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产品描述
拉萨西门子一级代理商DP电缆供应商
1 引言
物料包装输送系统的工作环境通常比较恶劣,设备所处环境一般粉尘较大，空气相对湿度高，操作分散，所以对输送包装控制系统工作的性、性、维护简便性要求较高。以前，电器控制系统中大多使用分立的继电器，接触器等电器元件作为控制元件，其控制系统复杂，操作难度大，并且安装接线工作量大、修改控制策略难,维护量大，严重影响了正常生产。因此，物料输送控制系统成了制约生产的瓶颈。而采用性较高的PLC及其WINCC软件[1]组成的控制系统作为数据采集、控制回路、自动顺序操作和运算的主要设备。实现包装系统的皮带过程控制和输送工艺流程的实时监测、自动控制和系统运行诊断，满足了系统性、稳定性和实时性的要求。
2 系统介绍
包装输送控制系统分为散库和包装库两组。散库主要存储不需要包装的散料，包装库进行成品包装。主要包括：1#～8#线、A线（9#、15#、16#）、B线（10#、19#、20#）、C线（11#、17#）、D线（12#、
18#）、E线（13#、21#）、F线（14#、22#）。各线工艺流程如图1所示。在该工艺流程中，除了要考虑各皮带内部按顺序启动停止以及皮带的打滑、跑偏等问题外，还考虑相关配套设备。系统主要包括数字量输入67路，模拟量输入16路，数字量输出52路；需要控制的过程有各皮带的启动、停车和运行，各料槽的选择和设备故障时的处理。
总料位计算、模拟量变换、料槽料位运算、报警处理、1~6#皮带速度处理、1~2#皮带起停和分料器选择等程序块。针对工艺流程的具体情况，用语句表(LAD)形式编程。图4给出了3#~6#皮带控制流程图。数据块用来存放皮带速度和料槽料位的数据。
3.3控制设计思想
(1) 回路启动顺序由下游向上游(来料方向为上游) , 按一定延时, 逐个启动, 若回路启动过程中无故障, 则为正常启动; 若有故障则为异常启动, 程序启动遇到故障时, 就不再继续往下启动。
(2) 回路停止顺序由上游向下游, 它包括正常停止和事故停止。正常停止为顺序停止,即正常操作时程序按一定时间延时由上游向下游逐个停止设备。事故停止是在启动或正常运行过程中回路中某一设备发生故障时, 上游的设备立即停止,下游设备可运行。
(3) 在逻辑梯形图中, 凡是带有分支的联锁回路都有记忆功能。因为台设备可以根据需要启动下面的各个分支回路的设备, 回路梯形逻辑的记忆功能, 可保证有故障回路的设备能正确停车。
(4) 上位机能显示出整个皮带运行状态。 亦能显示单条回路运行的设备。
4 WINCC组态软件结构设计
工业控制组态软件是可以从可编程控制器、各种数据采集卡等设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的软件。组态软件能充分利用bbbbbbs强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便的构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表[4]、历史趋势等，为工业软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。西门子公司开发的WINCC是运行在
[NextPage] bbbbbbs2000上的一种组态软件。它的功能是建立动态显示窗口，通过提供的工具箱可方便建立实时曲线图、历史曲线图和报警记录显示。在画面窗口中，通过对多种图形对象的组态设置，建立相应的动画连接，用清晰生动的画面反映工业控制过程。根据包装控制系统的要求，图5是软件的结构。WINCC与S7-PLC同属西门子产品，属于无缝集成且自带通讯协议连接。该控制系统和上位机组态软件实现了物料输送测控系统的要求。简洁且形象的模拟了整个系统的工艺流程，操作人员能在控制室的计算机屏幕上观察到输送的全部情况，包括各种报警。权限的操作人员能在控制室对任何一条皮带单操作或连锁操作，并进行手动与自动切换。
一．概述
石膏板是一种得到广泛应用的新型建材，其生产工艺流程为：1.石膏石的破碎、均化；2. 石膏石的粉磨、煅烧；3. 石膏板原料的混合制浆和石膏板的成型、凝固；4.湿石膏板的切割和输送；5. 湿石膏板的干燥 ；6.成品的筛选、锯边和堆垛。
