西门子6ES7231-0HC22-0XA8千万库存
开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。
所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。
从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪（程序跟踪）。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，符合运行情况，应用较广泛。
从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由人员编写开发，一般设备厂家不易进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
2系统硬件设计
本系统是以PLC主控单元的视日运动轨迹控制（程序控制）双轴自动跟踪系统，视日运动轨迹跟踪就是利用PLC控制单元相应的公式和算法，计算出太阳的实时位置：太阳方位角和太阳高度角，发出指令给执行机构，从而驱动太阳能跟踪装，以达到对太阳实时跟踪的目的。
太阳在天空中的位置可以由太阳高度角和太阳方位角来确定。太阳高度角又称太阳高度、太阳俯仰角，是指太阳光线与地表水平面得之间的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位，是指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可以近似看作是树立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方向的夹角。太阳方位角和高度角的实时数值可以通过地理经纬度、时区参数利用公式计算出来。
主控单元是太阳能跟踪系统的核心部件，系统选用结构紧凑。配置灵活、指令丰富的和利时LMPLC。选用的配置包括LM 3108CPU模块和LM3310扩展模块。LM3108集成为数字量24DI和16DO，能满足要求，通讯集成有RS232和RS485两个通讯接口，RS232用于与上位文本显示器通讯，RS485可用于组网使用。LM3310为四通AI模块，可用于采集风速等保护数据。配合和利时HD2400L文本显示器使用，能够监视运行状态、改变参数设置，以达到控制目的。
随着自动控制技术和计算机技术的高速发展， PLC在现代工业自动控制系统中得到广泛应用。近些年来，PLC与触摸屏、上位机（上位监控电脑）、变频器等组成的工业自动化控制系统，在控制大型、特大型复杂的设备或设施上有了很大的发展。目前，我国是世界上大的产铝国，也是世界上铝制品消费大国。对铝的深加工处理显得非常重要，而阳极氧化技术是铝表面处理技术中应用广和成功的技术，也是研究和开发深入与全面的技术。作为对铝或铝合金制品进行表面处理的大型工业设备，铝阳极氧化生产线也得到很大的发展。如何提升铝阳极氧化线的装备技术水平和自动化程度是铝加工处理行业发展的现实需要，这也是铝阳极氧化线未来的发展方向。
1系统控制原理
PLC是铝阳极氧化自动线控制系统的核心，PLC在收到触摸屏和上位机的控制指令、数据信息，以及生产现场的控制指令、位置状态信息后，根据内部事先输入的程序进行处理，并将处理结果输出驱动执行元件和执行机构工作，将相关信息反馈给触摸屏和上位机。上位机与PLC连接，监控设备的工作状态，设定和修改程序号及相应的工艺流程、工艺参数等。触摸屏主要功能是对PLC输入控制指令、更改行车参数和监控PLC的工作。铝阳极氧化线上安装有上料、脱脂、碱洗、化学抛光、阳极氧化、封孔、水洗和下料等共25个工作缸位，每个工作缸位中线上方都装有供2台行车读取的地址板。当装有工件的工件架推入上料位，选择程序号并确认后，由PLC控制行车按照事先设定在程序号中的工艺流程顺序和工艺参数设定的时间，自动将工件送入各工序缸内处理和流转传送，工件完成各工序处理后送到下料位。为扩大铝阳极氧化线的通用性，使用不同的程序号来满足不同的产品在铝阳极氧化线中进行生产。行车的运动和动作还具有一定的智能性和优先权：根据距离目标位置远近选择近的行车前来工作，通过测算行走距离，行车自动选择高速或中速行走和低速定位。当2台行车之间的距离等于一个缸位，行车不能对面向前行走，行车位于个上料位或后一个下料位时，不能再向两端尽头行走。在有几个工作缸内工件处理时间完成时，按工作缸在工序中的重要程度，行车优先吊出药水缸内的工件，再吊出水洗缸内的工件。
