西门子模块6ES223-1BM22-0XA8原装代理
1前言
众所周知，PLC自从问世以来就在自动控制各个行业发挥着难以取代的核心控制作用。PLC运行可靠，适用于各种恶劣的工业环境，PLC和工控机（IPC）相比，其运行可靠、可扩展性好、便于电气连接、控制更，工控机良好的人机界面，方便语言都是PLC所不能比拟的。
组态软件在很多场合应用于控制，可整个控制的中心往往还是PLC，组态软件（上位机）所起的控制作用很小。人机界面一般用于简单的动作控制，工艺参数的编制，配方的设定等等，在概念上属于控制范畴，但它并未真正起到核心控制作用，因为真正长期的自动运行控制是由PLC完成。我们不经常使用工控机作为核心控制部分的原因有两点：，工控机不适于在很恶略的环境下运行；第二，工控机经常采用的bbbbbbs系统并不能够让人放心，其长期运行效果并不好。
PLC、IPC在自动化控制中扮演不同角色，在许多运行连续时间较短，环境相对比较好的地方，人们还是希望使用IPC进行核心控制。使用IPC进行核心控制有很多种实现方式，当然其中为简单的办法就是使用组态软件。
本文针对使用组态软件做控制中用户经常遇到的问题进行讨论。在许多用户使用组态软件进行控制，尤其是使用串口连接方式进行控制时，发现组态软件自动控制会影响的数据的采集速度，本文着重介绍如何解决此问题，解决此办法就是——将PLC的控制方式模仿的应用到上位机串口控制中。
2用户使用组态软件控制后，导致数据采集慢的原因
这是许多组态软件用户在编写上位机自动控制程序中所遇到的问题，到底是什么原因？能否有好的办法来解决？
我们先简单描述组态软件数据采集控制的原理。在正常情况下，组态软件定时向下位机发出读命令来等待下位机回应以截取想要查询的数据，周而复始的循环，数据便动态的显示在上位机上，实现数据“实时采集”。那么当我们需要对下位机进行控制时，组态软件就会相应写命令，实现上位机对下位机的“实时控制”。
表面上看去合情合理，可为什么会出现数据采集慢这种情况？原来一切“归咎于”组态软件的读写机制。组态软件为实现快速的控制，给写命令高的优先执行权，也就是说，当有写（控制）命令时，组态软件执行写命令，直到没有写（控制）命令时组态软件才恢复正常的读（采集）循环。
由此，我们不难发现用户经常出现数据采集慢的原因。如果用户频繁将控制指令发出，系统将分配很少的时间给数据采集，从而导致数据采集变慢或者中断。用户在循环指令中重复给一个变量赋值（如y0=1），就会导致以上问题，我们的解决办法就是需要控制时控制，不需要控制时放手。为了实现这种控制方式，我们可以参考PLC的运行模式。
3 PLC运行原理
在没有中断的情况下，PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。
1) 每次扫描过程。集中对输入信号进行采样，集中对输出信号进行刷新。
2)输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3) 一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4) 元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化。
5)扫描周期的长短由三条决定：<1>CPU执行指令的速度；<2>指令本身占有的时间；<3>指令条数。
6) 由于采用集中采样。集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
4 小结
如上所述，在组态软件控制中，我们采用先运算再输出的方法，即，对IO变量有循环复杂运算操作时，我们采用中间变量计算，待计算出结果时我们再对IO变量赋值，这样就会解决控制中采集慢的问题。
