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产品描述
西门子6ES7322-1HF01-0AA0千万库存
2.1 上位机监控
利用工控机作为上位机。由它运行软件。它操作简单、思路清晰、界面友好。上位机软件主要包括以下几个模块:
(1) 数据采集、存储模块
上位机软机每隔1s向可编程控制器发送读温度命令，然后接受控制器返回的温度数据，经过错误校验以后进行存储并显示。
(2) 数据查询模块
上位机存储的历史数据可以按照不同的规则进行查询以供分析，系统的设置参数也可以进行查询。
(3) PID参数整定模块
虽然PID算法大部分是在下位机完成，但是上位机也可以根据需要调整参数kp、ki、kd的初始值。同时，为了好的发挥上位机软件的强大作用也可以进行神经网络、控制、学习控制等智能算法的应用。
(4) 通讯模块
主要负责与下位机的数据交换及数据格式的转换。
2.2 温度控制
温度控制是波峰焊机控制系统的。系统利用K型热电偶采集温度信号。它通过控制固态继电器的输出来调节占空比，从而改变电阻丝两端的有效电压，达到控制温度的目的。在很多工业控制过程中一般都采用PID控制，特别是对于纯滞后、大惯性的温度控制。PID控制是按照实际温度和设定温度偏差的比例、积分、微分产生控制作用，实际运行效果和理论分析表明，这种控制规律可以得到比较满意的结果。
2.3 步进电机控制
在波峰焊机控制系统中有三种步进电机:链幅调节步进电机、流量控制步进电机和喷嘴移动步进电机。步进电机是将电脉冲信号变换成角位移的一种机电式数模转换器。它受脉冲信号控制，角位移与输入脉冲个数构成严格的正比例关系，每输入一个脉冲，步进电机就转动一定的角度。它具有定位精度高、惯性小、无积累误差、启动性能好等特点。因此，它广泛应用于要求精密定位的旋转或线性运动的控制系统。PLC输出的脉冲信号通过步进电机驱动器达到控制步进电机的目的。
2.4 网络通讯
上位机软件和S7-200可编程控制器之间以及PLC和变频器之间用RS-485连接。通信协议是基于S7-200自由口通讯的Modbus协议。Modbus协议是MODICON公司为其生产PLC设计的一种通讯协议。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录，了消息域结构和内容的公共格式。上位机和PLC的通信使用主－从结构，采用请求－响应方式，主站发出带有从站的请求报文，具有该地址的从站收到后发出响应报文进行应答。
Modbus协议有ASCII和RTU两种报文传输模式，在设置每个站的串口通信参数时，Modbus网络上所有的站都选择相同的传输模式和串口参数。本系统中我们采用RTU模式进行传输。如图2所示RTU通信帧的基本结构。
图2 RTU通信帧的基本结构
在下位机PLC中使用Modbus从站协议进行设计。在用户程序中调用Modbus从站指令。如图3所示，MBUS_INIT指令用来设置或改变Modbus通信参数。该指令应只在一个扫描周期内执行，一般用在扫描时工作一个扫描周期的SM0.1的常开触点来驱动它。程序中只能使用一条MBUS_SLAVE指令，每次扫描都应调用该指令，以响应接收到的通信请求。
3.2 模糊PID参数自整定算法研究
由于电阻炉温度是一种大惯性、纯滞后的控制对象，因此PID算法的参数很难确定。一般的参数整定方法就是根据经验设定其参数初值，然后根据具体工艺条件再进行调整。这种方法费时费力还不准确，所以项目开发了基于继电反馈的模糊PID参数自整定方法。
模糊控制器是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具，并利用计算机数字控制技术来实现的一种智能控制器。控制器的输出和参数的调整是通过过程函数的逻辑模型产生的，改善模糊控制特性的有效方法是优化控制规则。图6为模糊控制系统的基本结构。
