西门子PLC模块|CPU供应商

西门子PLC模块|CPU供应商

1 前言
连续准确地对回转窑和分解炉进行喂煤，是降低煤耗，提高熟料质量，保证设备和连续稳定运转的关键因素。因此，喂煤计量控制装置具有稳定、准确、动作等特性。
原来我公司采用由德国KHD成套设备公司提供的冲击式固体流量计,由于该流量计容易受到外界的干扰，计量波动大，引起喂煤量的波动, 影响了窑的工况。喂煤装置分隔轮是由直流电机拖动，直流电机的换向器和电刷的故障率较高，维护量很大。公司经过调研论证，决定进行技术改造，将其替换成2套由合肥水泥设计院生产的科氏力秤煤粉定量给料系统。该秤依据科里奥利原理设计，实现对窑尾分解炉和窑头喂煤的计量及控制。
2　科里奥利原理
质量微粒m在以角速度ω转动的系统中除受到离心力FZ和摩擦力FR外，还受到垂直于其运动方向的惯性力FC的作用，通过测量这个力，可测得质量m，这就是科里奥利原理，如图1所示。

V80-U 系统结构与 V80 标准系统结构一致，技术指标和软件性能也与标准系统一致。V80-U 采用模块化结构，由一个本体单元和多个扩展单元构成，如下图所示。
V80-U 是在宽温系列的基础上改进而来，符合国 GJB150、GJB151A/152A，实现了高低温运行、储存、抗振、抗冲击、抗电磁干抗等方面的提升。
2.1 性能改进
1、温度范围
对 V80 标准型设计进行相应的改进，是结构材料的换，包括 PCB 板材、塑料、开关、端子全部换成级材料，保证在端恶劣的环境下的工作；然后是电子元器
件采换为级的电子元件，包括电容、光耦、继电器在内的一些比较敏感的器件；后是所有内部的接插件，为适应宽范围的应用将全部选用镀金的接插件，部分是改成直接焊接，以减少冲击和温度变化造成的接触不良等。
2、抗冲击、抗振动
为了能达到的要求，我们在各层电路板上灌封了防火导热抗振硅胶。
3、防尘
目前为达到防尘的目的，V80-U 采用将 PLC 内置于防尘的电控箱内的方式，并且在 V80-U 模块内加灌硅胶。
4、抗电磁干抗
目前 V80-U 在抗快速脉冲群方面可以抵抗 5KHZ、10KHZ、100KHZ 的快速脉冲群达3000V 之高，其它的如静电、浪涌等方面也达到 IEC61131-2 的标准。
5、宽电源范围
直流输入范围可达 DC18"36V，交流输入范围可达 AC85"265V。
2.2 灌封用电子硅胶特点
设计：该产品专门根据电子，电器及其他应用需求设计开发，品质恒定。优良电气特性：该产品是理想的电气及电子产品的绝缘密封材料，即使用於温度及湿度常有变化的场所也能 保有稳定的电气特性。
耐热、耐寒特性：该产品使用温度范围广泛，适用於-50℃"250℃。连续使用时从-40℃～180℃，也能保持稳定性能
耐候性：该产品具有优越、臭氧、水分、盐雾、霉菌等特性，既使在户外使用三十年也几乎不变质。
抗震性：具有弹性机能，吸收振动及激震，保护电气及电子零件、玻璃等易脆物质。
化学性能稳定：和一般橡胶比较，抗化学物质及油剂特性特别优越。同时，有些产品绝不腐蚀金属
灌封：除去低分子量矽产品，为电子，电器及一般工业设计的硅胶产品，获得UL、MIL等多种。
2.3 通信接口与协议
三个通信接口其中一个 RS232、一个 RS485 和一个 CAN 接口，两个接口均可以支持编程和 ModBus 从协议，RS485 还支持Modbus 主协议，可以支持联网通信，CAN 接口用户层协议采用ModBus 的数据链路层。
通信接口的选择：
1、数字量 IO 通信：数字量 IO 的输出一般是继电器或晶体管输出，会存在抖动和时延的问题，造成误判和误动。同时，数字量 IO 的输入也是经过光耦进入 CPU 的，同样存在抖动和时延的问题。一般大家为了增强数字量 IO 口的抗干扰能力会在输入输出上加上下拉电阻，可以起到一定作用的，但无法从根本上解决，还会造成光耦的提前老化，从而使产品寿命减短。一般该通信方式的通信速度不应过 10Hz，因为 PLC 的标准 IO 口的滤波时间是 10mS，再加上双方之间的错位与时延应为 30mS 以上，其通信距离应控制在 10m 以内。
2、RS232 通信：因为 RS232 是电平通信方式，因此无法抗共模干扰，一般要求 RS232
线不要过 10 米，通信速率一般在 19200 以下才能在现场环境通信。RS232 不适合作长时间高要求的通信。
3、RS485 通信：RS485 是差分通信方式，可以有效的抗共模干扰，RS485 是许多种现场总线的物理层，包括 ModBus、ProfiBus 等。RS485 的通信速率为 1200 至 12M 之间，通信距离为 1000m 以内，与通信速率相关，如果波特率为 1.2M 则通信距离要在 300m 以内。
4、CAN 通信：CAN 是为汽车内部控制开发的现场总线，目前在其它工控现场也得到了广泛的应用。优点是速度快，性高，但缺点是单帧的通信流量比较低，无效字符占的比例较多。
三、 结论
V80-U 是专门针对辆开发了 PLC，具备以下性能优势：
1、 宽温范围
运行环境温度为-40℃ ～ 80℃。
2、 抗冲击振动
模块内灌封了防火导热抗振硅胶。
3、 防尘
PLC 内置于防尘的电控箱因此，V80-U 能够满足辆对抗高低温、、防尘、防盐、冲击、振动等常规 PLC 无法胜任的工作的特殊要求

