续式电阻炉，它的温度控制主要由两部分组成：SR-73PID温控表和固态调压器（或采用PAC03A三相调压控制器）。温控表通过K型热电偶输入模拟量，输出4-20VDC电压来控制三块固态继电器SSR（或直接控制PAC03A三相调压控制器），每个固态继电器（或控制器）又分别带若于加热管。固态调压器则由电位器来控制输出，每个固态调压器也分别带若干加热管。温控表和固态调压器的总控则由PLC来完成。这样塑封炉膛内温度就可以分段全控，分段调压，分段直接启动，能够把温度控制在180℃左右，对己包装的箱体进行塑封。本段的其他动作如推箱，封切，放膜等均由PLC进行控制。
四、结论
建筑板材是现在较为流行的新型建筑装饰材料，但是由于装饰板材的结构特点：面积大，体积小，边角易损，表面脆弱等，所以对于其产成品的包装，就成了急需解决的问题。现在我国的建材企业，大多都是采用手工包装，工人劳动强度大，产成品质量没。自本自动包装线在本企业投入使用后，基本解决了以上问题，大提高了产成品合格率，减少生产线工人近3/4，深受用户。

项目简介：

一、任务来源

8K机车的控制电路采用双机重联运用有触点逻辑控制系统，随着使用年限的增加，因继电器触点脏污、氧化、振动引发的故障频繁发生，目前以成为机车的惯害，严重影响运输生产；为适应铁路提速后性、性新的要求；我段通过对原继电器控制系统的深入研究、分析和论证，并考虑其实用性、性、经济性等方面因素，提出采用技术成熟，性高的可编程逻辑控制器(PLC)系统取代原继电器控制系统，从而避免原系统可能发生的各类故障。

二、主要技术原理

本方案选用西门子公司的S7-300户外型PLC，模块式的结构，I/O ET200M扩展方式，并通过接口模块IM153将各I/O模块与Profibus-DP现场总线相连，实现CPU和I/O之间的数据在ms级内快速交换及故障诊断；软件主要分四个部分：功能软件(逻辑控制部分)、系统诊断及中断软件、冗余切换软件、触摸屏显示/管理软件。

三、关键技术

1.能与上一级计算机直接相联实现分级控制。

2.编程方法特而简单，易学、易编、易改。

3.能在恶劣环境中运行，抗干扰性强，平均无故障时间达数万小时，降低劳动强度，大大提高生产率。

4.编程软件化，当机车需加装造时，软件即可。缩短了设计、施工和调试周期。

四、完成主要过程

2003年9月立项，2004年6月完成设计，11月装车运行，2005年推广使用。

五、经费来源

路局拨10万元，其余段自筹。

主要效益：

一、直接效益

按照8K检修范围要求机车二次大修中需新大、小继电器屏柜上的P8N型、1001型、PSU14N、1014型继电器、继电器座共计200个，检修成本达60余万元，其中，不包括换屏柜上的控制线、续流管、故障指示脱扣，自动保险等相关费用。改用PLC后，直接替代大、小继电器屏柜，所需费用为：40万元，节约成本20万元。

二、间接效益

由于本方案采用西门子公司的户外型产品，性高，使用寿命长，平均无故障时间高达20年，基本实现免维护，后期；而采用继电器有触点控制的电路，根据检修范围及工艺大、中、小修修程中的继电器按要求下车检修并新全部动、静触头，一台机车仅换触头费用高达1万余元。按我段小修以上修程的任务量统计，2002年以前，仅该项支出高达70万元；因此，继电器触头的换费用较高；PLC技术批量推广后仅次一项就可产生可观的经济效益。

三、社会效益

本项目的研制开发，成功地取代了传统的电力机车继电器控制电路，大量减少了控制电路的触点和布线，简化了机车控制电路的设计、生产和调试过程，并使机车电气系统具有实时检测功能，大大提高了电力机车在高速运行状态下控制系统的性。若在现车或新造机车上推广使用，经济效益非常**。

1 引言

低封炉是CRT生产过程中重要环节之一，主要用于通过焙烧使屏锥封接。它一般包括炉体、驱动装置、置换装置及炉上栏杆踏台等几部分。炉体包括炉本体、网带导轨、RC风机以及加热器等几部分。炉本体由碳素钢及不锈钢组成，内填保温棉，循环风道由不锈钢内腔板组成。RC风机起搅拌作用,使炉内温度均匀性好。加热器由电热丝和不锈钢框架组成，起到恒温作用。驱动部设有自动张紧装置及网带跑偏调节机构，主要是通过变频器实现网带速度连续可调，使工件在炉体内匀速移动。

下面以BMCC5L低封炉延长为例说明其控制系统部分的实现，它主要包括低压受电柜，3个加热柜和温控柜。其工作原理是：低压受电柜提供炉上风机、热丝等电源，通过温控柜内的控温器设定温度，用控温器的输出控制加热柜中的电力调整器，调整器的输出控制加热器，调整炉体温度, 达到工艺要求温度。在温度控制柜内有一套PLC系统和触摸屏，实现整个系统自动开机，自动关机，故障随时报警等功能，达到实时监控的作用。本系统主要是完成14个加热区的加热丝、RC风机、排风机、冷风机以及后8个区冷却阀的控制。

2 控制系统硬件配置

图1 系统硬件配置框图

本系统共有260点：数字量输入162点，数字量输出98点。控制系统采用OMRON公司的C200HG-CPU43，属于中型PLC，内有RS232通讯口，它能满足较的要求。基板多10个槽，这样每个槽26点，需要使用32点的模块，所以输入选用高密集型的C200H-ID216，输出选用组2高密度晶体管输出单元C200H-OD215，由此可知6个输入模块，4个输出模块。再者在该系统中增加一块串性通信板C200HW-COM06，通过RS232口与触摸屏通讯，达到人机交换。在监控方面采用的是digital公司的GP577R-TC41-24VP，实现手动控制和监控报警。其系统硬件配置如下：

