南宁西门子模块代理商CPU供应商

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 引言

茂名市二自来水厂的日产量为2×105立方米，提供茂名市区70%以上的日常用水。为缓解该市的供水紧张状况，市加大投资力度，对该水厂进行扩建。该水厂设备自动化程度较高，整个自控系统采用（PC+PLC）的组成形式。滤池控制在水厂自动化中属于较难设计的环节，主要表现在反冲洗过程中开、关阀顺序和开、关阀条件的复杂上。本文主要阐述该厂扩建滤池自控系统的主要设计过程。

2 滤池系统的控制任务

2.1工艺要求

二自来水厂新扩建的V型滤池共设六个滤格，每格安装有一个液位计、一个阻塞仪，每滤格均有各自的进水阀、清水阀、气冲阀、水冲阀以及排水阀和排气阀。用于气冲的鼓风机有3台（两用一备）；用于水冲的3台反冲洗泵（两用一备）；两台空气压缩机（一用一备）；1台干燥器。

待滤水进入滤池的各单元滤格，经石英沙恒滤后，再进入清水池。过滤的工艺要求滤格内的水位保持在滤料上的1.2米处，在这个水位上，过滤的效果。为实现等速恒水位过滤，就要使滤池的出水量等于进水量，应根据滤池水位变化来调节出水阀的开启度以控制出水量的大小。而当滤池的运行满足反冲洗的约束条件时，需要进行反冲洗清洁滤沙。反冲洗是通过控制滤池进水阀、清水出水阀、反冲进气阀、排气阀、反冲进水阀、反冲排水阀并运行反冲水泵、风机等来实现的。

因此，滤池控制系统的任务主要是过滤时的液拉控制和清洁过滤砂时的反冲洗控制，过滤和反冲洗不断循环交替进行。

2.2对控制系统的性能指标要求如

（1）实现自动恒水位过滤，误差：±1.5㎝；

（2）根据下列约束条件之一，能准确地实现自动反冲洗：

•过滤时间达到反冲洗设定周期（如48小时）仍未反冲洗的；

•过滤水头损失值到达设定值（150）且延时时间（15分钟）已到，仍未反冲洗的；

•强制反冲洗按钮被触发。

（3）反冲洗周期、反冲洗过程中各步骤的时间均可通过程序设定，满足工艺及实际操作要求。

（4）能直观显示滤池过滤水位、水头损失及出水阀开启度，同时显示反冲洗设备、本地滤池阀门等的开关状态。

（5）对反冲洗设备、本地滤池阀门及反冲洗过程既可以实现全自动控制，也可以进行手动控制。

3 滤池的控制原理与运行过程

3.1 恒水位控制原理

滤池的恒水位控制如图1所示。

每个滤池将滤池水位检测值和水位设定值进行比较，得到水位偏差信号Δe，经PID运算后把输出信号送给输出附加处理程序，再输出给出水阀的伺服电机以控制出水阀的开度。开度增大的数值是由一定累积时间内水位上升的速度及水位偏差共同决定的。若进水流速越快，出水阀开度就越大，反之越小。PID运算的目标是把水位保持在设定值，附加值可作为补偿添加到输出控制中。输出附加处理程序是把PID的运算结果按一定的规律输出给清水阀伺服电机。

图1滤池恒水位控制系统图

3.2 反冲洗过程

当控制系统接收到反冲洗指令信号时，按照先出的原则排队进行反冲洗。反冲洗分气洗、气水混合洗、水洗三个阶段，过程如下：关闭待滤水进水阀，当水位降至设定的反冲水位时，关闭清水出水阀并打开废水排水阀，排水阀的信号到位后先关闭排气阀，再打开反冲进气阀，启动台风机进冲，气冲需要时间1-3min；完成后，打开反冲进水阀，再启动2台风机及1台水泵，进水混合洗，时间为5min；然后关闭2台风机，关闭反冲进气阀，打开排气阀，启动2台水泵，进行单水冲洗，需要时间3-6min，完成后关闭反冲进水阀，停2台反冲洗水泵，关闭排废水阀，打开待滤进水阀，打开滤后清水阀。当水位升到过滤恒水位时，系统又转入正常的过滤程序。

4 控制系统设计

4.1 硬件构成及网络结构

本系统采用PC+PLC的构成形式。上位机由一台COMPAQ微机和两台打印机组成，下位机由模拟屏PLC8、公共冲洗PLC7和六个单元滤池PLC1-6共八台公司的PLC组成，如图2所示。

