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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子6ES7321-1BL00-0AA0千万库存
枕式包装机三驱动控制系统，采用的运动控制技术将weinview触摸屏、和利时PLC、伺服驱动集成一体，实现了无轴传动、自动偏心调整、色标追踪、多路温控等功能。替代了传统包装机的机械偏心、无级变速箱、差速箱等主要部件，使整机的自动化水平大幅度提高。适用于的枕式包装机。
这项技术同样也适用于纺织、印刷、包装等机械。
包装机的三个关键轴，、膜、料分别立驱动,采用电子轴实现同步传动，省略了繁琐的齿轮链条结构，减少了机械振动和磨损，使机械转速得以提高。
采用伺服电机直接驱动横封，系统根据袋长自动计算偏心量，根据包装物厚度自动进行速度补偿，使封切准确度大大提高。同时由于取消了机械偏心机构，也了包装机主要的振动源。
采用的控制算法，系统可以分辨出横封器0.05度的位置变化，伺服电机驱动的输膜辊可以地追踪到切点的位置，在横封器启动、加速、匀速、减速及停止全过程封切准确无误。
采用伺服电机直接驱动输送机，系统进行逐个检查物料的位置，计算补偿量，确保每个物料准确地送到包装膜上，即使对于无规律地来料同样可以做到无误。使包装机与各种自动生产线联机变得易于实现。
采用彩色触摸屏和精心设计的界面、操作步骤，使开机调整变得简便易懂，新手在很短的时间内就可以掌握操作。
在水处理系统的过程自动化控制发展初期，工厂经理有两个基本选择：集散控制系统（DCSs）或者可编程逻辑控制器（PLCs）。尽管功能相似，两者却有很大的不同，各有其优缺点。后，不管选择哪一个，您总是要付出一定的代价。摘 要：本文针对食用菌培养基的发酵工艺，简要介绍风机变频控制系统的组成及其控制过程。分析了该控制系统的缺陷，自动化水平低、性差。结合当今的自动化控制技术，择优选择控制方法。提出了采用西门子公司S7-200 系列PLC 的自由口模式与易能公司EDS1000 变频器串行通讯的方法。应用多机通讯原理，PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。易能电气的EDS1000 系列变频调速器支持的串行通讯标准RS-485 协议，S7-200 PLC 自由通讯口方式的特色功能，使S7-200 PLC 和易能EDS1000 系列变频器通讯协议达成一致。本文以设置变频器的运行频率和读取变频器的参数为例，给出相应的PLC程序。
关键词：变频器；PLC；自由口通讯
0. 引言
我国东北地区是规模大的食用菌生产加工出口基地之一。随着市场需求的不断增加，生产能力的逐渐扩大，生产设备的老化与滞后问题突显出来。培养基二次发酵是某企业一个重要的生产过程，是食用菌生产的基础工序。目前，该公司有6 个培养基二次发酵隧道。每个隧道配置8 个温度传感器，分别布置在发酵隧道的入风口、出风口和培养基中，用于检测发酵过程温度。每个隧道配置一台风机和风门，用于调节发酵隧道的温度，达到整个发酵过程的要求。现阶段,该公司采用人工的方法监控隧道温度，并用手动的方法调节风机转速和风门开度。自动化水平低、耗能高、人力资源的浪费等诸多问题急需解决。
在传统的PLC 变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由PLC 通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由PLC 通过模拟量输出端口输出0～5（10）V 或4～20mA 信号控制，需要PLC 配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由PLC 读取变频器的故障报警触点，对具体故障原因并不清楚，需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用PLC 及变频器的串行通讯的方式来实现PLC 对变频器的控制。
在工业自动化控制系统中，为常见的是PLC 和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC 控制变频器的方法，其中采用RS-485 通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。本文就是针对该公司的自动化问题，应用PLC 与变频器的串行通讯，实现风机的变频调速和远程监控[1]。
1. 变频器通讯的系统配置
1.1 变频器的选择
易能电气的EDS1000 系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在内的多种现场总线方式。其中，RS-485通讯方式为用户提供了附加任何费用的、为廉价实用的串行通讯方式。只需按照EDS1000 变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与变频的通讯。
1.2 PLC 的选择