1250离心机是立式刮刀卸料自动过滤离心机，主要用于固相为颗粒状的悬浮物料的固液相分离，也可用于纤维状物料的固液相分离。在矿物、环保、医药、化工等行业中广泛应用。目前多数离心机仍由继电器控制，采用有级调速，离心机工作转速调节单一、设备故障率较高，生产效率低下。为克服这些问题，我们对制药厂1250离心机电控系统进行技术改造，采用PLC控制和变频器调速，该系统自动化程度高、稳定性好，运行可靠，现已成功应用于多家制药厂。
2.系统原理
离心机工作原理是将待分离的物料经进料管送入高速旋转的离心机转鼓内，在离心机力场的作用下，物料通过滤布(滤网)实现过滤，液相经出液管排出，固相则截留在转鼓内，待转鼓内滤饼达到机器规定的装料量，停止装料，对滤饼进行洗涤，将洗涤液滤出，达到分离要求后，离心机低速运转，刮刀装置动作，将滤饼刮下，完成一次工作循环。图1为1250离心机结构图。
离心机离心工艺过程：1）进料：当变频器速度达到20Hz时，打开进料阀、料层检测阀，当检测到料层满时，关闭进料阀并延时10S，料层满信号消失打开进料阀连续执行上述动作2次。2）离心：当第三次料满信号产生时，关闭进料阀变频器升速至50Hz进行高速分离，离心时间可由触摸屏设置，时间到后变频器降速至40Hz。3）清洗甩干：打开清洗阀进行清洗，清洗时间、暂停时间和清洗次数根据所分离药物品种由触摸屏设置。清洗工艺完成后进入甩干过程，变频器升至50Hz，甩干时间由触摸屏设置。时间到后进入卸料状态。4）卸料：由于甩干后料层过厚，刮刀采用分段定时旋转卸料，即刮刀旋转（时间可设置）→停2秒 →刮刀下降（下降高度可设置），重复上述动作，直至后一次刮刀下降至下限感器动作，上升到顶部至上限位停止动作。
3 系统设计
3．1硬件设计
系统采用三菱公司FX2N-40MR型可编程序控制器（PLC）控制，当程序设定好后可进行无人看护的自动化操作或选择手动控制，并对加料、初过滤、洗涤、精过滤、卸料等进行全过程监护。离心机调速采用PLC+D/A模块、变频器进行调速，通过电压（0-10V）来控制变频器的频率，变频器采用德国伦茨公司EVF系列变频器，功率22KW。触摸屏采用EASYVIEW5.7英寸4灰度触摸屏。
PLC共有20个输入点，15个输出点。图2为PLC外部硬件配置图。控制系统主回路及变频器外部接线如图3所示。
其中为消抖防信号干扰，输入点X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20分别经4个隔离栅接入PLC输入点
3．2软件设计
编程采用编程软件MELSECMEDOC软件包，它基于个人计算机，适用于三菱公司PLC的用户程序编制和监控，通过SC-09RS232/RS422接口与PLC编程口相连，可用梯形图或指令编程。本系统PLC梯形图程序根据控制要求采用STL和SET步进指令编制。主要有初始化设定，进料、分离、清洗、甩干控制程序、自动控制程序等。程序设计中采取的安全保护有:转速检测，过振动保护，开盖保护，电机过载过热保护，刮刀旋转，升降机械电气双重控制，刮刀与转鼓的联动锁定。程序流程图4所示，因程序较长，需索取程序参考者请与本文作者联系。
4.结束语
该系统经过多家药厂现场运行，结果令人满意各项指标满足现场技术要求。系统启动平稳，分离因数可调，操作简洁方便，自改造投入运行以来，运行稳定调速方便，免维护，为现场操作人员创造了一个高效率的工作环境，实现了1250离心机较为先进的控制技术。
在过程自动化控制发展初期，工厂经理有两个基本选择：集散控制系统（DCSs）或者可编程逻辑控制器（PLCs）。功能相似，两者却有很大的不同，各有其优缺点。后，不管选择哪一个，您总是要付出一定的代价。
集散控制系统
集散控制系统是一个对过程系统各方面进行控制的精细、单一的微处理器网络系统。
通常这些系统非常复杂和昂贵，并且使用专有的硬件和软件,包括控制语言，只有其制造商才能为其提供售后服务和技术支持。一旦系统安装使用，很难适应随时间而产生的工艺要求的变化。它们能够处理大、复杂的过程处理，使得它们被主要用于连续的过程工业,例如能源电力、石油和天然气、水和污水处理以及纸浆和造纸等连续过程工业。