各PLC采用双绞线电缆连成的总线形接出式拓朴结构通信网，其又称FIPWAY通信网，传输速率为1Mbps。各PLC之间彼此进行通信，实现数据共享。单元滤池和公共冲洗的PLC，均配备一台现场XBT—B（人工智能接口），它通过电缆与PLC联系，在XBT操作盘上可以对滤池进行现场手动控制。各单元滤池PLC通过FIPWAY网络与公共冲洗PLC相连，公共冲洗PLC又通过网络进入水厂中控室和微机联网，故系统能在中控室内对滤池的运行进行远程监控，实现了中控室计算

图2滤池自控系统网络图

机集中监控、PLC远程控制、现场XBT操作的三级控制，从而确保了滤池生产运行的性。

本系统PLC配置如下：

PLC8：TSX47/415的CPU/COM、POWER、DI各一块；DO为9块。模拟屏设有D/A转换器。

PLC7：TSX67/455的CPU/COM、POWER、DO和AI（TSXAEM811）各1块；DI为2块。

PLC1-6：TSX47/415的CPU/COM、POWER、DI、DO、AI（TSXAEM411）各1块。PLC与PC机的通讯，要先在PC机安装TE公司的FIPWAY通讯网卡，然后通过RS422通讯接口进行数据通讯。

4.2 PLC的控制功能

单元滤池的PLC主要完成本格滤池的恒水位过滤控制和每格滤池的进水阀、出水阀、排污阀、反冲进气阀、排气阀、反冲水阀等的自动控制，及数据采集，并与公共冲洗PLC交换数据信息。当滤板下的阻塞仪将滤床阻塞程度信号转送给滤池单元PLC，PLC接收信号后，与水头设定值进行比较、显示出来，用以决定滤池是否要反冲洗，并传送至公共冲洗PLC。滤池的开启个数由进水流量决定，每个滤池由液位计和阻塞仪测出滤池的水位和水头损失值，并和滤后水阀门开度这三个参数送单元PLC，经PLC内置PID运算后，若水位偏差过1.5cm时，PLC立即启动控制单元自动调整滤池出水蝶阀的开度，维持滤池水位基本恒定，从而实现恒水位过滤。

公共冲洗PLC负责六个滤池的反冲洗排队协调、和对反冲洗设备（反冲水泵、鼓风机等）及其进出口阀门的监控。当单元PLC向公共冲洗PLC发出反冲洗请求时，公共冲洗PLC则开始启动反冲洗程序对该滤池进行反冲洗控制。当某滤格正在反冲洗时，若又有一个或多个滤池发出反冲洗请求信号时，则此信号被存入公共冲洗PLC存储器中，然后按存储先后顺序进行冲洗，排队等待反冲洗的滤池则维持正常的生产。

模拟屏PLC的作用是驱动模拟屏工作及实现与水公司电台系统、微机的通讯。在模拟屏上能动态显示整个水厂的工艺流程和设备运行状态以及其主要的工艺参数，并实现声光报警，便于生产调度管理。

4.3程序设计

当滤池满足反冲洗控制约束条件之一时进行反冲洗。本系统用一个反冲洗PLC实现六个滤池的排队反冲洗，通过公共程序的读写命令采集整组滤池的反冲信息及滤池具体水位情况并发出命令。公共程序的主要内容包括：反冲水泵风机控制程序、公共PLC与其他各单元PLC信息的读写程序和滤池排队程序。

每格滤池的工艺过程基本相同，其PLC程序结构也相同，可用子程序的形式，如图3所示。每个滤池程序包括初始化命令及滤池的自动状态、手动状态、现场状态等程序。滤池自动状态程序包含反冲洗状态、整理状态、正常过滤状态三个子程序。滤池手动状态程序包含各个阀门的手动操作命令。滤池现场状态程序主要内容包含：（1）在滤池由自动状态转到现场时已发出的命令全部复位。（2）自动状态中的某些变量，如时间变量、计数器变量等复位。（3）针对反冲在这个状态下发出一个结束反冲命令。

 

4.4系统软件

本系统上位机采用bbbbbbs NT操作系统，实时软件选用Wonderware公司的InTouch7.0工业组态软件,它主要包含bbbbbbMaker和bbbbbbViewer两个程序。上位机配备有遵循FIPWAY通讯协议的通讯网卡，实时采集生产数据。通过监控计算机可清晰地显示滤池的过滤、等待、反冲等运行过程中动态的工艺模拟画面，可对系统的所有设备进行远程操作和控制，并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态及实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、马达运行时间等功能，同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改，编制和打印生产与管理报表。

