温州西门子中国一级代理商变频器供应商

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概论
电子束焊接机是高能束技术在焊接设备中。由于电子束焊接具有焊缝成形好，不用焊条，，不易氧化等优点而成功地广泛地应用于原子能、、汽车、航空航天、电工仪表、冶金等工业领域，并随当今计算机技术及其它新技术的推广应用进一步加速了电子束焊接技术的工业应用[1]。电子束焊机技术复杂，主要涉及的技术有电子光学、电磁场理论、计算机及其控制技术、自动化技术、真空技术、精密制造技术、高电压工程等多种学科的综合应用。电子束焊机控制系统复杂，既有数字量控制，也有模拟量控制，同时还要对一些参数进行实时控制。三菱公司生产的FX系列可编程控制器的功能较好地满足了其控制系统的要求[2]，较好地实现了PLC对电子束焊机的整机控制。
2 电子束焊机控制系统的组成
2.1 电子束焊机的工作过程
电子束焊接机的工作过程是真空系统完成对电子和焊接室的抽真空任务后（此时电子及焊接室的真空度满足工作要求），分别加上聚焦电源和偏压电源，聚焦电源为电子建立聚焦磁场，偏压电源控制和调节电子束流的大小。打开闸阀，加上阴电源后合上高压，至此焊接机处于等待焊接状态，如果工件及工作台位置准备好，按下焊接按钮设备开始下束，通过调节电子束流给定和工作台速度大小来实现对焊接线能量的调整，以满足焊接工艺的要求，如果需要对电子束进行“搅拌”焊接可以加上扫描电源，电子束被扫描成圆、椭圆、半圆等多种图形以实现“搅拌”焊接的作用。零件焊接完成后，按下充气按扭打开焊接室拿出零件，次焊接任务完成。如果要继续焊接其它零件，重复以上过程。焊接室及电子的抽真空可以用手动或者自动程序完成，手动程序时人工控制有关泵及阀的操作，各种操作状态由人工管理。自动程序则由PLC按照程序要求自动管理有关泵及阀门的开启、真空状态、联锁条件等，自动完成设备的抽真空任务，使之满足设备需要的真空度。在抽气及焊接过程中，如果联锁条件不满足或者水、气等故障，PLC则自动判断工作状态，使设备恢复到有关的状态，或者发出故障指示供操作人员调整。
2.2 控制系统组成
控制系统组成的原理图如图1所示，整机以PLC为分别对设备各控制系统进行模拟和数字控制，PLC为三菱公司生产的FX2N-128MT可编程的逻辑控制器，实现对设备的各种逻辑控制。A/D、D/A单元亦为该公司的特殊模块，实现工作台运动速度给定的A/D转换和高压、束流的D/A转换，通过PLC的逻辑运算输出模拟量来控制高压、束流的给定。各控制系统的原理如下。
高压控制系统：高压控制系统由PID调节器、高压电源、反馈环节、功率放大等组成，PLC经内部运算和D/A转换输出模拟信号给PID调节器，PID调节器在反馈环节的闭环控制作用下控制高压电源的高压输出，以实现高压的稳定和调节以及对高压的联锁控制。高压控制系统的主要功能有高压的梯度上升和下降、焊接过程中的高压打火保护、急停、故障显示等。
束流控制系统：束流控制系统由PID调节器、偏压电源、反馈环节、功率放大等组成。PLC经内部运算和D/A转换输出模拟信号给PID调节器，PID调节器在反馈环节的闭环控制作用下控制偏压电源的偏压输出，以实现对电子束流的稳定和调节以及对焊接工艺控制。束流控制系统的主要功能有束流的梯度上升和下降、束流的大小调节、焊接过程中的工艺控制、急停、故障显示等。
聚焦控制系统：聚焦控制系统由聚焦电源、聚焦线圈及PLC的控制指令组成，PLC管理聚焦电源的开启及与其他控制系统的联锁，保证设备处于聚焦状态。
阴加热电流控制系统：阴加热电流控制系统控制阴加热电流的大小，保证电子的阴能发射出足够的电子数目。PLC控制阴电源的开启和阴与高压、真空、闸阀等的联锁。
真空及阀门控制系统：真空及阀门控制系统保证设备具有正常的真空工作环境，主要由各种真空泵、阀门等组成。PLC对真空系统的控制分为手动和自动两种功能，手动时PLC根据输入条件判断阀门、泵的正常状态，阀门、泵的开启由人工控制，其开关动作还是由PLC完成。自动时PLC根据程序要求自动完成对设备的抽真空任务，泵、阀门、真空度的状态判断和联锁条件均通过PLC软件来实现。
工作台运动控制系统：工作台运动控制系统由PWM信号发生器、驱动电源、步进电机、运动机构及夹具组成。工作台运动控制分为手动控制和计算机的联机控制，手动时PWM信号由PLC产生，具体的工作过程是速度模拟量给定经A/D转换输入给PLC，PLC通过内部功能处理，产生的PWM信号经高速信号输出口Y0、Y1分别送到X、Y轴的驱动电源的接口上，速度大小的调节通过改变模拟量给定的大小来实现，模拟量给定的改变后，经A/D转换后到PLC内部的数字量亦发生改变，经PLC运算后形成的PWM信号频率亦发生改变，从而实现对工作台运动的控制。计算机的联机控制时由计算机控制和管理工作台的各种运动、焊接过程及焊接工艺。
计算机联机控制：计算机联机控制是用来连接PLC和计算机之间的指令传输，PLC指令通过RS232通讯输入给计算机，计算机控制指令通过开关板和隔离板把计算机机信号输入给PLC，实现PLC对计算机和焊接过程的实时控制。
偏转扫描控制系统：由偏转电源和偏转线圈组成，实现对电子束的偏转和扫描。
测量及故障显示：用来测量有关焊接工艺参数，故障类型显示，供操作人员调整和控制。
3 软件构成
根据以上对电子束焊机的组成及控制原理的分析，电子束焊机的软件由以下程序构成，其流程图如图2所示，各程序的功能如下：
初始化程序：对一些数据寄存器及定时器清零复位，使设备处于初始工作状态。
高压控制程序：控制高压条件的联锁、高压给定、高压上升及下降梯度、急停等。
电子束流控制程序：控制电子束流的上升及下降梯度、电子束流的给定输出等。
检查程序：供维修人员使用，进入此程序后，联锁条件解除，焊接机由人工控制各部件的开启。
手动程序：处于手动程序时，人工操作真空泵及阀门的开关，使设备进入焊接等待状态，此时各部件之间的联锁通过PLC内部软件设置，保证设备和人身。
自动程序：自动条件满足时焊接机进入自动程序控制状态，PLC控制真空泵、阀的开启，使设备自动进入等待焊接状态。
计算机联机控制：联接计算机和PLC之间的指令传送，使计算机能适时控制工作台的运动及焊接工艺控制，进入计算机联机控制程序时，计算机管理焊接程序。
A/D D/A转换程序：实现A/D、D/A的数据转换，实现工作台速度给定的模拟量转换为数字量，供PLC运算并变换成一定频率的PWM信号，控制工作台的速度。同时实现高压、电子束流的数字量向模拟量的转换，用以分别控制高压、束流的大小和上升及下降梯度。
故障报警程序：根据输入信号的不同类型显示不同的故障类别，引起操作人员注意和帮助维修人员修理设备，确保设备和人身。
停机程序：执行本程序时，PLC按照设备所处的工作状态依次关闭有关部件、电源、真空泵、阀、加热电炉等。
结束程序：END
4 结语
电子束焊接机应用PLC控制，并结合PC机的通信技术，设备功能齐全，工作，操作简单。PLC同时还能对工作台运动进行控制，使工作台驱动系统结构简单，控制方便。经过电子束焊机的运行，结果表明PLC控制电子束焊机的硬、软件，提高了电子束焊机的自动化水平。