近年来，我院相继开发了年产400万、600万、2000万平方米石膏板机组及相应的电控装置。泰安、邳州、徐州、北京等全国十几条石膏板生产线相继投产，并有一条石膏板机组生产线出口到印尼。
年产400万、600万平方米石膏板机组电控装置由配料与成型、传动、切与1#横向、入窑机组、出窑机组、2#横向与堆垛六个小PLC立控制分站组成，PLC相互之间没有通讯。每个PLC控制分站的功能相对立，各PLC的输入输出模块直接与传感器（如光电开关、接近开关、编码器、流量计等）、变频器、电动阀、继电器等连接。PLC选用MODICON、AB或光洋中的一种。
年产2000万平方米石膏板生产线（如北新建材集团有限公司石膏板二线）设置了PLC通讯网络（DH+、远程I/O网）及计算机监控系统，大大提高了石膏板生产线自动控制水平。生产线采用的PLC、变频器、人机界面和上位机系统等均为美国AB公司系列产品。该生产线自动化控制系统由一个管理站和六个PLC分站组成。六个PLC分站分别是：（1）配料与成型控制站；（2）切与湿板输送控制站；（3）干燥机控制站；（4）成品输送控制站；（5）热风炉控制站；（6）Peter磨控制站。
管理站与PLC分站之间、各PLC分站之间通过DH+网进行通讯；每个PLC分站下级均设置Remote I/O网连接现场传感器、变频器、操作界面终端等监测控制设备。该生产线自动化控制系统设计、设备成套与调试均由我院完成。
二．监控系统计算机的配置及功能
监控计算机设在控制室内，采用AB工业计算机，配置1784-KT通讯卡。采用屏蔽双绞线1770-CD连接监控计算机和各PLC分站，组成DH+通讯网络。
配备的软件有：（1）组态开发软件Winbbbligent View; （2）通讯软件Winbbbligent bbbb; （3）运行软件Winbbbligent Run。
Winbbbligent bbbb通过DDE与bbbbbbs平台上支持DDE的应用软件如Microsoft Excel、Word等进行数据交换，同时通过1784-KT卡与网上的PLC交换数据。
监控计算机实现的主要功能是：
（1）采集各控制站的各种数据，加以整理和统计并采取多种方法显示。
（2）直观显示整个生产线的动态工艺流程和各控制站的动态工艺画面。
（3）根据生产线不同的生产要求能定以一相应的条件，如定以报警条件等。
（4）数据异常时有报警功能，提醒值班人员。
（5）有数据统计的功能，并直观地显示常用统计数据及重要参数的运行曲线。
（6）有数据储存和打印的功能。
三．PLC与PLC之间的通讯
DH+网上各PLC分站的数据文件可以共享，源PLC的处理器可以向目标PLC的处理器转写当前的全部数据，通过在目标处理器数据文件中相应的存储器位，间接地激发启动跳转、子程序或任何其他的逻辑操作。
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数据文件传送是靠信息指令MSG来启动的。MSG指令被编写在启动传送操作的PLC处理器的梯形图中。当处理器扫描含MSG指令的梯形的输入条件为逻辑真时，则启动MSG指令，按MSG的控制块中所输入的指令参数、状态和控制位等来传送数据文件。
四．各PLC分站的Remote I/O网
Remote I/O即远程I/O网，是在扫描器方式下的PLC处理器通道和远程I/O适配器之间的串行通讯链。该通讯的接口SCANport是一种现场总线的设备接口，为Remote I/O网中的网络设备提供直接、数字的通讯链路。
本工程中挂在各PLC分站的Remote I/O网络上的设备按功能用途分为三种： （1）远程I/O 块：Block I/O或Flex I/O； （2）人机界面PenelView；
（3）变频器1336PLUS和智能电机控制器SMC。
远程I/O 块设置在检测元器件较集中的现场，采集光电开关、接近开关、行程开关等开关量信号和温度、压力、流量等模拟量信号。因为石膏板生产线的各控制分站中均有大量的现场元器件，采用挂在现场总线的远程I/O 块后可大大节省工程布线，以节省投资。
各控制分站均设置了人机界面PenelView，根据不同的使用需要选用了两种尺寸的人机界面：PenelView 1400e（彩色）和PenelView 550（单色）。它们是带有按钮、固态储存器处理器的工业现场加固型CRT，是可编程、多任务的操作终端，并具有良好的图形界面和稳定的运行环境。人机界面和PLC之间的数据传送主要是通过块传送的操作（BTR与BTW）来实现。
