6ES7222-1BF22-0XA8原装代理
系统概述]
空气压缩机组是很多企业的必备设备。根据工地用气状况，需要控制空气压缩机的开、停（如定期检修、故障紧急停止等），通过变频器控制压缩速度以适应随即变化的用风情况达到节电目的。所有这些要求顺序操作相应开关、阀门和控制变频器来完成。运行中，要求经常检测机组状况，在温度、压力、电机额定电流等超过允许值时应紧急停车。压力过大要求变频器降低电机转速，必要时停止部分空压机。所有这些采用人力监视的缺陷是：24小时监视人员容易疲劳，很不安全，且浪费人力资源。采用工控机自动智能监测解决方案正在得到广泛应用。
某矿区有三台V-6/7电动固定水冷式空气压缩机组，要求是远程操作自动启停，参数异常自动停车，变频节能运行。由于矿区电压不稳，特别是空压机的开停对电网的干扰很大，振动强、灰尘多、环境恶劣，需要24小时不间断工作，为确保系统的安全稳定，本系统控制核心采用研祥工控机祥捷I-P10S22，整体解决方案如下。
[系统构成]
一、要检测的点:
1、电量信号检测装置：检测主电机电流1点，及总电源的3相电压共3点。
2、压力信号检测装置：检测1级缸、2级缸及储风缸压力3点。
3、温度信号检测装置：检测1级缸排气温度、2级缸进气温度、2级缸排气温度、油温、曲轴轴承温度2点、电机轴承温度2点以及冷却水出口温度共9点。
共计：（1+3+9）X3+3=42点
二、关键设备:
1、I-P10S22工控机：“祥捷I-P10S22”工控机是国内大的工控机设计生产公司研祥产品，由IPC-810A机箱、IPC-6113LP4底板、FSC-1622VDNA工业级CPU长卡、工业电源PS-270A等等组成，质量有保证，系统的安全系数大大提高。
2、PCI-64AD数据采集卡：64通道高增益多功能DAS卡（PCI总线接口），在此系统作为32路差分模拟信号进行A/D转换，负责对检测点模拟量输入信号进行定量数据采集。
3、PCI-16P16R控制卡：是一个16通道的继电器输出和隔离的紧凑型PCI总线数字D/I卡，提供16路继电器输出和16路光隔离数字输入。板上16继电器输出用于控制功率开关或开关控制设备（如冷却水泵开关，进气阀、排气阀开关、主电机开停等等），16路光隔离数字输入用于监测点的“开关量信号”输入（如高温报警点、压力大阀值等等）。
4、变频控制器：由工控机控制其运行，通过改变输出电压频率改变电机转速，以改变空压机压速速度。
[系统框图]
该系统的方框图如下图所示，整个系统的方框图只是粗略的描绘了系统原理，实际情况走线更为复杂。
1.引言
化纤纺丝工艺中，聚酯切片经干燥设备除去水分后，通过螺杆挤压机加热熔融挤出，经计量泵jingque计量喷丝成形，在恒温恒湿条件下冷却固化以及牵伸，后通过卷绕头将纺丝成形的纤维卷绕成为成型良好的丝饼。其中，卷绕头卷绕成的丝饼需满足容量大、形状稳定、张力均匀、退绕容易等要求，具有高速度、大卷装、连续自动化等特点，是化纤纺丝机上技术构成复杂、自动化程度高的关键设备。
根据纺丝工艺要求，卷绕头按纺丝速度可分为常速卷绕头(1000m/min左右)、高速卷绕头(3000～4000m/min)、以及超高速卷绕头(6000～8000m/min)；根据升头落筒方式，卷绕头可分为半自动卷绕头和全自动卷绕头，其中，半自动高速卷绕头只有一个卷绕轴(卡头)，具有机械结构简单、性价比好等优点，缺点是在丝饼卷绕完成后需要人工升头换筒，有废丝，不能实现生产的连续化；全自动高速卷绕头具有两个可以自动切换的卷绕轴(卡头)，升头换筒过程全自动化，无废丝，可以大限度提高生产率，是卷绕头的主要发展方向。
高速卷绕头的控制核心是通过对摩擦辊高速旋转速度(即卷绕线速度)的精密测量，准确控制卷绕轴的卷绕速度，实现纺丝卷绕的恒线速度恒张力控制。对全自动卷绕头来说，还需要实现jingque的升头换筒的全自动控制。还包括横动机构的三角波防叠控制、卷绕压力控制、卷绕与牵伸部分的同步控制、每个卷绕头卷绕工艺参数的设置及过程监控、以及成组卷绕头的联网集中监控等。
2．控制系统方案