1、引言

锦纶厂聚合车间粒料输送装置是整个锦纶生产装置中的一套重要的设备。随着微处理器，大规模和大规模集成电路的发展，过程控制领域中，传统的常规仪表监控设备、继电逻辑控制器很大程度上被PLC所取代。如何充分利用PLC硬件、软件资源，用较低费用获得的自控系统便是自动化人员面临的现实问题。由于锦纶厂原系统采用继电逻辑控制，控制系统性能不稳定，故障多，维护困难，因此须对原设备进行改造。本文应用SIEMENS公司生产的SIMATIC S7-200型可编程控制器，研制了一套符合锦纶厂聚合车间生产工艺要求的PLC控制装置。设计过程中，充分利用PLC本身资源，大大减少设各故障率和设备占地面积，发挥系统的。
2、工艺流程
锦纶化纤生产过程中的聚合车间，是整个生产过程中的一道关键工序，当上道工序把其加工出来的粒料送入聚合车间的下料罐后（如图1），通过控制下料阀，使物料进入输送罐，然后利用压缩空气把加工好的粒料输送至下一道工序。整个工艺过程中须考虑到与上、下道工序的协调控制问题：1.检测空压机是否正常运行，压缩空气压力是否正常，以便加工后的物料送走。2.检测下一道工序所要求的氮气压力是台正常，在系统无故障时，控制装置可工作于手动或自动工况，否则以声光报警，提示操作人员，以便进行处理。