5 新旧系统的联网问题

由于新建的滤池系统与水厂原系统是用不同公司的PLC开发成的两套立系统，两系统的通信协议不同，它们之间没有数据通信，这给生产和管理带来一定的麻烦。两期的监控组态软件都采用了InTouch，但所用版本不同。从技术改造成本和公司技术力量来考虑，决定利用InTouch基于以太网并兼容TCP/IP通信协议的网络功能来实现两套立系统的联网控制。

具体方法如下：

先用交换机组建一个以太网，系统示意图如图4，并在原系统监控微机PC1

和新建系统监控微机PC2别安装TCP/IP通信协议、NetDDE程序。

再对InTouch监控系统软件进行设置：a. 运行InTouch的开发环境bbbbbbmaker，利用“import”功能将新旧两期程序数据整合成为一个完整的应用程序，分别安装在PC1和PC2上，这样就可以在任一台PC上对生产进行监控；b.对InTouch的DDE Access进行设置，方法是在“Modify DDE Access Name”对话框中的“DDE Application/Server Name”栏增加“//PC2/viewer”（在PC1上）和“//PC1/viewer”（在PC2上）。通过这个设置，PC1和PC2就可通过以太网进行实时数据通信；c. 初始化NetDDE，运行InTouch bbbbbbviewer，PC1和PC2即可进行实时通信。

6 结束语

滤池经一段时间的运行后显示出控制系统应用效果良好，系统的各项控制性能指标均能达到设计要求。在正常情况下，本滤池水位波动被控制在设定值的±1.5cm范围内，实现了自动过滤及六个滤池自动排队和反冲洗，并间接实现了与水厂原系统的联网控制，整个控制系统的设计基本满足了生产要求，达到了预期效果。

0 前言

圆筒针织物是由线圈相互钩织而成的，纱线经过前处理、染色、水洗等工艺过程后，线圈径向被拉伸，尺寸变长，纬向线圈收缩尺寸缩短。如果维持这种状态，用松式烘干机处理后，恢复了部分形变，导致“干燥定型”形变，织物内部仍然残存部分内应力。当针织物再度润湿时，由于内应松驰，使纤维和纱（线）的长度缩短，而构成织物缩水。若用老式呢毯定型处理，由于呢毯薄（10mm左右），难以达到预缩的有效目的，只能作为一种定型处理。若用阻尼式预缩机处理，其柔软丰满性又难以达到高挡内衣的要求。上世纪九十年代起，国外针对圆筒针织物的预缩有了的双面筒状针织物呢毯预缩设备。我厂在上世纪九十年代中期就引进了意大利FERRARO公司的圆筒针织物预缩机，经考察对比，现在看来，其工艺流程、机械、电气原理不是比较合理的，其径向预缩率大可达18％，缩水率可控制在2％以内。随着新技术的应用和发展，预缩机也有了和提高。目前，国内不少厂家也能生产，其工艺流程和机械原理基本相同，一些自控装置和设计手段则紧跟着新发展潮流。

1 圆筒针织物预缩工艺流程

圆筒针织物预缩机是一种双面呢毯机械预缩定型设备，经其处理后的针织物，可实现织物丰满、柔软、爽滑的特点，广泛用于纤维及其合纤针织物预缩定型整理。

筒状针织物的预缩工艺流程：

折叠状圆筒针织物（松式烘干后）→自动松式喂布→喂扩幅→汽蒸复原→双面预缩定型→冷风消光定型→自动叠布和打卷。

2 自动松式进布

自动松式进布装置的作用是将已折叠圆筒针织物变为松驰式平幅并以定量方式不间断给预缩机喂布，保持进布张力均匀一致。它由机架、表面粗糙的橡胶导布辊、J型存布箱、滑板及光电控制系统组成。

粗糙面导布辊带动织物落人J型存布箱并以小S型堆布形式存于滑板上，同时释放折叠层间挤压形成的应力，光电开关自动控制存布量，要求自动喂布处理后，进布张力始终保持均匀一致，针织物的各点克重相同。