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器（或称为PLCs）是一种小型但运行速度很快的计算机，用于控制诸如过程系统中的设备等单个或多个实际应用的工艺流程。其取代了过去每次更改工艺流程或产品后必须手动重新布线的硬接线继电器，克服了以往继电器耗费高且效率低的缺陷。使用PLC后，您仅需对其重新编程即可完成整个操作。实际上早期的PLC使用的是能反映继电器电路图的梯形逻辑（Ladderlogic）语言，传统的工程师能够很容易地读懂他们。
DCS系统是刻板的,PLC系统却很灵活。DCS系统是大型、自封闭的系统，而PLC系统则是模块化、可伸缩的系统，从而能够为中小型的过程处理尤其是诸如食品饮料、人员安全以及生命科学等批量和离散生产部门的工艺系统提供上佳的解决方案。因为采用模块化组件，PLC系统通常较便宜，至少在工程初期如此。当工程师把所有组件构造成系统后，其价位可能与DCS相差无几甚至有时超过DCS。
混合型控制系统的构想
在过去十年中，历史悠久的DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系统”的领域，在此领域他们可以尝试把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及低价位结合起来。为此，DCS公司已经减少其系统所占用的空间，而PLC公司则已开始集成其组件以制造更完善的系统。
许多尝试已获得商业上的成功，这些“混合型系统”却永远不能完全达到 混合控制系统的初构想。例如，DCS 混合控制系统就无法制造足够模块化的系统以供OEMs和终客户使用，也不能提供足够的可伸缩性和灵活性来处理大小不同的应用规模。高速顺序控制或离散量处理的速度（有时以几十毫秒计）对于DCS混合控制系统 来说是太快而难于调节，从而使得包装、金属锻压或简单的马达控制很难实现甚至无法控制。存在批量、连续及离散环境的混合工业或者要求高速顺控的大型连续加工工厂仍需要另一个控制系统用于其离散领域，从而产生了许多额外开销、集成问题、培训和维修费用增加等问题。而许多尝试开发混合控制系统的历史悠久的PLC系统无法提供真正的系统性能，缺少系统服务,例如不能统一定义变量和系统报警/事件管理等。
不论是来自传统的DCS技术还是PLC技术，大多数此类系统不能与信息层紧密集成为一体。不能避免因采用多个数据库导致的成本增加，而将信息层和控制层的紧密结合可以有效地控制和优化产品并提高了运营绩效。将可视性引入工艺流程操作不仅经济更加简单。
采用混合控制系统的构想，可以紧密地把信息层和控制层结合
现在，GE Fanuc推出的Proficy ProcessSystems，一个采用混合控制系统构想的系统，是一个既拥有集散控制系统的强大动力和高效能又具有可编程逻辑控制器的灵活性、开放性和价格优势的自动化控制系统。通过将Proficy软件固有的分层结构置入过程控制系统，使得产品的优化，分析及生产管理的层次更加简单清晰。
与GE Fanuc公司携手解决过程控制的需求可使您在当今竞争激烈的全球经济中占有一席之地：
• 成效。运用GE Fanuc的过程解决方案，您可以改善系统性能、提高产量并降低总体成本。
• 经验。作为过程技术的长期，GEFanuc的服务团队与其所拥有的合格系统集成商网络共同致力于提供特定行业、特定应用领域所必须的经验以制定适合您的业务的解决方案。
•自由。我们的解决方案可以解除对传统DCS和PLC系统的限制，使您可以自由地按照喜欢的方式组态、分配、规划以及维护您的系统。
•现代化的解决方案。不仅我们的技术具有前沿性、居于行业地位，我们灵活的服务和支持模式也具创新性，可以根据您的业务需要定制一个客户化的解决方案。
