产品描述
泉州西门子PLC代理商DP电缆供应商
1、引言
在工业现场控制领域,可编程控制器(PLC)一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大,水厂运行自动化水平不断提高,PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用,使得PLC的应用加灵活,同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程,使得PLC的应用可视化。
变频恒压供水成为供水行业的一个主流,是保证供水管网在恒压的重要手段。现代变频器完善的网络通信工程,威电机的同步运行,远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏,可以使控制加直观,操作加简单、方便。
组合应用PLC、触摸屏及变频器,采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。
2、系统结构
变频恒压供水系统原理如图1;它主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏控制系统的运行,也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成4~20mA或0~10V标准信号送入PLC内置的PID调节器,经PID运算与给定压力参数进行比较,输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,PLC频率输出给定变频器的运行频率,从而调节水泵的转速,达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,以此协调投入工作的水泵电机台数,并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速,使系统管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的。
3、工作原理
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时,通过控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行,可根据需要分别控制1#~3#泵的启停,该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时,由1#水泵变频运行,变频器输出频率从0HZ上升,同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够,则频率上升到50HZ,由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,使得1#泵变频切换为工频,2#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则2#泵由变频切换成工频,3#泵变频启动;如用水量减少,PLC控制从先起的泵开始切除,同时根据PID调节参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,人工启动,系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统基本的功能,系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
4、设备参数的设置
在进行通信之前对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议,波特率为9600,数据位为8,无校验,停止位为1。变频器除设置通信参数外,还需启用“自由停车”以保护电机。
PLC通讯参数设置:TWDLCAA24DRF——硬件——端口——端口设置,在端口设置中进行端口参数设置;触摸屏通讯参数设置:IO管理器——ModbusRTU01[COM1]——Modbus Equipment,双击“Modbus Equipment”即可进行通讯参数设置。
5、PLC控制系统
该系统采用施耐德的TWDLCAA24DRF,I/O点数为24点,继电器输出,PLC编程采用施耐德PLC编程软件Twidosoft,软件提供完整的编程环境,可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比,该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换,供水泵的变频及故障的报警等,而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。
施耐德PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活,步进计数器功能模块(%SCi)提供了一系列的步,这些步可赋值给动作。从一个步移动到另一个步取决于外部或内部事件。通过模拟输入和输出模块TWAMM3HT以及内置的PID运算器,实现如图2的顺序切泵。
1 引言
切纸机械是印刷和包装行业常用的设备之一。切纸机完成的基本动作是把待裁切的材料送到位置,然后进行裁切。其控制的是一个单轴控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备,其推进系统的实现是利用单片机控制的。控制过程是这样的,当接收编码器的脉冲信号达到设定值后,单片机系统输出信号,断开进给电机的接触器,同时电磁离合制动器的离合分离,刹车起作用以推进系统的惯性,从而实现。由于设备的单片机控制系统老化,造成定位不准,切纸动作紊乱,不能正常生产。但此控制系统是早期产品,没有合适配件可替换,只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给系统改造主要有两种方式,一是利用单片机结合变频器实现,一是利用单片机结合伺服系统实现,不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由开发公司设计,技术保守,一旦出现故障只能交还原公司维修或换,维修周期长且成本高,不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案,就是用PLC的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制,并利用HMI(人机界面Human Machine Interface)进行裁切参数设定和完成一些手动动作。
2 改造的可行性分析
现在的大多PLC都具有高速计数器功能,不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号,而切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算,合理的选用编码器,让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中,让PLC对所接收的脉冲数与设定数值进行比较,根据比较驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制,实现接近设定值时进给速度变慢,从而减小系统惯性,达到定位的目的。另外当今变频器技术了长足的发展,使电机在低速时的转矩大幅度提升,从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。
3 主要控制部件的选取
3.1 PLC的选取
设备需要的输入输出信号如下:
x0脉冲输入
x1脉冲输入
x2前限位
x3后限位 y3 前进!