3、PLC控制系统硬件设计及工作原理
按系统要求，保证操作人员的现场控制能力，设计“手动”和“自动”两种控制方式进行控制，用一个方式转换开关进行转换。

“手动”方式时，需采用对应的按钮“手动下料”、“手动”输送去控制相应的电磁阀。“自动”方式时，要求系统在启动后按规定的时间与顺序，依次进行“下料”与“输送”。即EV1阀得电，开启“下料”阀，一定时间后关闭，启动EV2进行“输送”，再过一定时间后再启动EV1，如此周而复始，直至接到“停止”指令。同时系统在EV1得电时，EV5亦得电，EV2得电时，EV3亦在｝电，以便同时进行氮气的“充气”与“排气”（如图l）。 

按系统要求，为便于整个工艺流程操作管理的集中性，我们设计了既可在现场进行近地“启动”与“停止”的方式，也可远地进行“启动”与“停止”。
该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着实时响应快，操作管理集中，便于集中管理。

控制系统框图如图2所示，PLC通过系统的现场状态输入、控制面板和外部输入指令决定系统运行方式，并能显示系统状态。
4、PLC软件程序流程图与梯形图设计
我们选用的SIMATIC S7-200型可编程控制器I/0点数多，编程指令丰富，程序内存大，并配有相应的编程软件STEP7-Micro/WIN，可通过PC进行编程，然后下载输入PLC，这种软件还能在PLC运行时监控其运行状况。指令系统具有很强的通讯功能，可与上位机或PLC之间进行通讯。

根据系统要求，编写了系统软件。程序流程图和梯形图分别如图3、图4所示。程序由主程序和两子程序组成，主程序实现系统初始化、检测、判断，子程序分别实现手动和自动控制。程序中编写了定时程序，使内部定时器按规定的时间动作，去控制下料阀和输送阀以及脉冲和旁路阀的开通和关断时间。为了方便现场人员调整下料时间和输送时间，本文利用CPU215主机配置的模拟电位器作为下料和输送时间的设定，软件编程时将模拟电位器对应的特殊存储器内容送入相应定时器。调节电位器可调整定时器定时值。

在程序的编写过程中，充分考虑到PLC的特殊的程序执行方式。由于PLC采取的是顺序扫描方式，因此PLC语句放置的顺序将会影响到输出，有时会偶尔出现与平常不一致的，甚至可能会出现与设计逻辑不同的结果。本文所讨论的程序充分考虑到这种情况。

4 具体设计与实现
根据工艺流程、控制点及现场设备的安装地理环境，我们采用的管理控制技术，系统分为控制层、监控层、管理层三层进行监测和控制。
（1）控制层用可编程控制器作为底层控制分别对排污设备、监测点进行控制、监测，信息，控制设备运行。
PLC（Programmable Logical Controller）全称为可编程逻辑控制器，简称可编程控制器。它以微型计算机为的工业控制装置，它集电控、电仪、电传三电于一体，是现代工业三大支柱之一。由于它的功能强、性高、适应性好以及模块化结构等优点，在工业控制中得到了广泛的应用。把个人计算机连入PLC网络可以向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图生成、窗口技术以及生产管理等多种功能，作为底层单元的PLC完成对现场开/关量、模拟输入/输出量的控制处理，而利用微型计算机良好的人机对话界面和数据处理功能，实现对一台或多台PLC进行监控，充分发挥PLC、灵活的控制性能和计算机在管理、监控等方面。
随着计算机技术的发展，PLC不仅能代替传统的继电器实现逻辑控制，而且已发展成为集各种控制、运算、通信为一体的功能强大的控制器。由于其编程简单、修改方便及工作，在工业生产中它的应用也越来越广泛。
（2）监控层在泵房内设控制室，带有视频，主要监控整个泵房内格栅机和每台泵的运行状态，各种机柜的电流电压度表与计算机显示是否一致，监控处理过程由PLC的模拟输入模块进行数据采集，并将有关水泵的运行状况及有关信息上传污水处理监控，污水处理监控则将指令下传至各PLC控制器，由PLC控制现场各仪器及仪表。
（3）管理层主要在污水处理厂远程监控完成，所有采集的数据通过虚拟局域网远程通信传输到监控层桌面个人计算机，而桌面个人计算机又通过RS232通信模块发送控制命令给PLC，完成水泵的启动和停止控制。总揽整个系统的运行情况。系统同时还充分考虑了在特殊情况下的现场手动控制以保证排水系统的流畅运行并有效地保护设备。对水泵耗电量用电流、电压、时间来计算。当出现停电情况时，PLC将记忆检测的数据，桌面个人计算机将记忆设置状态。当出现故障时，个人计算机进行报警，同时记忆相应的状态，使其在脱机状态下，整个系统立运转。在个人计算机端，软件具有状态设置、远程监控、数据存贮、报表打印功能。
实际上整个控制系统可以在任何地点控制如：控制室，办公室均可，整个系统可以非常强劲的工作，采用了很多错误处理。系统的扩展性很强，不管有多少个泵和多少个水池，距离有多远，所有的看管工作均由计算机远程自动完成。系统能记录设备的运行的原始数据，并做出信息处理，给出各种报表和运行曲线图，能实时了解全部系统的运行情况。引 言
根据电工的定义，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计 [1] 。它具有体积小、重量轻、能耗低、性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、易学易用等优点，目前广泛应用钢铁、石化、电力、交通、环保等行业。PLC是一种控制器，主要实现直接对对象的控制，可作为下位机。要实现对生产过程的监控，还配以计算机或触摸屏等人机接口界面作为上位机，对于大型复杂的对象，可以使用各种组态软件，如：iFix、MCGS、组态王等;而对于小型的装置，为了节约成本，可以使用VB、VC等可视化编程软件来实现。本文就是基于这点考虑，运用VB编制操作界面和通信功能，实现实现对某一新型水处理工艺中生物陶粒预处理反应器的反冲洗以及絮凝—沉淀池加药的监控。控制器采用FX2N—48MR—001，模拟量模块为FX2N—4AD和FX2N—2DA，通讯采用FX2N—232—BD型通信模板。
1 部分工艺简介
整个水处理的监控，除了总体界面外，还有5个放大的分界面。其中生物陶粒预处理反应器及沉淀池的工艺过程简图如图1所示：