变频器1336PLUS和智能电机控制器SMC带Remote I/O通讯接口，直接挂在Remote I/O网络上，称之为基于Remote I/O网络的拖动系统。系统通过定义PLC的I/O映象表，利用SCANport接口，既可向与其相连的拖动设备驱动器发送命令，控制设备的运行；又可从驱动器读取数据，的运行状态，实现了拖动设备的远程网络实时控制。该系统使PLC对变频器等多台驱动控制器实现了数字式控制，而取代传统的模拟量控制的方法，因而大大提高了实时性和性；系统性高，安装。因为石膏板生产线中配料与成型、切断机的控制、干燥机传动速度的控制、成品输送及堆垛的控制均须与主线的速度保持同步与协调，而且实时性和性要求很高。
五、控制系统的实时性、通用性、开放性
由于本工程生产线自动化控制系统采用了美国AB公司产品的工业通讯网络：DH+网和Remote I/O网，拖动系统采用数字式控制，实现了真正的实时控制。
管理站+各控制分站+现场分布总线的系统模式适用于工业领域较大工程生产线的控制系统，用户如要增设PLC控制站或现场I/O设备较为方便。但是由于各厂家工控产品通讯协议各不相同，在设计阶段须分析比较各厂家产品及其网络的特点，经过对系统性能、价格的分析才能决定选用哪家厂品。这对系统设计和调试来说，通用性不强，可以说是"个性"过强。事实上，我们在系统调试过程中发现：即使选用了同一，各不同规格的同类产品二次开发的软件及编程电缆均各不相同。例如，PLC有PLC5/40和SLC5/04，人机界面有PenelView 1400e和PenelView 550，不同的编程电缆至少需自制四根。这给系统的调试和维护带来不便。因此，我认为系统设计应统一类型并尽量统一规格。因为这样既可以减少备品备件，又可以方便调试和检修维护。
DH+网和Remote I/O网的应用使系统的开放性有所提高。但工业通讯网络的通讯协议未做到统一，备品备件还得选用同一产品。要真正形成一种遵循统一标准的开放互联系统尚需时日。
国内石膏板生产线采用工业通讯网络尚处于发展和完善阶段。我院电气组针对该工程工艺庞大，各工段的设备复杂多样、技术性强等特点，精心设计、科学组织、克服困难不断，终圆满完成了该工程自动化控制系统的实施。该系统整体设计完善，受到建设单位的。
1 引言
某厂抓矿行车采用绕线式异步电动机转子串接频敏电阻器进行启动和调速，这种继电器-接触器控制方式在实际运行中存在着以下问题:
(1) 行车工作环境恶劣，工作任务繁重，电动机所串频敏电阻器烧损、断裂和接地故障时有发生，造成电动机频繁烧损;
(2) 由于机体震动及导电性粉尘环境，继电器-接触器控制系统的性差、故障率高、维护困难、维护费用高、检修工人疲于维护;
(3) 转子串频敏电阻器调速，机械特性软，负载变化时，运行不平稳，且运行中频敏电阻器长期发热，电能浪费严重;
(4) 各接触器在大电流状态下频繁分断、吸合，造成电网高次谐波污染严重，电网功率因数低。
于是该厂采用了PLC代替了继电器-接触器控制，将变频器代替电动机转子串频敏电阻器的调速方式，改造后，运行效果显著，解决了以上问题。
2 PLC控制的行车变频拖动系统组成
2.1 系统组成
行车的大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机都需立运行，大车有两台电机同时驱动，小车、抓斗提升、抓斗开闭各为一台电机驱动，整个系统有5台电机。为了保证各部分运行互不影响，采用了4台变频器拖动，并用4台PLC分别加以控制，系统组成如图1所示:
图1 PLC控制变频拖动系统组成
PLC接收主令控制器的速度控制信号，该信号为数字量控制信号，信号电平为AC220V。这些信号包括:主令控制器发出的正、反转信号、电机过热保护信号、限位信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出起、停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需的工作状态。
变频器接收PLC提供的控制信号，并按设定向电机输出可变频、变压的电源，从而实现电机的调速。操作人员按实际需要通过主令控制器向PLC发出各种控制信号。