3 自动喂与汽蒸

喂是预缩的关键工序之一，根据针织物的结构、纱线纤维类型、针织物颜色、布面干湿程度等诸多因素加以考虑。如预缩量过大，造成“树皮皱”，预缩量过小，手感不够丰满，难以达到预缩效果。因此，要根据各厂实际情况不断积累经验数据，储存到微机中。烘干的针织物不要过24小时，即开始预缩处理，否则织物太干预缩效果不够理想。

老式圆筒针织物定型机的喂扩幅装置主要是由撑布架完成，中间有支撑杆连接杆，幅宽调节靠改变支撑杆长度来完成。一般每台机器至少配置三套撑板才可完成各种幅宽操作需要，操作工序繁杂，并且喂轮与撑板滚轮挤压力非常大，易使织物形成无法恢复的压力痕迹。

自动喂装置采用具有技术两对扩幅器，手动，停机，即可自动调节织物的宽度。扩幅器两边装有磁浮装置，两边互不连接。两边的扩幅器上的滑轮被扩幅装置抱合。抱合轮可无级调节进布速度，遇针织物破洞自动探测停机。扩幅器上还装有一条贯穿前后的传送带，由喂轮带动实现积送布，了传统撑板难以克服的纬斜，喂处理后织物纹路平整清晰无轧痕。通过汽蒸后，稍有变形的纤维很容易恢复原状，基本上了径向作用力的影响。

4 针织物的预缩

呢毯预缩工作原理截面图（见图2）：

预缩机构由呢毯、阻尼板、电加热烘筒、进出布轴辊和张力纠偏辊组成。

呢毯是由合成纤维针刺编织并粘合而成，表面无连接痕迹的圆筒状织物，厚在20～25mm不等，宽根据所购机器而定，其中有1500mm、1800mm和2500mm（可双幅进布）等幅宽可供选择。手感毛绒富有弹性，耐温。理论上呢毯越厚预缩效果越明显，但实际上往往由于呢毯的制造和机械的条件限制，目前，实用呢毯厚度仅在20～25mm之间。

电热烘筒（直径400mm）其内部充人了占2／3空间的惰性导热油介质，中间放置一套绝缘电热管。工作时，电热管发出的热量通过导热油介质传至烘筒表面，烘筒外表面温度分布其均匀，烘筒外表面经镜面抛光处理，光滑不脱层，织物的熨烫定型过程在此表面完成。

阻尼板由聚四氟乙烯材料制成，表面光滑，质地硬而富有弹性，厚3mm左右。它是把针织布导入预缩过程的关键元件，它与呢毯的夹角可视预缩率要求的大小而进行调节。

进、出布辊与张力辊组合（共三根辊）可调节呢毯的拉伸和弹性恢复变形，进、出布轴辊直径的确定，是由机械原理以及呢毯折弯角与使用寿命等因素综合计算得出的。其中进、出布辊两端位置固定不变，张力纠偏辊两端与电热烘筒两端的离距视呢毯的偏向大小自动调节。张力纠编轴辊是主要**呢毯始终沿辊筒位置运行的调节。

针织物的预缩定型原理：呢毯运行到进布辊表面时，呢毯外表面被拉伸，当织物经喂、扩幅及汽蒸过程后运行至呢毯与阻尼板之间时，由于织物与呢毯之间磨擦力远远大于与阻尼板之间的磨擦力。此时，阻尼板可起到堆集织物，使织物紧贴呢毯的作用。因而织物紧贴在呢毯表面上运行，当呢毯脱离进布辊沿烘筒表面运行时，呢毯表面开始径向收缩，布面也跟随呢毯表面开始收缩，脱离阻尼板后布面被夹持在烘筒与呢毯之间，由于烘筒的高温，织物被熨烫定型，尺寸缩短并被固定下来，预缩过程完成。同理，二预缩单元完成织物另一面的预缩定型整理。经此预缩处理后，针织物的单位克重增加，残余内应力基本。

调整呢毯与阻尼板之间的夹角可改变织物预缩量的大小。当夹角变小预缩率增大。反之夹角增大预缩率减小。实际生产操作中可通过检验织物克重来控制缩水率的大小。克重增加意味着缩水率的减小。反之，克重减小，缩水率增大。克重增加太多甚至可能会出现负缩水率。