高速卷绕头控制系统采用Micro系列PLC(TSX3722CPU)为控制核心，采用ATV31系列经济型磁通矢量控制变频器控制卡头和横动电机。摩擦辊转速的测量通过MicroPLC的高速计数口实现；ATV31变频器的控制采用Micro PLC的通讯扩展口(插入TSXSCP114Modbus通讯扩展卡配TSXSCPCU4030通讯电缆，作为主站)与ATV31内置的Modubs接口连接，构成Modbus总线，通过通讯控制方式实现；卷绕头卷绕工艺参数的设置及联网集中监控则通过MicroPLC的编程口(加装TSXPACC01总线隔离盒，作为从站)与上位工控机(作为主站)的串行口连接，构成上一级Modbus总线实现。
3.控制系统简介
Modbus协议是由台PLC的发明者Modicon(现为施耐德电气公司高端PLC品牌)于1978年开发的一个用于PLC和编程器之间通讯的协议，1980年起，为众多设备制造商在其不同的设备中采用，成为现场总线开放、应用广的通讯协议。
Modbus 协议是一个分级结构(主从式) 异步串行通讯协议，可使主站对一个或多个从站进行访问，主站和从站之间允许多点连接。 Modbus协议约定，只有主站唯一对数据的交换进行管理，从站不能够自己发送信息。主站和从站可以有两种对话方式：查询方式(主站对一个从站进行对话并等待其回应)和广播方式(主站对所有从站进行对话且无须回应)。
Modbus协议可以实现主站和多个从站之间的数据交换及检验，在每个从站单元中都定义有数据区以使主站能够对其中的数据进行读出和/或写入操作，Modbus报文结构如下：
ATV31变频器内置的Modbus接口与CANOpen总线接口兼容，物理层为RS485，采用ModbusRTU方式，波特率可以是9.6/19.2Kbit/s，连接介质可采用屏蔽双绞线，传输距离可达1000米，单总线上连接数量多为31台；连接时，只需将PLC和变频器的DA、DB和0V共三根信号线互连即可方便地构成Modubs总线。
应用方面，需要对PLC和变频器的相应接口进行相关设置(包括Modbus主/从站方式、从站号、以及波特率、数据位、停止位、校验等参数)，通过PLC编程软件在MiroPLC内编写相关读写操作的通讯程序，对多个从站的通讯可以通过编写时间片程序(时钟计数指
令或电子凸轮指令)分时执行上述读写操作的方式实现。读写操作编程示例如下：
注： m - 模块号(MicroPLC为0)，v - 通道号(编程口为0，扩展口为1)，i - 从站地址(变频器从站号)
对联网集中监控的上级Modbus总线，只需通过PLC编程软件对MicroPLC的编程口进行相关设置(包括Modbus 从站方式、从站号、以及波特率、数据位、停止位、校验等参数)，通过上位机对MicroPLC的相应内存区进行读写操作即可，在Micro PLC内无需任何编程工作。
对摩擦辊高速旋转速度(即卷绕线速度)的测量可通过MicroPLC的高速计数口，应用Micro PLC的快速任务(FastTask，即定时中断服务程序)精密实现，精度达±1个脉冲；横动变频器部分的三角波防叠功能可通过PLC软件编程或ATV31变频器内置的横动功能实现；MicroPLC提供的丰富的库函数(字表操作、数制转换、三角函数、浮点数运算等)及在线编程、调试工具，为高速卷绕头系统编程、调试及工艺修改提供了大的便利。
一．三菱FX2N系列可编程控制器和变频器调速控制系统简介
1三菱F系列变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速。模拟量调速可用电压DC0~10V或电流DC4~20mA，进行无级调速。我公司货架组件（横梁）冷弯设备机组便采用多段速闭环变频器调速控制系统；一般采用外部输入端子SD﹑STF﹑STR、RL﹑RM﹑RH，进行三段速调速。RL﹑RM﹑RH是低﹑中﹑高三段速速度选择端子，SD是输入公共端，STF是启动正转信号，STR是启动反转信号。当Y10，Y11有输出时，变频器为低速运行；当Y10，Y12有输出时，为中速运行；当Y10，Y13有输出时为高速运行。三段速分别设置为2.0Hz﹑30Hz﹑45Hz。在模拟量调速时，通过编程，三菱FX2N系列可编程控制器根据操作台发出的信号，选择控制方式：模拟量调速或多段速调速。其控制系统还可以通过DOS操作系统开发编程的微机作为上位机实现控制功能或结合触摸屏技术实现随机动态适时控制或结合触摸屏控制技术来操作控制实现有关功能。
2三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中次的超小型程序装置。本文探讨MELSECFX2N-32MR在货架组件（横梁）冷弯机组中的应用特点:
二．系统构成。