图1 反应器及沉淀池工艺流程框图
在正常生产过程中，生物陶粒预处理反应器内源水水面能保持恒定，但由于其中存在大量泥沙和杂质，在过滤过程中会堵塞过滤层间隙，影响过滤的效果。实践中发现，其影响程度和反应器底部的压力，堵塞越严重，底部压力越小，即所谓的压头损失。当压头损失到一定的程度，就会影响水处理的效果和净化效率，此时对反应器实施反冲洗。在反冲洗过程中，要先关闭进水泵和出水阀，打开排空阀进行排空，排空后立即关闭排空阀，打开反冲洗阀和反冲洗泵，根据预先设定的反冲洗时间进行反冲，将过滤层中的泥沙和杂质从反应器上部的溢流孔排出，到设定的时间后，关闭反冲洗泵和反冲洗阀，再打开进水泵和出水阀，恢复正常生产。
对于絮凝—沉淀池加药，是检测池内的浊度自动控制加药量的流量大小。由于这是一个过程滞后时间比较大的过程，要采用特殊的控制算法。在这一段工艺中要检测2个模拟量，输出1个模拟量，外加进水泵、反冲洗泵的启停，反冲洗、排空、出水电磁阀的通断等开关量。除此之外还有砂滤池、GAC—石英砂生物滤池、BAC反应器和GAC吸附池也需要进行反冲洗自动操作。整个水处理工段需要6个模拟量输入，1个模拟量输出，20个开关量输出。这是一个小规模的控制，要实现计算机的监控，要实现FX2NPLC与PC机之间的通讯。
2 通讯方法
可编程控制器与计算机的通讯近年来发展很快，在PLC与计算机连接构成的控制系统中，计算机主要完成数据处理、修改参数、图像显示、打印报表、文字处理、系统管理、编制PLC程序、工作状态监视等任务。可编程控制器仍然直接面向现场、面向设备，进行实时控制。两者的连接，可以有效地发挥各自的优势，互补应用上的不足，扩大PLC的处理能力。
为了适应PLC网络化的要求，扩大联网功能，几乎所有PLC厂家都为PLC开发了与上位计算机通信的接口或通讯模块。一般在小型PLC上都设有的通信模块。PLC与计算机之间的通信正是通过PLC上的RS422或RS—232C接口和计算机上的RS—232接口进行的。PLC与计算机之间的信息交换方式，一般采用字符串、全双工或半双工、异步、串行通信方式。因此，可以说，凡具有RS—232C接口并能输入输出字符串的计算机都可以和PLC通信。
利用PLC基本单元上的RS422或RS—232C通信接口，可以配置一个PLC与外部计算机进行通讯的系统。该系统中PLC接受控制系统中的各种控制信息，分析处理后转化为PLC中软元件的状态和数据;PLC又将所有软元件的数据和状态送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机改变PLC的初始值和设定值，从而实现计算机对PLC的直接控制。
本系统是采用FX2N—232—BD型通信模板实现通讯功能，通讯软件用VB编程，PLC内部不需要编写任何的通讯程序，只要把需要通讯的数据放在相应的数据寄存器中即可。
3 通讯协议
FX2N系列PLC与计算机之间的通信是建立在以RS232标准为基础的异步双向通信上的，它有其特定的通信格式，整个通信系统采用上位机主动的通信方式，计算机直接对物理通信地址进行操作。通信过程中，传输字符和命令字以ASCⅡ码为准，常用的字符及ASCⅡ码对应关系如表1所示。[2]
表1 常用的字符及ASCⅡ码对应关系


