6ES7322-1BP00-0AA0技術參數

我廠2號機立窯和粘土烘干機分別于1992年、1993年選用了LFEF型玻纖袋除塵器。該除塵器采用了分室反吹、定時定阻清灰、溫度檢測顯示等技術,可不停機分室換袋,除塵效果明顯,是較理想的除塵設備。除塵器控制系統應用Z—80單板機進行控制。經過一段時間使用后,發現該控制系統存在以下不適應我廠運行條件和環境的問題。
(1)系統中的轉換開關、中間繼電器過多(轉換開關7個、中間繼電器達20～30個)。由于觸點開關受運行環境影響大,因而故障,據統計兩臺除塵器因控制系統故障停機占整個除塵器停機時間的2/3左右。
(2)系統設計中程序控制可調性差,停電后記憶功能易消失,送電后,需重新修改參數值,給崗位操作工帶來不便。
鑒于上述原因,在對3號機立窯、礦渣烘干機采用LFEF型玻纖袋除塵器進行除塵改造的同時,在該除塵器控制系統應用了日本立石(OMRON)公司生產的可編程序控制器(即PC)代替原設計中的單板機。經過近三年的使用,取得了滿意效果。
2 PC機控制系統設計
2.1 控制過程分析
除塵器的控制,是一種延時控制過程。PC機上電10s,卸灰螺旋輸送機開;5s后卸灰閥動作開始卸灰,每室卸灰時間為5s,室間卸灰間隔2min,最后一室卸灰后20s,卸灰螺旋輸送機停。10s后,反吹風機開;5s后清灰閥動作開始清灰,每室清灰時間為5s,室間清灰間隔為3min,最后一室清灰后10s,反吹風機停,除塵器一個工作周期結束。20min后第二個工作周期開始。當廢氣溫度超過上限,為防止燒毀濾袋,冷風閥打開;當廢氣溫度低于下限,為防止糊袋,PC機發出音響報警信號,通過調節烘干燃燒室加煤量或減少被烘物料下料量來提高廢氣溫度;當廢氣溫度恢復正常后,冷風閥自動關閉,燃燒室加煤量或被烘物料下料量即可恢復正常。
2.2 系統功能設計
現以礦渣烘干機用8室袋除塵器為例說明。為滿足生產要求,設計了手動/自動控制方式。當開關K1處在“手動”位置,可在控制屏中用手動完成除塵器清卸灰動作;當K1處在“自動”位置,系統進入自動工作狀態。選用C28P—CRD—A+C16P—DR—A型PC機即可滿足系統功能要求。系統中有4個輸入信號,23個輸出信號,內部信號采用TIM計時器和CNT計數器。
2.3 程序設計
程序設計采用梯形圖語言。該設計共分三個部分:一是機器系統及檢測報警系統;二是卸灰控制部分;三是清灰控制部分。為適應生產工況變化,設計中為所有參數可隨時調整并有記憶功能。
為提高系統可靠性,對反吹風機、冷風閥等控制輸出,增加了阻容保護回路。
3 控制系統調試
本系統先采用模擬調試,即模擬各種輸入信號并對所有輸出信號進行測試,看其是否符合控制過程要求,用以考察PC機的控制程序的完整性和可靠性。然后,再現場進行空載聯動試車,最后進行帶負荷聯動試車。
4 使用效果
(1)簡化了控制系統,節省了大量有觸點控制元件,工作性能可靠,降低了控制系統的故障率。除塵器的運轉率比改造前提高二十六個百分點。
(2)時間參數可根據工藝要求隨時調整,且不受停電等因素的影響。修改參數簡單易行,還可靈活進行各室清灰順序的組合,對含塵氣體通過量較大的室和粉塵滯留過多的室可有重點地進行清理,保證了過濾效果,滿足了工藝變化的要求。
(3)減少了維修工作量,降低了維修費用,系統操作簡單,崗位工人容易掌握、調整。、PLC的發展歷程
在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller(PC)。
個人計算機(簡稱PC)發展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)，現在，仍常常將PLC簡稱PC。
PLC的定義有許多種。國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。
上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。
二、PLC的構成
從結構，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。
三、CPU的構成
CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。
CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。
在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。
四、I/O模塊
PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入(DI)，開關量輸出(DO)，模擬量輸入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。
開關量是指只有開和關(或1和0)兩種狀態的信號，模擬量是指連續變化的量。常用的I/O分類如下：
開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。
五、電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源(220VAC或110VAC)，直流電源(常用的為24VAC)。
六、底板或機架
大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。
七、PLC系統的其它設備
1、編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機(運行編程軟件)充當編程器。
2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機(運行組態軟件)充當人機界面非常普及。
3、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
八、PLC的通信聯網
依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。
PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。
PLC的通信，還未實現互操作性，IEC規定了多種現場總線標準，PLC各廠家均有采用。
對于一個自動化工程(特別是中大規模控制系統)來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展;其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行;再次，綜合考慮系統成本、設備兼容性、現場環境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。

關鍵詞:PLC;電機;變頻器;觸摸屏

一、引言

    隨著科學技術的不斷發展，工業生產的技術裝備越來越復雜，自動化程度越來越高。可編程控制器（PLC）及其網絡架構是構成CIMS系統的基礎，被稱為現代工業自動化的三大支柱（PLC、數控技術、工業機器人）之一，由于其使用簡單、功能強大、可靠性高，目前已廣泛應用于現代工業的各個領域。越來越多的重要設備、工藝、關鍵部位都采用可編程控制器來組成控制系統。以往的控制系統由于較多的使用繼電邏輯器件，具有故障、維修不便、動作滯后、控制精度低弊端，使用可編程控制器可以使控制的精度和穩定性得到有效保證。
    
