西门子中国授权一级代理商|触摸屏总代理商报价

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[B]1前言[/B]
随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断提高，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断提高，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。同时，受投资额的限制，这些污水处理厂愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备、运行的同时具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。

[B]2 原方案分析[/B]
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至控制室，控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。

现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有流量信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。

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[B][center]图1 传统监控系统结构图[/center][/B]

针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护等优点。

[B]3 方案设计[/B]
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带 RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。然后，Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。

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[B][center]图2 基于和利时PLC的无线监控系统[/center][/B]

图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。

下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的Modbus RTU协议，所以上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、 19200bps、38400bps

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[B][center]图3 数据流程示意图[/center][/B]

[B]4 方案优势[/B]
本文提出的解决方案具有如下优势：
1. 只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，同时也减小了线缆施工工作量，提高了系统的性和可维护性。
2. 采用无线通讯方式，距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，多5K米。
3. 采用LM3107可以实现多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与监测站数据的交换。

[B]5 结束语[/B]
经过一段时间的调试和试运行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC作为控制系统的无线监控方案已成功应用于污水处理现场。实践证明，该设计方案整体成本较低、距离长、性好、抗干扰能力强、维护、可操作性高，在市场中具备强有力的竞争能力，为污水处理行业增添了一套完善的解决方案。

1 引言

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。图1 是机械手搬运物品示意图。

图1 机械手搬物示意图

图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。

传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。

2 机械手的动作流程

传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。

机械手及传送带C 顺序动作的要求是：

1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作；

2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；

3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；

4) 启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；

5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；

6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；

7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；

8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。

9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。

根据对机械手的顺序动作要求，可以画出时序图如图2所示。由时序图可作出图3所示的机械手动作流程图。

图2 机械手佛那故作布序图

图3 机械手动作流程图

3 PLC选型及其I/O点编号分配

3.1 PLC的选型

由于机械手系统的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。该机输入点为12，输出点为8。内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。

3.2 I/O点编号分配

根据图3所示的机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。

表1 机械手控制I/O分配表

根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出状态转移图如图4所示。

图4 机械手状态转移图

4 编程及程序运行

4.1 用步进指令编程

根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。

图5中，“全部输出禁止”部分的作用是在停止时禁止全部输出，使机械手停止在现行的工步上；重新起动时又能从停止前的工步继续动作。

在状态由HR010转移至HR000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若PLC断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。PLC复电或重新投入运行后，由于保持继电器HR具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，中有某一个是断开的，使得HR000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。

4.2 程序运行

按下起动按钮SB1，输入点0000为ON,则作为互锁条件的辅助继电器1000为ON，互锁指令IL接通，IL与ILC之间的线圈正常工作，“全部输出禁止”解除。若(抓图1)常闭触点都为ON，保持继电器HR000接通，输出点0503使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点0005闭合，保持继电器HR001 接通，HR000复位，输出点0501使左转电磁阀得电，手臂左转。......以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到HR008为ON时，输出点0506使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器TIM00计时。当计时2，状态又转移到HR000，程序又重新从工步开始循环。

停止时，按下停止按钮SB2，0001断开，辅助继电器1000为OFF，互锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，互锁指令接通，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为ON的工步动作。

5 结束语

本文介绍了日本OMRON公司生产的C系列P型小型多功能PLC在机械手步进控制中的设计应用。说明了机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法。本文介绍的程序已在实际生产中获得了成功的应用。