2控制硬件系统
铝阳极氧化线的自动控制系统组成如图1所示。
控制系统中上位机是在普通台式电脑中安装组态王软件及程序工程，触摸屏选用威纶通公司（EVIEW）的MT510TV3CN型，该触摸屏为10寸彩色屏幕，色彩鲜艳触摸灵敏度高，具有较高的性价比。采用欧姆龙公司SYSMACCJ1系列CJ1M型模块式PLC，这种结构PLC具有输入输出点数多、处理速度快、模块组合灵活、便于扩展、微型化和易于联网等特点，还可配备特殊I/O单元和智能I/O单元，适合于复杂过程控制的工程项目中。本控制系统中PLC是由主机架（主要包括电源、CPU、I/O控制、DeviceNet、串口通信、输入输出单元等）、扩展机架（主要包括电源、I/O接口、输入输出单元等）和远程输入输出模块组成，CPU和扩展机架由I/O控制、I/O接口单元进行连接，CPU通过DeviceNet单元CJ1W-DRM21与远程输入输出模块直接连接。触摸屏经串口通信单元CJ1W-SCU41-V1上的RS-422端口与CPU进行通信，上位机通过通信电缆连接到CPU单元上的RS-232C端口，这样PLC作为中心，和触摸屏、上位机一起组成铝阳极氧化自动线控制系统。控制系统大的特点是：CPU通过DeviceNet单元与远程终端I/O单元进行通信只需一条四芯的屏蔽电缆，通信距离远可达500m，控制多达2560输入输出端点，完全满足PLC控制中心对2台行车进行远距离控制的需求。这样行车上大量与PLC联系的控制输入、位置状态和输出信号线取消了，行车与外界相联只有电源屏蔽扁线和通信屏蔽电缆2条电缆，这对长期频繁运动的行车安全稳定地工作至关重要。
3控制软件系统
3.1PLC程序
铝阳极氧化自动线PLC程序主要功能是对2台行车的控制。根据工艺控制要求，装有工件的工件架推入上料位并确认程序号后，PLC根据程序号所设定工艺流程和工艺参数，控制行车前后行走和上下动作将工件架吊起或放入各工序缸位进行处理，自动完成对工件的加工处理。PLC程序具有智能性、选择性、逻辑运算和传递能力等特点。
（1）触摸屏、上位机与PLC进行信息和数据交换，是通过PLC内部的辅助、数据等软元件来实现的。在编写程序前先要分配好PLC的输入、输出地址，与触摸屏、上位机进行信息和数据交换的软元件，以及编程中的辅助软元件等。
（2）与上位机系统设置相配合的PLC程序，能设定和更改程序号中的工艺参数、工艺处理流程，使每架工件都能按指定的程序号自动完成生产，不同程序号的工件还能在铝阳极氧化线中进行生产，每个工序缸内都能显示工件的程序号。
（3）为提高行车工作效率，行车行走变频器设有3段速度，以行车当前位置与目标位置之间的距离，自动选择高速或中速行走、低速定位。行车在将工序缸内工件架吊出上升时，可设定中途倾斜停顿滴水时间。
（4）工件在各个工序缸内的工作时间达到设定时间且下转目标缸无工件，则发出信号通知转料，根据工序缸的重要程度、与2台行车的距离和时间先后等条件，实行重要缸位先吊出下转，同等重要的先到先吊出下转的原则，对各工序缸内的工件进行处理流转作业。
（5）为保证设备的运行安全，设置了许多安全措施：当2台行车相对距离小于或等于一个缸位时，行车不能向对面行走；工序缸内有工件进，禁止行车下落吊放工件；在行车近巡视通道的位置安装有安全臂，如操控人员撞到安全臂，行车立即停止动作等。
3.2触摸屏画面
触摸屏通电后即显示开机画面，为保证只有指定人员才能操作，必需输入正确的密码方能进入主画面进行操作。在主画面中可打开手动工作、自动工作、辅助设备、行车参数和报警5个分画面。
（1）手动工作画面：2台行车的手动操作，行车当前位置缸号修改。
（2）自动工作画面：铝阳极氧化线自动工作的启停、复位和继续等操作，工件处理工艺程序号的确认，行车自动工作时运行状态显示，以及各工作缸在自动工作时的状态显示等。
（3）辅助设备画面：冷冻系统、整流机、温控器和过滤泵等辅助设备的投入与停用操作。
（4）行车参数画面：主要根据工艺要求对行车参数进行修改和调整。