在进行通讯时，计算机和PLC之间是以帧为单位交换信息的，其中控制字符ENQ、ACK、NAK是按单字符帧发送和接收的，其余的信息都是由字符STX、命令字、数据、字符ETX、和校验五部分组成。命令字可以为“0”、“1”、“7”、“8”等，分别代表对PLC相关单元的读、写、置位和复位操作，相关单元为X、Y、M、S、T、C，而读写还可对D数据寄存器进行操作。校验是在信息帧的后，用来判别传输是否正确。由于计算机和PLC一般都在控制室内部，点对点传输距离较短，出错的概率较小，所以一般采用和校验法，基本能满足要求。将命令字到ETX之间的所有字符的ASCⅡ码相加，所得和的2位数作为和校验码。
4 通讯实现
FX2N—232—BD型通信模板
该摸板可以无序地和计算机、打印机等具有RS—232C接口设备进行连接通信，它的传输距离为15m，通信方式为全双工双向方式，大传输速率为19200bit/s。
MSComm控件
Visuai Basic的版本分为普及版、版和企业版，每个版本都是为了适应不同的使用群体，串行通信的控件包含在版和企业版中，而普及版不具有此功能。
VB6.0把与串行通信有关的操作都封装在Mscomm控件里，它是一种事件驱动的对象。VB同时也为这个控制提供了标准的事件处理函数、过程，并通过属性的方法提供了通信接口的参数设置，从而解决了串行通信的问题。[3]
MSComm控件的属性众多，下列介绍涉及到的主要几种:
CommPort属性用于设置或返回通信连接端口号码。程序所要使用的串行端口的号码。bbbbbbs系统会使用所设置的通信端口与外界进行通信，程序也可以借助此属性返回所使用的连接端口号。端口号的大值为16，默认为COM1。
Settings属性用于设置初始化参数，以字符串的形式设置或返回传输速率、校验位、数据位、停止位等4个参数。其默认值是：“9600，N，8，1”，表示所使用的通信端口是以每秒9600位的速度作传输，不作校验位检查，每个数据单元是8个位，而停止位是1个位，需要注意的是：这4项按照上述顺序，不可前后对调，字母“N”可以大小写，而且使用RS-232通信的双方，Settings一样，彼此才能顺利的沟通。
PortOpen属性用于设置或返回通信连接端口的状态。使用前将要使用的串行接口打开，而在使用完毕后，也执行关闭操作。串行通信端口各项功能都是在PortOpen的True与Fause之间完成的。
bbbbb属性用于从输入缓存区返回并删除字符，程序靠这个命令将对方传到输入缓存区中的字符读出来，并缓存区中已被读取的字符。
Output属性用于将一个字符串写入输出缓存区，当程序向对方传输字符串时，可使用此命令将字符串写入输出缓存区中。
bbbbbMode属性用于设置或返回bbbbb属性取回的数据形态。可以是以字符串的形式接收，也可以是以字节数组中的二进制数据来接收。
使用MSComm控件的方式表面上看来要比使用直接调用API函数来得复杂，但实际上使用MSComm控件可以省去不少底层程序的编写，因此实际上要比API函数简单多了。[4]
4.3 通讯的请求与确认
要进行通讯，上位计算机要对通道等进行测试，它要向下位PLC发送ENQ（05H）查询命令，PLC得到请求后要返回一个命令，如果返回的是NAK（15H），表示通讯有错，不能进行通讯，如果是ACK（06H），表示可以进行通讯操作。这也是程序调试过程中，判断通讯是否成功的一个标志。
5 通讯应用
该技术已经运用到某单位水处理中试生产工艺中，运行已经有半年多，运行情况良好，大大地减少了人工的操作强度。虽然这只是一个中试加科研的装置，控制的点不是很多，但已能很好地验证了FX2N系列PLC与计算机之间的通信的可行性与性。