西门子6ES231-7PF22-0XA0大量现货
1、引言
矿井tisheng机是煤炭生产过程中大型关键设备，素有“矿山咽喉”之称。新版煤炭安全规程提出了tisheng机双线控制的要求。现阶段tisheng机的电控系统大都采用可编程序控制器（PLC）作为控制系统的核心。由于PLC功能完备、组合灵活、编程方便，稳定可靠，受到广泛欢迎并得以普遍应用。但在实际应用中单依靠PLC的人机对话方式显得较为单一，只利用拨码开关或手持编程器进行工艺参数及数据的设定，很难完成工控流程的实时控制和显示，给操作者带来不便。为解决这一矛盾，我们选用当今世界流行的先进人机对话设备—触摸屏作为新型的人机对话接口。实践证明，利用这种典型的人机界面，不仅可以替代传统的控制面板和键盘操作，它与PLC结合可以方便地修改控制参数及实时显示数据，并能以动画及曲线的方式描绘自动控制过程，拓展了PLC的功能应用。
本文以无锡光洋（KOYO）公司的GC系列触摸屏在PLC双线控制系统中的应用，对触摸屏的人机对话方式进行讨论。
2、系统的工作过程及硬件构成
本系统选用无锡光洋（KOYO）公司的产品，主控选用SM-24R型PLC，用TRK-J1000型旋转编码器发出的脉冲信号作为主控输入，以GC-53LC2型触摸屏实现人机交互界面。系统框图如图1所示。
图1 系统框图
图2 触摸屏与PLC的接线图
安装于tisheng机滚筒轴端的TRD-J1000型旋转编码器将tisheng容器的行程转化为脉冲信号送入PLC的高速计数模块，PLC对脉冲处理后，用于实时监测tisheng容器在井筒中的行程及速度，并根据需要对tisheng容器进行行程控制和速度保护。用专用电缆把PLC和GC连接起来（连接图如图2），GC就可以实时地显示tisheng容器在井筒中的运行情况，包括运行速度和行程，也可以显示tisheng容器的速度曲线图。
3、触摸屏界面设计
GC触摸屏的界面编辑软件SCREEN CREATOR5，提供了多种部品、控件和图形库文件，可组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作被监控系统，对PLC中的实时数据进行显示、记录，也可以设计动态画面来模拟控制过程，从而满足监控要求。软件还可以为操作人员设定操作密码，对一些重要参数的修改设定访问权限，从而保证系统和生产的安全。触摸屏界面的设计包括创建画面和信息，并将它们与PLC程序相连。
具体可概括为以下三个步骤：
（1）界面的整体规划
在充分了解工控过程的基础上，对本系统的触摸屏界面作一个整体规划。界面图如图3所示。①在主画面（也是系统的默认画面）上进行总界面设计，通过触摸按钮可分别切换到运行画面和调试画面;②根据不同需要，运行画面的设计可以以动画的形式监控tisheng容器（本系统中是罐笼），也可以以曲线的形式显示tisheng容器的速度，在这两个画面下tisheng容器的速度和tisheng容器在井筒中的位置都以数字的形式实时地显示出来;③现场要求调试时有两种情况，模拟运行调试和故障低速调试。模拟运行调试用来检测各保护点的位置是否合理，而故障低速调试是在系统出现故障时低速运行来检查并排除故障，或是某些特殊情况（如运送炸药等），本身就需要低速运行;④本系统中的各保护点（如上、下减速点，上、下过卷值等）需要在实践中不断地修改，在调试画面中增加了参数设置画面。而这些参数又关系到一线的生产、生命安全问题，不能随便更改，我们在进入参数修改画面时设置了密码画面，只有输入正确的密码后才能修改参数，增加了系统的安全可靠性。
图3 触摸屏画面切换示意图
（2）设定变量
变量在触摸屏的部品、控件（输入/输出区域、指示灯等）与PLC的相应I/O接点及存储单元之间建立联系，实现触摸屏敏感部件对PLC的控制及参数的输入、PLC当前过程值及报警信号向触摸屏的输出。设置后的部分变量如表1：
表1 变量设定表
（3）具体画面的制作及显示
①数据的设定和显示