浇道去除机主要是用在手机壳注塑成型时所留下浇注道的切除的专用设备，是我公司的专利产品之一，控制核心是PLC，属于非标设备。所谓非标设备是指国家定型标准以外的不定型、不成系列的需先进行单体设计再进行单台或小批量加工制造的设备。目前，随着现代化工业的快速发展，非标设备越来越多的被人们应用，其自动化程度也越来越高。这就迫使其配套设施自动化程度的提高，于是PLC也就越来越多的用在其中。
众所周知，在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。它能完成逻辑条件的顺序动作，并按逻辑关系实现连锁保护，即大量离散数据的采集等等。传统上，这些是通过气动和电气控制系统来实现的，现在这些早已满足不了生产的需要，于是PLC应运而生，并依靠其自身体积小、性能强、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、可扩展等优点，在自动控制领域取得越来越重要的地位，在非标设备的生产中应用更是越来越广，浇道去除机中更是必不可少的。
浇道去除机按切除方式分切除型、铣除型和冲切型三种机型，其中铣除型中包括：纯铣除型、冲铣结合型和切銑结合型。按操作方式分半自动型和全自动型。按模具穴数可分为：1模1穴和1模2穴。在无此设备之前，浇道道都是人工切除的，质量不高，既浪费了人力有没有高的效率，此设备大大提高了其生产效率和质量，平均2.5-3.5秒每个。
不管是哪类型的浇道去除机的电气控制原理和方法基本相似，都采用PLC、继电器、电机（铣除型的用电机）等其他电器元件。下面我们以铣除型去除机为例进行一下说明，控制结构原理见下图。
根据设备需要，客户功能需要，又考虑到一定性价比，我们采用的是台湾丰炜PLC，其编程采用梯形图方式，简单易懂，调试方便。输入、输出点数从十几个点到几十个点不等，PLC型号根据具体要求和输入、输出点数多少而定，要留出20%余量。启动方式采用双手启动，双手钦键时间差不得超过0.2秒，这个时间可以在程序中设置（这个时间差多少都可以设，但为了安全起见，越短越安全）。我们很多铣除型去除机PLC大都采用28点，接线图和部分程序如下。
电源两种型号选择：200-240AC电源和24DC电源，输入设备如按钮、光电开关、磁性开关都是24DC电源作为信号源。这样避免了因生产环境的原因造成的一些开关的短路现象，降低了维护工作了，提高了维护安全性。输出也采用24DC信号驱动电磁阀、继电器、蜂鸣器等、继电器再驱动电机。在操作上还配有急停按钮和光电保护，安全可靠，稳定性好。
不管任何厂家的PLC都有足够中间寄存器、特殊寄存器、计算模块、PID控制模块等等够编程使用，还有一些计时器、计数器等都可以在程序中设置，足够实现报警、步进动作、顺序动作等功能，、并可以和上位机（或触摸屏）等实现通讯，以便于将来设备的升级、功能的扩展。
PLC还有一些自诊断功能，如CPU错误、电池错误、存储器错误等等，每一个I/O点都有一信号指示灯，能正确地指示出其ON/OFF状态，准确的判断出外围设备的故障。方便、快捷。
当然，任何事物都有两面性，浇道去除机也可能会出现一些故障，输入设备主要表现在按钮、磁性开关、选择开关等经多次动作后松动或损坏现象，输出设备发生短路、烧毁现象，由于输出设备多次短路产生高电流，冲击PLC内部输出继电器产生继电器触点熔化粘连在一起、电机电容故障等。在工作一定周期时需要一些维护和保养及零件的更换。（如何检测故障，自诊断功能等）
怎么维护和保养呢?要远离一些阳光直射、灰尘、油雾、腐蚀性气体、温度剧烈变化等环境。定期的点检，注意一些易损件如保险丝的更换。每组输出若电源经220AV输出，都要加以保险丝，当保险丝烧断时检查输出设备并更换保险丝。我公司给彼恩特公司早做的一批铣除型切除机，已经每天二十四小时（倒班制）连续工作一年之多，平时注意一些维护和保养，即定期的点检，目前为止还在稳定运行。