   当今世界上精密加工技术发展很快，新的加工方法和设备层出不穷，计算机的广泛应用使精密加工技术为普及和多样。实现精密和精密切削加工有三种方法：(1)采用和研制加工设备；(2)采用新的切削工具材料；(3)利用加工与测量控制一体化技术。前两种方法成本较高，而后一种方法成本较低，具有广阔的前景。在后一种方法中，除了要保证的精度、夹具的精度以及测量精度外，还有一项重要内容就微进给机构的精度及其控制精度。笔者在控制精密磨削的研究中，利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构，在滚珠丝杠确定后，步进电机的控制精度成为了主要矛盾。

1、步进电机的控制

步进电机在不失步的正常运行时，其转角严格地与控制脉冲的个数成正比，转速与控制脉冲的频率成正比。可以方便地实现正反转控制及调整和定位。由于步进电机和负载的惯性，它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动，指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行。因此，实现步进电机的自动升降速功能。为了实现速度的变化，输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频些脉冲序列，可以由脉冲源加逻辑电路来产生，也可以由微型计算机产生。对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说，控制逻辑是固定的，即控制电路一经固定，其控制逻辑也就固定了。

如果要改变控制逻辑和控制方案，改变电路结构和元件数，而使用计算机控制，不必改动硬件电路，只要修改程序，就可以改变控制方案。且可以从多种控制方案中，选取一种方案进行控制和调节。也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制。利用计算机控制的形式也很多，本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制。

2、PLC系统组成及位控单元的工作原理

本研究所利用的PLC系统的组成包括如下七大模块：电源，CPU，位控单元，I/O单元，A/D，D/A单元，如图1所示。其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机)与电机驱动器联结时，输出脉冲序列控制电机的转速与转角。进给机构可以是2轴型，也可以是4轴型。本文采用的是前者，即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给，如图2所示。具体地说，位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种，如E点控制(单速度控制)，如图3(a)所示；P点控制(多级速度控制)；线性加/减速和S型加/减速，(a)，(b)为线性加/减速，S型如。除此之外还有位置控制和相对位置控制等。表1给出了E点控制不同模式的控制码(P点与其相同)。

1、概述

本文介绍大连实德银川基地混料自动控制系统，采用德国西门子公司的S7可编程序控制器，成功应用于大连实德银川基地混料系统生产线。

大连实德银川基地混料系统的生产过程全部由可编程序控制器S7-300完成，即将生产工艺配方输入到系统监控配方程序中，由称重计量仪器动态检测电子称称重传感器的信号，并将控制信号传送给可编程序控制器，再由可编程序控制器产生各执行机构的控制命令来实现混料生产的自动化，提高混料各配方原料的准确性和生产效率。

2、系统功能

混料系统的主要功能是多种原料经过送料系统进入料仓以后，按照生产配方给定的原料配比从各料仓加到电子称中进行计量称料，再送入热冷混料机组中混合搅拌，并相应控制物料混合搅拌时的温度，以保证物料混合均匀和混合料的特性达到生产工艺要求，后将混合好的混合料送入干混料仓内，以供型材挤出机生产线使用。

混料系统需解决的主要问题包括：

（1）实时采集各电子称称重传感器的称重信号。

（2）根据称重信号和生产配方产生罗茨风机、电磁旋转阀、电磁碟阀等的控制信号。

（3）动态检测和处理混料过程中可能出现的各种故障。

（4）下位机和上位机的通讯

（5）上位机的集中监控。

混料时，称重仪器选用的是莱梅特RWA-AD模数转换模块，可以设置和定制参数，采集称重传感器信号，输出数字信号。借助配方给定的原料配比产生执行机构的控制命令，并通过可编程序控制器控制各辅料罐的螺旋送料器、电磁阀和混料机组阀门的起停和开闭。通过检测电机保护装置，阀门位置开关状态电机、阀门的运行和故障情况，并可在工控电脑显示屏上进行监控。

3、可编程控制器系统组成

系统组成按站点划分。混料机组立控制，与整个混料系统建立基于ProfiBus 通讯。

站1：为上位机，采用西门子工控机；CPU为2.4G，内存为256M，采用以太网与系统PLC连接。采用WEBfactory组态形成监控图形。

站2：1号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC和SIMATIC OP27通讯连接，监控混料机组运行。

站3：2号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC和SIMATIC OP27通讯连接，监控混料机组运行。

站4：3号混料机组PLC，使用一台西门子S7编程器。上位机采用ProTool组态，PLC，监控混料机组运行。

站5：挤出现场PLC。采用西门子S7-215，共4组。用于控制挤出生产线四条绞龙运行和SIMATIC OP7通讯连接用于现场控制。与整个混料系统PLC采用基于ProfiBus 通讯。总系统采用站1监控。

4、基于ProfiBus DP 通信

PROFIBUS现场总线是性的开放性现场总线标准，是一种符合IEC61158标准的现场总线。PROFIBUS-DP经过优化的高速、廉价的通信连接，是专门用于自动控制系统和设备及分散的I/O之间的通信网络。PROFIBUS-DP用于基础控制层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。PROFIBUS-DP的上述特点使其在工业电气自动化领域占据了重要的地位。

本系统中ProfiBus DP总线完成PC与各设备之间的通信，并采用主从方式通信：主机(S7-416-2DP PLC)作为ProfiBus DP主站，以轮询方式对下属各从站(如ET200S﹑S7-300 PLC等)进行定周期扫描和读写。主机通过ProfiBus DP总线将指令传送到对应的数据区，并将各设备返回的状态信号从对应的数据区取出，从而实现对下属每个设备的监控。

5、系统监控通讯配置图