西门子6ES7331-1KF02-0AB0千万库存

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1 引 言
切纸机械是印刷和包装行业常用的设备之一。切纸机完成的基本动作是把待裁切的材料送到位置，然后进行裁切。其控制的是一个单轴控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进系统的实现是利用单片机控制，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后，单片机系统输出信号，断开进给电机的接触器，同时电磁离合制动器的离合分离，刹车制动推进系统的惯性，从而实现。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。但此控制系统是早期产品，没有合适配件可替换，只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用plc的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用hmi（人机界面human machine interface）进行裁切参数设定和完成手动操控。

2 改造的可行性分析
现在的大多plc都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百khz的脉冲信号。切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高，可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在plc处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，plc对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到定位的目的。另外当今变频器技术了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度提升，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。

3 主要控制部件的选取
3.1 plc的选取
设备需要的输入输出信号如表1所示。

本系统脉冲频率＝25转/秒×500个/转×2（a/b两相）＝25khz

理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm

同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在plc程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的a/b相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此plc可处理的脉冲频率为30千赫，因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度满足此要求。
3.3 变频器和hmi的选取
这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是fr-e540-0.75k-ch和f920got-bbd-k-c。f920got是带按键型的hmi，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：（1）可以方便的实现和plc的数据交换；（2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制plc内部的软继电器，从而可以减少plc输入点的使用；（3）具有两个通讯口，一个rs232c（用于和个人电脑通讯）和一个rs422（用于和plc通讯），利用电脑和f920got相连后不仅可以对hmi进行程序的读取和上传，还可以直接对plc的程序进行上传下载、调整和监控。

4 plc和hmi程序的设计
此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和具体位置定位功能，并且hmi上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器c235和c236。c236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；c235用于进行定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到c235，不论进给机构前进还是后退c235进行减计数，同时对c235中的数值进行比较，根据比较驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器停止输出的时间并不是c235中的计数值减小到0时，而是让c235和一个数据寄存器d130比较，当c235中的值减小到d130中的设定值时plc控制变频器停止输出。d130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。
1）显示定位机构当前位置的程序

5 变频器的参数设置
设定的变频器的主要参数见表2。在调试过程中为了达到定位速度和精度的结合，应对三段速设定值，加减速时间和hmi中d130、d200和d202的数值进行相应调整。

6 结束语
通过改造过程，恢复了我们切纸机的功能，试用三个月以来运行非常稳定。由这个应用实例可以看出结合plc的高速计数器功能，合理的进行应用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统优的性价比，并且由于选用通用开放的plc—变频器集成方案，为企业后期自主设备管理带来长远的效益。

1、模拟量滤波的设置应该注意哪些？
答：注意以下几点：
1）为变化比较缓慢的模拟量输入选用滤波器可以抑制波动；
2）为变化较快的模拟量输入选用较小的采样数和死区值会加快响应速度；
3）对高速变化的模拟量值不要使用滤波器；

2、模拟量滤波死区值如何设置？
答：死区值（Deadband）表示用户设定的死区值，数值范围一般可以到达量程的10%。在启动滤波功能时，当模拟量的当前采集结果和上次滤波后的值之差过设定死区值时，采集模块直接输出当前采集；否则输出经过滤波后的转换。死区值为0表示禁用死区参数。

3、模拟量输入信号的精度能达到多少？
答：拟量输入模块有两个参数容易混淆：
1）模拟量转换的分辨率
2）模拟量转换的精度（误差）
分辨率是A/D模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。常用的为12为多，也有不少为16位的。
模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围 电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。

4、为什么模拟量是一个变动很大的不稳定的值？
答：可能是如下原因：
1）可能使用了一个自供电或隔离的传感器电源，两个电源没有彼此连接，即模拟量输入模块的电源地和传感器的信号地没有连接。这将会产生一个很高的上下振动的共模电压，影响模拟量输入值。
2）可能是模拟量输入模块接线太长或绝缘不好。
一般模拟量模块有共地端M，如出现上述问题，可以把输入信号的负端连接到M端上，以共模电压过大而带来的干扰。但应该注意，这种方式适合于变送器允许把负端连接在一起的情况。

