6ES7223-1BH22-0XA8选型说明
1、引言
现代商业生产流通领域中，产品都离不开包装。如牛奶包装箱、水果包装箱等。而包装纸箱的生产中贴箱机每天处理几十万件应是一件量非常大的生产任务，如果不能实现自动化的生产，将会消耗大量的劳动力，效率和质量方面都很难tigao。本设计就是将PLC应用于贴箱机系统中，从而使纸箱的生产实现自动化，其主要的任务是如何将纸板加工成型，打包成捆，如何进行生产过程中的自动控制，它是机电一体的纸箱机械产品。总之在保证工艺控制要求的情况下，大大tigao了生产效率，有很广阔的市场前景。
2、系统控制特点及工艺
2.1 控制要求及特点
(1) 吸附进纸，确保了纸板吸进纸的位置准确；
(2) 折叠部上下传输带夹紧纸板送纸、左右吸附腔吸附送纸和运转与众不同的两侧竖带夹紧纸板送纸相互配合，确保折叠纸无歪斜；
(3) 左右下纠偏带各配增减速器，折叠时摩擦强制前后扯动纸板纠偏效果明显；
(4) 采用崭新的分垛逐出装置技术，比国外先进的相似装置的性能更为稳定可靠、运行更为迅速。遇不良纸板时卡纸混乱几率大幅度降低；
(5) 人机界面化，可显示生产速度，纸张数及相关的参数；
(6) 实现了A/M的控制方式。
2.2 工艺简介
本系统以PLC为核心，由于该系统所带负载不大，可用一台达变频器带动一台3.7kW的异步电动机，该电机拖动主传递装置。当物料准备好后，离合器合闸即将送料，左右电机定纸箱的大小，用转速检测装置测速度，用光电传感器检测纸箱的位置信号，从而使伺服机工作。触摸屏可以实现友好的人机界面，可以在线的监视系统的运行情况，并进行相应的参数修改。纸板料从平放台进入机器到完成加工全实现了自动化，其工艺简图参见图1。
图1 系统工艺简图
整个轨道是纸板成型的通道，轨道的形状决定纸板所加工纸箱的形状，以下对各个主要部件做简单的介绍。
(1) 进料装置
由于纸板是流水线加工的，当工作台上放有足够多的加工纸板时，才能进入平稳连续，不重叠的工作状态，tigao了生产率；
(2) 辊矫直机
为了让纸板经过时垂直于传送带，并使其紧贴轨道以便纸板较为准确地成型；
(3) 测速检测
用抗干扰能力强的接近开关作为传感器，并将其所产生的脉冲信号给PLC的高速计数器；
(4) 传送装置
由电动机带动，它控制主生产线的速度，并由变频器进行控制；
(5) 纸板矫正
主要由位置信号传感器和伺服系统组成，它主要是矫正成型的纸箱在轨道上的位置偏移，并为后序的纸箱打包做好准备；
(6) 记数传感器
检测轨道上的纸箱数，以便定量打捆；
(7) 纸箱叠放台
把传送的纸箱给叠放，定数量给推出；
(8) 打捆
将定数量的纸箱捆扎好。
3、控制系统设计
纸板加工成型过程，有一套严格的工艺流程，为了满足系统的控制要求，采用PLC、变频器、伺服机、人机界面及高性能的传感器相结合，有效地解决了实际问题。也使系统的构成简单，功能强大，可靠性、可操作性和可视性都tigao了。
3.1 系统的硬件构成
该系统PLC采用OMRON公司的CPM1A-30CDT-A，30点I/O口，18点输入，12点输出，且还留有扩展的余地。该机型属于欧姆龙公司C系列的小型机，结构紧凑，功能性强，有很好的性能价格比。变频器(VFD-B-5.5kW)和伺服装置(ACservo HO系列)以及触摸屏(PWS717-STN)都采用了功能性比较强的台达系列产品。各硬件构成可见图2的硬件构成框图。
图2 系统硬件构成框图
3.2 变频器
本系统采用了较为先进的台达变频器进行调速，它调速方便可靠，且调速的精度高。为了适应这种工艺负载，需要在调速时使电动机输出恒定的转矩，应用V/F控制特性的变频器在基频应用V/F控制特性的变频器在基频(台达A型机的参数是Pr04)以下调速。本系统应用两台台达变频器，它们是主从的关系，即从变频器的频率的给定必须得跟随主变频器的给定频率的变化，且保证从变频器的频率输出略高于主变频器的频率输出。
3.3 伺服纠偏装置
由于纸板在轨道上传送时，难免会出现位置偏差，这就得需要有能够快速矫正其位置的器件，而伺服电动机正好具备这样的功能。它把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速度，加上控制电压，它便马上旋转，去掉控制电压又马上停转，转速高低与控制电压成正比。此装置具有转动惯量小，摩擦转矩小，运行平稳，噪声小等特点。这里主要利用伺服驱动器对伺服电机的运动特性进行设置，并采用了速度和位置相结合的PID调节，从而使纸箱的位置得到很好的纠正。
4、软件设计
4.1 人机界面的设置
要很好的对系统进行控制和监视，就得利用触摸屏。在前先确定好相应设备和信号的端口地址，利用触摸屏的编程软件——ADP软件进行界面设置。下图触摸屏的主控画面，它具有友好的人机交流性。通过对触摸屏的操作，我们很容易的了解和监视系统的运行情况，并可以方便的改变系统的运行参数。其主菜单的设计如图3所示。
图3 主菜单界面图
4.2 PLC的程序设计
为了能使系统各部分协调有序、安全可靠地运行就得配以比较优化的软件程序。整个软件程序采用模块化编程的方法，便于调试、修改及扩充，它主要包含三部分:通行协议部分、参数设置部分和自动运行控制部分，程序总的控制框图如图4所示。
图4 程序流程图
4.3 软件的可靠性设计
软件的可靠性措施主要包括3个故障检测程序:
(1) 时间故障检测程序:将工序执行时间某一时间余量作为定时控制时间，超时则报警并停产；
