西门子6ES7222-1HD22-0XA0技术介绍

西门子6ES7222-1HD22-0XA0技术介绍1　引言　　电伴热系统为管道化溶出工程的主要部分。由于德国的熔盐电伴热温度控制装置是采用温度控制器、继电器等复杂电路设计，其中继电器故障率高，而我国现阶段没有较好的产品，因此采用，功能强大、性能稳定的日本三菱A2系列可编程控制器，减少了大量的中间环节，成功的解决了熔盐电伴热的控制难题，取得了满意的控制效果。　　2　系统配置　　电伴热系统包括：盐罐、盐管、盐阀等设备的伴热，99个电流信号、101个温度信号需要检测，33个加热回路需要进行控制。根据系统的特点，所设计的控制方案如图1所示。　　2.1现场PLC站　　该监控系统下位机采用日本三菱A系列PLC，设计2个站组成1个网，1个站进行温度信号的采集及传递，另1个站对回路电流进行采集，对33个回路进行控制。硬件的具体选择是：A62P为电源模板；A2NCPU为中央模板；AY13为开关量输出模板；A68RD3为PT100温度测试模板；AJ71C24为计算机通讯模板；A61AD为模拟量输入模板；AX41为开关量输入模板。　　2.2上位机　　采用2台386PC作为上位机，1台在现场操作室，1台在中央控制室，分别进行本地及远程监视管理，负责对温度、电流实时监测显示，重要信号保留历史曲线、信号报警及报表打印，2台上位机既是操作员站，又可作为工程师站。　　3　软件设计　　控制系统软件包分为上位机监控软件包和下位机控制软件包。　　上位机监控软件是用SCRENWARE软件工具包开发而成，用于各种监控画面的显示和上、下位机之间的通讯，采用实时动态仿真模式进行显示，并在具体部位显示实时工艺参数，操作人员可根据此实时画面了解有关工艺设备运行情况；控制参数设定画面可完成控制参数的设定和修改；系统状况报警画面实现对各工艺设备故障情况进行声光报警，并输出故障类型、时间等，除此之外，本软件包还具有数据分析、建立历史数据库及定时、随机打印各种报表功能。　　下位机软件包采用A2系列PLC自带的梯形图法和语句法编写而成，软件程序框图及清单略。　　4　电伴热过程检测　　按照熔盐炉系统工艺流程的要求：系统停车时，确保盐罐电伴热保温180℃以上；系统启动时，确保盐罐及盐管路和盐阀电伴热保温在180℃以上（依工艺要求而定），以保证盐泵启动后，熔盐能顺利通过和回流。一旦电伴热系统发生故障，熔盐凝固将致使整个熔盐炉系统无法运行，造成较长时间的停产事故。设计的特点说明如下：　　（l）将整个盐管路按照、工艺划分为32个控制回路：盐罐13个回路、盐管14个回路、盐阀一个回路、旁通管4个回路。采用A2系列可编程控制器对101个温度测点采集显示，对32个回路直接进行控制；　　（2）本系统考虑到启动时减少对供电系统的冲击，系统启动时，对每一个控制回路，采用分别程控（间隔5-10秒钟）由PLC程控启动，转入运行由PLC进行监测分时调节，减少系统供电负荷冲击；　　（3）本系统的温度检测元件，共选用101支PT100铅电阻温度计，其信号采样方式在系统说明部分有详细介绍；　　（4）电流和电压信号采集是通过电量变换器将互感器的信号转换成4-20mA（0-5V）信号送入PLC。　　5　系统说明　　由于本系统中大部分为模拟量信号，分电流和热电阻温度2种信号，电流信号监视各回路三相电是否正常，断、短路报警，但不参与控制；温度信号参与控制，测温元件均为PT100热电阻。针对本系统特点：模拟量多、实时性要求不是很高。在保证控制、监视的基础上，采用32点开关量输出模板进行切换，公共输出接至模拟量采集模板，配合软件编程可实现8路信号通过切换公用一个模拟量模板的通道。可节省大量模拟量模板，从而大大降低了系统成本。下面以温度信号为例说明信号切换采集的实现。接线图如图2所示。　　三线制PT100测温元件的二根线分别接至开关量输出模板AY13三组中相同次序的通道上，AY13三组共可接8个PT100信号，将AY13上三组的公共端分别接至PT100采集模板的通道的三个端子上（注意：将AY13上接PT100元件两个短路端的组的公共线接至A68RD3通道的B和C端子上），配合程序即可实现8路温度信号公用一个模拟量通道。程序框图如图3所示。　　通过定时接通AY13的相应通道，使得PTI-PT8信号依次与A68RD3的个通道接通，将每个信号接通时，所采集到的数据保存至相应的地址单元，即可实现多路信号切换采集。