图6 模糊控制系统的基本结构
此模糊控制器由四个基本部分组成，即模糊化、知识库、模糊推理和反模糊化。设计模糊控制器的步就是要选择论域和模糊子集的隶属函数。将确定的隶属函数曲线离散化，就得到有限个点上的隶属度，便构成了一个相应的模糊变量的模糊子集。在本控制系统中笔者设误差的基本论域为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6},误差变化的基本论域为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}。为了进行模糊化处理，将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集的论域。误差的量化因子
图7 波峰焊温度控制效果
4 结束语
波峰焊机控制系统的是温度控制。只要控温精度上去了，就可以说此控制系统已经达到基本要求了。本文研究的波峰焊机控制系统利用西门子公司的S7-200系列PLC作为下位机控制器，它的抗干扰能力强、稳定、。利用其PID参数自整定模块可以达到较好的效果，但是由于此模块刚推出不久，它的控制功能有待进一步考验。因此可以根据模糊PID自整定算法原理自己编写程序，同样可以达到很好的温度控制精度。为了促进无铅焊接设备的进一步发展，其它智能控制理论也将越来越多的应用于此类控制系统中。
1 引言
近年来，随着社会经济的高速发展，城市化进程持续加快，生活条件的改善和生活水平的提高，市民人均污泥水排放量也不断增长，加之市容、市貌、道路、房屋等基础设施建设带来的泥渣等经雨水冲刷，大多也进入排水管道，下水道污泥沉积速度加快，清淤和污水运输的工作量剧增。由于城市建设的发展，城区地域也以惊人的速度扩大，城市生活小区越来越多，相距越来越远，相应的排水管道的长度快速增长，排水管道疏通、清淤的工作量也成倍提高。**排水部门除了定期疏通和清淤排水管道外，还要承担由于突发原因造成的排水管道堵塞的疏通抢险任务。因此，**部门的排水管道疏通、清淤和污泥运输工作非常繁重，任务十分艰巨。
2 国内外比较
目前国内城市排水管道污泥的取出仍然靠人工作业，采用原始的拉、刮横道污泥至检查井，再人工一匙一匙地将其挖出，然后连泥带水一起运至地点集中处理。这种传统型的下水道清淤工作，与建设现代化文明大都市的要求相距甚远，其弊端也是显而易见的。是**工人的劳动强度大，工作条件差，工作效率低;其次是造成了路面和环境的二次污染，因为运输过程中不可避免的抛撒滴漏现象，特别是在盛夏，污泥水是臭气熏天，而且大量污水无处可倒，集中排放又而造成污染;再次是提高了运输成本，由于抽取的大部分是污水，只有少量污泥，所以增加了污水的运输次数和相应费用。
国外发达国家在城市规划时，排水管道设计得较为宽大，人员和机械均可进入地下管道作业，污泥可直接用泵输送至污水处理厂进行集中处理。而较小管道的清淤，基本使用车辆，采用高压水冲穿清淤，然后再用泵将泥水吸上来后运走。该种车辆的优点是将高压冲穿和吸取泥水二项功能集于一身，其缺点是不具备泥水分离装置，其运输物也主要以水份为主，因此运输效率较低。这种车辆在日本、美国、意大利和德国等国均有生产，我国也有少量进口。但是，价格昂贵，使用费用也较大，同时须带大量清水，对于人均水资源不高的国家和地区是不适宜的，加上我国城市排水管道中介质复杂，常常含有塑料袋、木块、较大砖块等杂物，因此，该车并不适合我国城市排水管道清淤的实际情况，使用效果不够理想。
鉴于以上情况，为提高城市排水管道清淤工作的机械化程度，提高工作效率和运输效率，我公司开发了这种集检查井取泥、泥水分离为一体的**工程设备，并安装在辆上，国内这一领域的空白。这样一次污泥的运输量为十几仍至几十个窨井的污泥总量，该设备采用PLC控制技术，可实现多次工作循环，从抽污泥水到输出污泥，可自动一步完成，也可人工分步完成。