x4前减速位 y4 后退
x5电机运转信号 y5 高速
x6上位 y6 中速
x7滑保护 y7 低速
x10压纸器上位 y10
x11光电保护 y11
x12小车后位 y12 进给离合
x13双手下按钮 y13 压板下
x14停止按钮 y14 离合
x15连杆保护 y15 电机禁启动
x16回复到位
针对这些必需的输入点数,选用了FX1s-30MR的PLC,因为选用了人机界面,其它一些手动动作,如前进、后退、换等都通过人机界面实现,不需占用PLC输入点,从而为选用位的FX1s系列PLC成为可能,因为FX1s系列PLC输入点多只有16点。另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力,足可以满足切纸机对精度的要求。
3.2 编码器的选取
编码器的选取要符合两个方面,一是PLC接收的脉冲频率,二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500P/R(每转每相输出500个脉冲)的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数:电机转速是1500转/分(25转/秒)、进给丝杆的导程是10mm/转。验如下:
本系统脉冲频率=25转/秒×500个/转×2(A/B两相)=25KHz
理论进给分辨率=10mm/500=0.02mm
同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50(此数据很重要,在PLC程序的数据处理中要用到)个脉冲信号。由于此工程中对编码器的A/B相脉冲进行了分别计数,使用了两个高速计数器,且在程序中应用了高速定位指令,则此PLC可处理的脉冲频率为30千赫,因此满足了个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm,可知理论精度满足此要求。
3.3 变频器和HMI的选取
这两个部件我们都选用了三菱公司的产品,分别是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C。
4 F920GOT-BBD-K-C的特点:
F920GOT是带按键型的HMI,它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点:1)可以方便的实现和PLC的数据交换;2)通过本身自带的6个功能按键开关,可以控制PLC内部的软继电器,从而可以减少PLC输入点的使用;3)具有两个通讯口,一个RS232C(用于和个人电脑通讯)和一个RS422(用于和PLC通讯),利用电脑和F920GOT相连后不仅可以对HMI进行程序的读取和上传,还可以直接对PLC的程序进行上传下载、调整和监控。
5 PLC和HMI程序的编写
此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外,还要实现等分裁切功能和具体位置定位功能,并且HMI上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算,采用了两个高速计数器C235和C236。C236通过计算前进后退的脉冲数,再进行换算后用于显示进给机构的当前位置;C235用于进行定位。定位过程是这样的,每次进给机构需要定位工作时,通过计算把需要的脉冲数送到C235,不论进给机构前进还是后退C235进行减计数,同时对C235中的数值进行比较,根据比较驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制,实现接近设定值时进给速度变慢,从而达到定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞,所以变频器停止输出的时间并不是C235中的计数值减小到0时,而是让C235和一个数据寄存器D130比较,当C235中的值减小到D130中的设定值时PLC控制变频器停止输出。D130的值可通过人机界面进行修改和设定,在调试时通过修改这个值,以达到定位准确的目的
1 引言
等离子熔射由于其温度高且能量集中,能够熔射金属、陶瓷或复合材料的特点在表面改性、功能薄膜制备和材料加工工程中被广泛应用[1-2]。为了保证熔射皮膜成形性与成形质量,在数字图像处理、过程控制、人工智能等方法基础上进行系统集成控制与工艺优化。当前上几大热喷涂设备和材料生产厂家,如英国bbbbllisation公司、瑞士Sulzer-Metco公司和美国Praxair公司等,已推出基于PC+PLC+现场检测+过程控制的等离子熔射系统。但是由于上相关熔射设备价格昂贵,不能引进到国内每一个加工车间或者科研院所,因此需要自主开发适用于特定工艺的熔射过程检测与控制系统。目前国内已有基于单片机、微机、PLC等进行熔射控制系统开发的相关研究和报道[3],然而如何集成PC机优势以及基于PC+PLC等离子熔射控制系统设计仍需加深入的研究。
本文基于PC+PLC开发等离子熔射控制系统,采用开放式OPC协议实现二者之间通讯,并在PC中执行机器人路径规划、在线监控与熔射过程数据管理等。结合PLC现场控制稳定性和计算机过程运算与数据存储能力,来保证熔射过程稳定性与过程控制实时性,进而保证等离子熔射在表面改性、快速模具制造等方面高质量应用。
2 等离子熔射自动控制系统结构
2.1 系统组成和工作原理