    某漁具廠醛浸布生產線的操作流程為：玻璃纖維布在醛樹脂中浸泡后，通過多輥連接的生產線進行擠壓、拉伸，通過干燥塔分段干燥后就形成了醛預浸布，最后由收卷裝置將干燥后的預浸布卷成布筒。
    
    該生產線是一個典型的多輥速度控制對象，其中有大小鋼輥十幾個（由電機帶動運轉），為保持產品質量和生產的連續性，需要保持生產線中布的張力恒定，因此必須控制布前進的速度一致，帶動生產線前進的主要四個鋼輥（放卷輥、定速輥、輔助輥一、輔助輥二）的精確控制尤其關鍵。干燥塔為立式三段結構，分別采用不同溫度的蒸汽（100℃～200℃）對預浸布直吹固化，要求控制溫度波動范圍為設定溫度±2℃。預浸布傳動過程中會出現傳動跑偏，收卷裝置前通過光電開關檢測布的位置，控制收卷裝置移動電磁閥，糾正預浸布的偏移。
    
二、系統方案設計及實現

    1．硬件組成及系統方案
    
    系統使用PLC作為控制系統的直接控制級，我們選擇了日本三菱公司的FX2N128MR，由于輸出點數較多，增加了輸出擴展模塊FX2N16EYT。
    
    現場由多個旋轉編碼器（日本OMRON）測量速度輥的速度信號，通過特殊模塊FX2N4AD（實現模數轉換）傳送到PLC。PLC根據設定值和測量值運行算后，通過特殊模塊FX2N4DA（實現數模轉換）作為控制信號提供給變頻器。
    
    由變頻器電機轉速，電機帶動速度進行速度控制，變頻器選用日本三菱公司FR-E540-0.4K-CH，這具有正反轉特性、啟動轉矩大、升速降速時間短、直流過載保護等功能。使用變頻器進行電機調速精度高、切換快，而且可以大大降低能源消耗。溫度采集采用鎧裝防爆Pt-100熱電阻，自行研制了溫度采集板，通過特殊模塊FX2N4ADPT將現場熱溫度信號采集上來，模數轉換后送往PLC。PLC根據設定值和測量值運算后，通過特殊模塊FX2N4DA提供現場調節閥的開度信號，控制蒸汽的流量，進而使干燥塔內溫度達到控制的要求。
    
    收卷裝置前通過光電開關（日本OMRON）檢測布的位置，控制電磁閥，通過液壓泵的動作帶動收卷裝置的移動，糾正預浸布的偏移。
    
    控制柜面板上安裝了觸摸屏（日本三菱公司F940GOT-SWD-C）作為人機交互界面，可以方便的進行工藝參數設置、控制參數設置以及現場運行參數數據查看、曲線查詢等操作。
    
    考慮到安全柵的成本較高，系統防爆方式采用防爆的現場儀表及操作按鈕等，因此在控制系統中不再采用安全柵方式防爆，這樣可大大減少控制系統的造價。
    
    （二）控制軟件結構
    
    使用三菱公司GPP for bbbbbbs編程軟件進行控制程序編寫，該軟件可以使用梯形圖、指令表和SFC三種編程方式，指令多達156種，功能強大，編程非常方便。設備精確控制的實現由PLC自帶的PID運算模塊實現，通過合理的設置P、I、D參數，可以得到滿意的控制效果。
    
    為提高運行速度、減少運行指令，在控制軟件設計中我們采用了模塊化編程，設計了各種通用子程序，如數據采樣子程序、PID運算子程序、邏輯動作子程序、報警子程序等。
    
    （三）觸摸屏
    
    近年來，為了方便用戶在工業現場進行參數設置和查看等操作，三菱、OMRON、西門子等企業相繼推出了便于現場操作的人機接口設備（也稱圖示操作終端或觸摸民間）。日本三菱公司的GOT系列產品是用戶評價比較高的觸摸屏產品，我們選用型號為F940GOT-SWD-C的觸摸屏，該產品可與FX系列或A系列PLC的編程接口直接相連，可以安裝在控制盤或操作盤面板上。
    
    使用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C編程軟件可以設計觸摸屏畫面，該軟件類似于組態軟件，不用寫一句程序，只須將相關元件拖到畫面上，設置地址即可。
    
    在個人計算機上設計完成后可以通過串口傳送到觸摸屏。觸摸屏上電后（使用24V電源，可由PLC直接供給）直接進入所設計的畫面，用手指在畫面輕輕一點就可以直接按設定的地址查看PLC數據區的數據了，同時也可以按權限對PLC數據區的數據進行修改。系統還支持歷史曲線、棒圖、餅圖等功能，也可以將打印機連接到觸摸屏實現按需打印或定時打印，使用起來非常方便。
    
三、結束語
    
    可編程控制器和觸摸屏結合可以用在很多工控領域，在預浸布生產線中的應用則是一個實例。該系統2002年6月在威海某漁具廠投入運行后，控制達到了預定的工藝要求，產量質量穩定，運行至今情況良好，表明該設計方案是成功的。
    
    雙方正準備對多套預浸布生產線進行控制，并通過RS485總線聯網至上位機組成分布式網絡結構，由上位機對系統進行綜合監控。上位機納入企業局域網后可以和全廠的信息管理系統相連，組成管控一體化的網絡系統。

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