6ES7235-0KD22-0XA8传授代理
设计要求：
设计一个三台笼型异步电动机控制方案，要求M1先起动，经10S后M2自行起动，运行30S后M1停止并使M3自行起动，在运行30S后全部电动机均停止。
控制器简介：
采用精控定时程序控制器（简称：控制器）来实现，简便实用，非常方便。 该控制器适合用于设备的开关量控制，基本型的具有8路输入和8路输出控制端，可以控制单台电机或多台电机的工作。无需编程，根据需要的功能，在功能设置表上完成设置工作，下载后即可独立运行设置的设备控制功能，非常适合不熟悉编程的人员使用。
工作原理及设置：
电机M1启动10秒后运行30秒停止，实际上M1启动后连续工作40秒钟，电机M2延时10秒钟后启动运行60秒钟停止电机M3延时启动，电机M3延时启动40秒钟后运行30秒钟停止，此时全部电机均已停止工作，实现要求的控制功能。
参见下图：下图是控制器的功能设置表，已经设置好设计要求的功能。
1、第1行程序的Y1控制电机M1，第2行程序的Y1控制电机M2，第3行程序的Y3控制电机M3。
2、设置第1行程序控制电机M1工作40秒钟，设置第2行程序延时10秒，控制电机M2工作60秒，设置第3行程序延时40秒控制电机工作30秒钟。
3、设置X1为启动开关，X1启动第1、第2和第3行程序。
4、启动后3行程序工作：第1行程序控制电机M1工作40秒后停止，第2行程序延时10秒钟后控制电机M2工作60秒钟后停止，第3行程序延时40秒钟后控制电机M3工作30秒钟后停止工作。
5、控制器直流24V供电，输出端Y1、Y2和Y3的输出可以驱动24V的中间继电器，直接或间接控制3台电机。
控制器简介：
精控“定时程序控制器”是北京多维精控计算机技术开发中心研发的一种普及型可设置控制器，具有多路开关量输入和多路开关量输出控制端，多行程序控制，能够方便地迅速实现设备控制。无需编程，采用表格设置方式快速实现所需的定时和程序控制功能。简单易用，非常适合不熟悉编程的人员使用。
基本功能：
通过设置能够实现：程序控制定时器、顺序定时控制、逻辑控制、点动继电器、锁存继电器、点动开关、软启动开关、自锁开关、延时开关等功能。
应用领域：
各行业工业自动化控制，例如：机械自动化控制、服装机械控制、纺织机械控制、食品机械控制、电器控制、家电控制、机械手、灯光控制、节能控制、交通控制、喷泉控制、液位控制、电机控制、注塑机控制、电机控制、大中小学科普及应用等自动化控制普及领
客户需求：
- 以优化的成本新建或改造水泥厂
- 提高产品质量和生产效率
- 优化能源结构
- 减少对环境的影响
客户收益：
- 平均只需1-3年即可收回熟料过程控制系统和能源管理系统的投资成本
- 采用过程优化和控制，将能耗减少5%
- 集成设计开发平台和标准化功能模块大大缩短项目时间周期
方案特点：
- 完整性
- 开放性
- 可靠性
- 项目整个生命周期的增值服务
解决方案架构
精简的水泥生产过程体系体现了过程控制，电力和能源管理之间的整合
主要特性 - 采用工业以太网作为工厂的骨干通信网络，确保从工厂车间
到企业级的全面透明集成，并且可以轻松地将第三方设备
集成到自动化系统之中
- UAG集成开发系统，结合水泥行业控制模块，大大缩短了
项目设计和开发时间，节约开发成本
- 冗余系统确保工厂可用性与不间断运行
- MES生产执行系统，提高主体设备的可用时间，通过实时数据
分析提高产能
客户需求：
- "在新工艺和产品技术、设施、员工培训和产品开发等领域的投资使生产每吨钢铁所需要的人力劳动时间减少了 60%"（美国钢铁行业能源与环境资料摘引）
客户收益：
我们的解决方案帮助您应对钢铁行业的主要挑战
提高产量和产能
- 工艺创新
- 生产管理
- 延长设备使用寿命
提高产品质量
- 根据客户（汽车，建筑等行业）的要求改进产品
经济高效的生产方式
- 节能增效
- 易于维护
减少对环境的不良影响
员工健康与安全
解决方案架构
高炉解决方案（简化示例），提供所有层级的高可用性
主要特性
施耐德电气拥有多年的钢铁行业解决方案开发经验，并且参与众多炼铁项目:
- 高炉自动化
- 焦化厂自动化
- 烧结厂自动化
本解决方案采用灵活的架构，可以帮助您应对主要的应用挑战：
- 高可用性（冗余）系统（处理器、电源、I/O 网络、控制系统）