生产实践中，织物缩水率的大小还与前道处理工序密切相关，特别是烘干处理工序。

多层松式烘干机由于烘干路径长，所需风量均匀柔和，烘干过程中织物所受张力小，可以充分地自然回缩，残余应力小，需要的预缩量也小。圆网烘干机是一种比较落后的设备，它采用吸风式烘干，烘干过程中针织物受风力作用紧贴不锈钢制圆网，难以自然回缩，内应力被保存下来，所需要的预缩量也大。

5 智能温控系统

温度是预缩定型的关键因素之一，不同的纤维，预缩温度也不同。可根据纤维的定型温度来确定预缩温度。同时还考虑车速对预缩的影响，预缩机的设计车速为，0～40m／min，一般预缩机的实际车速控制在20m／min以内为宜，如要二次预缩车速可以快些。

温度准确均匀、稳定是**产品质量的重要环节。近年来，智能温控系统在圆筒针织物预缩机上的应用，大大提高了烘筒的温控精度。

老式温控系统采用温度探头在烘筒表面磨擦，得出表面实际温度后传送给温控仪，由温控仪根据设定来作出送电加热和停电降温的指令。由于电热管加热惰性导热油有一定的传导时间，使得烘筒表面温度和电热管实际温度有一定的时间差距。当烘筒表面到达设定温度把信号传给温控仪时，电热管实际温度早已设定温度。当电热管停止加热时，烘筒表面温度已过设定温度。当表面温度回落到设定温度时，烘筒电热管又会自动控制通电加热升温，电热管实际温度与烘筒表面实际温度始终存在温差，随着时间的延长温差变小。如此循环往复，温度始终在设附近上下波动，有时波动范围达±6℃。为了达到150℃以上的温度，还需分阶段升温，时间、电能被毫无意义的消耗浪费，预缩质量得不到。

智能温控系统由可控硅功率模块，热电偶、电热管、移相触发器、智能温控仪组成，温控仪采用PID（光离子检测）模糊控制技术，参数自整定，并具有储存记忆功能，温控仪自动测算系统平衡时所需功率大小，并发出指令信号给移相触发器，移相触发器发出脉冲信号控制可控硅导通角实现功率调节以维持系统平衡，这样电热管始终持续工作在低电压、低功率状态，温度自动维系在设上，无波动现象，织物预缩定型质量均匀一致，电热管始终持续工作在功率状态，**了系统的节能和电热管寿命的延长。

6 精密叠布与自动打卷

正常情况下圆筒针织物的门幅通过自动扩幅器作用，以及预缩定型过程，门幅大小基本稳定。但为使圆筒针织物在降温过程和搬运过程中的门幅稳定和产品的美观，精密叠布和自动打卷装置可轻松满足人们的需要。

精密叠布装置由机架、自动压布杆、导布辊、自动升降台以及感应探头、油压机械系统和电气控制系统组成。

自动打卷可**筒状针织物以卷绕方式成卷筒状方便搬运，但打卷过程也有一定的径向

拉力。所以多数情况下都采用精密叠布方式。两个羊角导布辊以一定的速度把预缩定型并冷却好的圆筒针织物自上而下送到叠布台。与此同时，由变频器控制的马达以一定速度使两个羊角导布辊左右往复摆动。两边的压布杆有规律地把卷曲的布边压平并固定好。压布杆上装有微动感应器，每压一次则叠布台下降一级。当筒状针织物需断开时，叠布台下的微电动机带动台面上的橡胶带把已折叠好的一匹布转移到叠布台的另一侧供操作人员处置。除静电装置还可保证人身，避免静电干扰，整个叠布过程自动完成。

7 触摸屏式操作系统

圆筒针织物预缩机的自动化程度较高一般只需两人操作。不同的幅宽、不同的预缩率要

求、不同克重的织物，不同的纤维处理温度、速度参数均可在触摸屏式操作系统中设定。圆筒针织物预缩机控制系统较为复杂。老式的控制系统，电器的机械装置、连接点过多，系统工作性能差。

当前纺织染整设备采用彩色液晶触摸屏式操作控制已成为时尚，大大提升了染整设备的

自动化水平和性能。新产品的圆筒针织物预缩机触摸屏式控制操作系统由触摸屏、可编程控制器（PLC），传感器、程序软件组成。集成化程度高，大大降低了因电气元件质量问题而引发事故的可能。机上的所需工艺参数和指令均通过触摸屏输入一目了然。工艺参数和指令信号输入PLC后，可编程序控制器把信号处理并交给气动开关、变频器等执行元件，使机器按给定命令运转。每组工艺参数均可作为样式保存，所有工艺参数均有中英文对照显示，前屏可显示预缩率、紧急闹钟等，后屏可显示计码和时间。基本实现了数字化操作管理。