西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。S7-200 系列是西门子SIMATIC PLC 家族中的小规模PLC 成员，自由通讯口方式是S7-200 PLC 的一个特色的功能，它使S7-200 PLC 可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中PLC可以与变频器方便连接。PLC 通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的性，节省了PLC 宝贵的I/0 端口，又获的了大量变频器的信息。在本例中，作者将按照自由口协议来对S7-200 的自由口进行编程[2]。
1.3 系统硬件组成
ED000 系列变频器R-485 接口与西门子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通讯口1的配线图，如图1 所示。PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。
1.4 硬件安装方法
（1）用网线压接钳将电缆的一头和RJ45 水晶头进行压接；另一头则按西门子PLC自由通讯口的针口排列，与DB-9 转接插头相连。
（2）将RJ45 电缆分别连接变频器的PU 口，把DB-9 转接插头与S7-200 PLC 的自由通讯口1 相连
2. 变频器通讯原理
EDS1000 系列变频器的串行通讯为异步半双工的方式，使用字节奇偶校验。PLC 为主机，变频器为从机，系统电码的传输由主机控制，主机不断发出某个的电码给从机，等待从机的响应。主机多能带31 个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126 个从机，也就是从机的地址多可以设定到126。通讯时，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，9600bps。传输的数据命令帧格式表1 所示。
上述数据结构中：
（1）帧头：为字符“～”（即十六进制7E），单字节。
（2）从机地址：从机的本机地址，占用两个字节，ASCII 格式。变频器出厂设置为01。
（3）主机命令/从机响应：主机发出的命令，从机对命令的应答。占用双字节，采用
ASCII 格式。
（4）辅助索引/命令索引/故障索引：对于主机，辅助索引、命令索引用于配合主机命令实现具体功能。对于从机，辅助索引、命令索引用于从机上报故障状态码，命令索引不作改动，直接上报。数据类型为16 进制，4 个字节，ASCII 格式。命令索引占用低二个字节，辅助索引占用高二个字节，数据范围为“00”～“FF”。
（5）校验和：数据含义为帧校验，占用四个字节，ASCII 格式。计算方法为“从机地址”到“运行数据”全部字节的ASCII 码值的累加和。
（6）帧尾：十六进制0D，单字节[3]
3. PLC 编程示例
本文结合发酵隧道控制系统的需要，考虑其实用性，本系统主要是设置变频器的运行频率和读取变频器的参数。
3.1 变频器的运行频率设定程序
PLC 在次扫描时执行初始化子程序，对通讯端口进行设置。本例运用端口1 进行通讯，变频器地址为01。例如：设定值为40.00HZ，格式：“～010C00010FA0027C\R”，程序如下：
Network 1 //初次扫描，进行初始化操作，置传送字节数。//
LD SM0.1
MOVB 18, VB199
Network 2 //若SM0.7=1，允许自由口模式//
LD SM0.7
MOVB 9, SMB130
Network 3 //若SM0.7=0，允许PPI/从站模式//
LDN SM0.7
R SM130.0, 1
Network 4 //初始化从机运行频率给定命令//
MOVB 0, MB2
MOVB 18, MB3
Network 2 //连接字符接收中断到中断程序0//
LD SM0.7
ATCH INT_0:INT1, 25
ENI
Network 3 //若MB2=MB3 时，则：计数器清0，恢复初始状态//
LDB= MB2, MB3
MOVB 0, MB2
MOVD &VB320, VD316
中断进行接收数据程序如下：
Network 1 //断开中断，将数据放入数据区//
LD SM0.0
DTCH 25
MOVB SMB2, ＊VD316
INCD VD316
INCB MB2
4. 结束语
使用此方法采用西门子S7200 系列226 型CPU 的PLC 通过自由口1，使用RS-485 协议对易能EDS1000 型变频器进行控制，大地减少了线路连接的复杂性，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。
1 引 言
在工业过程控制中，PID控制适合于可建立数学模型的确定性控制系统。但在实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变不确定的系统，使PID控制器的参数整定烦琐且控制效果也不理想。近年来，随着智能控制技术的发展，出现了许多新型的控制方法，模糊控制就是其中之一。模糊控制不需要掌握控制对象的数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰的系统具有良好的控制效果。PLC具有很高的性，抗干扰能力强，并可将模糊控制器方便地用软件实现。因此，用PLC构成模糊控制器用于油田的污水处理是一种新的尝试，不仅使控制系统加，而且了较好的控制效果。
