6ES7313-6BG04-0AB0型号含义

6ES7313-6BG04-0AB0型号含义

引言

工业自动生产线应用非常普遍，一般生产线的长度是有限的，为把物料从一条生产线搬运到另一条生产线上，常常采用输送线升降机，以提高生产效率。本文以FX-ON系列可编程控制器为例，介绍PLC在输送线升降机中的应用，这种FX-ON系列PLC机以其优的性能价格比受到用户的关注，在改造旧设备、生产线以及替代进口产品方面，了很好的经济效益。特别是配上嵌入式全中文MCGS组态软件，可构成下位机监控系统，运行于WinCE嵌入式实时操作系统，内置流程图功能，有庞大的标准工业器件设备图形库，支持各类型PLC等硬件设备，可以完成复杂逻辑控制，并可根据实际工况灵活组态。经生产实践表明，该输送线升降机设计思路正确，运行，能达到实际生产应用的要求。

1、升降机结构图与工作原理

该单元由升降梯与立体仓库二部分组成，升降梯由升降台和链条提升部分组成，由步进电机做驱动电源，由光栅尺对升降梯上升或下降的高度进行准确的定位。

图1所示为传送线升降机结构图，工作原理如下：① 工件由传送线送至一楼升降梯机内；② 工件送达二楼后，升降梯上的传感器检测到工件进入时，升降梯上的传送电机停止工作，工件由动力辊道接出，再送入二楼辊道至二楼传送线，后进入仓库；③ 仓库的传感器检测到工件进入后，传送电机停，同时升降梯开始下降，回到初始位置，等待下一个工件；④整个系统以PLC为主要控制元件，设有手动／自动两种控制方式。


图1 升降机结构图

2、PLC选择及软、硬件设计

（1） 采用24V直流电源，型号选FXon－40MR，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5UμS/bit，程序容量950kbyt。

（2） 在外围设备方面，采用便携式编程器FX-10P/20P或采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有行程开关，按钮和电磁阀等。

（3） 编制程序时，要使用外部输入相应的端子设备号：外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出断开，操作指示灯灭。

（4） 时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，选用T0，T1等时间继电器。

3、电气控制系统设计

（1） 根据检测单元的检测情况，若检测到的工件为合格产品，则运行至此站，升降梯上的传感器检测到工件，升降梯上的传送电机停，通过步进电机驱动使步进电机转动，经齿轮齿条使升降梯带动工件上升。

（2） 根据的检测结果，使用计数器，若为金属销钉且为个工件则升降梯上升至二层时停止，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。步进电机反方向转动，升降梯下降到初始位置，准备运送下一个工件。

（3） 根据计数器，若为金属且为二个工件。升降梯仍重复上面的动作，将工件送入二层。

（4） 根据计数器，若为金属且为三个工件，（在程序中认为每层可装两个工件）升降梯则带工件自动进入三层。以后依次装入工件。

（5） 若为尼龙销钉且为个工件，则升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后启动水平电机带动升降梯水平动作，当碰到水平的内限位开关时停止水平动作，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。水平电机反方向转动，回到外层碰到外限位停，然后启动步进电机使其反方向转动，升降梯下降时碰到底层限位停，回到初始位置，准备运送下一个工件。

（6） 若为尼龙销钉且为二个工件则重复上一步。

（7） 若为尼龙销钉且为三个工件，则重复上面步骤，升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后水平移动，碰到内层限位时，水平电机停，此时升降梯带动工件继续上升至三层，将工件送入后，启动水平电机，升降梯进行反方向的水平动作，碰到外限位时，水平电机停，步进电机继续工作，带动升降梯下降至初始位置。以后工件依次装入。

（8） 按设计思路编制程序框图如图2所示。


图2 程序框图

（9） 用基本指令有LD，SET，RST，AND，OUT，RET，END和功能指令FROM。

（10） 用外围设备——便携式编程器FX-10P/20P或电脑的PLC软件将其梯形图程序用可写的形式将指令写入，输入后PLC就按设计思路准确地完成各种操作。利用编程器或电脑的三菱PLC软件还可以完成每一条程序的读出，搜索所需要的输入/输出记号或指令，并可以检查写入的程序中有无语法错误，正确无误且用强制输出可以测试运行。

4、监控系统设计

MCGS组态软件可根据司机情况增加、裁减相应的内容，可以组态出动画窗口、曲线、报表等，并可以设置用户权限、级别。其结构有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图3所示。