(2) 信号比较检测程序:建立故障扫描时钟，使自动式在运行过程中能自动检测出各段单元，从而清除故障；
(3) 当纸板被卡主或重叠时，进行报警或减速停机。
1 引言
电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。
电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括:过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化;不对称故障包括:断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。对大型电动机进行综合保护非常重要。
2 基于PLC的电动机综合保护
对电动机的保护可以分为以下几类:
在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度，继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下，电机的额定电流可达数千甚至几万安，这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求，微机保护应运而生。
PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、体积小、功耗低、使用维护方便。本文研究了基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的方法。
3 系统硬件设计
3.1 系统的总体结构
基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的总体结构如图1所示。
3.2 PLC机型选择及扩展
选择PLC机型应考虑两个问题:
（1） PLC的容量应为多大？
（2） 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输入输出点，见附表,本系统共包括12路开关量，7路模拟量。
SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及控制的自动化，S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200 CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块，大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATIC S7-200 CPU 224完全可以作为本系统的主机。
CPU224可扩展7个模块，而其本身具有14输入/10输出共24点数字量，已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。
4 系统软件设计
4.1 主程序
程序开始，从输入单元检测输入量，判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保护子程序，若是电动机已经启动，则判断起动是否成功，若是，则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。
如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，检测是否发生短路故障，方法是:检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是:检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障，方法是:检测I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障，方法是:检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，从条开始，进行第二次扫描，结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。
4.2 欠压保护子程序
在该程序段中，采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障，则直接结束本次循环。
4.3 起动时间过长保护子程序
在该程序段中，采集三相电liuliang，若发现在起动过程中，电流大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值，则跳转至保护动作子程序段，起动时间过长保护动作，警报响，并且起动故障指示灯亮。
近年来，随着自动化控制技术、计算机技术、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。越来越多的工厂自动化系统采用设备总线、分布式控制、集中信息管理的系统结构。这种结构极大的降低了工程投资，有效的增强了系统的开发性，可维护性，缩短了设计开发周期。从而获得了广泛的应用，Allen-Bradley的ControlLogix系统就是顺应这种发展方向开发的高科技产品，它提供的处理器规格齐全，配套的功能模块及工具软件功能强大，适用于中到大型系统的各种应用。