8 结束语

圆筒针织物预缩机作为高挡内衣不可缺少的加工设备之一，其产品质量如轴承、辊筒、气动、电气等零件还有待于提高。另外，呢毯的国产化、使用寿命和价格等问题，也应引起国内制造商和用户的高度重视。

我们针对上海大众汽车二厂焊接车间，利用西门子公司的 SIMATIC产品，设计并实施完成一套设备故障自动诊断及焊机系统。经过几年的使用，该系统运行稳定，基本达到了设计目的。

一. 焊接车间现状分析

该焊接车间主要生产桑塔纳2000型轿车的车身。车间进料为冲压车间的各种冲压零件，经过焊接生产流水线，先把这些各种零件焊接拼装各种车身部件，如汽车前围、后围、前底板等部件，再经过总拼把这些部件拼焊成整体车身，后经过补焊、打磨形成终的白车身，输出到油漆车间喷漆。该焊接车间按照冲压零件－部件－总拼的焊接加工过程，建立了六条生产流水线，分别为前围线、后围线、前底板线、底板线、总拼线和补焊线。这六条生产流水线按照生产工艺相互刚性连接。在这些生产流水线上的各个工位主要配备的是焊接机械手、焊接机械人、多点焊机、拉杆传输和空中输送车等自动化设备组成。由44台西门子公司的PLC分别控制这些生产流水线上的各种加工设备，使其相互协调地、连续地、自动地运行，使车间达到每56秒钟生产一部白车身的的生产节拍的能力。

但是该车间生产流水线投入运行时，存在两个主要的问题：

１．当设备上某处出现故障时，由于不能很快地排除，经常造成整条生产线停机，或者整个车间停产，严重影响车间产量和生产节拍。

２．会发生某些焊点的焊接质量不稳定，不能**白车身质量。

经过调查研究和具体分析，发生上述问题的主要原因是：

１．生产线上设备比较多，设备比较复杂，生产线之间又是刚性连接，如果某一部位发生机械、液压或电气故障会造成某条生产线停机，维修人员要经过一定时间的分析查找过程，才能找到故障点，才能排除故障。在故障的分析查找和排除的时间内，由于生产线之间无缓冲，的生产线立即停机，后面生产线造成空工位，这个时间过长，还会造成后面生产线停机。而故障的分析查找和排除的时间中占主要的是分析查找时间。

２．该车间共有两千多把电焊在同时工作，容易造成供电压波动。如果一部分电焊正赶在电压低谷通电焊接，容易发生该焊点焊接不实，质量不好。

所以，为了快速分析查找故障和**正常电压通电焊接，解=决上述两个问题，我们为车间建立这套设备故障自动诊断及焊机系统。

二. 系统的硬件和软件结构

１．设备层

全车间六条生产线上共有PLC 44 台，由 S5-115U、S5-135U和S5-55U构成。这些PLC可向系统提供分析设备运行状态和分析出发生的故障点的相关信息。但这些PLC是分散的，无故障诊断能力。所以，我们的系统在车间建立了两段现场工业总线Profibus 网，分别把这些PLC连接起来。使系统能够通过现场PLC采集和汇总生产线上设备状态信息，自动分析诊断故障。设备并网的具体做法是，每台PLC 上都插入Profibus网卡CP5431，并连接在其中一段现场工业总线上。(参见附图)

２．现场工程师站

现场工程师站设置在车间现场，是由六台工控机组成，分别对应着车间现场六条生产线。这六台工控机上都分别插有 Profibus 网卡CP5412，并通过该卡连接在 Profibus 的网上。通过现场工程师站可以监控对应的生产流水线。(参见附图)

３．信息交换

信息交换是由一台 S5-155U 构成，也称为系统的主PLC。一方面通过车间现场工业总线 Profibus 网，连接生产线上 44台 PLC，采集汇总分析生产线上设备的故障信息；另一方面通过工业以太网 H1 与系统的管理层连接，把分析诊断送到办公室计算机上，同时又通过车间现场工业总线 Profibus 网把其分析诊断结果送回现场工程师站。(参见附图)

４．管理层

系统的管理包括车间主任办公室和维修办公室的计算机，通过工业以太网H1信息交换连接，使管理层可以实时地从信息交换获得目前分析结果，并对此分类归档，形成各种报表。(参见附图)