图3 MCGS组态软件结构图

全中文工控软件MCGS是一套基于bbbbbbs平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft bbbbbbs 95\98\ME\NT\2000等操作系统，有庞大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器等硬件设备，其软件使用简单，操作方便。共设计了5个界面，分别是：主界面、流程监控、故障报警、报表输出、操作规程。设计中对于I/O的配置选用串行口配置，选择串行口COM1，则弹出设置配置向导，选择PLC设备系列。

设计中动画连接命令语言为IF-ELSE-THEN。通过设置脚本程序可以形成一个按时间循环运行方式的过程。另外运用组态软件进行动画调试运行，会排除现场中很多问题，可对PLC的梯形图程序进行检测，大大缩短了现场调试周期，使设备运行性大大增加。

5、系统特点

智能化

监控系统对智能化的要求越来越高，而此系统采用了嵌入式PC104。实时控制性指标很好。智能化程度很高，PC104模块主要特点是采用低功耗嵌入式CPU，集成度高，功能很强，由于它的实时影响能力，可在时间内把生产信息的各种数据，指标准确无误的反映上来，通过MCGS软件以报表，图形的形式显示出来，因此可视化程度非常高。特的硬件“”能对系统运行情况进行监视，发生异常情况，及时采取应急措施。

性

工业监控系统在性方面要求很高，计算机控制系统在发生故障和处于死机状态时对企业的性，生产方面带来严重的影响。性主要指控制系统本身要连续稳定运行，一旦系统生产故障是要其状态的能力。系统采用PC/104标准模块，具有好的抗震性，能够在各种复杂、恶劣的环境正常运行；存储器采用Flash电子盘，不带硬盘，避免了硬盘的旋转机械故障；其操作系统bbbbbbs CE内核具有内存管理功能，可以检查出应用程序造成的系统异常，能很好的抑制由于应用方面的错误而直接破坏系统的危险性，因而比一般监控系统具有较高的性。在通讯上，由通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据。将输入、输出信号读出并送到TPC150L内存，根据TPD150L参数设置，通讯程序采用的协议为：

传输速率 1200 PPS
起始位数 1bit
数据长度 8bits
偶柱校 1bit
停止位数 2bits

通讯口读写PLC的内部数据的接口程序（略）。

6、结束

采用嵌入式MCGS组态软件及其平台，作为良好的上位机人机界面，进行系统的监控和管理，PLC作为下位机执行有效的控制，系统结构简洁，性高，在自动化生产设备中应用越来越广泛。

1 引言
塑料片材生产线主要由挤出机、机头、三辊压光机、牵引、收卷等部件组成。其中：挤出机一般配置2-3台以适应不同片材生产需要。对于片材生产线来说，各段料筒、机头和三辊压光机的温度与塑料片材的质量关系很大。(1)挤出温度控制：挤出机料筒温度要根据塑料品种而定。(2)机头温度控制：一般比机筒温度高，若机头温度过低，会造成板材表面无光泽，易裂。若机头温度过高，物料易分解，板内有微孔。通常情况下，应将机头温度控制在中间低，两边高，且机头的温度应严格控制在规定温度范围之内，否则会影响板材厚度的均匀性。(3)三辊压光机温度控制： 从挤出机头挤出的塑料板材的温度较高，这时应使板材缓慢冷却，为的是防止板材因产生内应力而翘曲。辊筒温度一定要控制好，不可过低。若辊筒温度过低，板材不容易紧贴辊筒表面，表面易产生斑点、且无光泽。
目前，国内的塑料片材生产线大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制。它具有精度差、调量大等缺点，很难满足生产高质量塑料片材的要求。
该系统采用中达公司SC-501系列 PLC、日本安川G7/F7变频器、闽台HITECH公司组态软件SOFTPANEL等组成新型塑料片材SA/HMI系统，能完成生产线数据采集、实时和历史数据处理、报警和机制、趋势曲线和报表输出等。
2 系统设计
2．1 硬件配置
本系统共有两台挤出机（A机、B机），其中：A挤出机分8段料筒温度控制（自带冷却风机控制）、挤出机电机55KW、选用CIMR-F7A4055变频器；B挤出机分7段料筒温度控制、挤出机电机15KW、选用CIMR-F7A4015变频器。此外，机头分为6段温度控制；三辊压光机采用三台CIMR-G7A41P5变频器驱动，且主辊与辊各有一个水箱并通过水箱温度控制来调节辊筒温度；牵引辊选用CIMR-G7A41P5变频器驱动；收卷部分选用CIMR-G41P5变频器，配备600PPS编码器及PG-B2卡构成闭环PG矢量控制。
根据以上配置要求，即温度采制点计23点，上位机上要可以设定变频器运行速度并采集各电机实测速度、负载电流等。系统硬件配置设计如图一所示：

