6ES7517-3FP00-0AB0详细说明
0、引 言
随着社会的不断发展，自动旋转门越来越多，对旋转门控制系统的控制要求也就越来邀高。例如：当无人接近旋转门时，旋转门能自动停止；当进出旋转门的人比较多时，旋转门能自动加速旋转；当按下残疾人专用按键时，旋转门能启用残疾人专用旋转速度；当行人通过旋转门不慎被夹时，旋转门能迅速制动，待行人解脱后旋转门能自动恢复正常旋转速度；旋转门的全部运行状态都送入楼宇自动监控系统；等等。要求旋转门控制系统在控制上具有更高的自动化和智能化。下面通过一实例详细介绍利用通用变频器和三菱FX系列可编程逻辑控制器(PLC)实现上述要求的控制方法。
1、系统硬件设计
图1是旋转门控制系统原理结构。该系统主要由旋转门、接近传感器、可编程序控制器和变频器组成。
1.1 旋转门及接近传感器
该旋转门由4扇玻璃门相互垂直地镶嵌在同一个轴柱上构成，电机通过减速机构带动旋转门的轴柱，从而产生门的旋转运动(见图1)。
图1 旋转门控制系统结构图
为了实现系统的全部自动化和智能化，系统在旋转门圆形框架的上端，安装了4个接近传感器，其中3个面向进门的行人(见图1中的A1)，一个面向出门的行人(见图1中的A2)；在门框外侧的边沿上分别安装了2套防夹传感器(见图1中的E1和E2)；在圆弧门框外侧的表面上，分别安装了暂停按键和残疾人专用换速按键(见图1中的B1、B2和C1、C2)；D1和D2是旋转门的定位或加减速起点行程开关。
1.2 FX2-32 PLC
该系统利用日本三菱公司的FX2系列PLC，作为该系统的控制指挥中心。该PLC把来自旋转门现场的检测信号、变频器的状态信号以及楼宇自动监控系统的指令，经过收集、处理后，完成对变频器的频率控制和对楼宇自动监控系统的信息反馈。当X0闭合时，启动该旋转门控制系统。
当xl闭合时，旋转门的转速不受客**多少的控制，以固定不变的转速旋转。反馈给楼宇自动监控系统的信息状态如表1所示。
表1 旋转门运行状态表
注：表中“1”表示“ON”，“0”表示“OFF”。
1.3 变频器
由于旋转门处于公共场所，行人或物品阻碍旋转门正常旋转的现象时常发生，导致电动机的负载变化大、过电流现象发生频繁，选用通用FVR0l5E7s—7Ex型变频器。该变频器具有快速响应的电流限制功能，当负载波动相当大时，变频器不跳闸，能自动减速运行；当负载恢复正常时，变频器能自动升速到设定值。使用该变频器，电动机低速驱动能力强，起动转矩能达到额定值的150％。该变频器还具有电压自整定等一系列**功能。变频器接线原理见图1，所有动作都由PLC控制。
2、系统软件设计
2.1 变频器的主要控制参数
经过现场调试后，变频器的主要控制参数确定如下：
当客**比较小或Xl为“ON”时，变频器的工作频率为42 Hz(Y11为“ON”时)，电机起动时间6 s，制动时间15 s；当客**比较大时(X3、X4和X5都为“ON”时)，变频器的工作频率为50Hz(Y11和Y10为“ON”时)；当次按动换速键时，变频器的工作频率变为21 Hz(Y11和Y13为“ON”时)，当第二次按动换速键时，变频器的工作频率由其他现场状态控制；当有行人不慎被夹时，旋转门迅速制动并待行人解脱后，经过10 s的延迟，启用变频器第二“加／减速”选择，自动恢复到正常旋转速度(电机起动时间和制动时间均为25 s，实现方法是Y11和Y3为“ON”)。变频器主要控制端子与输出频率之间的关系如图2所示。
图2 变频器输出频率与控制端子的关系
2.2 PLC控制变频器的程序
图3是根据系统要求编制的PLC程序。在编制PLC程序时，应注意如下几点：① 在旋转门机械抱闸开始前应先让变频器脱离电网，以避免变频器受损；② 当残疾人专用速度启用时，无论在门内还是门外，第二次按动此功能按键时应使变频器恢复正常运行速度。其中“M3”为防夹传感器动作时的互锁辅助触点。
图3 PLC控制变频器的程序
2.3 旋转门运行状态诊断程序
楼宇自动监控系统除了使用摄像机获取旋转门的外部工作状态信息外，还需要使用PLC获取旋转门控制系统内部的工作状态信息。在编辑控制系统内部状态诊断程序时，不但要照顾到现场维护人员能利用PLC诊断故障，还照顾到楼宇自动监控系统准确、方便地使用PLC提供的诊断信息。旋转门控制系统内部状态诊断PLC程序梯形图如图4所示。
图4 旋转门运行状态诊断程序
3、结语
该旋转门设计新颖、外观大方、功能齐全、使用控制方便，是集机电于一体化的高新技术产品。为了使系统更加可靠，安装时要考虑到下雨天避免雨水进人控制系统的措施，行人所接触到的按键也一定要保证安全。接近传感器的可靠性也是实现旋转门控制系统自动化和智能化关键之一