1 工艺流程如下图：
图一：货架冷弯成型工艺简图
1.1根据货架组件（横梁）的冷弯成型孔型设计及冷弯成型工艺要求，货架组件（横梁）冷弯机组共有12站牌楼构成，钢卷料由站牌楼前的带料导引装置将钢带穿入冷弯机组进行冷弯成型加工，该冷弯机组主动力由22KW的三菱多功能矢量控制变频器和异步变频电机驱动系统构成，各牌楼间的动力传递可采用链传动或齿轮组来实现；主控系统选用MELSECFX2N-32MR可编程控制器，闭环控制反馈信号由1200脉冲/转的旋转编码器被动测量提供信号开关量并测长，根据所选的编码器的线数以及你要走的位置量，确定好对应的计测脉冲数，设置PLC，使其在计测到相应的脉冲数时产生相应的动作以实现产品定长切断的jingque控制，其基本长度控制精度可达±0.5mm以上，可重复长度控制误差分布范围大不超过1mm。
2系统硬件结构的主要配置
2.1PLC选用是FX2N-32MR，外加FX2N-232-BD通讯模块。各1只
2.2触摸屏选用型号为：GP37W2-BG41-24V，或采用微机控制上位机系统。
2.3KOYO旋转编码器TRD－NH1200-RZ及测量辊、24V开关电源，各1台
2.4三菱多功能矢量控制变频器：FR－A540－22K-CH变频器，1台
2.5三相笼型交流异步电动机：Y系列，4极，22kW ，1台。
2.6其它电气选配件。
三.电气闭环无级控制系统原理
3.1要实现货架组件（横梁）的冷弯成型机组的闭环无级控制，必须根据变频器和变频电机的特性，即：在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或根据不同的品牌和规格的变频器的特性参考资料、冷弯机组加工件的负荷特性、电机的负荷特性等进行适时调整。基本控制原理如图一：
2.2基本控制思想为：1）、根据旋转编码器测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行；其还表现在必须根据具体冷弯产品的成型工艺要求、负荷波动规律等选择相应的速度控制模式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等进行变频器的适时调整，确保主机运行及控制反馈运行过程的平稳，消除不稳定形成的系统超差故障；2）、根据旋转编码器的脉冲测量数反馈当前冷弯机组主电机的位移信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近冷弯产品控制切断长度的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在切断控制处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位，再通过输出控制点发出切断控制信号实现液压停剪；PLC控制系统在工作过程中实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进行比较和控制决策，从而达到快速准确定位、提高作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息以实现生产管理系统的全面动态管理。
3.3在我公司进口的货架组件（立柱）冷弯生产线控制系统中，可编程控制器主要用作下位机，检测各状态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的状态送给上位机——计算机，计算机综合可编程控制器和其他设设备的数据，作出相应的处理和显示。
四． 货架组件（横梁）的冷弯成型工艺的负载机械特性和变频器的选型
该系统的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩TL取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力FL与冷弯轧辊半径r的乘积，即TL=FL×r。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力FL的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺水平、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速高低关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性。可初步选用三菱FR-A540系列变频器。