2．1．1 SC-501 PLC技术参数
（1） CPU：32位微处理器
（2） 扫描速度：0.25μs/步
（3） I/O容量：大2048点
（4） 通讯端口：RS232/RS485/RS422
（5） 通讯协议：Modbus兼容
（6） 可同时处理64路通讯串口的连接
（7） 可与各种组态软件连接
2．1．2 热电偶模块THM10技术参数
（1） 路数：5通道
（2） 输入范围：B型（200-1800℃）、E型（0-1000℃）、J型（-50-750℃）、K型（0-1200℃）、R型（0-1700℃）、S型（0-1700℃）、T型（-100-400℃）
（3） 分辨率：12位
（4） 度：±1%FSR
（5） 冷端补偿：自动
（6） 范围选择：DIP开关
（7） 输出：5通道PID控制的PWM输出
2．1．3 安川变频器（G7/F7）
（1） 通讯协议：MODBUS RTU
（2） 读写数据内容：操作指令、频率指令、变频器状态、监视数据等
（3） 通讯端口：RS485/RS422
（4） PLC与G7/F7通讯连线示意图二

2．2软件设计
2．2．1 温度控制模块
系统采用K型热电偶作为温度检测元件，它测温范围适中，线性度较好，直接接到PLC的热电偶模块THM10上，由PLC自动进行信号变换，并转换为相应数字量。PLC根据设定值及实测值偏差进行PID运算，并由THM10模块控制输出直接驱动固态继电器进行PWM输出，将AC220V交流电源接入电加热电路中。只要在给定时间内控制固态继电器通断时间比来选择导通周期（0-8191ms），就能达到改变加热功率目的，从而实现温度调节。其中，PID计算公式为：
U（n）=(Kp/10*Ep)+(Ki/10* ∫Ep dt)+(Kd*dEp/dt)
Ep： W-Y(t)
Kp：比例常数（0-32767）
Ki：积分常数（0-32767）
Kd ：微分常数（0-32767）
U(n)：PID计算结果
U(n-1)：上次PID计算结果
W：温度设定值（0-32767）
Y(t)：当前温度值（0-32767）
温度控制部分程序框图如图三所示：

2．2．2 PLC与G7/F7通讯控制模块
（1） MSG指令：SC501系列CPU提供的MBUS MASTER功能提供梯形图程序的应用界面。可以此功能指令实现单台或多台MBUS单元连线，做各种资料的读写交换。
（2） 程序设计上，响应各站点变频器的“启动”、“停止”操作；在无“启动”、“停止”指令时，程序循环执行各站点变频器读取运行速度及负载电流、写入运行工作频率等。
（3） 通讯控制部分程序框图如图四所示：

2．3组态画面设计
（1） 主画面：A挤出机、B挤出机、各传动辊启动/停止、设定/实测速度、负载率显示、联动 /单机控制模式选择等。
（2） 挤出机画面：A（B）挤出机启动/停止、各段料筒温度设定/实测、加温/冷却状态指示等。
（3） 机头画面：机头各段温度设定/实测。
（4） 各辊传动控制画面：各辊启动/停止、设定/实测速度、负载率显示、收卷辊张力控制、主辊与辊水箱温度控制、水泵启停等。
（5） 控制参数及监控画面：各段温度控制P、I、D、DT等参数设定，监视各变频器通讯状况，系统报警指示等。
（6） 历史曲线画面：记录A挤出机、B挤出机、机头各段温度历史曲线、A（B）挤出机电机负载历史曲线及相关报表输出。
3 系统特点
（1） 温度控制精度高：控制精度高（±2℃以内），非常适合多路温度采制应用。
（2） 操作直观、方便：采用组态画面进行直观显示片材生产线各部分工作状态，启动/停止及运行速度设定、实测、各点温度设定、实测一目了然，并有各种记录曲线帮助分析系统参数，用户只需简单培训、操作即可上岗。
（3） 布线简单，节省A/D、D/A转换模块：7台变频传动控制之间到PLC之间的连线仅是一根双绞电缆即可完成，且系统故障点大大减少，接线布线简单；采用MODBUS RTU方式通讯，变频器的工作电流、运行速度及设定值等参数可直接建立联系，无须A/D、D/A的转换。
4 结束语
SC-500系列PLC在塑料片材生产线控制系统上应用是成功的,具有较高性价比,能满足高质量塑料片材产品的生产,具有很好的推广应用前景。

附图
循环流化床锅炉是一种环保型锅炉，但随着环境治理要求的进一步加深，其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境，减少SO2对大气的污染，决定对#4(75t/h)、#5(135t/h)循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统，采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。