计算机和网络技术的发展，引发了控制领域深刻的技术变革。控制系统结构向网络化、开放性方向发展将是控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用为广泛的局域网技术，在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。
1． 以太网技术介绍
一般来讲，控制系统网络可分为3层：信息层、控制层和设备层(传感/执行层)。传统的控制系统在信息层大都采用以太网，而在控制层和设备层一般采用不同的现场总线或其他专用网络。目前，以太网已经渗透到了控制层和设备层，很多的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品。以太网之给自动化市场带来风暴式的革命，主要有3个原因：低成本的刺激和速度的**；现代企业对实时生产信息有越来越多的要求；以太网的开放性和兼容性。
早期的以太网，多节点共享同一个传输媒体，称为共享以太网(Shared Ethernet)，节点间通信采用广播方式，易发生冲突。共享以太网用CSMA/CD技术来避免冲突，即发送方检测到冲突就暂停发送，随机延迟一段时间后再重新发送直到成功。由于延迟时间是随机的，不能事先知道，共享以太网的时间响应具有不确定性，不能用于强实时性场合。
交换以太网(Switched Ethernet)的出现克服了这一缺点，以太网的交换机(Switch)是数据链路层(ISO/OSI参考模型第二层)的多端口网桥，也可以说是智能分配器。交换机将其管理的网络以星型拓扑结构划分为许多物理上互相隔离而逻辑上互相联系的节点，每一节点单独与交换机建立物理连接，在通信的时候交换机会在发送端口与接受端口间建立一个独占的全双工通道，它具有以太网的全部带宽并避免冲突。
交换以太网在获得确定性的传输速度也有极大的**。千兆以太网已普及，10Gb/s的交换以太网正在开发。当以太网用于信息技术时，应用层含有HTTP(超级文本传输协议)、FTP (文件传输协议)、SMTP(简单电子邮件传送协议)和bbbnet(远程登录)。这些基于TCP/IP的协议簇已经成为工业界事实上的网络标准，在不同厂商的不同网络系统互联方面起着关键作用。但当以太网用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议。
工业以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层采用以太网架构以后，控制器的位置也可以突破传统网络架构的限制，可以位于现场，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强，在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web服务器，从而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值。采用以太网架构和开放的软件系统的制造企业也被称为“透明工厂”。
通过Internet可以实现对工业生产过程的实时远程监控，将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来，使生产不只是面向定单的生产，而是直接面向机会和市场的“电子制造”，从而使企业能够适应经济全球化的要求。
2． 串口上网技术
以太网作为IT产业的主要通讯骨干，已是众所皆知的事实，并已大量的应用在人类生活息息相关的信息产业上。面对这股网络化的潮流，身为所有产业基础建设的工业自动化系统，也广泛的应用TCP/IP以太网作为系统通讯界面，并积极发展更符合工业标准的网络技术与产品，**系统自动化的能力，从而达到降低成本、**竞争力的目标。
在系统网络化的过程里,由于许多传统的串口设备未具备联网能力,在控制指令与设备信息的传递上,必须要有串行通讯转TCP/IP网络的方案。而串口通讯网络技术简单、易用，，是系统网络化的理想选择。现在市场上已出现MOXA的Nport系列串口上网服务器。
使用MOXA的标准串口驱动程序，MOXA的串行端口可以被仿真成是远程的COM端口，不需要更改系统原有使用串行通讯的应用软件或通讯元件。好处在于，有了bbbbbbs和Linux/Unix的驱动程序支持，Nport 家族 可以立即让串口设备具备联网的能力。Nport 家族设备联网服务器包含完整的TCP/IP协议。它可以把串口数据包装成TCP封包，并转换成可以在Ethernet上传送的Frame，传送到主机的以太网卡上。主机以自己的TCP/IP协议解封包后，应用程序可以接收到完整的串口数据。