在参数需要实时修改的情况下，传统上都是借助手持编程器来将数据写到PLC的寄存器中，给操作人员带来一定的不便。利用触摸屏，直接触摸要修改的数据可以弹出一个小数字键盘，这样就可以方便地修改数据并保存到PLC的寄存器中。其界面如图4A所示，当触摸“上过卷值”时，会弹出如图4B中所示的小数字键盘，用数字键盘可以很方便地修改上过卷值。
图4 修改数据界面图
本系统中tisheng容器的速度值和位置需要实时显示。传统上用数码管显示，不但不直观，还易使操作者产生视疲劳。而利用触摸屏，只要把相应的PLC数据寄存器号写入“显示部品”的属性框中，触摸屏就可以按扫描周期实时显示，效果柔和，降低了视疲劳，辅以动画直观显示，大大降低了工人的劳动强度。
②报警及故障画面的显示
tisheng机控制系统中，在tisheng容器减速时要提醒操作者，而超速时要报警以便操作者及时限速。类似于这种需要提醒或报警的情况很多，这就要求控制系统尽可能多地指出故障或报警点，我们将能够预想到的大量的故障和报警画面储存在报警菜单中。若遇到tisheng机异常，触摸屏能迅速地调出与之对应的故障内容并显示在触摸屏上，便于维修人员发现故障类型，及时排除故障。
图5 报警界面图
报警画面如图5所示，从速度图显示画面上弹出的报警窗口中可以看出，报警产生的原因是tisheng机（即绞车）速度超限。操作者可根据提示来排除故障。
4、K-basic编程功能
GC系列触摸屏的画面编辑软件SCREENCREATOR 5提供了K-basic程序语言。当你用手指触摸屏幕的时候，你希望某部品显示数值、字符、或使某个开关动作时，你需要使用K-basic语言编制程序。SCREENCREATOR5软件自带了一个部品库，把常用的部品如开关、指示灯、数据显示器、按钮等放到部品库里。我们选用部品库里的部品是不需要自己编写K-basic程序的，SCREENCREATOR 5软件自带了它们的K-basic控制程序，我们只需设置这些部品的属性就可以使用它们了。可是，对于现场所需要的一些特殊部品（如本系统中的tisheng容器—罐笼），部品库里往往是没有的，这时我们就得制作这些部品，并用K-basic语言编制它们的控制程序，以实现现场控制的要求。使用K-basic语言可以方便地编写动画显示的控制程序。以下是本系统中的一个动画画面（图6）以及用K-basic语言编制的部分控制程序。
图6 罐笼显示图
declareBcdBinConvert%（mode%,data%）
init
localtype%,id@,data%
staticnow_data%
statictimeid@
flag%=0
cyclic[局号]～[寄存器号]
cyclic[局号]～[连接设备名称]
endinit
conf
endconf
evnt
bbbbbtype%,id@,data%
now_data% =BcdBinConvert%（[BIN:1,signed BIN:2,BCD:3],data%）
if type%=16and id@=[局号]～[寄存器号] and now_data%=0 then
open.yx00.,0
close.yx01.
close.yx02.
close.yx03.
close.yx04.
close.yx05.
close.yx06.
else iftype%=16 and id@=[局号]～[寄存器号] and now_data%=1 then
open.yx01.,0
timeid@ =opentim（）
settimtimeid@,1,0
starttimtimeid@
close.yx00.
close.yx02.
close.yx03.
close.yx04.
close.yx05.
close.yx06.
stoptimtimeid@
closetimtimeid@
else iftype%=16 and id@=[局号]～[寄存器号] and now_data%=2 then
open.yx02.,0
timeid@ =opentim（）
settimtimeid@,1,0
starttimtimeid@
close.yx00.
close.yx01.
close.yx03.
close.yx04.
close.yx05.
close.yx06.