2 污水处理工艺简介
目前我国许多油田处于二次采油期，即注水开采期，所采的油中含有大量的污水。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以、平衡地层压力，防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管，避免注入水使注水管、油管和地层结垢。其处理方法是使用A、B、C三种剂，其中A剂为pH值调整剂，B剂为沉降剂，C剂为阻垢剂。其工艺流程方案如图2—1所示。根据工艺要求，关键是在混合罐中对污水添加A剂提高污水的pH值（即控制pH2）以减少腐蚀。添加B剂可加速污水中絮状物的沉淀。添加C剂可减缓污水在注水管和油管中的结垢。该系统属非线性、大滞后系统，其对象的数学模型难以获得，采用PID反馈控制效果不是很理想，且采油联合站都位于偏僻的地方，环境恶劣。因此，该污水处理系统采用了基于PLC的模糊控制来提高系统的控制精度和性，从而满足工艺要求。
3 模糊控制原理
控制系统采用“双入单出”的模糊控制器[1]。输入量为pH值给定值与测量值的偏差e以及偏差变化率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压u。图3—1为模糊控制系统的方框图［2］。控制过程为控制器定时采样pH值和pH值变化率与给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变化率ec，并以此作为PLC控制器的输入变量，经模糊控制器输出控制变频器输出频率n，从而改变加药量使pH值保持稳定。
模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊3个部分。E和Ec分别为e和ec模糊化后的模糊量，U为模糊控制量，u为U解模糊化后的量。
3．1 输入模糊化
在模糊控制器设计中，设E的词集为［NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB］［3］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］；Ec和U的词集为［NB，NS，NM，0，PS，PM，PB］，论域为［－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6］。令－1），pH0表示期望值。然后，将e、ec和u模糊化，根据pH值控制的经验可得出变量E、Ec和U的模糊化量化表。表3—1为变量E的赋值表。
3．2 模糊决策和模糊控制规则
总结污水处理过程中pH值的控制经验，得出控制规则，如表3—2所示。选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以误差为主。而当误差较小时，选择控制量要注意防止调，
以系统的稳定性为主。例如，当pH值低很多，且pH值有进一步快速降低的趋势时，应加大剂的投放量。可用模糊语句实现这条规则（IFE＝NB ANDEc＝NB THEN U＝PB）。当误差为负大且误差变化为正大或正中时，控制量不宜再增加，应取控制量的变化为0，以免出现调。一共有56条规则。每条规则的关系Rk可表示为：
7）根据每条模糊语句决定的模糊关系Rk（k＝1，2，…，56），可得整个系统控制规则总的模糊关系R。
3．3 输出反模糊化
根据模糊规则表取定的每一条模糊条件语句都计算出相应的模糊控制量U，由模糊推理合成规则，可得如下关系：
以此得出模糊控制量，如表3—3所示。然后依据大隶属度法，可得出实际控制量u。再经D／A转换为模拟电压，去改变变频器的输出频率n，通过 加泵控制加药量调节pH值，从而完成控制任务。
本系统由分布在十几公里内10个深井取水泵站、4个增压泵站、多个储水池、水塔及用户管网组成。
整个供水系统的高低落差达150米，由于供水系统的组成及地形结构的特殊性，过去人工监控，给生产管理、供水调度带来诸多不便。
实施了微机监控后，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、流量、水位、电压、电流等），控制深井泵、增压泵的开停，监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的生产、科学调度有着重要的意义。
二、系统组成
微机监控系统采用主从结构、分布式无线实时监控方式（简称SA）。
系统主要由监控、无线通信系统、现场、传感器及仪表四部分组成。
监控：由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。
无线通信系统：监控与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控为全向天线，各副站为定向天线。
