6ES7223-1BH22-0XA8传授代理
2．VIPA 工程实例
2.1．中科院高能物理所正负电子对撞区温度监控系统
上位机软件通过RS485网络与VIPA CPU214进行通讯，现场人机界面采用VIPA触摸屏，直接集成了MPI接口。
中央控制室：
中央控制室设置内设工业控制计算机（已有上位iFIX系统），通过现场控制站的PLC的Modbus接口把现场数据传给它。
现场控制站分为2个控制站：
1#控制站(LCS1) 控制20个阀门，和1个触摸屏嵌入安装。
2#控制站(LCS2) 控制18个阀门，和1个触摸屏嵌入安装。
1#控制站、2#控制站与中控室计算机失去通讯，也能保证自己独立正常的运行。
通讯方式：
1#现场控制站、2#现场控制站均采用VIPA 200V系列PLC。每个PLC现场站可以独立运行和控制相应的设备。在PLC的上有一个MPI接口，PLC现场站通过MPI接口经过MPI电缆和设在控制站的触摸屏通讯。触摸屏负责显示本地控制站的实时数据的显示和控制。中控室上位工控机应带有工业485接口，中控室上位工控机带的485接口通过Modbus总线与每个PLC现场站通讯，保持上位监控画面与设备实时状态的同步。
2.2．山东污水处理厂氧化沟自控系统
该污水处理厂位于市中区，为日处理能力为5万吨/天的污水处理厂，出水排入黄海，水质达到国家一级排放标准。本工程采用水解－AICS处理工艺。
本工程除一些精度要求高的在线监测仪表(污泥浓度计、溶解氧仪和液位计)为进口仪表外，其余部分在线仪表实现国产化，节省了一部分投资费用。在自控系统的总线技术选取上、现场I/O控制设备和上位监控设备的选取上，均采用了性价比较高的产品。如PLC采用VIPA300V系列等。
本工程自控系统的预算费用约占污水处理厂总投资的5%左右。与其它污水处理厂相比，本工程的自控系统投资是中等偏下，性价比较高。
2.3．北京高校实验室自控教学系统
本系统采用了工业以太网、现场总线（MPI、Profibus DP）、串口通讯等多种通讯方式。
1）MCGS子站与中心服务器站之间采用的是工业以太网通讯方式。通过OPC通讯技术将MCGS子站中的各种设备运行状态和报警信息以表格的方式传送到中心服务器站中。教研人员监控各个试验单元的将各子系统的运行状况和参数保存起来。
2）VIPA系统单元通过经典的MPI通讯方式实现与中心服务器站的数据交换。既可实现本子系统与中心服务器站的数据交换又可轻松实现PLC的编程需要。
3）VIPA子系统中主站单元与从站单元通过Profibus DP构成通讯网络。
4）本系统中的各种智能仪表通过RS485的方式实现与MCGS子站的通讯。
2.4．锅炉监控系统
本燃烧器控制系统主要针对于燃气锅炉方面的应用而设计。
以VIPA-PLC为控制核心，实时读取现场的各种状态信号，根据设定的程序来判断并执行相应的控制动作；通过MPI口与西门子触摸屏紧密连接，给用户提供友好的操作平台，用户可以完成数据查看、参数修改、记录查询及手动控制等功能；能为远端监控中心提供Modbus通讯接口，实现远程监控；该系统的投入运行，大大提高了控制精度和系统运行的安全性；VIPA的200VPLC系统以其较高的运算速度，丰富的接口，紧凑的结构在各种控制系统中得到了广泛的应用，受到了用户好评。
3．组态软件与HILSCHER、VIPA产品应用
使用力控监控软件、CIF 50-PB、netTAP和VIPA PLC搭建一个系统平台。工控机里安装了CIF50-PB板卡和力控软件，作为PROFIBUS-DP主站与带DP从站接口的VIPAPLC进行通讯。使用了netTAP协议转换网关将带RS232\485通讯接口的智能仪表或采集模块与DP主站进行通讯，串口通讯协议可以是标准的MODBUSRTU协议，也可以是自定义协议。力控软件已开发了CIF板卡驱动，可直接与CIF通讯，并提供OPC接口。远程监控站可通过以太网，通过IE浏览远程数据。
1.引言
唐山钢铁公司中型厂是生产型钢的企业，原有4套钻、铣床设备，用于轻轨精整。其电气控制系统采用继电器及接触器构成，控制手段比较落后，控制效果完全取决于操作工经验和精神状态，各道工序间连贯性差，费时又费力，故障率较高且维修困难，影响了生产效率。有必要进行技术改造。PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短等优点，特别适合于机床控制和故障自诊断系统，可以大大减少继电器等元器件的数量，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而,用PLC控制系统替代体积大、投资大、耗能大的继电器是电气控制系统发展的趋势。鉴于上述原因，我们利用PLC技术对原有电气系统进行了全面技术改造。
2.系统功能
轻轨精整PLC智能控制系统包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：
（1） 切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。
（2）自动报警功能：发生异常情况，可随时报警。当夹紧头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光报警就会动作，让现场工作人员迅速采取措施，避免或减少事故所造成的损失。
（3）自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作过程中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。