提升电机在下放重物时，电机反转，由于重力加速度的原因，电机处于再生制动状态，拖动系统的机械能转化为电能，并存储在电压型变频器的滤波电容器的两端，使直流电压不断上升，甚至能够击穿电器绝缘，当电压上升到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路的这部分能量，保证变频器运行。
2.2 变频器与PLC通信
系统采用现场总线方式代替传统的模拟量或开关量方式控制变频器。系统中，小车及提升变频器通过选件模块连接至Profibus-DP总线上，综合考虑的实时性及稳定性，系统选用PPC-3作为格式，波特率选择387.5kbps。采用总线结构后，系统进一步优化，具体表现如下:
(1) 布线简单
只需1根两芯的屏蔽双绞线，而采用别的方式至少要4根电缆，从而减少了维护工作。
(2) 给定稳定
避免了因信号的漂移、电磁干扰等诸多因素而引起模拟量给定抖动，因此系统速度给定加。
(3) 速度连续
相对于采用开关量作为速度给定的系统，速度给定由离散量变成了连续量，使得变频器可以接受来自ＰＬＣ的速度微调指令，以实现抬吊作业平衡。
2.3 备用应急系统
当总线干缆或总线上某点出现损坏时，有可能使系统无法正常工作。因此，系统中设有一套备用的系统，以防止紧急情况下总线不能正常使用，但又不能停止作业的工况。变频器设有两套控制方式，一套采用总线通信，用于正常控制;一套采用开关量控制，用于应急状况。通过PLC切换两套参数，两套参数在手柄档位的速度给定上一致，因此从使用角度感觉不出两套参数的切换。
2.4 同步与纠偏
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行车在抓斗提升抬吊作业时，系统进入自动纠偏模式，以保证吊钩在抬吊时钢丝位置同步。由于机械安装时磨擦阻转矩，机械抱闸的调整不可能一致，因此系统不采用动态实时纠偏，而采用一种折衷方案，其工作原理为:，系统在ＰＬＣ中设置2个阈值，阈值1用于启动吊钩的自动纠偏，阈值2用于结束自动纠偏;其次，ＰＬＣ读入安装在起升卷筒上编码器的数据并实时计算起升高度;再次，ＰＬＣ比较所读入的2个起升高度，当2个高度之差大于阈值1时，ＰＬＣ将一个微小的速度偏差量叠加在由手柄确定的基准速度上，当两个高度之差小于阈值2时，取消该偏差量，通过惯性进一步减少起升高差;后，ＰＬＣ将计算合成后的速度值能过Profibus-DP下载至变频器中，作为抓斗提升电机的速度给定。
3 PLC软硬件设计及应用
3.1 PLC的硬件设计
行车大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机分别由不同的PLC控制，大车、小车、提升、开闭电机都运行在电动工作状态，变频器及PLC的控制结构及软、硬件实现基本相同。提升电机运行状态有电动、反接制动、再生制动等状态，变频器及PLC之间的控制结构较大车、小车复杂。以提升电机为例，其PLC的I/O接线如图2所示，变频器接线图如图3所示。
当行车的驾驶室及横梁拦杆的门关好后，1#、2#开关的常闭接点打开，急停开关断开，主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。当主令控制器置于上升档位，电机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同的电压，达到调节抓斗提升电机的转速。当主令控制器置于下降3挡且满负荷时，电机正转，此时电机处于反接制动状态。当主令控制器置于下降2挡且负荷较重时，为强制下降阶段，电机反转，在重力加速度的作用下，电机进入再生制动状态。另外，当电机由稳定高速向低速换档快时，电机也会进入再生制动状态。当主令控制器置于下降1挡时，电机反转，处于电动状态。运行中，不论何种原因电机停止运转，为防止重物急速下降，保留了原来的三相液压制动器。
在紧急状态下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。当抓斗提升电机因故障跳闸，热继电器动作，电机过载等动作，在故障排除后，可按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。
3.3 PLC的软件设计
选用FXON系列PLC，采用摸块式编程，具体模块如下:
(1) 高度换算功能块。用于将格雷码转换成二进制码，二进制码转换成起升高度及起升高度偏差调整;