通过Nport 家族 TCP端口，可不是用驱动程序，而以TCP/IP Socket来存取串口数据。这种解决方案适合于所有具备TCP/IP连接功能的系统。让串口设备具备TCP/IP网络界面，可**企业管理与原作效率。由TCP/IP网络可远程、机动性管理的特性，大大减低系统故障维护与人力成本，是一个底成本效益的串口设备管理模式。
3.基于以太网的DCS系统设计
3．1以某石膏粉生产线DCS系统为例，原理：石膏粉生产线分破碎、粉磨、炒制及包装等几大部分。
破碎：将生料送入一次破碎机中破碎，一次破碎后的生料由**机送入料仓1中，料仓1下挂有电振机，启动电振机即可将一次破碎后的生料送入二次破碎机中进行二次破碎，二次破碎后的生料由**机送入料仓2，待料仓2下的电振机启动即可将破碎后生料送入磨机进行粉磨。
粉磨：破碎后的生料进入磨机进行粉磨，粉磨后的粉料由绞刀1#经**机、绞刀2#送入预热仓，预热仓的粉料再经下面双绞刀3#、4#送入炒锅进行炒制。其中，预热仓中粉料的料位由料位传感器测得，经变送后输出给PLC模拟块的输入通道。
炒制及包装：粉料经双绞刀3#、4#送入炒锅中进行炒制，当炒锅中粉料的料位达到上限值时，停止双绞刀3#、4#。炒锅一边加热，一边用搅拌器搅拌粉料，当粉料温度达温度设定值时，启动阀门电机，粉料泄入料仓3中。当炒锅中粉料的料位达到下限值时，启动双绞刀3#、4#，预热仓中的粉料进入炒锅，使炒锅的温度低于温度设定值，停止阀门电机，粉料进入下一轮炒制。料仓3中的熟料，由绞刀5#经**机机送入料仓4，再经绞刀6#输出包装。其中，炒锅中粉料的温度由温度传感器测得，经变送后输出给PLC模拟块的输入通道；绞刀6#的输出速度由变频器控制，以便调节其输出速度。限于篇幅省略工艺流程图（需要可与作者联系）
3． 2系统硬件结构设计
系统利用以太网技术，采用集中管理分散控制的方式。根据石膏粉生产线破碎、粉磨、炒制及包装三大部分的控制要求，用三台CPM1A型OMRON PLC实现控制。
本系统选择1对3串口服务器。只需在上位机按装 bbbbbbs 95/98/ME, bbbbbbs NT, 和 bbbbbbs 2000 native COM 驱动程序, 给MOXA多串口服务器设置IP地址，上位机通过实验室局域网与MOXA Nport-Server通讯，下位机（PLC）通过RS-232转换器与MOXA多串口服务器通讯相连，并分配虚拟COM口，上位机组态软件需要设计下位计算机的所有系统组态程序，建立相应的COM3-COM5硬件设备，进行系统的人机界面设置组态，系统的远程监控可以通过访问上位机实现（与以太网方案相同，需要在组态软件上发布WEB页面），远程计算机可以直接访问MOXA多串口服务器的IP地址，直接读取TCP/IP数据包，进行网络远程监控。具体设计为破碎站PLC为COM3口，粉磨站PLC为COM4口、炒制及包装站PLC为COM5口。系统结构图如图1所示。
本系统通过以太网可实现远程控制，与传统的现场总线方式相比，具有成本低，控制距离远（连入网络的计算机均可对系统监控），易于管控结合等特点。
3.3 系统监控软件设计
系统监控软件采用组态王组态软件。因为组态王的网络结构是一种柔性的客户服务器模式，客户服务器是相对的。按系统网络构架系统有管理站，下位机分破碎站,粉磨站和炒制及包装站，各工作站分别安装组态王6.0网络版。以太网构架。需在每一工作站组态王“网络设置”项中选择联网，管理站设置为登陆服务器和WEB SERVER服务器生成需要通过Internet远程监控浏览的界面，并且需要把本站点上的工程所在路径下的文件夹设置为共享方式。再在网络设置”项中进行“客户配置”定义本地计算机在网络中充当的客户功能，并且可充当多个站点的客户。一个系统中登陆服务器只有一个均选择管理站。进行以上配置前提为网络中的所有站点均需在网络中，并且可以中常通讯。
网络信息传递即网络变量的引用。组态王可以对网络中的变量直接引用。
4．
工业自动化的发展趋势应该是分布式、开放化和信息化。分布式的结构是一种能确保网络中每个智能的模块能够独立的工作的网络，达到系统危险分散的概念；开放化则是系统结构具有与外界的接口，实现系统与外界网络的连接；信息化则是使系统信息能够进行综合处理能力，与网络技术结合实现网络自动化和管控一体化。
基于以太网技术的自动化具有低成本和开放性，可以实现远程控制，易于与管理结合，实现管控一体化，这也是自动化的发展方向之一。上述系统已成功应用于现场，具有极好的推广价值。