一 系统工艺流程

对于循环流化床锅炉进行脱硫处理，目种普遍采用的方法是将脱硫剂(石灰石粉：粒径0～2mm，比重约1.4t/m3)通过送粉管道从炉次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧，通过化学反应生成CaSO4，达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下：
(1)石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；
(2)空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路(另一路送气化风)→炉前检修隔断门→炉膛；
(3)气化风→空气加热器(有旁路阀)→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。
该系统设计采用双路联调送粉方式，每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。

二 控制系统设计实施

整个控制系统由一台中控室内的监控计算机(操作员/工程师站)、一台现场控制站 FX2N型PLC-128MR、并配以4个 FX2N-4A/D数据采集模块、一个 FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测，现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作，并与上位机采用RS-485进行实时通信。
现场控制站配置见附图。

1. FX2N-128MR现场控制站

FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的，其运算处理速度：基本指令0.08µs/指令，应用指令1.52～100µs/指令，输入输出总点数256点，大存储容量16k步，内置存储器容量8k步，顺控指令27条，步进梯形图指令2条，应用指令128种，298个。 FX2N-4A/D数据采集模块：接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。 FX2N-4D/A模拟数据输出模块：将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。

2. 喷钙脱硫系统的启动和控制

喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。
(1)方式一：自动启动
将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置，在显示器屏上点击“全自动启动”按钮，系统将按下列顺序启动设备。
(a)启动罗茨风机延时12s，开始下一步，否则报警；
(b)自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时，开始下一步，否则12s后报警；
(c)此时空气母管压力下降至运行I值(调试确定)。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至设定转速(调试确定)运行l 2s；
(d)启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀，并接通缓冲罐料位控制回路；
(e)接通SO2监测控制系统回路，通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速，使SO2测量值达设定标准值(<1200mg／m3)，此时空气母管的压力要上升至运行II值；
(f)启动电加热器，并将温度调至设定值。
(2)方式二：远方操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“远方”位置。设备启动顺序与方式与上述相同，只不过是由设备操作人员在主控室CRT前利用鼠标按程序提示框逐一进行启动操作。
(3)方式三：就地操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“就地”位置，此时设备的启动顺序不受限制，由操作人员任意启动，但若不是特殊情况，不采用此工作方式，因为该方式即使启动设备也不会实现PLC联调，达不到系统的使用目的。

3. 喷钙脱硫控制系统的运行

(1)系统运行时显示的状态参数有：粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态(停止、运行交替显示)、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。
(2)系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能，各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。
(a)数据采集：通过画面中的按钮设定数据，通过PLC的A/D模块进行数据采集；
(b)结果显示：将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；
(c)状态显示：通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；
(d)故障报警：当出现故障时，报警画面自动弹出，查看出现故障的地方；
(e)数据存储：通过设定后，设定的数据将自动存储到系统中去；
(f)生成报表：可用工具栏中的按钮查看报表；
(g)图形显示：加上运行狗(watch-dog)之后，启动系统就可显示图形画画，从而从画面中监视整个系统；
(h)打印：选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；
(i)内部通信：通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。
(3)系统运行时的联锁保护逻辑关系
La当运行罗茨风机因故停运时，自动投入备用风机，否则3s后自动执行事故停机程序；
Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时，自动解列联调方式变为单调方式，并停止该套送粉装置；
Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速设定值，但SO2的值不能满足排放标准时，报警；
Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时，直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；
Le当风机电动蝶阀误关时，3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀，并停止本风机运行，否则进入事故停机程序；
Lf空气电加热器的启动、停止，只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可，不必加入联锁；
Lg当空气分支管压力值过高值(调试时定)报警并延时3s停下旋转给料阀，然后进入逻辑Lb程序；
Lh当空气分支管压力值低压值(调试时定)时，执行逻辑La程序；
Li当下旋转给料机转速升至二设定转速(调试时确定)时报警。

4. 喷钙脱硫控制系统的停止

(1)正常停止
当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话，后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完，然后再停止运行，可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法，其顺序是一致的。其步骤如下：
(a)停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行，不再向缓冲罐送料；
(b)缓冲罐内料位降至低料位报警值后，让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；
(c)关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；
(d)切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路，将运行的罗茨风机停止运行；
(e)就地关闭该炉系统装置的手动插板，手动检修隔断门。
(2)事故停止
当系统设备在运行当中出现 La、Le所提及的故障情况时，系统要转入事故停机程序，各台设备顺序停机之间需要延时，停机步骤如下：
(a)停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。
(b)停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。
(c)解列运行及备用风机间的联锁，停止运行的罗茨风机。

三 应用体会

东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来，性能，运行平稳，经过2年多运行，出现过故障，基本不需要维护。 FX2N型PLC小型化、，适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断提高，该系统将拥有良好的开发前景。