５．焊机装置

设置一台高灵敏的电压监测仪， 实时监测车间电焊机工作时供电电压的变化，并把结果送入信息交换，通过S5－155U的中断程序处理焊机信息，经过Prifibus-DP方式，把控制信号高速地传送到生产线上 的PLC，使相应焊机的通电动作得以控制。

６．系统配置的软件

Coros LSB/Win是系统主要的软件，主要运行在管理层和现场工程师站的计算机上，是系统主要开发平台。COM5431 和COM143系统软件是为了管理现场工业总线 Profibus 和工业以太网 H1。

三. 系统的主要目的

１．采集全车间六条生产线上的设备运行状态信息

由于 Profibus 网连接着现场PLC，系统可以实时地监测并分辨当前各生产设备所处的正常运行、停机、故障等各种状态，并在相应工控机的相应画面上，通过以不同的符号、图形和颜色变化等形式显示出来。

２．实时分析发生在各生产线上设备的故障状态及具体部位

由于 Profibus 网络采集各生产设备上的信息，汇总到主 PLC S5－155U上集中进行分析综合，系统可以判断出故障类型和发生故障的所在生产线、工位、部位等位置信息，随后把判断结果送到相应工机显示出来，以提示维修人员。

３．进行有关故障信息的分析与统计

系统的上位管理机和工控机在工业组态软件 CorosLSB/Win 操作平台下，可对从主 PLC 送来的故障信息，进行分类归档处理，同时在设备维修手册数据库中进行检索，找出故障发生的位置，故障发生的原因及排除故障的主要方法。然后该软件把故障发生的时间、位置、原因及排除的情况记录到设备档案数据库中，并形成各种报表。

４．对全车间由 PLC 控制的焊接变压器的通电进行

利用 Profibus DP的快速 I/O的特性，对全车间电焊机供电电压进行监测，按照电焊机原理，对由 PLC 控制的电焊机进行排队通电控制。

四. 系统工作基本原理

１．自动故障诊断一般方法

焊接车间设备绝大部分是通过油缸和气缸来完成工件的装夹、上料、下料和输送等动作。初步统计该车间分布在各生产线上共 4 千个大大小小的油缸和气缸，而设备故障主要发生油缸和气缸的部件上，表现为这些缸不到位。下面分析一个油缸动作情况，得出自动故障诊断一般方法。设一个油缸向前运动 Q＝1，油缸经过一定的运动时间到达，则接近开关 得电 I_1＝1，后端接近开关失电 I_2＝0。我们系统中为这个油缸设置一个计时器T。当油缸动作 Q 信号发出，该计时器开始计时，在设定的该油缸运动时间T_set范围内，相应到位接近开关得电，即系统认为该油缸工作正常。如果在该油缸运动时间T_set范围内，相应到位接近开关未得电，则系统认为该油缸发生故障。系统自动分析的结果列表如下：

根据上述方法，系统对车间设备上每个油缸和气缸，在该设备PLC控制器都分配计时器T，并设置相应缸运动时间T_set，以完成自动故障诊断。

２．焊机的一般方法

该车间有四个供电变压器向焊机供电，由于焊机是使用的单相电。车间焊机基本是均匀地分别挂在车间里 12 条单相电线路上。高灵敏的电压监测仪分别监视着这 12 条单相电线路。当监测到其中一条线路电压设定的值时，就向主PLC申请中断。中断程序检查线路电压低到什么程度，再分别处理：

＊线路电压在排队工作范围内，中断程序将按照工艺准许的范围，把挂在该线路的焊机排队，通过现场工业总线，控制设备上PLC，让该线路上的焊机按先后顺序通电焊接，使每个焊接都有足够的电流工作。

＊线路电压在停机范围内，中断程序通过现场工业总线的广播形式通知设备PLC，将挂在该线路的所有焊机停止工作，直到线路电压恢复正常范围内。

五. 系统主要功能及实现方法

１．系统的工作方式

由于系统的绝大部分硬件都是采用西门子公司SIMATIC 工业型产品，就**了系统全天24 小时不间断的正常工作。特别是系统的信息交换采用是 S5-155U，车间现场采用是Profibus 网络，管理层采用是工业以太网 H1，这些都具有在恶劣的环境下可以高度工作的工业产品，可以常年的不停机地工作。这样就**了系统可以在几年之内不间断地监测生产线设备，连续设备信息和生产信息，保系统数据处理的及时性、准确性和完整性。