3 原理与系统设计
设备主要有检查井取泥装置、污泥水快速自动分离装置、污泥输送装置、机组拖挂系统和自动控制系统等部件组成。
设备的阀门控制示意如图1所示。
图1 设备的阀门控制示意图
3.1 原理设计
先将抽污软管放入窨井中，启动车上发动机，开启取力器，接通控制电源，真空马达抽吸污泥水时，箱内气体经阀2抽出，污泥水经阀1吸入，然后将污水箱后端抬起，同时将底部低端的污泥送往，再由真空马达反向操作排压污水，气体经阀2充入，污水经阀1排出，通过一次排压将污水排出水量的二分之一或三分之一，接下来将所有阀门关闭进行抽真空，达到规定真空度后，大气先由旁通阀进入箱底管道，当箱内外气压相等时，真空马达再反向操作进行爆气，大气通过管道小孔从水底爆出，使气泡带着污泥漂浮起来，快速分离出其中的水份，使污泥达到一定的浓度，这时真空马达进行二次排压，将污水全部排至下水管道，如果污泥含量太低，可循环作业数次，后将污泥输送出箱。
3.2 主要动作
该设备进出水、气的阀门管道较粗，所以设计采用电、液和电、气控制，各阀门及反馈元件的动作见附表。
附表 液、气、电阀动作表
(1) 抽吸污泥水
通过真空马达对污水箱进行抽真空，当箱内达到一定真空度时，下水道中的污泥水通过管道开始吸入箱内;当污水箱中的水位达到限位时，液位传感器反馈信号停止该动作。
(2) 排压污水
当污水与泥沙次分离后，由真空马达反向操作对污水箱进行充气，当气压达到规定值时，气压将分离后的污水从污水箱中排压出去，当污水占箱中水量二分之一或三分之一时，液位传感器反馈信号停止该动作;当爆气结束后，再进行二次排压污水。
(3) 抽真空
对污水箱进行抽真空处理，当箱内气压达到规定真空度时，压差传感器反馈信号停止该动作，这是为了增加爆气的效果。
(4) 爆气
在污水箱真空的情况下，对箱内水底充气，产生爆气效果，使气泡带着淤泥漂浮至水面，当箱内气压达到规定的标准时停止该动作。
(5) 输送污泥
由箱内螺旋和箱外螺杆同时工作将污泥输送出来。
3.3 系统设计
(1) 控制真空马达的开和关，完成抽吸污泥水、排压污水及抽真空、爆气的工作;
(2) 控制四通电液阀的左开、右开和断电，完成真空马达的正(抽气)、反(充气)转换的操作;
(3) 控制举升换向阀的左开、右开和断电，驱动油缸完成污水箱后端的上升和下降工作;
(4) 控制筒盖换向阀的左开、右开和断电，驱动油缸完成筒盖的开、关工作;
(5) 控制螺旋换向阀的左开、右开和断电，驱动油马达完成螺旋输送器的正、反转工作，达到污泥的前后输送或搅拌之目的;
(6) 控制螺杆换向阀的左开、右开和断电，驱动油马达完成螺杆输送器进入、退出污水箱及输出污泥的工作;
(7) 控制旁通阀的开启，可提高爆气的效率。污水箱在真空负压状态下转入爆气高压状态，需要大气快速进入箱内，如果由真空马达充入气体，那么时间既长、效果又不好，因为真空马达的转速是一定的，所以充气量就受到了限制，大气由旁通阀进入，在短时间内就能负压;
(8) 控制溢流阀和发动机油门的开启，完成单个或数个液压执行元件动作的工作。溢流阀和油门的开关正好相反，当单个液压执行元件动作时，开启溢流阀，同时关闭油门;当数个液压执行元件动作时，关闭溢流阀，同时开启油门;
(9) 控制气阀的开关组合，完成抽吸污泥水、排压污水和抽真空、爆气的工作。
4 控制系统硬件及软件
控制元件选用SIEMENS CPU224和EM223，设计输入总点数为22点，输出总点数为22点，现用的可编程控制器输入总点数为30点，输出总点数为26点，能够满足设计要求。反馈元件为选用正负压差计、液位传感器、磁性传感器等。程序框图见图2、图3所示。所编制的程序因篇幅太长特省略。
图2 程序框图之一
图3 程序框图之二
5 难点与
5.1 难点
