西门子触摸屏6AV2124-0UC02-0AX1安装调试

西门子触摸屏6AV2124-0UC02-0AX1安装调试

1  引言 
    发动机装配线PLC控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。
    整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200eco从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。  
2  系统结构及功能
系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场I/O站等几个部分。
系统各部分功能:
操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能(操作、显示、报表、报警、趋势)，并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。
工程师站:用于系统的组态和维护。
自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。
现场I/O站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。
现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。 
本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由22个ET200S和22个ET200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统配置功能图如图1所示:  

    系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2"12个，标准型的接口模块其范围为2"63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中ET200eco从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8’电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
    网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防油防尘等功能。
  
3  目标控制系统
3.1  系统设计
    汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为构成的计算机控制系统，各立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都具备高性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
    安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为的数据量，通过速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制下传给ET200S，实现各工位的控制流程。PROFIBUS是应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化,ROFIBUS-DP用于制造业自动化,ROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制等领域。除了安装简单外，它有高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
    整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
(1) 计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高性、高稳定性。
(2) 从站作为相对立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2  系统控制要点
(1) 该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用Simatic Manager编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其分配的参数范围为0.0"127.7。因此在进行硬件配置时, S7"300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0"127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O无论处在哪个范围中,都采用间接寻址方式。
(2) 关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制)，接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。如图2所示，当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，保程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，如图2所示，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。  

(3) 该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有改，为了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装step7软件，之后自定义安装Wincc软件，将Wincc通讯组件安装完整。然后在step7软件中插入OS站，可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在step7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3  系统控制功能
(1) 手自动回路的切换
在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
(2) 保护
上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
(3) 查询源程序代码
当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可查找出故障的根本原因，节省了维修时间。
(4) 故障报警和报表打印
当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。  
4  结束语

    西门子S7300 CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200eco从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线成功投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，满足了用户的要求 。  

1.负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。
电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。
电压：晶体管可接直流24V（一般大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。

2.负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。

3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力
一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额多。

4.晶体管响应速度快于继电器 
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出：如温度ＰＩＤ控制，主要用在步进电机控制，也有伺服控制，还有电磁阀控制（阀动作频率高）。

5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制
继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。  

一、概述 
随着科学技术的发展，PLC（PLC的相关产品）在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。 

二、电磁干扰源及对系统的干扰 
1、干扰源及干扰一般分类 
影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 

2、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源 
（1）来自空间的辐射干干扰 
空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 
（2）来自系统外引线的干扰 
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 
来自电源的干扰 
实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC电源，问题才得到解决。 
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。 

引言

PLC目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域，无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都普遍采用了数字控制，而这些数字控制系统绝大部分是由单台或多台可编程控制器构成，PLC以其高性和操作的简便性等优点，已经形成了一种趋势，这种趋势正方兴未艾。而气动技术近年来也得到了发展，由于气动技术是以空气为介质，具有防火、防暴、防电磁干扰、结构简单、工作、及寿命长等优点，在工业生产的各个领域得到了普遍的应用。而PLC技术与气动技术的一个共同点就是它们基本的也是优势的领域都是顺序动作的逻辑系统，PLC的开关量控制和气动技术的出力、点位控制或两种功能的复合控制，使它们在各种自动化生产线中大有用武之地。
为了充分展示气动技术及PLC在自动化生产线上的应用，哈工大SMC气动技术研制了一台气动模拟生产线展台，展示的是工件的组装、拆卸及运输。