在编程时需注意：AY13通道切换后应在延时1个A68RD3处理周期后再读取A68RD3通道中的数据，否则采集的数据将会出现跳变，这是由于A68RD3采样方式分：Sampling、Time averaging 、count averaging3种，A68RD3的采样时间随启用的通道数而不同计算公式为：启用的通道数×40ms； Sam-Pling方式为每个采样周期采一次样，采样值存入相应的缓冲区；Time averaging方式为在指定的时间内每个采样周期内的采样值除去大、小值后的平均值存入相应的缓冲区；count averaging方式为将经过指定次数的采样周期后所采集的采样值平均后放入存入相应的缓冲区。现场实际应用时，为保持数据准确，一般采用后2种方式。　　由于A68RD3通道一经启用，信号处理就会一直进行，A68RD3的一个处理周期为：Time averaging方式为指定的时间；count averaging方式为：指定次数×启用通道数×40ms。因为该系统采用切换方式，每一信号只在相应时间段内接入A68RD3，如果切换后，延时小于一个A68RD3处理周期，则上一信号的部分采样值将被计入当前处理周期和当前信号的部分采样值一起进行平均输出，造成数据误差，如上一信号和当前信号差别比较大，就会造成数据跳变。特别是如果采用上升沿取值，就会造成数据错误。　　电流信号的采集原理与温度信号的采集原理相同，此处不再多述。　　6　结束语　　该系统投运以来，运行可靠，特别是在软件方面运行很好，实现了熔盐炉系统电伴热温度实时监测和控制，得到专家的好评，为管道化工序的整体运行提供了可靠的保证。1 前 言　　码垛机是包装码垛生产线上的重要设备，它对于提高整条线的处理速度起着关键的作用。随着企业集团化，生产规模化，要求码垛机具有较高的处理速度， 1000 袋 /h 的码垛机不再能够满足生产的需要，在这种情况下，一方面需要研制新型的高速码垛机，另一方面需要对传统的码垛机进行高速化改造。　　在对传统码垛机的改造过程中，需要在无包的情况下，对其过程时间参数进行测量，以便对原码垛机的这些参数有个正确的认识。出于程序保护的原因，往往原有程序是不允许改动的，在这种情况下，只能另外采用一个可编程控制器，通过采集原过程的始末信号来测定过程时间。然而，在无包的情况下，采用这种测量方法测量开关门时间却得不到正确的结果，原因在于在有包的情况下和在无包的情况下运行的过程是不同的，本文将分析这两种过程不同的原因，并提出一种新的测量方法即模拟输入信号测量法。　　2 高位码垛机开关门时间的物理意义　　所谓开关门时间是指滑板门从开始开到关至关位所经历的时间，该参数是计算换垛时间的一个非常重要的参数。图 1 表示了与测量开关门时间有关的机械结构简图。　　　在有包运行的情况下，当门开至开位时，压板压包到托盘上并随升降台的层降而继续下降，当下位信号点燃时，升降台停止下降且气缸回程，当上位信号点燃时，门关至关位，因而开关门时间包括 4 部分：开门时间、层降时间、程时间和关门时间。然而测量是在无包的情况下进行的，在这种情况下，当门开至开位时，气缸迅速下降，在极短的时间内点燃下位信号而回程，而液压升降台层降需要一个启动时间，不可能在这极短的时间内完成启动动作，导致层降过程无法进行， 因而这时的开关门时间只包括 3 部分：开门时间、回程时间和关门时间，而没有层降时间这一部分，无法再现所测的开关门时间内的真实的运行过程，使我们试图空包测量开关门时间的实验限于困境。　　3 开关门时间的模拟输入测量原理　　由上可知，开关门时间空包测量的困难的根源在于气缸的下位信号过早点燃，使得升降台还来不及层降气缸便回程了。在这种情况下，不得不取消这一阻碍再现真实运行过程的输入信号，然后模拟一个这样的信号取而代之，这就存在一个如何模拟的问题。　　在有包运行的情况下，气缸是在升降台层降一定距离点燃下位信号后才回程的。如果我们能够在有包的情况下测得升降台的层降时间 t，那么在无包运行且取消了下位信号的情况下，当门开至开位时，压板压在托盘上并随升降台下降， 同时启动定时器，当定时器的定时时间为 t 时，便让测量, PLC 发出一个输出信号驱动一个中间继电器，通过让该中间继电器的触点信号模拟气缸下位信号的方法，使得气缸在升降台层降所要求的距离后才回程。这样，在空包运行的情况下， 克服了液压启动的滞后性的限制，实现了真实的运行过程，获 得 了 所 需 要 的开关门时间，具体实现电路，如图 2示。　　