（4）紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作过程中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。
为实现上述功能，需要对运行过程进行智能判断，进行相应的控制。考虑到PLC的运算功能的限制，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。
3. 系统组成
PLC选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器实现[1]，由可编程序控制器构成的轻轨精整智能控制系统结构如下：
图1. 轻轨精整智能控制系统结构图
该系统有输入、控制运算和输出三大部分组成。
1）输入部分包括操作按钮和信号检测两部分。
a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。
b.信号检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上报警提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。
2）控制运算部分
控制运算部分主要由PLC来完成，由控制系统的应用软件来完成信号的输入、处理、控制输出的主要功能。
3）输出部分包括报警装置、输送和动力装置、固定装置
a.报警装置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和报警铃声构成，三种颜色分别对应三种不同报警级别。绿色表示系统正常，黄色表示系统参数超范围，但仍能工作，需要进行处理;红色报警并伴随报警声音，必须紧急停机处理。
b.输送装置由PLC输出的信号控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。
c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的信号，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。
4.系统软件设计
4.1 PLC软件设计考虑的问题
利用梯形图编制控制程序，在 PLC软件设计中要考虑以下几个问题：
（1）强电关断优先原则：在铣床软件设计中，只要控制信号中有强电关断的信号，则不管其它信号如何都要关断强电。如图2所示，只要关断信号XO2=1，则中间继电器M100 都要被关断。 （2） 动作互锁原则：有些控制不能动作，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，图3为主轴互锁控制示意图，任何一个回路启动后必须关断另一 个回路，从而保证两者不能动作。
图2
图3
（3）顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求前一个动作常开触点串在下一个控制动作中，将后一个动作中的常闭触点串在上一动作的控制回路中，如图4所示。
图4
影响PLC控制系统的因素很多，只要我们在软件设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制系统的运行就会更加稳定 [2]。
4.2 PLC基本控制程序设计
具体铣床控制功能框图如图5所示,钻床控制功能与之类似。
图5. 铣床控制顺序功能框图
4.3 故障诊断模块的程序设计
对于PLC系统，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。
采用故障树推理与专家经验规则推理相结合的方法，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。[3][4]
（1） 故障结构分析
在进行故障诊断设计时，必须对整个系统可能发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。图6为系统的故障层次结构。
图6. 故障层次结构框图
（2）程序设计
系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：
a. 必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从系统的安全可靠运行考虑，以便系统能及时进行故障处理;
b.应在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
5.结束语
经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制系统已于2004年正式投入运行,运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、接触器控制带来的局限，避免了原控制系统辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制方式单一、维护困难等问题。手动与自动切换方便，抗干扰能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作环境,且易于计算机通讯，实现网络监控。
本文作者创新点：将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制系统，并使之具有故障诊断和报警功能，系统结构简单，操作方便。