- 与专用网络和专家系统之间的透明连通
- 从设备级到 IT 级的透明通信
解决方案说明：
● 控制系统
- 佳的过程控制和 I/O 系统
- 用于关键工艺过程的出色性能
- 过程控制功能块
- 多种网络兼容能力
● 过程设计与编程工具：
- 先进的设计与生成软件，集成多个控制系统和监控系统，提供一个分布式自动化解决方案
- 经过测试的过程控制和用户自定义的对象库，节省开发成本，可重用于工厂扩展或新建工厂
● 全面连通
- 开放的连通性，可连接到专用系统（专家系统，湿气分析器，气体分析器）
- 开放的连通性，可连接主要的仪表仪器现场总线（Hart，Foundation Fieldbus，ProfibusPA，Modbus）
- 通过以太网实现更高水平的总体透明性
●监控和工厂运营
- 与编程软件相集成 集成数据库消除重复工作
- 可扩展性 灵活的系统，可根据需求的变化进行扩展或修改
- 性能 多服务器确保高性能数据更新
可靠性
- 利用多台冗余服务器实现高可靠性
过程分析工具
- 功能强大的工具，集成报警和趋势显示功能以分析过程干扰情况
1 引言
水下电弧有着广泛的用途，其中应用之一是水下制取“电弧气”。制造电弧气的一个关键要素就是保持电弧电压的稳定，使电弧能在水下稳定放电。大电流（1000A，DC）、大功率（50kW）水下电弧放电本身是一个复杂的过程，电弧长度短，具有非线性、变参数、不易稳定等特点。试验表明采用PFC-PID串级控制策略的水下电弧控制系统的动态品质明显优于采用传统PID控制的系统，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。
大多数PID控制都是基于单片机进行，但单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂，特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处，而PLC却是公认的佳选择。随着PLC功能的扩充，许多PLC控制器中都集成了PID控制功能，在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。经过认真的市场调研和技术准备，笔者使用了目前比较先进的PLC技术开发控制系统，对现场各种生产过程信号进行采集.监测、计量。从实际应用的效果来看，该系统具有、可维护性强、性能稳定等优点。
2 系统的工作原理
在水下电弧控制系统中，电弧放电在反应器中完成，气体由此产生。电极控制装置连续地将碳棒电极送入反应器中并维持电极电弧的稳定，从而保持电弧电压和电流的恒定，使得产气成分稳定且产气效率提高。水下电弧控制系统示意图如图所示。
1.控制器，2.伺服放大器，3.220W交流伺服电动机，4.进退限位开关，5.碳棒检测开关，6.前进限位开关，7.阴极碳棒，8.阳极碳棒，9.下棒控制电磁阀，10.反应堆，T.反应罐温度，P.反应罐压力，U.电弧电压，I.电弧电流。
碳棒的进退是通过伺服电机经传动作用来实现控制的。控制器通过不断检测T、P、U、I值的大小及各开关量的状态来控制电机的转速，通过动丝杆传动作用推动碳棒前进，当碳棒前进速度同碳棒燃烧速度一致时，可认为弧长基本不变，从而实现整个电弧的电压电流恒定控制。
由于阴极碳棒相对阳极碳棒燃烧速度较慢，在工艺设计时，将阴极碳棒与推进导杆连为一体，由伺服电机控制该碳棒的进退，其换棒工序需人工手动完成;阳极碳棒则与推进导轩相分离，导杆只可往前推进碳棒，而不能控制其后退，通过位置检测开关检测碳棒是否推进到位，以决定是否进人自动换棒工序。在进行换棒时，电机控制阴极导杆快速后退，另一电机控制阳极碳棒自动跟进，以免断弧。
3 S7-200系列PLC的特点