从图 2 可以看出，为了测得开关门时间，由开门信号 Q6.1 驱动中间继电器 KA50,S7–214 测量 PLC 采集 KA50 的触点信号作为计量的起点信号，采集高位码垛机 PLC 有 D11 输入模块的滑板关位信号 10.3 作为计时的终点信号，从而测得开关门时间。在空包运行的情况下，当液压升降台层降时， Q6.2 输出位为 1，中间继电器 KA52 通电，这时，S7 – 214 测量 PLC 的输入信号 10.1 有效，在 10.1 有效所需要的时间后， 给测量 PLC 的输出端 Q 0.1 以输出信号，从而驱动中间继电器 KA51,KA51的触点信号被采集入高位码垛机 PLC 的 D12 输入模块的 11.3端口。在连线时，必须拆除高位码垛机 PLC 的输入模块 D12 上的下位信号线 11.3,这样，便用模拟的输入信号取代了实际的输入信号。当 11.3 有效时，在原程序的控制下，压紧气缸回升，回升到位后，滑板门关闭，达关位时，S7-214 的输入端口 10.3 有效，从 10.2 有效到 10.3 有效所经历的时间，就是所测的开关门时间，具体测量程序，如图 3示。　　　　4 结 论　　介绍了一种时间参量的测量方法即模拟输入测量法，这种测量方法是在高位码垛机高速化改造的实践基础上提出的，测量在空包运行的条件下进行，由于液压启动的滞后性，导致下位信号成为再现有包运行过程的障碍，在这种情况下，取消该输入信号，用模拟信号取而之代，从而测得真实的时间参数。一、PLC输入的内部线路PLC输入的内部电路一般采用光电耦合电路，如下图所示（共阴极）。这样做，是为了把外部电路和PLC内部电路隔离开来，从而避免PLC内部电路受到来自于外部电路的干扰。此图只示出了PLC的一个输入，其它输入一样，并且所有输入的公共端（COM）可以连接在一起，也可以分为几组连接在一起共用。值得说明的是，公共端可以是发光二极管的阳极连接一起，也可以是阴极连接一起，根据发光二极管COM端连接的不同，可以分为“共阳极”和“共阴极”。例如：三菱FX系列PLC输入电路就采用的是“共阳极”接法，而西门子或台达PLC的COM端是悬空的，可以由用户来根据实际需要或习惯来采用是“共阳极”还是“共阴极”。从图中可以看出，要想让PLC的某个输入端有输入，光电耦合的发光二极管两端必须形成回路，即：COM端接“＋”时，输入必须引入“－”电平（共阳极）；COM端接“－”时，输入端必须引入“＋”电平（共阴极）。二、PLC输入外部电路的形式PLC输入外部电路的外部节点形式共分为以下三种：1、无源节点输入，即：开关节点输入。2、NPN和PNP节点输入3、二极管输入下面，就这三种节点输入的形式及接线方式简单说明一下。1、无源节点输入（开关量输入）此种节点形式是PLC输入用的多的一种形式。使用此种形式时，只要注意PLC的输入公共端是共阳极还是共阴极就行了。如为共阳极，则通过开关节点引入的应该是负极，如为共阴极，则经过开关节点引入的应该是正极。如下图所示（括号内为共阳极时）：2、NPN和PNP节点输入一些传感器或接近开关的输出节点是NPN或PNP节点形式。这时，做为PLC的输入是选NPN还是PNP节点，一方面要看要看PLC的接线形式而定，另外还要看传感器或接近开关的接线形式。下面举例来说明：如下图所示，传感器的输出是NPN形式的。从图中负载接线可知，传感器动作时，输出0V（黑线④处）。这就要求，PLC的公共端（COM）是正极。因此，对于此线路，当PLC的公共端接（CON）正极时，PLC的输入就只能用NPN形式。下图正好相反，当传感器动作时，其输出为正极（黑线④处）。此时，就要求PLC的公共端（COM）接负极。因此，对于此线路，当PLC的公共端接负极时，PLC的输入就只能用PNP的形式。PLC的输入节点到底是采用PNP还是NPN的形式，其实大不可必死记。只要明白PLC输入内部的电路原理就行了，即：采用PNP还是NPN节点，都必须保证PLC输入电路内部的光电耦合部分的发光二极管得电。以上两例是以西门子PLC为例，西门子PLC输入内部线路的光电耦合的公共端可以是共阴极或共阳极，因此，在考虑使用NPN或PNP输入时，可以改变公共端（COM）的正极或负极来分别使用；而对于三菱FX系列的PLC，因光电耦合的公共端是固定采用共阳极的，因此公共端只能接正极，输入也就只能使用NPN节点输入方式了。3、串二极管输入有时，需要在PLC的输入节点中串入一个发光二极管来为指示。如下图所示：此时，一般PLC都会规定串入二极管的允许电压降及允许串入的二极管的个数。比如，上图所示的FX系列的PLC规定，发光二极管允许电压降为4V，多允许中时串入2个。