2　系统的工作原理

模拟生产线示意图如图1所示，共分A区和B区两个区。

图1　模拟生产线示意图

A区为工件的组装、装箱、搬运及拆箱、拆卸，包括三个机械手、四个机、一个放球器和六条传送带，工作过程如下：A筒装箱手将AL1带上的4个空筒装入箱中，A箱机将有筒箱送到上层传送带AL2，运到放球器处将4个空筒装球，然后由拉A箱机将满箱运到AL3上层带上，至此工件的组装、装箱及搬运全部完成，接下来是拆箱、拆件及搬运的过程。A拆箱手将带球筒分别拆送到ABL中带上，然后分两路进行，一路是空箱经AJ3空箱机、AL4下层带、拉A空箱器、AL5下层带、AJ1A箱机完成空箱运输，并继续进行A筒装箱过程。另一路ABL带上的有球筒运至A件分检器处被检出，由AS3A件分拆转向手将球倒入球道，并将空筒放上AL1带，空筒运至终点进行下次装箱。在工作过程中，几乎每个机械手、机都在工作，因同时有多个箱及筒投入运行，工作效率是很高的。
B区模拟的是工件或产品的组装、包装和拆卸、运输，包括三个机械手、两个转向器、一个检盖器和三条传送带、一个输送机，工件由底和盖组成。工作过程如下：B装箱手将完整工件装箱，输送机将箱运到右端，B拆箱手将4个工件拆开并分别送到ABL中带上，然后空箱由输送机运回左端继续装箱，中带上工件的底和盖在经过检盖器时检出是底还是盖，若是底则由B件转向器送上BL1装配带，若是盖则由B装盖手进行装盖，B件门控器将组装完成的B工件放行，该工件再经B件转向器送到B件带上完成该件循环过程。
在A、B两区同时循环运行过程中，中带是繁忙的，它的工作速度决定了生产线的节拍，同时中带上的协调也非常重要，一是在A拆箱手和B拆箱手同时工作时协调好，否则有可能发生相互碰撞而损坏机械手，二是在带上实际有三种工件在运行，即A有球筒、B底、B盖，因此设计了A件分检器和检盖器使中带上的运行有条不紊地进行。
由于该模拟生产线是一个演示展台，因此设计成由零件组装到成品，再由成品拆成零件这样一个循环过程，而实际的生产线往往只有从零件上到成品下线这一过程，所以该展台事实上要比实际生产线复杂一些。

3　系统构成

(1)气动系统

该系统的气动件全部采用的是SMC公司的产品，共用了48个气缸，48个两位四通阀，2个真空发生器，其中检盖器由测长气缸制成，B箱输送机由1米长的无出杆气缸制成，其它所械手、机等均由普通气缸制成。

(2)传送系统

包括8个传送带和1个输送机，除输送机由无出杆气缸制成外，传送带均由步进电机驱动，共使用了8台步进电机。

(3)检测系统

包括96个行程开关、6个接近开关、5个碰撞开关和1个测长气缸。

(4)控制系统

该系统的全部控制功能由一台松下电工FP3型可编程控制器实现，用于控制步进电机的的脉冲单元8个，控制系统原理框图如图2所示。

图2　控制系统原理框图

4　控制流程及编程

(1)流程图

PLC的程序运行方式是循环扫描方式，而非顺序执行方式，因此任何一个机械手在其条件满足后即开始动作，各手之间是并行的，当然有的手与手之间存在因果或制约关系，如A拆箱手与B拆箱手在同时工作时，等对方一个动作结束且手回原位后才能开始自己的动作，而自己开始动作即告对方等待。控制流程图如图3所示。

图3　控制流程

(2)编程

机械手控制程序的编写方式很多，各人有各人的习惯，这里采用的是用移位寄存器指令编写控制程序，举一例说明，如图4所示。
这种方式的特点是紧凑、简明、易读，由于移位寄存器字长为16位，故可以控制15个连续动作。

图4　工件组装程序

5　结语

该展台集中了气动技术、PLC、串行通讯及步进电机的许多优点，对生产线中的许多典型工序进行了模拟。曾先后参加了北京’97动力与传动博览会及’97黑龙江计算机技术展览会，均受到，在哈工大SMC气动的教学和科研中发挥了重要作用

1 引 言

    可编程控制器（PLC）是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。在电力工业中，应用可编程控制器的场合比比皆是。例如电厂输煤系统、锅炉燃烧系统、汽轮机和锅炉的起动及停车系统、废水处理系统、发电机和变压器监控系统、整个电力网的联网通讯、调度及控制、利用可编程控制器进行软动控制等等。作为电力职业技术学院，在教学中让学生掌握现代自动化控制的技术以适应电力系统以及社会各企业对高技能人才的需要是非常必要的。

    武汉电力职业技术学院电力工程系供用电技术教研室本着“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”的职业教育办学理念，与湖北华茂机电技术工程公司联合开发、研制的PLC工业控制实训系统（如图1所示），注重实用性，兼顾前性、通用性，努力营造工业现场环境，创造工业现场气氛，所组成的工控系统与生产现场所使用的设备一样，在国内尚属例。