（5）报警画面：显示铝阳极氧化线当前工作中出现的错误报警和过去曾发生过的报警，还可以进行报警的贮存和删除操作。
3.3上位机组态画面
操作人员进入上位机的监控界面操作，必须先输入正确的姓名和密码，以防止上位机内的工艺资料外泄。上位机监控界面主要由工作状态界面和参数设置界面组成，工作状态界面中包含有：随着产品处理流转的单次工作程序号，行车工作的当前位置和目标位置显示，产品在当前工序缸内的设定工作时间和实际工作时间等状态内容。参数设置界面主要进行增设和取消操作人员姓名和密码，工作程序号的设置和更改，以及产品在各工序缸内的工作时间设定等操作。
4 结语
以欧姆龙SYSMACCJ1系列CJ1M型PLC为核心，与触摸屏、上位机等组成的工业控制系统，以其灵活的组合功能，强大的远程控制能力，满足复杂多样的控制要求，在铝阳极氧化线中得到成功应用，特别是其拥有强大的远程控制功能，在环境恶劣和有特殊要求的工业控制系统中可以发挥重要作用。
2.1电炉本体S7414-1控制器
电炉本体S7414-1控制器主要由以下400系列模块组成：
数字量输入模块DI，数字量输出模块DO，模拟量输入模块AI，模拟量输出模块AO，通信接口模块461-0，电源模块等。
I/O主要用于采集现场模拟量及数字量信号，参与控制。
2.2主要检测控制参数及检测元件
2.2.1电信号
电流互感器（配电室内的MCC柜内），电流互感器装于电炉变压器的高压侧，主要检测二次电流，检测后将0～5A电流信号，接入综合自动化系统，通过以太网送入PLC完成算法控制，并在操作站实时显示。
电压互感器,检测电炉变压器二次侧电压，并将电压输出信号转化为4～20mA模拟信号送入控制系统。
其它需要的电信号包括有功功率、无功功率、功率因数，电度量等。
2.2.2非电量信号
（1）电极位置检测。采用超声波物位计将电极的相对位移量转换成电信号，经PLC控制器比较，用于输出显示，并设置电极位置限位。
（2）炉内负压检测。采用压力传感器检测炉内负压，将其输入PLC参与控制。炉内负压一般保持在-2～0Pa，当出现渣沸腾时，根据炉压高低判断，决定尾气是否放散，以保证人身及设备安全。
（3）执行机构。钛渣电炉电极升降采用的是液压装置,每根电极被2个大力油缸支撑，当上下缸内充满带压油时，即可完成升降动作。大力缸充油方向和时间决定电极的升降及其幅度。
当压力油进入油缸杆腔时，电极上升，电极下降靠电极自重，泵打出的油和杆腔排出的油进入油缸的无杆腔，电极下降速度由调速阀确定。控制换向阀上2组电磁阀的通断时间及通断顺序即可控制电极的升降。液压系统采用双油源，以确保可靠性。
3PLC软件组成
本系统采用西门子STEP7编程软件，软件采用LAD图、STL语句表及FDB功能块图三者相结合的编程方式，实现冶炼过程的逻辑控制。通过硬件采集弧压、弧流及档位等信号，按恒功率恒电流控制原理，将终结果输出到液压控制系统以实现电极升降自动控制，并按照佳供电曲线自动调节输入炉内的电弧参数。
电炉系统操作站采用拥有开放协议、集成ODBC/SQL数据库的WinCC组态软件实现画面监视和设备状态显示。
4控制过程
在钛渣电炉操作过程中，冶炼电气制度受到以下干扰：供电电压波动、负荷电阻系数变化、炉内渣铁面的变化、电极负荷、电极焙制的损耗、渣沸腾等。
与工艺要求相一致，电炉有功功率和电流变化时间表中给定了每个电气参数的死区（也即偏差），如表1所示。
在整个冶炼过程中，电气制度控制算法的主要任务就是保持电炉有功功率和电流的预设值恒定，来限制强加在电炉变压器高压侧的相电流。在PLC中，对采集的电极电流进行转换处理后即进入控制过程。电极自动控制在工况相对稳定时投运，每相电极按预设曲线自动调整升降高度，直到电流检测值达到设定值。在实际运行中为防止电极频繁动作，可设置1~5KA的动作死区。在炉料完全熔化，熔池打通或冶炼进入到精炼区时，电极电流波动较大，此时仅当电极电流测量偏差大于死区值时，电极方才移动，控制功能实现较稳定；当冶炼初期及补加碳时，因炉内反应剧烈，伴随塌料现象，电极电流会大幅度上升，此时控制动作频繁，系统的抗干扰要求提高，在控制上更要多方考虑。
图3是钛渣电炉实现电极控制的一个算法流程。