原来控制液位采用声波传感器，现场调试发现声波在真空及高压状态下工作不稳定，容易出现误动作，后来改用浮球液位传感器，使用效果良好。在抽吸污水、抽真空和排出污水、爆气的过程中，因为是同一管道进出污水，所不同的是四通阀的动作，左旋为抽气，则抽进污水;右旋为充气，则排压污水，所以当四通阀在排污水时发生误动作，就会出现故障，严重时会导致事故，污水进入真空泵而将其损坏，经过改进，在四通阀上加装了传感器后，避免了这一现象的发生。因为电源为车用蓄电池，故要尽量减少各阀的通电时间，同时为了使各电磁阀在工作中开关，在操作中均采用双向电控，即关闭时也通电，然后通过程序延时再进行断电，这样使程序较为复杂。
5.2
该设备在快速污泥水分离、防堵塞、自动控制等方面已达到国内水平和接近国外近期水平。
(1) 将排水管道检查井取泥、泥水快速分离地组合在一起，形成体积较小、效率较高的排水管道清淤流动工作站，适应了城市排水管道清淤面广量大的特点，，必将受到**排水部门的欢迎。
(2) 在泥水分离方面，采用高速离心分离技术，适应了城市排水管道泥水成分复杂、易堵塞、腐蚀性强的特点，工作介质范围较宽，具有防堵塞能力，而且能自动排渣、分离，水份回流至排水管道，不仅对井下污泥起到冲稀作用，而且防止了清淤和运输过程中路面的二次污染，符合环保的要求。
(3) 采用PLC技术，实现了全自动控制，增加了过载保护、温升保护、故障自我诊断等控制功能，做到人工启动，自动作业，、。
(4) 集液控、气控、电控为一体，机电液气组合，具有一定的技术难度，已获得国家实用新型和国家发明。
6 结束语
PLC可编程控制器特别适用于小批量非标设备的自动控制，其可编程性对单位研究开发新产品尤为有用，目前在各行各业中其用途之广泛，发展之迅猛，且应用的人员众多，以至于在自动控制方面占据半壁江山，甚至可以与电子控制、数字控制相，这可能是开发其软硬件的技术人员所始料未及的。
城市下水道污泥水分离设备在**部门具有广阔的发展前景，为减轻工人劳动强度，提高工作效率提供了的产品，而PLC技术在**机械上的成功应用，使其具有了自动化程度高，工作性能等特点，可以用来替代国外同类产品，为进一步提升国内**机械的档次奠定了基础。
1.G3系列PLC有哪些模拟量处理模块？
答：随着小型PLC性能的提高和应用范围的扩大，小型PLC已经不再局限于传统的离散控制的场合，开始越来越多的应用于过程控制。同样，对小型PLC来说，模拟量信号处理也越来越重要。
G3系列PLC拥有多款模拟量处理模块。其中包括模拟量输入模块LM3310、LM3310A、LM3310B、LM3313，模拟量输出模块LM3320，模拟量输入输出模块LM3330等。
LM3310、 LM3310A和LM3310B都是4通道标准信号输入模块，可以输入的信号有0~10V/4~20mA/0~20mA。LM3313是8通道模拟量输入，输入信号包括-10~10V/-20~20mA。LM3320是2通道模拟量输出模块，可以输出的信号包括0~10V/0~20mA。LM3330是 4通道模拟量输入/1通道模拟量输出模块，其输入信号与LM3310A类似，输出信号与LM3320类似。
G3系列PLC同时还有几款特殊的温度采集模块，可以直接接入温度传感器而不用外加变送器。LM3311是4通道热电偶温度采集模块，允许接入标准的热电偶传感器。LM3312是4通道热电阻温度采集模块，允许接入Pt100或者Cu50等标准热电阻。LM3314是一款8通道热敏电阻温度采集模块，允许接入负温度系数，B值可选的热敏电阻。
2.LM3310、LM3310A、LM3310B这三款模块有什么区别？
答：LM3310、 LM3310A、LM3310B都是4通道标准信号输入模块，但三者有一些区别。LM3310输入端属于差分形式，采用12位的A/D转换芯片，适用于要求输入响应较快的场合。LM3310A输入端属于单端形式，同样采用12位的A/D转换芯片，适用于要求输入响应较快的场合。而LM3310B采用单端输入，16位的A/D转换芯片，适用于要求精度高，但并不要求快速响应的场合。