S7-200为西门子公司生产的SIMATIC系列小型PLC，无论是独立运行，还是相连成网络，皆能实现复杂控制功能，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。此次选用的CPU226有如下特点：24输入、16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13KB程序和数据存储空间;6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有比例、积分、微分（PID）控制器;2个RS485通信-编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力;I/O端子排可很容易地整体拆卸。自由通信是S7-200系列PLC的一大特色。它使S7-200系列PLC可以与任何通信协议公开的设备、控制器进行通信，即可以由用户自己定义通信协议（如ASCⅡ协议）。波特率高为38.4kbit/s（可调整）。可以通信的范围大大增加，控制系统配置也更加灵活、方便。
4 控制系统方案设计
如图2所示，本控制系统的现场控制部分选用了S7-200 Micro PLC CPU226 DC/DC/DC型和SIMATIC TP270型触摸式面板作为基层控制部分。PLC与触摸屏间的通讯通过RS-485串行总线完成。PLC控制器本机系统通过其扩展模块主要完成5方面功能：DI（开关量输入）、DO（开关量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、通讯。其中DI口用于检测开关状态（如液位开关、接近开关、光电开关等）;DO口用于高速脉冲的发送、变频器的开停控制、各电机的开停控制、电磁阀的控制等。AI用于模拟量的采样，现场模拟量主要包括反映罐温度、压力、电弧的电压电流等，从现场传送到AI模块的信号为4mA～20mA电流信号。AO则根据现场采集到的信号调节模拟量输出大小来控制变频器频率的高低，进而通过变频器来实现对循环泵和气体压缩泵的速度控制。伺服电机的控制则通过告诉脉冲输出控制来完成。在控制柜内部预留出用于其它功能模块的扩展空间，如额外的压力检测、气体浓度检测，还有Medem上网模块，以后系统升级可将现场得到的各种数据通过Modem发送到Internet。
5 系统软件设计
5.1 PLC程序设计说明
CPU226是西门子S7-200系列中的PLC，本机自带24个数字输入口、16个数字输出口及两个RS-422/485串行通讯口，多可扩展7个应用模块。这里通过扩展EM231模拟输入模块来采集电压信号，输入模拟信号可选择OV～10 V、±5 V、0 mA～20mA等多种信号输入方式。终PLC根据输入电压信号的大小控制脉冲发送周期的大小，从而达到控制伺服电机速度的目的。本系统中控制程序主要完成以下几个任务：
1）系统参数的初始化;
2）各种检测开关的读取;
3）电压、电流、工作压力、温度等的读取;
4）电机、变频器、电磁阀等的控制。
为了完成上述各种功能，程序分为七大模块，分别为：
1）初始化程序：完成系统各种参数的初始化，如在控制面板上对参数作了修改，则下次运行时会自动用新参数完成初始化;
2）模拟量的读取：开机工作便开始完成电压、电流、工作压力、温度等的监测与读取，实时传递数据到面板显示;
3）主控程序：完成各子程序使能模块的调用及切换，各种限制及保护功能等;
4）手动控制程序：实现各种控制状态的手动操作;
5）自动控制程序：完成自动换棒、自动补水、自动引弧、各种电机等的控制;
6）控制算法程序：完成对产气压力和工作电弧的恒定控制;
7）PWM/PTO脉冲控制：根据检测到的电弧电压及碳棒状态自动调节脉冲频率或脉冲个数、两个脉冲口的配合与切换、PWM/PTO工作方式的配合与切换等。
5.2 程序控制流程
整个程序的控制难点在于对电弧的控制，本文仅给出电弧控制的流程，如图3所示。电弧控制难的主要原因在于电弧燃烧时其间距较小，容易受到外界干扰，引起控制器的震荡。在换棒过程中，容易出现断弧现象，针对电弧燃烧时阴极和阳极燃烧速度不同设计了以下控制程序（阳极燃烧速度远远大于阴极）。
在换棒时，右电机（控制阳极碳棒）控制滚轴丝杆全速后退，左电机（控制阴极碳棒）则进入PID调节程序自动跟进，当检测到碳棒到位，右电机先控制滚轴丝杆快速前进以弥补虚位，将PID控制切换到右电机上，左电机缓慢后退。
6 结束语
基于PLC的水下电弧控制系统软硬件设计较为简单，但逻辑控制功能强大，由于许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能，在逻辑控制与PID控制混合的应用场合采用PLC控制是较为合理的。从系统实际运行的效果来看，该系统、可维护性强、性能稳定。