stoptimtimeid@
closetimtimeid@
endif
endevnt
5、结束语
触摸屏在可编程序控制器（PLC）控制系统中的应用，不但简化了现场操作，tigao了控制程序和人机交互界面的灵活性。通过屏幕完成功能操作，改变程序就可以进行触摸键的添加及功能扩展，克服了以往加一个开关就要破坏整个控制面板格局的窘境，使控制变得更加灵活。设计者可以各显其能，充分利用触摸屏的软件资源，自由设计动画界面以更贴实际地模拟现场操作。使之真正成为现代化矿井tisheng系统中的一个亮点。该控制系统已成功应用于新汶矿业集团孙村煤矿的立井tisheng系统中，得到了现场操作者的认可和好评。
初学PLC梯形图编程，应要遵循一定的规则，并养成良好的习惯。下面以三菱FX系列PLC为例，简单介绍一下PLC梯形图编程时需要遵循的规则，希望对大家有所帮助。有一点需要说明的是，本文虽以三菱PLC为例，但这些规则在其它PLC编程时也可同样遵守。
一，梯形阶梯都是始于左母线，终于右母线（通常可以省掉不画，仅画左母线）。每行的左边是接点组合，表示驱动逻辑线圈的条件，而表示结果的逻辑线圈只能接在右边的母线上。接点不能出现在线圈右边。如下图（a）应改为（b）：
二，接点应画在水平线上，不应画在垂直线上，如下图（a）中的接点X005与其它接点间的关系不能识别。对此类桥式电路，应按从左到右，从上到下的单向性原则，单独画出所有的去路。如图（b）所示：
三，并联块串联时，应将接点多的去路放在梯形图左方（左重右轻原则）；串联块并联时，应将接点多的并联去路放在梯形图的上方（上重下轻的原则）。这样做，程序简洁，从而减少指令的扫描时间，这对于一些大型的程序尤为重要。如下图所示：
四，不宜使用双线圈输出。若在同一梯形图中，同一组件的线圈使用两次或两次以上，则称为双线圈输出或线圈的重复利用。双线圈输出一般梯形图初学者容易犯的毛病之一。在双线圈输出时，只有后一次的线圈才有效，而前面的线圈是无效的。这是由PLC的扫描特性所决定的。
PLC的CPU采用循环扫描的工作方式。一般包括五个阶段（如图所示）：内部诊断与处理，与外设进行通讯，输入采样，用户程序执行和输出刷新。当方式开关处于STOP时，只执行前两个阶段：内部诊断与处理，与外设进行通讯。
1，输入采样阶段
PLC顺序读取每个输入端的状态，并将其存入到我们称之为输入映像寄存器的内在单元中。当进入程序执行阶段,如输入端状态发生改变.输入映象区相应的单元信息并不会跟着改变,只有在下一个扫描周期的输入采样阶段,输入映象区相应的单元信息才会改变。PLC会忽视掉小于扫描周期的输入端的开关量的脉冲变化。
2，程序执行阶段
PLC从程序0步开始，按先上后下，先左后右的顺序扫描用户程序并进行逻辑运算。PLC按输入映象区的内容进行逻辑运算，并把运算结果写入到输出映象区，而不是直接输出到端子。
3，输出刷新阶段
PLC根据输出映象区的内容改变输出端子的状态。这才是PLC的实际输出。
以上简单说明了PLC的工作原理，下面我们再以实例说明为什么编写梯形图程序，不宜重复使用线圈。如下图所示，设输入采样时，输入映象区中X001=ON，X002=OFF，Y003-ON，Y004=ON被实际写入到输出映象区。但继续往下执行时，因X002=OFF，使Y003=OFF，这个后入为的结果又被写入输出映象区，改变原Y003的状态。在输出刷新阶段，实际外部输出Y003=OFF，Y004=ON。许多新手就碰到过这样的问题，为什么X001已经闭合了，而Y003没有输出呢？逻辑关系不对。其实就是因为双线圈使用造成的。
注意：我们所说的是不宜（好不要）使用双线圈，双线圈使用并不是禁止的，在一些特殊的场合也可以使用双线圈，这时就需要你有较丰富的编程经验和技巧了。下面我们会谈到这一点。但对于初学者还是不要冒这个险。其实，从以上的例子可以看出，重复利用线圈之会造成Y003的输出混乱，是由于程序是从上到下顺序执行的缘故造成的。但如果我们可以改变程序执行的顺序，保证在任何时刻两个线圈只有一个驱动逻辑发生，就可以使用双线圈。其中，常用的方法就是使用跳转指令。如下图所示：
程序分析：M0闭合，程序跳至P0处（不执行X001语句），M0常闭断开，CJ P1不会发生，执行下一语句。此时，Y003将X002状态进行驱动。M0断开时，程序顺序执行并按X001的状态对T003进行驱动，M0常闭闭合，跳至P1按X003状态对Y004进行驱动，即跳过了X002驱动Y003的语句。可见，在同一时刻，Y003驱动只有一个可以发生。此时，双线圈利用是可以的。
但在梯形图编程时，我们还是要尽量避免使用双线圈，而引入辅助继电器是一个常用的方法。如下图所示：
图（b）中，X001和X002接点控制辅助继电器M000，X003~X005接点控制辅助继电器M001，再由两个继电器M000，M001接点的并联组合去控制线圈Y000。这样逻辑关系没变，却把双线圈变成单线圈。
1、引言
近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益tigao，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、liuliang等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。