基于PC+PLC等离子熔射控制系统组成原理如图1所示。PC主要完成对实体进行三维造型、切片、后生成机器人能够识别的机器人路径代码,并根据现场反馈信息进行路径调整,同时也对整个熔射过程进行监控,采样主要工艺参数并保存到加工过程文档中。PLC实现对数控旋转工作台和整个等离子弧发系统实时控制,对现场采样数据进行初步处理后传送到上位机PC中。
2.2 PC与PLC功能分配
在等离子熔射过程中,环境恶劣,噪音等污染严重,干扰强,系统工作周期长。因此现场设备控制采用西门子S7-300型PLC,充分利用该型PLC性和良好的抗干扰能力来保证系统性。并配备了A/D、D/A模块和CP5611通讯卡,可以实现模拟量采样与输出和与上位机之间通讯。同时PLC系统还配备了西门子稳压电源,保证了系统运行稳定性,避免与整个系统共用电源产生干扰。
由于PLC无法进行监控图表显示、图像处理和复杂算法设计,操作人员也不能直观了解现场状况[4]。为了以上不足,系统增加PC进行现场监控与数据运算,其主要任务是机器人状态信息和皮膜温度采样信息,根据设定工艺优化算法执行结果进行实时熔射路径调节;对等离子射流检测图像进行处理,反馈调节信息至PLC实现对等离子射流发生装置调控;同时能对系统故障做出及时报警,并能采取相应应急处理措施和加工现场断点保护等。
3 控制系统软件设计
3.1 控制软件设计
控制软件系统主要功能包括:参数设定、过程监控、工艺优化、故障信息处理与报表系统等。这些部分相互结合,实现对整个等离子熔射过程状态和实时现场数据监控、系统故障报警和相应处理、熔射主要工艺参数记录和报表打印输出功能等。
3.2 OPC客户端程序设计
OPC规范定义了一个工业标准接口,这个标准使得COM技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式,具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数,不管现场设备以何种形式存在,客户都以统一的方式去访问,从而保证软件对客户的透明性,使得用户从低层开发中脱离出来[5-6]。
OPC客户端软件设计流程如图2所示,其客户端程序开发目的是基于OPC协议实现计算机与PLC之间通讯,通过PC机直接读写PLC中变量,提高数据访问速度,保熔射工艺优化算法的运算结果及时传送到PLC现场控制设备中,实现整个系统实时控制,从而能够充分地利用计算机数据处理能力和丰富的软件资源。
3.3 PLC运行程序设计
等离子熔射系统由西门子S7-300型PLC作为现场设备控制,实现对现场设备控制,整个工艺过程动作控制和现场数据采样。PLC内部程序分为手动控制和自动运行两个部分,可分别响应控制面板上按钮动作和上位机发来的控制指令。
PLC程序采用Step7进行设计,主要过程包括:在Step7中建立一个新工程SprayControl,然后插入SIMATIC 300 Station,根据PLC硬件配置及模板物理安装位置进行硬件组态。其次插入Simatic PC Station,在其中插入OPC Server和CP5611。在OPC Server的Connections中基于MPI网络建立PC Station与Simatic 300 Station之间网络连接。MPI网络建立成功后,可以在OPC Server中Symbols列表中看到PLC中CPU单元内设计的所有的数字量、模拟量和数据块等各种变量。基于MPI方式进行组网后的网络连接图如图3所示。后基于SimaticNet软件建立名称Spray的OPC服务器,这样就可以通过OPC客户端程序访问PLC中变量。
PLC中运行程序集中在S7 Program中Blocks里,主要模块包括系统主控模块OB1,负责调用其他功能块等。然后分别设计针对送粉器控制、工作转台控制、机器人故障处理、系统故障处理等功能块,供主控块调用。为了确保PLC程序执行,增加对象块OB80、OB82、OB85分别实现对模板诊断错误和时错误处理,OB121和OB122响应同步错误。设计过程中可以按照变量分类或者针对某一功能块设计数据块,将控制系统中的变量统一分组管理。
4 结束语
本文开发了一套基于PC+PLC等离子熔射自动控制系统。经过实验验证,系统具有良好的抗干扰能力,能够适应等离子熔射工艺需求,为该工艺由技术转化为生产力奠定了一定基础。同时PC作为上位机提供了良好的人机界面与有效的系统监控和管理,PLC作为下位机执行现场控制,保证了系统运行稳定性。该控制系统可以方便地与机器人、其他执行机构或者生产线等配套组成等离子熔射系统。
本文作者点:本文结合PC+PLC进行等离子熔射控制系统设计,集成了PLC在恶劣的熔射环境下性能稳定的特点和PC能够进行图像处理与复杂算法运算的优势,基于OPC协议实现PC与PLC之间的通讯,保证了过程控制中多变量信息、传输和处理的实时性。该自动控制系统为提高等离子熔射皮膜成形性和成形质量奠定了基础。
1、 引言
随着社会经济的发展,工业的兴起,使得一些10KV配电系统大幅度增加,配电系统的简便性、性、性、节能性、性价比显得尤其重要。
目前,传统的10KV配电系统还是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式,而采用PLC(可编程序控制器)系统集中控制和集中监测计量方式,有利于提高配电系统的运行管理自动化水平,保证配电的稳定,还能减少运行人员的工作强度提,。
2、 继电器系统和PLC系统的比较