5、电压变送器和电流变送器在使用上有何不同之处？
? 电压型的模拟量信号，由于输入端的内阻很高（一般PLC的模拟量模块都是1兆欧以上），易引入干扰，一般电压变送器用在控制设备柜内电位器设置，或者距离非常近、电磁环境好的场合。
? 电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰，因而在工业现场获得广泛的应用。
? 电流信号可以传输比电压信号远得多的距离。
? 信号输出端的负载能力大于信号输入端的内阻与传输线电阻之和。

6、模拟量信号的传输距离有多远？
答：电压型的模拟量信号，由于输入端的内阻很高（模拟量模块为1兆欧），易引入干扰，所以讨论电压信号的传输距离没有什么意义。一般电压信号是用在控制设备柜内电位器设置，或者距离非常近、电磁环境好的场合。
电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰，因而在工业现场获得广泛的应用。
电流信号可以传输比电压信号远得多的距离。理论上，电流信号的传输距离受到以下几个因素的制约：
1）信号输出端的带载能力，以欧姆数值表示
2）信号输入端的内阻
3）传输线的静态电阻值（来回是双线）
信号输出端的负载能力大于信号输入端的内阻与传输线电阻之和。当然实际情况不会符号理想的计算结果，传输距离过长会造成信号衰减，也会引入干扰。

7、热电阻两线制、三线制和四线制有什么区别？
答：热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的引线主要有三种方式。
两线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制。这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合；
三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制。这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的引线电阻的影响，是工业过程控制中的常用的引线电阻。
四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至PLC。这种引线方式可引线的电阻影响，但成本较高，主要用于的温度检测。

1、引言

近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益提高，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。

通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，但是，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，因此，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。

2、变频器简介

交流电动机的转速n公式为：

式中:f—频率;

p—对数;

s—转差率(0～3%或0～6%)。

由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。因此变频调速方式，比改变对数p和转差率s两个参数简单得多。同时还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，因此变频调速方式拥有广阔的发展前景。

3、PLC模拟量控制在变频调速的应用

PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。

在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。

下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。同时选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。

图2为变频器的控制及动力部分，这里的变频器采用三菱S540型，PLC的模拟量速度控制信号由变频器的端子2、5输入。

3.1系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题

（1）模拟量模块输出信号的选择

通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。

（2）模拟量模块的增益及偏置调节

模块的增益可设定为任意值。然而，如果要得到大12位的分辨率可使用0~4000。如图3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。

（3）模拟量模块与PLC的通讯

对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。

从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：

#16为输出数据当前值。

#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。

b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始

（4）控制系统编程

对于上例控制系统的编写程序如图4所示。

在程序中：

1)当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时，通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时，通道2数字到模拟的转换开始执行。

2)通道1

将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);

将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;

使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;

将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;

使BFM#17的b1=1;

使BFM#17的b1由1→0，执行通道1的速度信号D/A转换。

3)通道2

将保存二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);

将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;

使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;

将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;

使BFM#17的b0=1;

使BFM#17的b0由1→0，执行通道2的速度信号D/A转换。

4)程序中的K0为该数模转换模块的位置地址，在本控制系统中只用了一块模块，因此为K0，如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块，则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。

（5）变频器主要参数的设置

根据控制要求，设置变频器的运行模式为外部运行模式，运行频率为外部运行频率设定方式，Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V，所以，Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。

3.2注意事项

(1)FX2N-2DA采用电压输出时，应将IOUT与COM短路;

(2)速度控制信号应选用屏蔽线，配线安装时应与动力线分开。

4、结束语

上述控制在实际使用过程中运行良好，很好的将PLC易于编程与变频器结合起来，当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同，比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时，只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。总之，充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。