大连天元精细化工PVC有限公司复合.填充.增强剂生产线是国内首家建设的大型PVC复合.填充.增强剂生产线，工厂总投资4000万人民币，设计年产量8万吨。该厂的PVC生产线采用的自动化控制系统就是Allen-BradleyControlLogix系统、ControlNet、DeviceNet、Flex I/O、Remote I/O (RIO)等新技术的具体应用。该系统集程序控制、过程控制及工况监视为一体，实现了全车间工艺线的计算机监视与控制。
罗克韦尔自动化系统集成商大连华冶联自动化有限公司为该生产线提供了工程设计、系统集成、编程调试。
一．系统功能
1、生产线流程图画面显示；
2、数据采集，实时数据显示，越限设定；
3、历史趋势图；
4、事故报警及报表打印功能；
5、电机和成套装置的控制，包括：逆序启动，顺序停车，设备联锁；
6、软启动器和变频的状态显示和控制,电流、频率显示，速度给定；
7、称重值显示和控制；
8、料表参数输入；
9、重量控制、料流控制；
二．工艺流程及系统组成
该系统包括倒料, 预混，雾化，研磨, 反应，干燥,分级，成品包装8个单元组成。主体设备包含：罗茨风机、锥混机、雾化喷射室、反应釜、震动磨、分级机、干燥机、高混机、布袋除尘器、斗式tisheng机、螺旋给料机、除铁器、气动阀、电动阀等。
原料由原料仓通过罗茨风机风送到预混单元料仓，在预混单元用原料和小料按一定配比混合，由高混机加热反应，生成附料，再和原料按一定配比进入锥混机混合，混合结束后，根据工艺需要喷射一定量液体进行反应，反应结束后输送到雾化单元定量称，雾化单元由变频调速星型卸料器，按一定下料速度进入细粉机，由细粉机形成所需颗粒度进入雾化室混合。混合结束后物料由螺旋定量给料机定量输送到研磨单元。研磨形成所需更微小颗粒，研磨单元进料和出料可进行。研磨结束后物料进入反应单元，螺旋定量给料机采用变频控制，计算设定重量与实际重量的偏差，按照速度图调整转速实现对计量罐jingque给料。配料结束后将物料输送至其对应的高速加热混合机混合。高混机工作周期产生的废气经气阀分离、冷凝、回收后经引风机放散。气固分离由旋风集料器和布袋除尘器将废气中的固体颗粒过滤下来，再经冷凝器将气化的化学物回收。反应结束后物料输送至干燥单元。干燥机的各部分夹套及空心轴通入导热油，干燥机主机对物料进行干燥。在干燥时间、系统温度、压力、及真空系统liuliang接近于规定量值后干燥周期结束。物料输送至分级单元通过分级机对物料颗粒进行筛分，分级机采用变频控制。物料颗粒筛分后输送至包装单元，完成成品包装。
PVC复合.填充.增强剂生产线PLC控制系统由一条主干线ControlNet高速网络、一套冗余热备过程控制站、设备网网络（DeviceNet）、远程I/O(Remote I/O)、FLEXI/O、两个操作员工作站，一个工程师工作站及各种软件包组成。为保证系统通讯的可靠性，本系统配置中ControlNet网采用双网冗余。
系统由数据采集、基础控制和监控管理系统组成。其自动化网络配置如图所示
1) 过程控制站
控制站设备是由Allen-Bradley的ControlLogix5555控制器、输入输出模块、通讯接口模块、DHRIO模块、DeviceNet模块、FlexI/O适配器及输入输出模块组成。其主要任务是进行过程数据采集及处理；根据控制程序来实施实时的过程量的控制；进行设备监视和系统的测试与诊断。
ControlLogix5555处理器是Allen-Bradley新一代控制器。与传统的控制器不同，ControlLogix在其内核（背板）设计中具有通讯能力，原来制约系统通讯的瓶颈得以消除。
处理器采用的Logix5555，是32位总线控制器。其控制能力可达168000个数字量、4000个模拟量，不仅能组态控制本地框架输入输出模块，还能组态控制网络上其他远程框架的输入输出模块。
与传统PLC不同，ControlLogix背板设计中就有了通信能力，从而大大tigao了系统的通信性能。多任务控制模式使回路调节的实时性更强，I/O通讯速度更快。
PVC复合.填充.增强剂生产线控制系统采用2台ControlLogix5555控制器组成冗余热备,系统上电时2台控制器竟争成为主控制器，当主控制器故障时通过1756-SRM冗余模块立即自动切换到备用的控制器。
2）现场总线（DeviceNet）
DeviceNet是RockwellAB开发的基于CANBUS技术的一种现场总线，用于实现低成本、高性能的设备层网络互连，是总线，也是国标总线。
DeviceNet用于现场设备与控制系统之间的通讯网络，传输速率为125～500Kbps，传输大距离500m，多节点数为63个，允许在线组态和带电插拔。
DeviceNet支持主从、多主和对等通信，用户的应用程序和数据可以通过DeviceNet实现设备的有效控制。
DeviceNet使用RSNetworx软件进行网络管理和组态。可以任选几种专门定义的组态、打印数据表格、参数对象程序和电子表格等。
DeviceNet网络结构简单，实时性强，通信模式先进，支持多种通信协议，可根据应用需求动态或静态分配标识符，在线增减节点，即插即用，是一种理想的设备层现场总线网络。