温控柜面板上的控温器控制低封炉炉温，具有PID调节功能，与加热柜内的SCR电力调整器配合使用，可实现加热器的电压在0～**范围内调节，根据设定温度与当前温度的差值，自动调节输出到加热器上的电压值，从而使炉内温度获得控制。

加热柜为低封炉的加热器提供电源，内装有电力调整器，由温度控制柜内的温控来自动调节其输出功率，达到控温的目的。该部分别控制新增1～14区加热。柜中，装有空气开关为新增1～14区电力调整器SCR提供电源。SCR调整器上装有能够显示各相电压，电流大小，输出功率大小等的显示面板。此面板还可以显示出SCR调整器的异常状态。

风机动力部分为低封炉的RC风机，以及排风机、冷风机提供电源，其电源通断也由空气开关控制。通过交流接触器在给定电流范围内输出到各风机，控制其运行与停止。

3 控制系统软件设计



图2 温控柜各控制按钮

当低封炉总汇流排给电后，受电柜面板上电源指示灯亮，再依次给各加热柜和温控柜上电，相对应的指示灯亮。本系统主要是根据温控柜各按钮如图2，通过手动或自动模式完成炉上各区热丝、风机和冷却阀的自动启动和关闭，以及实时监控其状态，是否有异常情况发生。系统控制流程如图3所示。

图3 系统控制流程图

为了节约篇幅在此不再给出梯形图，下面对流程图给予解释。PLC上电后，判定各风机是否全开，只有风机全开才能使加热丝工作。进行模式选择，主要有自动和手动两种状态。在自动模式，按动面板上自动启动按钮，自动灯亮，这样风机自动开移位寄存器运行，各区风机自动逐次开。当所有风机全部工作后，加热块1自动启动，这样1～5区加热移位寄存器运行，使得1～5区加热丝开始工作。随后加热块2自动启动，6～14区加热移位寄存器运行，使得6～14区加热丝开始工作。从而根据工艺要求各区设定温度进行PID自动调节，直至满足要求。当需要停止生产时，则要使热丝和风机停止工作。这样按动控制柜上自动停止按钮，这样各区热丝逐次停止工作。此时进行自动停计时，时间到自动停止各区风机。

在手动模式下，按动面板上风机启动按钮，使得各区风机逐次开。当所有风机全部正常工作后，再按动面板上的加热块1启动按钮，1～5区热丝开始工作。同样按动加热块2启动按钮，6～14区热丝也开始工作。系统稳定后，工件可以进行陪烧。当需要停止时，则要按动加热块1停止按钮，1～5区热丝开始停止。按动加热块2停止按钮，6～14区热丝也开始停止加热。当热丝全部停下来时，按动风机停止按钮，则各区风机依次停止运转。直到下一次启动。

如果在生产过程中工件出现异常情况，按动非常停止按钮，网带停止转动，进行紧急处理。并且任何区热丝或风机出现异常情况，在控制柜上或触摸屏上都有对应的显示，及其相应的声光报警，通知操作人员。

4 监控系统说明

本系统使用DIGITAL公司GP577R-TC41-24VP型触摸屏作为上位监控，可以实时的显示现场信号、实时报警并对控制点进行控制。监控系统由5个窗口组成：系统主画面窗口、加热区RC风机运转画面、加热区热丝运转画面、冷却阀运转画面、设备故障履历画面。五个窗口之间建立了链接，通过窗口中的按钮进行切换，并与PLC建立变量之间连接，通过触摸屏实时显示相应的状态信息，构成系统整体监控。

现以系统主画面为例，说明监控画面的功能。系统主画面分为两个区域：灯部件区域和开关部件区域。灯部件区域在画面的左部，使用PLC的I/O点作为监控显示，当这些监控点状态为ON时，显示，当为OFF时显示白色。从而表明原柜和新柜以及网带当前状态是在自动状态还是收动状态，是运行还是停止，是正常还是异常。开关部件区域主要是作为选择按钮，当触摸这些按钮是就会切换到相关的页。异常发生按钮主要是监控系统是否有异常状况发生，如有显示红色，触摸可调转到故障画面，显示哪个设备出现何种故障。触摸冷却阀按钮，就会跳转到冷却阀运转画面，显示各冷却阀的开闭状态，是否故障。触摸风机手动按钮，切换到加热区RC风机运转画面，显示各区风机是否在运行状态，有无异常情况发生，对应区的风机是开还是关。触摸加热手动按钮，切换到加热区热丝运转画面，该画面主要是显示各区热丝是否在运行状态，有无异常情况发生，对应区的热丝是加热还是停止。触摸设备故障履历按钮，就会显示何时发生报警，何时恢复，是否确认。并且在五个窗口中都可以互相切换，方便监控。

5 结束语

本系统已投入实际运行，性能稳定，较好满足工艺要求。PLC作为系统的主控制器在性以及网络互连性方面有其特的优越性，触摸屏人机界面系统在灵活性和友好性有其出色的体现，从而是自动化程度得到进一步提高。但本系统在与其他控制系统通讯方面还存在局限性，通过电缆信号线将原柜和新柜的主要信号相连接信号交换有限，也不能实现与入口控制系统、出口控制系统、置换控制系统进行通信，不便于操作人员获得充分信息。解决方法之一可以在各自的PLC模块中增加bbbb单元，实现各PLC之间通讯，好的完成整个系统的控制。