1引言

随着科学技术的发展，世界上各大公司相继生产出许多不同类型的可编程控制器，给生活和工业生产的各个领域实现自动控制提供了很多方便，其中西门子LOGO！可编程控制器就是应用起来比较方便的一种，它可以不需要借助其他工具就方便的进行编程，实现逻辑控制、时序等多种编程控制，应用起来方便实用，本系统中用压力传感器作检测件，用压力控制器（CD901）作为压力比较控制中间环节，与西门子可编程控制器（LOGO！）共同组成控制系统。

2应用背景

我公司动力二区由于用水情况的变化，有时需水量大，有时需水量小，供水压力将随用水量大小变化而不断变化的，由于用水量变化很大使管网压力波动非常之大，当用水量小时，即使只开一台水泵管网压力仍可达到0.35Mpa，致使管网憋压造成能源浪费。当用水量大时，又开两台甚至三台才能满足工艺要求，这就要求岗位人员时常观察管网压力，并根据情况人工开机停机，这样不仅压力变化较大和调节滞后，而且会浪费能源，还可能造成供水不足影响生产等情况。当厂区内出现火情时，用水突然增加，而且要求压力高才能满足消防需要，往往是出现火情后，由发现火情人员通知动力值班员，再由动力值班员去泵房开泵增压，由于过程多，不能及时增压，供水不足影响扑救工作，很可能延误时机造成不利的局面，后果可能不可收拾。

3系统控制方式

3.1手动状态：

该状态时，编程控制系统停止工作，各水泵电机（一次水泵和消泵）分别由各自的按钮控制启、停，适合于系统故障或检修时使用。

3.2自动运行：

这种状态即为正常运行方式，各水泵电机（一次水泵和消泵）均通过压力检测、压力控制器、编程控制器，根据设定管道压力和编程条件进行水泵电机的自动开启、停机控制，自动增加或减少运行水泵电机量，实现供水管道压力基本稳定的目的，在厂区任何地方发生火情时，可以通过安装在各车间的消防按钮就可以及时开消泵增压，而不需要通知动力部门人员，再由他们到泵房增开水泵，不仅在正常生产时实现稳压供水，能在有消防需要时时间开启消防泵，达到即生产又兼顾消防的目的。

4控制功能的实现

正常生产时，3台水泵并联运行，实现恒压供水；有火情时，通过布置在各车间的消防控制按钮，实现立即开启另两台消防泵增压，保证生产、消防两不误。系统中用一台LOGO!编程控制器进行协调，现场压力信号经压力变送器取样，送至压力控制器与设定值进行比较，比较后产生压力信号到变频器，进行调压。若变频器不能满足压力调节，压力控制器产生高低报警信号，给LOGO!编程控制器启、停相应水泵，以保证压力稳定。

5.联机方式：

下面给出系统各部分联机方式，以便大家了解整个系统，联机方式如下图：

6.原理图

7.控制与编程

7.1压力不足增开机情况：

7.3消防控制，只要有消防信号，系统就执行紧急增压功能，不再进行加减机调压。

8.如图1所示，控制编程情况说明如下：

8.1程序设定是按照一定顺序开机或停机的，1#变频机开到大后，如果压力设定值，压力控制器就输出低报警给编程控制器，编程控制器按设定好的顺序开机（此处先开2#机，再开3#机），开机后管道增压，并由1#变频机调压，由压力监测器反馈到压力控制器，与设定值进行比较，如果压力在设定值范围内，系统保持现状；如果压力值仍设定下限，编程控制器将按编程再开另一台水泵电机，同样由1#变频机调压，此系统正常生产多需要开两台半不到三台就够了；如果此后由于系统用水量降低，使系统管道压力设定值上限，编程控制器按设定好的顺序停机（此处先停3#机，再停2#机），管道减压，并由1#变频机调压，由压力监测器反馈到压力控制器，如果压力在设定值范围内，系统保持现状；如果压力值仍设定上限，编程控制器将按编程再停另一台水泵电机，同样由1#变频机调压。如此循环往复，保持系统压力相对稳定。