三菱FR-A540系列变频器具有如下特性：
·采用先进的磁通矢量控制。由于采用了精简指令集计算机RISC微处理芯片，使之具有全新的在线自动调整功能，使电机在不影响启动速度的情况下迅速得到调整。
·具有多段速度选择功能：它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/减速时间选择RT、漏型公共输入端SD等端子，可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和jingque停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定。
·运用了三菱首创“柔性脉宽调制”（Soft-PWM）开关方式，实现更低噪音运行，并能减少对外射频干扰，有利于邻近的PLC、旋转编码器的可靠运行。
·调速范围：1：120（0.5Hz~60Hz运行时），且低频运行性能稳定可靠，采用自动调整后,可以在不同的品牌的电机上实现高精度运行。
货架组件（横梁）冷弯机组的主要功耗包括：用于货架组件（横梁）弯曲变形功率、克服辊子与工件之间的摩擦阻力及辊子轴承摩擦阻力、克服机组传动阻力及功率损耗，一般采用经验测算方法与简单公式计算后放大倍数的方法共同核算，通常还根据冷弯成型的成功案例进行类比测算，并依此确定具体型号变频器的实际功率。
综合多种因素，我们选定了三菱FR-A540-22kW-CH变频器。经试验证明：针对货架组件（横梁）的冷弯成型机组采用PGL板反而会出现较大的定位误差，故取消了PLG板设计，仅利用变频器的多段速选择和FR-A540的高性能来实现货架组件（横梁）的冷弯成型的定位控制。
五．外部接口设计
三菱FX2N型PLC内置多个高速计数器。经过测量测试，选择采用两相两计数输入、应答频率为30kHz的C251计数器，将旋转编码器的A、B输出端与PLC的X0、X1输入点相连，可以稳定地捕捉货架组件（横梁）冷弯机组上加工产品所需要的闭环控制反馈信号，实现冷弯产品的加工长度、位置定位后的程序比较及控制信号的输出，实现冷弯产品的定长液压停剪动作。机组大运行速度限制计算为：测量辊周长与应答频率为30kHz的乘积再除旋转编码器的每转脉冲数，如我司选用的测量辊直径为Φ60mm，周长为188.5mm，则每秒大运动位移为：188.5mm×30000÷1200=4.1725M，远远满足货架组件（横梁）冷弯机组的大运行速度在20米/分的要求。
FX2N-32MR的输出点的外部接线方式为分组式，有COM0~COM3共4个COM点与16个输出点对应，可以灵活地选择输出点的电源形式。如Y0、Y1、Y2、Y3、Y4直接与变频器的STF（正转启动）、STR（反转启动）、RH、RL、RT端相连，PLC的4个输出点公用的COM1点与变频器SD端相连，可以直接控制变频器，提高系统的响应速度，并节省了有触点闭合行程、响应较慢的电磁式继电器或接触器；其他输出点实现电磁阀实现液压换向动作等动作。
用PLC编写一条32位的高速计数器区间比较复位指令DHSZ，用触摸屏对PLC数据寄存器D赋值，数值以理论脉冲数为基准增减，再与C251记录的编码器脉冲数进行比较，当两个数据相等时，PLC指令变频器和电机停机。经反复赋值试验，可以找到jingque的编码器脉冲总数。按照速度控制规律的各段分配脉冲数，以指导PLC适时向变频器发出速度切换指令。试验时电机采用低速运行，脉冲数或实际长度换算数以实际记录为准。
加速/减速时间的设置是变频器参数设置的关键。冷弯机组遵循“加速—运行—减速—低速运行正反转调整—停止”为一个运行周期，每一周期中的间隔是冷弯产品的切断过程及系统动作复位。合理设置这些参数，可以调整定位运行的切断控制精度及机组的生产效率，使它适合负荷的要求。
六应用效果
PLC+变频器控制实现的多段速系统控制确保了货架冷弯机组的自动化控制要求，具有运行稳定可靠，定位精度高等特点。实践也证明FR-A540-22KW变频器完全满足货架冷弯机组的调速和基本定位控制要求，提高了生产效率。此种PLC+变频器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的电机变频调速系统。