当A相选择自动控制投运时，系统自动检测高压侧电极电流，并送入PLC，经处理，在T时间内对采样值取平均值，并与设定值进行比较。当检测电流值II大于设定值，但尚未达到电极工作上限HS1,且电极内、外装置已处于自动EC1方式下，则PLC发出电磁阀ELIC1接通指令，电磁阀得电，换向阀上行油缸充液，电极将提升，当延时T时间后，检测电极前后位置的变化，并转入下个循环。当检测电流值II小于设定值，但尚未达到电极的工作下限LS1,且电极内、外装置已打在自动EC1方式，则PLC发出电磁阀ELOC1接通指令，电磁阀得电，换向阀返回油缸，阀打开，电极靠自重下降，延时T时间后，检测电极前后位置的变化量，并转入下个循环。
在电极控制算法中要考虑3个因素：在升降的不能完成电极的压放控制；在系统中要延时检测电极的位置，以区别于其它因素导致的电流变化；将不正常因素以报警信号形式输出。
根据工艺特点，在三相电极的电流调节中，每个电极电流控制都可独立进行，任一电极都可根据工况运行在自动或手动状态。当炉内出现翻渣或塌料时，控制系统能检测出电流大幅上升，此时电极快速提升，直到电极电流达到设定值时，停止上升。若电极已提升至上限值，电流还未下降到设定值，则电炉变压器的电源将被切断，正常冶炼被中止。
整个冶炼过程电极的控制均由操作工在控制室的操作台上完成，因项目中变压器采用35kV电源供电，系统的用电安全等级要求较高，在控制屏外单独设置了操作台，以钥匙开关的方式将停送电权限交给操作工专人管理。
5取得的成效
自钛渣电炉生产PLC控制系统投运以来，所有信号集中处理，采用模块化结构易于调整和更换，备品备件量下降。更为重要的是采用PLC自动控制电极的升降，取代了以往电极升降手动操控方式。
采用高精度检测元件，能更有效、更准确地反映现场情况，实现jingque控制。
在钛渣冶炼中电极升降采用液压系统，使电极调节直观，响应速度更快，更能满足钛渣正常冶炼过程控制要求。
针对钛渣电炉的多变量、非线形、大滞后、强耦合、时变、工作环境及随机干扰较强的特点，采用PLC可实现电炉电极升降的全自动闭环控制，并能满足三相电流平衡及温度的稳定。
6存在的问题及下步改进措施
PLC在电极电流控制上已取得良好效果，但由于采用PLC控制的25.5MVA容量特大型钛渣电炉尚属国内首例，在控制的设计和程序的编制上还存在一些缺陷，如目前暴露出电极的升降死区范围设得较大以及操作中获得的曲线与设定曲线差距较大的问题。造成这种影响主要原因是电极升降的液压系统未采用伺服调节阀控制，使升降动作启停有较大机械死区。
钛渣冶炼控制的终目标是输入炉内的总功率平衡。但目前还尚未摸索出一个合适的算法来将电极电流与三相功率的平衡在PLC中统一起来。
但PLC系统在电极控制中的成功运用及其强大功能，将使我们在控制精度、安全性、经济价值上找到更多的切入点去适应钛渣冶炼的生产控制要求。
一鞋头定型机介绍
鞋头定型机用与做鞋流程的一个工序。它的用途是将做好的鞋面经过热模加热后﹐再使用冷模定型﹐让鞋面能够达到比较标准的模型。相比传统做鞋方法﹐既能减少工时﹐又能提高品质。
二动作流程：
1.打开主电源开关﹐按SB1启动工作电源﹐交流接触器KM1接通交流工作变压器。PLC得电完成初始化﹐因加热与制冷需要一段时间﹐固一般先开机大约15分钟后才工作。
2.以左热模为例﹕将鞋面放入热模中适当位置﹐用脚踏热模定型开关一次。左热模电磁阀动作,使左气缸动作夹紧鞋面﹐延时断开﹐如延时中想取出鞋面﹐只要用脚踏第二次便使夹紧复位。
3.以左冷模为例﹕将加热后的鞋面放入冷模中适当的位置,用脚踏左冷模开关一次,则冷模夹紧电磁阀得电动作,使左夹紧气缸动作夹紧鞋面﹐当夹紧到位﹐使SQ1感应开关动作﹐延时接通，使左冷模定型电磁阀得电动作﹐使左定型气缸动作,开始定型﹐当定型到位﹐则使冷模定型延时感应开关SQ2动作﹐延时断开。当断开时先使定型电磁阀断电复位﹐再使夹紧电磁阀断电复位。示意图如下：
三主要部件的选型
1.PLC:因需要做温度PID控制﹐选择了台湾永宏(FBS-32MAT-R)晶体管输出型。加上温度模块控制。固选择了FBS-TC6模块﹐使用WinProLadder编程软件。
2.触摸屏﹕因鞋面材料不同﹐要求温度和设定时间也不相同。为了 方便操作人员能简便修改设置参数及监控温度和时间的变化﹐采用了永宏FV057ST-T10触摸屏﹐使用PM Designer编程软件。
3.组成如图所示：
四PLC的控制