8.2如果编程控制器接到消防指令，将直接开启消防泵，同时不再根据原压力设定进行调节，保持高压大量供水，直到再接到消防停机指令，然后又进入正常压力调节程序。

9.实施：

我们所用的这种编程控制器，编程简单，应用方便，因此实施起来没有太多太多困难，只要根据生产实际中多数时间的用水情况，设定合适的压力控制点和上下限，再根据用水变化程度，设定开停机间隔时间，按一定的逻辑关系实现开停机控制，并实现消防信号，就可以达到正常生产时基本恒压供水，消防时快速增压，特殊情况用水压力及用水量。施工难点主要是到各车间的消防控制，线路较长，控制点多，为正常生产，消防按钮特殊管理，一般情况不允许动。

10.实施效果：

自从完成本项目至今，系统运行良好，由于实现了自动启停稳压控制，大限度的了生产，而且，降低了操作工的劳动强度，减少了人为延误，还起到了节约能源的作用，受到使用单位和的。

11.结束语

本系统采用的编程器是比较方便的一种，其缺点就是不能进行网络控制，我们同时也进行了其他种类可编程控制器的应用，大系统和计算机网络控制应用技术，并将其应用到其他领域。

2 交通十字路口传感器的设置
在十字路口的四个方向（e、s、w、n）的近端j（斑马线附近）和远端y（距斑马线约100米处）各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。如图1所示。

3 模糊控制器的设计
本模糊控 制系统设计的是模糊控制器的设计，设计模糊控制器主要是求取模糊控制表。
3.1 系统分析
确定控制器的输入变量和输出变量以及它们的数值变化范围。输入变量为x、y，输出变量为t。绿灯期间车辆通过路口的速度不过20公里/小时，则在15秒时间内通过的大车辆数约为15辆。则x的变化范围为0～15。当远端和近端传感器之间距离约为100米时，考虑一般车辆车身长度连同两车辆间距平均5米左右，所以100米内可能停留等待的车辆数多可达到100/5=20辆，于是红灯方向排队等待的车辆数y变化范围为0～20。本系统的输出就是两个方向的红黄绿灯，还有斑马线处人行横道的红绿灯以及按前进方向分得细的绿灯相互间关系及两个方向的输出关系终归结到对当前绿灯的延时t。根据现场测试，输出变量t的变化范围为15～60。
3.2 模糊化方法的选择与确定
为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的1o秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。绿灯期间车辆通过路口的速度不过10m/s，则在10s内通过的大车辆数约为l5。以红绿灯转换瞬间为计时起点，记录10s内通过的车辆数作为变量x的论域，取（0-15），并将它分为三个模糊子集：少、中等、多。其从属函数设计如图2所示。

4 系统设计
4.1 系统硬件设计
模糊控制器采用三菱的fx2n型plc，通过编程来实现交通调度过程控制。图3所示的模糊控制系统数据采集及a/d转换由模拟量输入模块fx2n-2ad完成，d/a转换由模拟量输出模块fx2n-2da完成。

5 运行测试及结果分析
本文设计的基于plc的模糊交通控制系统，在某路口经过了试运行并现场测试，并与传统的定时控制方法进行了比较（见表2所示），比较结果表明：在交通流较小或接近定时配时的预期量时,模糊控制与定时控制方法并无太大差别,而当交通量逐渐增大时,本系统的模糊控制的优势就明显起来,可以有效地减少延误车队长和车辆平均延误时间，其中南北方向和东西方向的平均延误分别较定时控制的减少6.74%和5.32 %。

6 结束语
理论与实践证实，应用可编程控制器plc对十字路通信号灯进行模糊控制,其控制效果要比定周期方法的控制效果明显，尤其适用在车辆信息量比较大的交叉路口。由于使用plc作为本系统控制器的，系统编程简单。操作方便，具有较好的应用推广，适合目前我国交通控制与管理的现状。