通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。
2、变频器简介
交流电动机的转速n公式为：
式中:f—频率;
p—极对数;
s—转差率(0～3%或0～6%)。
由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，变频调速方式拥有广阔的发展前景。
3、PLC模拟量控制在变频调速的应用
PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。
在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。
下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。
图1对变频器进行速度控制的信号输出
图2为变频器的控制及动力部分，这里的变频器采用三菱S540型，PLC的模拟量速度控制信号由变频器的端子2、5输入。
图2变频器的控制及动力部分接线图
3.1系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题
（1）模拟量模块输出信号的选择
通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。
（2）模拟量模块的增益及偏置调节
模块的增益可设定为任意值。如果要得到大12位的分辨率可使用0~4000。如图3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。
图3模块的增益设定
3）模拟量模块与PLC的通讯
对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。
附表BFM的定义
从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：
#16为输出数据当前值。
#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。
b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始。
（4）控制系统编程
对于上例控制系统的编写程序如图4所示。
图4控制系统编程
在程序中：
1)当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时，通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时，通道2数字到模拟的转换开始执行。
2)通道1
•将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);
•将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;
•使BFM#17的b2=1;
•使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
•将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
•使BFM#17的b1=1;
•使BFM#17的b1由1→0，执行通道1的速度信号D/A转换。
3)通道2
•将保存第二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);
•将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;
•使BFM#17的b2=1;
•使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
•将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
•使BFM#17的b0=1;
•使BFM#17的b0由1→0，执行通道2的速度信号D/A转换。
4)程序中的K0为该数模转换模块的位置地址，在本控制系统中只用了一块模块，为K0，假如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块，则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。
（5）变频器主要参数的设置
根据控制要求，设置变频器的运行模式为外部运行模式，运行频率为外部运行频率设定方式，Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V，Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。
3.2注意事项
(1)FX2N-2DA采用电压输出时，应将IOUT与COM短路;
(2)速度控制信号应选用屏蔽线，配线安装时应与动力线分开。
4、结束语
上述控制在实际使用过程中运行良好，很好的将PLC易于编程与变频器结合起来，当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同，比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时，只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。