同时要注意，因为LM3310A和LM3310B属于单端输入，如果多个变送器负端不能短接，则多只能接一个变送器，或者选用LM3310模块。
三者的具体区别详见下表：
3.采用LM3320模块进行模拟量输出，但是如果只希望输出0～5V，可以实现吗？
答：可以。LM3320可以实现0～20mA或者0～10V输出。如只希望输出0～5V，可以实现。
4.称重传感器通过变送器送过来的标准信号，可以是电压也可以是电流信号，LM3310有没有要求？这个信号的值在PLC寄存器中是如何反映的？
答：LM3310可以接收电压（0～10V）、电流（0～20mA）或电流（4～20mA）4路信号。而且各路信号可各不相同，只需在PLC配置时配置相应的信号就可以了。对应关系如下：
比如你的0－1000公斤对应0－10V，而PLC中0－10V对应0～65535，那么你的0－1000公斤在PLC中就对应0～65535。
5.可以直接将热电偶或者热电阻信号接入G3 PLC么？
答：当然可以了， G3系列PLC的模拟量扩展模块不仅包括标准信号输入模块，还有专门的温度模块扩展模块：热电阻模块、热电偶模块、热敏电阻模块，且模拟量精度高。热电偶支持类型包括J、K、T、N、E、R、S、B、-80~80mV，热电阻支持的类型包括Cu50、Pt100。
6.模拟量滤波有什么效果？如何设置？
答：一般情况下选用G3的模拟量滤波功能就不必再另行编制用户的滤波程序。如果对某个通道选用了模拟量滤波，CPU将在每一程序扫描周期前自动读取模拟量输入值，这个值就是滤波后的值，是所设置的采样数的平均值。模拟量的参数设置（采样数及死区值）对所有模拟量信号输入通道有效。 如果对某个通道不滤波，则 CPU不会在程序扫描周期开始时读取平均滤波值，而只在用户程序访问此模拟量通道时，直接读取当时实际值。
在PowerPro软件中，可以直接对模拟量输入信号进行滤波设置。以LM3310为例，其设置参数和实际滤波时间见下表。
HOLLiAS-PLC产品提供了完善的网络接口、I/O以及功能模块，产品贴近用户的五种解决方案可以根据用户需要进行灵活的配置，根据不同的需求可以做出合理的、高性价比的硬件配置方案。
■HOLLiAS-PLC MPI解决方案
MPI是由西门子公司推出的协议，在协议上，MPI与Profibus-DP仅在七层不同。MPI的通讯方式是一种廉价、的通讯方式，该方式直接采用CPU的编程口（MPI口），其它网络模块。在结构上，MPI没有主从式结构网络上全为主站。
如上图所示为MPI解决方案，操作员站与HOLLiAS-PLC模块之间通过一根MPI电缆就可以完成通讯。在速度和通讯距离要求不高的地方，使用MPI的通讯方式是比较好的选择。
■HOLLiAS-PLC串行通讯解决方案
HOLLiAS-PLC系统可提供RS232通信模块，采用3964+RK512协议，直接接入PC机，也可提供RS485通信模块，提供无协议的ASCII通信方式，直接与PC机进行连接。通过RS485模块，系统可以连接多达32台RS485接口现场仪表。
■HOLLiAS-PLC无线通讯解决方案
HOLLiAS-PLC系统可以通过无线方式进行数据的传输。无线通讯系统的是通过电台来完成的。
无线通讯系统由一个主站电台和相应采集站电台及相关设备组成，担负着控制室和相应站点之间的任务。站负责各采集/控制站的轮询，采集/控制站中CPU通过RS232通讯模块连接电台，这样，在站的电脑里就可以看到各个采集站的数据。
终的数据依据实地的无线电电波传播测试结果。无线电电波传播测试完成后，根据测试情况和实地地形地貌，通过理论计算和实际经验，推论出各个远端站的天线架设高度等信息，从而为终的设计提供依据。