现场监控终端：为，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控微机进行数据通信。根据监控的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。
传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。
三、现场PLC终端
现场PLC监控终端是工业现场与监控之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。
1、PLC硬件设计
现场某一终端需测控开关输入信号12路，开关输出信号14路，模拟量输入信号9路。因此，我们选用S7-214基本单元，一块继电器输出扩展单元（EM222），三块模拟输入扩展单元（EM231）。
这样系统共有开关输入14路，开关量输出18路，模拟量输入信号9路，满足现场要求。
2、通讯接口
S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、Modem、进口电台三者合一）相连，我们专门设计了RS-485接口的Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
3、抗干扰设计
为提高系统的性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间家继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。
四、PLC软件设计
PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。
1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。
2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。
4、脉冲量累计子程序：对电耗、流量、仪表的输出脉冲进行累计，并进行标度变换。
5、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
6、置初值子程序：由监控对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
7、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控。
8、控制子程序：根据监控的命令，或现场自控条件输出相应的操作。
9、通讯子程序；完成与监控的各种通信功能。
通讯程序中，接收命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。
五、结论
本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200PLC，提高了系统的性，在铁路供水系统了较好的应用效果。本系统将无线通讯与S7-200PLC的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。
工作原理：利用Haiwell PLC的易用的通信功能：标准配置2个通信口，1个RS232通信口，1个RS485通信口。用Haiwell PLC的RS485口与变频器通信，控制变频器运行、停止、速度并读取变频器运行状态及输出频率。再通过Haiwell PLC的RS232口与文本显示器通信，对焊接工艺参数进行设定。
系统优点：
1、利用Haiwell PLC的自由通信协议指令COMM实现与富士变频器的运行控制与状态读取。所有Haiwell PLC的通信功能均可用一条指令实现，对特殊位、特殊寄存器编程，也管理多条通信指令的通信时序，同一个条件下可同时写多条通信指令。
2、Haiwell PLC标准配置1个RS232口和1个RS485口，且任何一个通信口均可作为主站也可作为从站。任何一个通信口均可作为编程端口，也可作为与3方设备通信的端口。在本应用中，用RS232口与文本显示器通信，用RS485口与富士变频器通信。
3、利用通信实现变频器的速度调节及运行控制，大大增强系统的抗干扰能力，大大提高系统在强干扰的焊接场合的性与稳定性。
4、利用通信实现变频器的通信，节省了PLC DA模块，大大节约系统成本，并轻易实现应对不同产品需要不同工艺控制参数（焊接速度、焊接时间）的要求。
主要硬件配置：
1、可编程控制器：HW-S32ZS220R 1台
2、变频器：FVR0.4E11S-7JE（Fuji） 1台
3、文本显示器OP320A-S（Xinjie） 1台
三、程序设计亮点：
1、利用COMM指令非常容易的实现与富士变频器通信。用COMM指令写通信协议时，可选择按寄存器低字节（低8位）发送的方式，而接收数据仍按16位接收并自动存放至指令的地址，使用户编程大大简化。
2、利用通信功能控制变频器，大大提高速度控制的性，并简化了许多原来D/A转换时的数字量——工程量——显示值间转换程序。
四、总结：
利用海为可编程控制器（Haiwell PLC）便利的通信功能及便利的指令集，满足了焊接自动化设备厂商对设备广泛适应性要求。可广泛应用于焊接自动化行业设备配套场合。