1 前言
可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置。
根据我国北方水资源相对缺乏的现状，利用PLC控制水泵进行直接供水，实现无塔供水，故恒压供水显得尤为重要。
2硬件设计
2.1系统控制框图（见图1）
（图 1）
2.2系统基本工作原理
根据供水楼层来设定供水压力，以保证高层有足够的压力。因为当用户用量增大时，压力传感器检测到的水压就变小，这时实际水压与设定水的偏差越大。根据偏差的大小来决定启动泵的数量，此时必须加大liuliang，以满足用户的增多;当用水量减少时，输出的压力就会增加，偏差越小，根据这个偏差值来决定关闭泵的数量，用来大限度地节省电能。当发生火灾时，四台泵起动，以保证大的供水量。利用泵的数量来满足用水量以实现恒压供水。
2.3系统硬件配置
三菱变频器 1台 热继电器4台
接触器 8台 变频电机4台
空气开关 1只 三相保险盒6套
上位计算机 1套 模拟量模块1 块
三菱通讯卡 1套 三菱PLC1台
2.4系统软启、软停主电路：（见图2）
（图2）
2.5系统结构框图
为了实现恒压供水，要求这种控制系统具有很大的灵活性。控制参数易于变动，数据记录功能完善。针对这些要求与特点，确定控制系统采用两级监控制方案，结构图如右（见图3）：
（图 3）
2.6系统工作方式选择
该系统可以用转换开关选定系统手动、自动工作方式。手动、自动时每台水泵均可由变频器进行软起动、软停止，四台水泵二用二备、并能自动识别。当用水量小时一台水泵运行，用水量大时二台水泵运行，火警时四台水泵供水。利用程序进行定时选择水泵工作方式。在自动运行过程中，若两台水泵供水压力低时既可由软件自动嵌入第三台水泵工作，也可手动起动第三台水泵，投入运行。在手、自动时每台水泵均由变频器按水泵工作曲线切换，通过对变频器编程。编程思路：转速n小时频率f低，但频率f不能低于6Hz,否则电机会处于弱磁状态;n增加时f上升，n稳定在额定值时f = 50Hz（或略低于50 Hz），变频器切换完成。
3软件设计
3.1控制程序流程图（见图4）
（图 4）
3.2PID调节以实现恒压供水
该系统为了克服内存容量的不足，我们选用增量式PID控制，即输出量是两个采样周期值之差e（k），控制器的输出增量为△U（k）。表达式如下：
△U（k）=U（k）-U（k-1）
=Kp｛e（k）-e（k-1）+ T＊ e（k ）/T2+T0[e（k）-2e（k-1）+e（k-2） ]/T｝
=Kp[（1+T/T2+T0/T）＊e（k）-（1+2T0/T）＊e（k-1）+T0＊e（k-2）/T]
=K1＊e（k）-K2＊e（k-1）+K3＊e（k-2）
其中：K1、K2、K3为经验系数，需要现场调试修改。
e（k）、e（k-1）、e（k-2）为对应采样时刻的偏差。
当用水量增加时，Uf减小，e（k）增大，需要添加水泵供水，以达到设定水压，通过这种方法实现恒压供水。增量式控制程序框图（见图5）。
3. 3数字滤波来保证采样数据的准确性
为了防止瞬时抖动，tigao采样数据的准确性，采用两种处理方法：
1、当采样值比大值还大时，我们取大值为这次的采样值。
2、考虑到精度的要求不高，我们采用数字滤波中的平均值滤波方法。流程图如下：
（图 5）
（图 6）
3.4编程思路及安全连锁
工艺控制（控制对象主要是对4台水泵的控制）按用户用水量的大小，可自动完成工作过程的控制。利用优先级控制：压力的优先级比时间的优先级高，来确保压力恒定。通过对变频器的编程，使变频器按照水泵的特性曲线来工作，从而有效地使水泵的起动和停止较为平稳。可实现水泵的软起、软停。
为了降低系统成本，打破常规思维，我们对热继电器的状态不进行检测，利用热继电器的常闭触点（用继电器控制思路）对它所保护电机的接触器线圈实行硬件闭锁，利用程序对各控制电机实行软件闭锁。根据配水厂的要求可现场任意修改联锁方式：下位机程序联锁、上位机程序脚本联锁。
通过上述三种联锁方式，足可以保证工作过程、人员与设备的安全。
3.5工作数据的处理
对文中的配水装置而言，数据查阅功能显得尤为重要。通过对配水历史数据查阅，可以系统的分析用户的总用水情况，为降低供水成本修改程序提供依据。通过对动态数据的查阅，可以使系统管理员对系统的动态过程能够很好的监控，从而有效地、合理的分配水资源。在上位计算机的Win—BC组态软件中，通过标鉴记录可实现上述功能。
3.6报表输出及监控
在配水实际过程中的报表可分为两类：（1）定时报表（例如：小时数据流水帐报表）;（2）动态数据分析报表。在上位计算机的Win—BC组态软件中，报表的编辑器可实现这些功能：将鼠标放在某一对象上，可弹出相应的文字说明并持续一段时间，有助于操作人员对配水流程的了解。
4 结束语
本文所描述的增量式PID控制的DCS系统完全能满足配水厂的供水要求，且具有功能完善、使用方便、控制jingque等特点，稍加变化可适合任何需要恒压liuliang（液压）系统。该系统在北方各大楼宇试用，效果较为理想。消防设备均可采用这种方式供水。针对不同的系统需稍加更改，这一点需要注意。