    已经引起相关部门的关注。该装置已被欧姆龙自动化（中国）统辖集团作为CP1H应用范例登载在中国电工技术学会“培训部”的宣传图册上。

2 系统简介

该实训系统大的特点就是对学员的训练可做到由浅入深，由易到难，设计巧妙的控制对象，在学生实验（训）中起到了非常好的效果。实训系统采用日本欧姆龙公司目前新、优势的PLC——CP1H-40CDR-A作为控制主体，同时配有触摸屏、变频器、温度控制器等具备通讯功能的控制设备以及工业现场常用的传感器、旋转编码器、接近开关等等，系统的下层还配有一台三相异步电动机、一台直流电机及一个加热器等控制对象。实训项目从基本的PLC编程、变频器、温控器及触摸屏单的实际训练（包括控制对象）开始，逐步深入通过RS232口和485口进行各设备间的相互通信，形成闭环控制系统。可编程控制器主机可准确地处理来自传感器、计时器、温度调节器、开关等控制部件的信息，有效控制机器与设备的运转。以可编程控制器为，配合触摸式画面的可编程终端便于对生产对象的控制与参数的变，作为操作者与机器设备人机交互的界面，在提高生产效率方面可发挥重要的作用。

在工业控制领域，各种生产设备、控制器以及智能仪器仪表等往往分散在工厂、车间的不同地方，如何将这些控制设备连接起来，完成对现场信息的实时、通信以及对设备的实时控制、监视和远程维护；如何把厂房处于不同地理位置上的PLC与PLC、PLC与计算机或PLC与智能装置间通过传输介质连接起来，实现通讯，以构成功能强、性能好的控制系统等等，这些都是工厂自动化网络解决的问题。

    根据工业现场的实际情况，该实训系统还具备强大的网络通讯配置供学生实训用：上层采用以太网（Ethernet）来实现高层数据传送，以太网模块使得PLC可以作为工厂局域网的一个节点，在网络上的任何一台计算机都可以实现对它的控制。通过以太网通讯模块与上位机通讯，实现上位机的监控等操作，同时通过现场总线模块DRM21实现PLC与PLC间的数据共享。SCU串行通信模块实现与三方设备如DCS、锅炉等通讯，创造一个远程监控环境；中间控制层网络（Controller bbbb），是OMRON推出的FA（工厂自动化）领域用于在PLC间、计算机和PLC间进行大容量数据交换的网络，而计算机也可作为一个节点对PLC进行监控，编程运行组态软件；后通过设备层网络（Device Net）实现对底层控制设备的远程控制。 

学生们通过PLC工业控制实训系统的训练，加强了综合实践能力的培养，对于提高学生动手能力，提供了有利的条件。对增强学生岗位适应性，缩短上岗前的培训时间（“”技能型人才），使学生真正成为对企业有用的高技能型人才具有特的作用。

3 控制实例

电力生产设备大多是由电动机作为原动机进行拖动的，通过对电动机的状态进行控制从而达到对生产设备进行启动、停止的控制，改变生产设备的工作速度、运动方向等等。“PLC工业控制实训系统”具备了这些方面的功能。该系统通过变频调速器可对电动机进行速度调节，达到对生产设备的运动速度的调节；也可通过变频调速器配合接近开关，将电动机的运行信息输入到可编程控制器，可编程控制器根据这些信息对电动机的状态进行控制（启动、停止、调速、正反转等），形成一个真实的工业闭环控制系统。通过触摸屏可以对电动机的状态进行控制和监视，同时还可以对变频调速器、PLC中的计数器和定时器的参数进行在线修改。下面对这个闭环控制系统作一简单介绍。

（1）控制要求

①当按下启动按钮SB1时，电动机以5Hz频率对应的速度正向启动；
②当转过200圈时，电动机以30Hz频率对应的速度加速运转；
③运转200圈，电动机还是以30Hz频率对应的速度由正转变为反转；
④反转100圈，电动机停转（也可以通过手动停止按钮SB2控制电动机停转）。
（2）控制系统的组成

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