PLC(可编程序控制器)是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器,由于它编程灵活,功能齐全,应用广泛比继电器系统的控制简单,使用方便,抗干扰力强,,工作寿命高,而其本身具有体积小,重量轻,耗电省等特点。继电器系统有明显的缺点:体积大,性低,工作寿命短,查找故障困难,特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统,所以接线复杂,对于生产工艺的变化的适应性差,不便实现集中控制;而PLC的安装和现场接线简便,可以应用其内部的软继电器简化继电器系统的繁杂中间环节,实现软接线逻辑构成系统,方便集中控制,除此之外,PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能,便于操作和维修人员检查。
一 散装机的工作原理及控制流程 1 散装机的组成结构 SZ系列固定式水泥散装机是由进料接头、伸缩下料套管散装头、下料锥斗、卷扬装置(包括松绳开关装置、料满控制器)、收尘系统、除尘系统、卸料阀、气源阀、闸门等零部件组成。散装机既可安装在库底也可安装在库侧同相应的卸料装置配套使用。库侧散装机使用时配备空气输送斜槽(含高压离心风机),库底散装机使用时配备短斜槽输送部分(含高压离心风机),以适应工艺布置的需要。 2 散装机的原理及流程 水泥罐车抵达位置后,按控制装置上的“下降”按钮使散装头下降到罐车入料口进入准备装料状态。按“装车”钮进行装车。此时高压离心风机工作,使物料在打开卸料电磁阀后能输送斜槽;同时气源电磁阀打开,接通气源;收尘风机同时启动,收尘电磁阀开启驱使气缸动作推动外壳内翻板并使翻板处于导通状态,此时除尘电磁阀处于关闭状态,储气罐储存气体,收尘系统进入工作状态;同时料位风机和活化灰风机打开。0.5秒后卸料电磁阀开启,驱使气缸控制卸料阀门打开进行装料。装载容器内的含尘气体通过伸缩套管中的夹层通道由收尘接口抽到配套的收尘器中,使含尘气体吸附到布袋上,工作现场可实现无尘作业。当物料装到预先调定的高度或容器已经装满时,装载容器内的物料会堵住散装头下方的风管接头,产生料满报警并自动关闭卸料电磁阀停止装料。卸料电磁阀关闭1分钟后活化灰风机关闭,再过30秒后收尘风机关闭,收尘电磁阀关闭,此时外壳内翻板处于关闭状态,除尘电磁阀打开清灰2~3分钟左右自动停止,料位风机和高压离心风机停止,气源停止。后按“上升”钮使散装头上升至预定位置。灌装结束。 二 PLC控制的优点 目前国内水泥散装机的电控部分大都是以大量的时间继电器和中间继电器组成的实序逻辑控制电路来控制各个阀门、电机的启停时间和顺序,在整个工作流程中各元器件动作很频繁,尤其是时间继电器在现场环境比较恶劣的条件下是容易损坏,故障率高。经常造成装车工作被迫中断,降低了工作效率。而采用PLC控制系统则大大避免了上述问题。PLC控制系统与继电器控制系统相比有如下优点: 2.1 控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的,利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑,只能完成既定的逻辑控制。 而PLC采用存储逻辑,其控制逻辑是以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,方便快捷。 2.2 控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低,毫秒级,机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制,速度快,微秒级,严格同步,无抖动。 2.3 延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制,而时间继电器定时精度不高,受环境影响大。 PLC用半导体集成电路作定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高,调整时间方便,不受环境影响。 2.4 上传数据 现在水泥厂的自动化程度越来越高,对设备DCS的要求也越来越高,因此在电气方面我们要实现如下功能: ⑴能自动实现从开启除尘器设备到水泥罐车装满的全过程。 ⑵运行过程中,能将各设备的运行信号反馈到中控室。 ⑶中控室接到备妥后可以实现远程启、停设备。 ⑷停车状态下,提供设备的备妥信号。 ⑸运行过程中若出现故障,可向中控室提供故障信号。 ⑹实时监控水泥罐车内水泥的多少。 三 PLC控制的具体实现 基于以上几点,我们选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器作为控制,通过对其编程实现各设备的运行。 1 系统硬件组成 主要构成如下:西门子S7-200系列CPU一台、数字量扩展模块EM223一台、模拟量扩展模块EM231一台,我们将各个电机和阀门的状态及控制信号接入PLC,由PLC对这些设备进行控制;EM231可接收罐车重量信号4-20mA电流信号。我们也可以将这些信号通过EM277模块按照 PROFIBUS-DP协议将系统连接到全厂PROFIBUS-DP总线上,将系统升级为一个PROFIBUS-DP从站,实现中控室对散装车间的控制。 |
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