２．生产设备当前运行的状态信息

由于生产线的生产过程是由现场生产线上的 PLC控制的，而且 这些 PLC 都挂在 Profibus 上，这样信息交换，即主 PLC 可以通过该网采集现场 PLC 的所有 I / O 的信号。信息交换对这些信号经过汇总和分析，判断出全车间各生产线各部分的当前运行状态，并把这些运行状态存入信息交换内的相应数据块DB。同时这些运行状态信息是随着信息交换(主PLC)运行周期而实时刷新的。现场的工程师站和管理层的计算机分别通过 Profibus 和 工业以太网 H1 ，访问信息交换内的相应数据块，而得到生产设备当前运行状态信息，再经过 Coros LSB/Win动态图形画面，生动、形象地显示出生产设备当前运行状态。

３．设备故障自动诊断、分析与统计

＊当生产线上设备发生故障时，信息交换通过Profibu网可以立即监测到。信息交换依据下面四个方面，判断出故障发生的具体内容和位置，并在在现场工程师站和管理层的计算机 Coros LSB/Win 的动态图形画面上详细显示：

a. 现场维修人员的经验；

b. 分析动作不到位信号；

c. 由故障历史记录而形成的发生几率；

d. 该设备 PLC 程序的逻辑分析。

＊信息交换按照发生故障性质确定出故障类型：机械故障、电器故障、液压故障、气动故障等。信息交换按照所发生故障对设备运行影响程度确定出故障等级：将要故障、次要故障和主要故障。信息交换按照发生故障特征和维修记录提示出排故方法。在现场工程师站和管理层的计算机 Coros LSB/Win 的动态图形画面上，故障类型和排故方法以文字形式显示，故障等级以不同颜色和闪烁程形式显示。

＊由管理层的计算机进行设备故障统计，其内容主要包括：

a. 每台设备每天的发生的故障信息记录；

b. 设备按照故障发生类型进行周、月、季和年统计；

c. 每台设备的故障率和开通率；

d. 各条生产线的故障率和开通率；

e. 全车间设备的故障率和开通率；

４．车间生产信息自动统计

在 Profibus 络的支持下，系统自动采集各生产线的产量信息，并存入信息交换的数据块中。通过管理层的计算机的 Coros LSB/Win 界面形成下例各种生产统计报表：

＊实时显示各条生产线的生产节拍及变化状况；

＊实时显示各条生产线的生产产量及变化状况，显示当日 和近七日内每天的生产产量变化过程；

＊车间在一年内每天的白班和夜班的生产产量记录；

＊车间生产产量的周报表、月报表和年报表。

５．焊机

当电压监测装置监测出车间供电电压正常供电电压时，主 PLC 上的中断输入模板 (6ES5 451-4UA13) 将接收到电压监测装置发出的信号，主 PLC 刻进入执行中断服务程序。中断服务程序根据焊机原理，通过 Profibus 网，向设备上的PLC发出工作指令，使各焊机按一定的顺序工作。

六. 结论和意义

１．该系统对对用户的设备排故维修提供了比较切实可行的便利手段，改变了过去那种单凭经验诊断故障的工作方法。在计算机的帮助下，只要生产设备有故障发生，系统都能比较准确、地确定故障具体位置或方位，并提供排故方法。这样大地缩短了故障查找和排故时间，**了设备能够尽可能短的时间内恢复正常。

２．由于该系统能够实现生产产量自动统计，代替了过去需要很多时间的手工抄报统计工作，提高了车间生产管理的自动化程度。同时该系统也给车间提供了生产动态调度的手段，通过管理层计算机了解当前车间各生产线、各部分生产状态，可以发现可能出现的生产瓶颈，使得车间管理者及时地进行生产调整。

３．焊机过去在国内还无法实现，现在系统利用西门子公司的 PLC 和 Profibus 技术实现了焊机。这对电焊机的焊接质量的稳定和提高有了一定的**。

４．在该系统中成功地应用了西门子公司 SIMATIC 产品的技术，其中 Profibus 现场总线和 H1工业以太网技术在该系统中起到关键的作用，它们把系统的各部分构成一个统一体； 主 PLC S5-155U以运行速度高、大存储量技术保系统信息的、综合分析和传送能够、准确地进行；Coros LSB/Win制作的人机界面速度快、，而且易操作、使用友好方便。