根据今后货架冷弯机组的自动化发展方向，将成型速度的设定与控制理论的发展与应用、成型辊辊型设定与实时调节、具体机械设备的故障诊断的处理与显示等与具体的PLC控制功能和发展相结合，必然能促进货架冷弯机组的自动化发展水平。
罗克韦尔自动化公司在北京石景山白来水厂的全方位白动化解决方案具有中火控制，易于维护，可靠性高以及水处理测量jingque度高等特点，可节省30%的维护成本。
背景
北京石景山自来水公司座落于中国北京，土要为石景山地区约二十万居民面积达12.5平方公里的区域提供清洁用水。自来水来源于地下，通过长达78公里的配水网送达水处理厂进行加工处理以达到政府规定的清洁用水要求。该厂每天要输出5万吨自来水以满足古城路，八角，鲁谷地区和金鼎开发区等地区的用水要求，对于年营业额达4百万美元的石景山公司来说，引进一个自动化程度很高的水处理系统就成为一种迫切需要了。
挑战
过去，由于水处理的数据判读都是通过人工操作的，它们经常不够jingque，也不够系统化以提供详尽的数据报告。对于北京石景山自来水公司这样大规模的自来水处理厂来说，要达到市政府和地区政府在1998年制定的用水标准，必须采用的技术以确保饮用水的高质量。时问对于北京石景山自来水公司而言也是个重要因素，因为系统改造的调试期限只有10天。在这短短的十天时问内里，系统改造要实现中央和集成控制，达到高可靠性，易于维护，具有扩展能力和开放式体系结构等特点。还必须提高压力泵的性能，因为当启动和停止操作时会使水对压力泵及进水管造成附加压力，从而减少设备的可用时问。
解决方案
为提高整个水处理厂的自动化控制水平，罗克韦尔自动化公司的工程师和系统集成公司员工密切合作，为自来水处理厂提供了一整套自动化控制解决方案。在这个解决方案中，罗克韦尔自动化提供了重要的技术咨询，包括就地控制和遥控的双重化热备实现方案。新的自动化平台纳入了罗克韦尔自动化公司的可编程逻辑控制器(PLCs)，1336个驱动器，一个SCADA系统，联网能力，以及逻辑接口和人机接口软件。
新系统还安装了智能化电动机控制器(Smart Motor Con-trot(SMC)DialogPlusController)以减少在抽水系统中的涌浪带来的损害，提高设备的可用时问。这一解决方案减少了30%的维护成本。系统可在手动和自动模式对配网和井泵进行控制，并采用了比例积分和微分控制(ProportionalIntegral andDerivative (PID))策略以及自整定功能以控制出水压力。
新的体系结构也包括故障分析和报警功能，可以为整个控制平台提供完全数据报告。由于在就地控制台和中央控制室安装了RSView32和活动显示服务器(ActiveDisplayServer(ADS))，系统还可以实现远程监控。由于这两个监控系统的安装，水处理过程可以在工作当中动态地显示出来，以便作业人员进行操作，管理层人员也能够通过活动显示服务器观察到系统的动态情况，这使得车问土任和总工程师只要键入一个安全密码，就可以实现即时沟通，共同对生产过程进行探讨、了解和检查，从而根据具体情况作出相应的调整。
RSView32和活动显示服务器提高了管理所需的对车问生产情况的了解水平，创造了一个更加现代化的信息通畅的控制平台，精减了作业人员。RSView32还能够记录所有生产数据，为生产研究和制作其它管理报告提供了方便。
石景山自来水公司的经理王宝禄(音译)先生对这个新的现代化生产方式表示非常满意。他说:“罗克韦尔自动化公司一向以质量优异著称，我们厂采用罗克韦尔自动化公司的解决方案后已运行了一年时问，没有出现任何产品质量方面的问题。罗克韦尔自动化公司的解决方案是可靠的，它的软硬件为我们厂提供了很高的稳定性。这是一个非常好的解决方案。”
成果
由于罗克韦尔自动化公司的这一全方位自动化控制方案的高效率和适用性，石景山自来水公司已实现了该行业所需的高效率和低成本。自1998年投产以来，该厂已节省了大量人力和能源消耗。象石景山水厂这样每天要处理5万吨水的自来水公司通常都需要70名作业人员，但石景山水厂只有31名。按中国的平均工资水平计算，改造后水厂每年节省资金117,000美元，即每人节省资金近3千美元。能源成本也有所降低。在进行全自动控制改造之前，能源消耗平均为0.45kWh/丁，现在这一数字已降低到0.38kWh/T，每年节省能源1277500kWh/T.