(2) 变频器开关量控制功能块。用于大车、小车及抓斗起升变频器起动、停止和速度给定的开关量控制;
(3) 变频器的通信控制功能块。用于大车、小车、提升电机变频器的启动、停止、速度给定。还用于变频器的控制字与状态字的读取。图4为大车的软件控制流程图，小车、提升电机、开闭电机的软件流程图和大车的相似。
3.4 保护措施
(1) 配电部分:除设有缺相、过流、短路等保护外，还在行车两侧端梁及平台处设置2只开关，只有开关均闭合时，才允许行车运行。在行车上还设有登机请求及应答按钮，用于行车工作中其它工作人员的登机。
(2) 变频器部分:选用的ACS600系列变频器具有电机过载、缺相、接地、过流、直流母线过压等保护，抓斗提升电机及小车变频器当切换至总线控制方式时具有通信故障监视功能。
(3) 行程开关保护:各机构均设有行程限位保护。单动工况时，小车及抓斗提升限位开关各自立;联动工况时，小车1后限位及小车2前限位作为联动工况允许条件，小车1前限位及小车2后限位做为小车限位，起升1及起升2只要有一个限位动作，则视为起升限位。
(4) 其它保护:所构均有零位保护、过流保护。抓斗提升机构还有载保护及速保护。当速开关动作时，断开变频器主接触器电源。
4 结束语
PLC控制的变频拖动系统应用到行车，各电机各档速度、加速时间、制动时间都可根据实际工况条件设定，而且十分方便。从运行结果来看，负载变化时，电机速度运行平稳。设备的故障率大幅度降低，电机烧毁明显减少，同时减少了到电网高次谐波的影响。设备检修时排除故障的速度明显加快，设备维护量大大减少。
1 引言
为了提高和保证产品的质量，生产中对一些部件按照一定的工艺要求进行归类分组是必要的。以轴承的生产为例，要求对生产中的和滚柱进行分选组别，这一工作由轴承分选机来完成。
分选机的功能是对工件进行连续测量，将被测参数转变为电信号，再经电路放大、逻辑运算处理后。控制相应的执行机构，对工件实行自动分选。
2 轴承分选机PLC控制系统的设计
2.1 系统构成
系统采用OMRON C200H模块式PLC，现场开关信号接入24V输入模块，指示灯、中间继电器及电磁铁线圈由晶体管型输出模块控制。选用差动式电感传感器(差动式电感传感器是把被测的非电量转换成线圈的互感变化，由两个相同的电感线圈和磁路组成，使用时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式，以提高传感器的灵敏度和线性度)将或滚柱的直径和长度的变化转变成电感量变化，再经测量放大电路放大成标准的电压信号，接至PLC的模拟量输入模块。
该系统总输入点为:开关量为5点，模拟量为2点，分别采用直流24V的8点输入模块IM211和模拟量输入模块AD001;输出点为开关量17点，选用OD411(8点)和OD211(12点)两块晶体管输出模块。对PLC的输入输出端子进行定义和分配如附表所示。
附表 分选机PLC控制系统的I/O分配表
输入地址 信号定义 输出 信号定义
00100 启动检测 00200 送料电机
00101 停止检测 00201 正常指示
00102 同步脉冲 00202 差指示
00103 复位信号 00203 运行指示
00104 调整单步 00300-00311 料门1-料门11
输出
00111 长度量 00204 故障报警
00112 直径量
2.2 工作原理
分选机属于比较测量仪器，先以标准尺寸工件定标或先校正好测微仪的放大倍数，然后以被测工件与标准工件尺寸进行比较，产生直径尺寸差Δd和长度尺寸差Δl，电感测量头将Δd和Δl转变为电感差ΔD和ΔL，测量电路将电感差转变为0~+10V的电压信号Us。信号经PLC模拟量输入模块转变为数字量，并根据工艺要求，将参数同标准数据进行比较，控制相应料门电磁铁。分选的工艺要求如下:
(1) 长度信号先与直径信号进行分选:分选时，先将的长度测量值分为三类，即长度差件L+、L-和合格件L0，然后再将L0工件按照其直径大小细分为差件D+、D-，合格件D1、D2、…D10，也就是说只有长度合格的工件才进行直径分选。
(2) 组别按尺寸大小，由小到大进行排列:长度按L-、L+、L0，直径按D-、D1、D2、…D10、D+，从小到大顺序排列，以保证工件准确地落入属于自己的组别。
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