■HOLLiAS-PLC现场总线解决方案
现场总线就是应用在生产现场，在微机化测控设备之间实现双向串行多节点数字化通信的系统，也称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线一般是开放的、与制造商无关的并且没有知识产保护的标准。世界上任何厂商都可以利用该标准设计自己的产品。其中Profibus-DP用于现场级，这一级要求响应时间短，分散的外设间信息高速传输。Profibus-DP为标准IEC61158的一个子项，主要特点是速度快，网络协议开放，有众多厂家产品支持，相比其他总线系统，其速度可以达到12Mbps，能够完成快速机械连锁控制。和利时公司已经掌握了Profibus-DP的技术，并把其应用于HOLLiAS-PLC系统中。
HOLLiAS-PLC产品提供了带DP从站接口的CPU，同时还提供了DP主站/从站接口模块。DP主站接口模块多可以连接128个DP从站，为系统的进一步扩展留有充足的接口。系统中采用带DP从站接口的CPU作为子站，其控制功能可以不依赖于网络，即使网络发生断线等故障，子站设备也不会失控；同时当网络上数据通讯量较大时，避免因网络负荷过重导致通讯效率低下，造成设备的监控不及时。
如果在计算机中插入DP主站卡，那么计算机就可以作为主站对从站设备数据进行采集和控制。如下图所示：
Profibus-DP通讯电缆采用屏蔽双绞线，可有效地避免对系统通讯的干扰。同时，其他满足Profibus认证的产品也可以与HOLLiAS-PLC进行连接，有效地对系统进行控制。
■HOLLiAS-PLC以太网解决方案
以太网是一种网络技术，基于CSMA/CD（Carrier sense multiple Access with Collision Detection,载波侦听/碰撞检测）控制各节点对网络的访问，在中等通信量时，以太网技术是非常有效的，它在大多数速率的情况下都提供了。以太网通讯的传输协议为TCP/IP，TCP/IP为开放式协议，因此以太网是目前开放性的网络，被大多数厂家的工业以太网产品所应用，能够轻松满足用户将来的扩容需要，从而能够很好保护用户的投资。
应用以太网方式进行通讯，可以使系统结构简洁，减少了中间环节，降低发生故障和瓶颈效应的几率。以太网的通讯方式以其开放性为将来系统扩展、增加三方的设备提供了大的可能性。工业以太网采用10Base2方式，每网段距离可达200m，通讯速率为10Mbps，并且不会因通讯距离的增减而影响通讯速率。
HOLLiAS-PLC产品提供了以太网方式的解决方案，采用标准以太网星型/总线型结构，可以提供RJ45接口，也可以采用同轴电缆和光缆。HOLLiAS-PLC产品提供带以太网接口的PLC，通过这个接口，系统可以与其他符合TCP/IP协议的系统或设备相连。如上图所示，几个带以太网接口的PLC通过工业级HUB与带以太网卡的操作员站相连接，连接方式非常简便。
由于以太网传输原理的制约，在网络上节点设备较多时，相互之间有可能因为数据碰撞而发生阻塞现象。HOLLiAS-PLC的以太网接口采用了专为工业控制设计的有技术——IPC通讯方式，在两个节点之间通讯时，无论是发送数据还是接收数据都被保存在接口模块的数据缓存器中，当接到其他站的通讯请求时，接口模块会自动判断本次请求的数据与上次请求的数据是否一致，若被请求的数据在两次通讯之间没有发生变化，被请求通讯的站会向请求通讯的站发出一个短的特殊意义字符，告之数据未发生变化，而不发送整个数据包。这种设计可以降低70-80%的数据通讯量，从而地降低了网络负荷，避免网络阻塞的发生，有效地提高了系统的性。
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