1. PID 温控（FUN86） 是利用温度模块配合温度规划表格（如图2所示）将外界当前的温度测量值当作过程变量（ Process Variable，简称PV），并将用户所设定的温度设定值（ Set Point，简称SP）与过程变量经由软件PID数学式运算后，得到适宜的输出控制值以控制温度在用户所期望的温度范围内。
Md : PID运算模式选择
=0，改良型小超越法
=1,通用PID法则
Yn ：ON/OFF温控输出起始号码，共占用
Zn 点
Sn ：本指令从第几点温度开始执行 PID 温控，
Sn=0～31
Zn ： 本指令所控制的PID温控点数；
1 Zn 32且1Sn+Zn32
Sv：温度设定值起始缓存器号码，共占用 Zn 个缓存器 (设定单位为0.1°)
Os：温度偏差值起始缓存器号码，共占用 Zn 个缓存器 (设定单位为0.1°)
PR：增益设定值起始缓存器号码，共占用 Zn 个缓存器
IR：积分常数设定值起始缓存器号码，共占用Zn 个缓存器
DR ：微分时间常数设定值起始缓存器号码，共占用Zn 个缓存器
OR：温控数值输出起始缓存器号码，共占用Zn 个缓存器
WR：本指令所需使用的工作缓存器起始号码，共占用9个缓存器，其它地方不可以重复使用
2. 将PID运算后的数值结果转换为时间比例ON/OFF（PWM） 输出， 经由晶体管式接点输出控制SSR 所推动的加热或冷却回路，便可以得到相当jingque便宜的控制结果。
3. 数字化PID表达式如下：
M n = [ K c × En ] +
[ [ K c × K i ×T s × E n ] + [ K c × T d × ( PV n − P V n - 1 ) / T s ]
Mn ：〝n〞时的控制输出量
Kc ： 增益（ 范围： 1→9999； Pb(比例带)=(1000/Kc ) × 0 . 1% ， 单位为0 . 1%
Ki ： 积分常数（ 范围：0～ 9999， 相当于0.00～ 99.99 Repeat/Minute）
Td ： 微分时间常数（ 范围：0～ 9999， 相当于0.00～ 9.99 Minute）
PVn ：〝n〞时的过程变数
PVn − 1 ：〝n〞的上一次的过程变数
En ：〝n〞时的误差=设定值（ SP） −〝n〞时的过程变数（ PVn ）
Ts ： PID运算的间隔时间（ 单位： 0.1S， 值可为10， 20， 40， 80， 160， 320）
4.为使操作简便﹐在每个工位只使用一个开关做启/停控制﹐共4个脚踏开关(SB4-SB7),两个热模控制方式一样，两个冷模控制方式一样。为了安全又设了手动停止开关SB3和紧急开关SB2﹐停止开关是为防止四个工位操作错误使用,紧急开关是为出现紧急情况断开所有控制电源使用。
5.M1924接通一个脉冲﹐用（MOV）传送指令将热/冷模设定时间传入数据存储器﹐以方便能在触摸屏上修改数值。
6.PLC一接通﹐用（MOV）传送指令将热/冷模定时器当前值传入数据存储器﹐以使能在触摸屏上监控当前值。
7.热模控制﹕
以左热模为例﹐如X2接通一个脉冲﹐定时器T2得电计时(为鞋面加热时间)，Y002得电自锁。热模夹紧。定时器T3得电0.5秒瞬间接通辅助继电器M100﹐M100是为X2由启动转变为停止开关做准备的﹐当T2计时到使左热模复位.如在加热计时中想取出鞋面﹐只要在接通第二次X2一个脉冲﹐Y002则断电复位﹐此时X2由停止开关转变为启动开关。
8.冷模控制：
以左冷模为例﹐如X4接通一个脉冲﹐Y004得电自锁﹐使鞋面夹紧﹐定时器T7计时0.5秒瞬间接通辅助继电器M104﹐当夹紧到位感应开关SQ1动作X5接通﹐定时器T6开始计时﹐计时到接通Y005开始定型.定型到位感应开关SQ2动作,X5、X6接通定时器T8开始计时﹐计时到T8接通辅助继电器M106自锁﹐断开Y005,定时器T9计时2秒﹐断开Y004﹐使左冷模复位。
注﹕当M104接通后﹐X4启动开关转变为停止开关﹐此时如果计时过程中需要停止﹐只要接通第二次X4即可复位左冷模﹐此时X4由停止开关转变为启动开关。
五触摸屏控制流程
1．当触摸屏得电后，通过RS232数据线与PLC通信交换数据。将FBS-32MAT-R主单元中各热模当前值、设定值显示在触摸屏的3#画面中。
2如果需要监控或修改参数时，可选择0#画面中显示的相关功能键进入即可，顺序进入可修改参数。