PVC复合.填充.增强剂生产线控制系统对重要单体设备如高速混合加热机,锥混机,罗茨风机,研磨机,干燥机采用SCHNEIDER公司ATS48系列软启动器实现设备的软启动和软停车,对于jingque定量控制采用ABB公司ACS400系列变频器。
软启动器和变频器通过DeviceNet现场总线和ControlLogix5555控制器通讯,通过DeviceNet协议，每个DeviceNet适配器占用三个控制字和状态字，实现启停控制，速度给定，
状态监测，频率和电流显示及联锁控制。
3）控制总线 （ControlNet）
ControlNet网是一个开放的高速确定性网络，它用于传输对时间有苛刻要求的信息传输。通信速率可达5Mbps，用于改善I/O、控制器互锁以及对等通信报文传送的性能。提供实时的控制和对等的通讯服务。
ControlNet对于离散和连续过程控制应用均具有确定性和可重复性功能，用户可自行设定网络交换时间，达毫秒级，从而大大改善了网络控制的实时性和快速性。
采用生产者/客户（Producer/Consumer）方式，将传统网络针对不同站点需多次发送改为一次发送多点共享，减小了网络发送次数，从而使网络实时、高效。
ControlNet网络的配置特点是，无论CPU框架还是远程扩展框架均由通讯模块（CNBR）挂在ControlNet网络上，由软件进行管理模块的归属，从而使网络的扩展和走线十分灵活。系统还可以用以太网通讯模块作网桥，实现与工厂以太网的连接，真正实现系统的管控一体化。
4） 远程I/O (Remote I/O)
托利多（METTLERTOLEDO）称重仪表能达到1/1000的称量精度,可实现物料jingque定量控制,其1600系列支持AB的RIO网络，通过DHRIO模块和ControlLogix5555控制器通讯。 每个RIO适配器占用1/4机架（2个I/O组），100ms内控制器和称重仪表同步，对于重量控制精度可达到零误差。
5） Flex I/O
控制网Flex I/O适配器，使用户能将Flex I/O系统连接到控制网网络上。
总有8种Flex I/O模块，能够连接到一个控制网FlexI/O适配器上。每个适配器可连接多达128点离散I/O（或64个模拟通道）到控制网网络。
通过网络存取端口（NAP），可以访问本地通信网络。
I/O数据连接能够划分模块或模块组。对于不同的生产率，每个连接能够预定。
多个处理器和终端能够共享模块输入数据。
适配器微控制器程序是可全部闪速（FLASH）升级版本，可通过控制网进行，容易存取新的功能。
支持冗余介质（1794-ACNR15）
特点：低成本I/O系统，独立的部件使用户混合和匹配I/O类型和端接形式。网络和I/O均有诊断状态指示器。可带电插入和卸下模块。小巧紧凑设计成水平或垂直安装以节省空间。
PVC复合.填充.增强剂生产线控制系统倒料, 预混，雾化，研磨,反应，干燥, 分级，成品包装8个单元均采用FlexI/O适配器及模块进行控制和信号采集,采用冗余介质,保证通讯系统可靠性。
6）操作员工作站
操作员工作站是对生产线工况进行监视、控制及操作的人机接口，主要完成数据、图形、状态的显示、历史趋势图、历史数据的存档、故障报警、故障状态显示、故障记录打印、定时报表打印以及工艺设备选择、马达成组启动、停车、急停、复位和数值给定等控制操作。系统设两套工作站包括DELL上位计算机两台，主频2.4GHZP4处理器，256MB内存，80GB硬盘，21寸高分辨率彩色纯平显示器。内置ControlNet网络适配器。一台工厂报表打印机。
7）工程师工作站
系统在ControlNet网络上配置一台工程师工作站。工程师工作站是用来开发、编制操作员工作站的应用软件，规划和管理控制网络。系统工程师工作站配有一台打印机。
8）监控组态软件RSVIEW 32
RSVIEW 32是Rockwell Automation软件产品中用于数据采集、监控和信息管理的一个工业监控软件包，它以RSLinx作为与控制系统进行通讯的驱动软件，RSVIEW32具有对网络进行实时监控，模拟工艺流程，以及报警，历史趋势和报表等功能。它以业界流行的微软Visual Basic forapplications(VBA)作为内置编程语言，可以大限度地实现对RSVIEW32项目的扩展和自定义。支持OPC标准，可以快速、方便地与众多生产制造商的硬件设备实现可靠的通讯，还可以作为OPC服务器向其它OPC客户端提供服务。它与微软产品实现数据共享。RSVIEW32的标签配置、报警配置和数据记录都与ODBC完全兼容，能大限度的tigao生产率。
三．结束语
如上所述，RockwellAutomation开发的ControlLogix系列自动化控制系统从上位到下位、从硬件到软件，在设计和使用中可以做到灵活多变，其强大的网络通讯能力，无缝连接能力、高速数据传输、可组态性、工业化、集成化以及其紧凑的结构等诸多特点，能满足用户的各种要求。其先进的网络通讯技术、丰富的通讯接口模件，独特的背板结构、适中的价格及ControlLogix网关的专用硬件平台，使得ControlLogix系列计算机控制系统配置非常灵活简便，既可以配置成小到一个独立的处理器和框架内的I/O模块组成，又可以配置成大到与各种网络链路连接，应用场合不受限制。非常适用于控制比较分散且空间狭小的地方，是分布式处理，分布式I/O控制系统的理想选择。
ControlLogix系统具有很强的抗干扰能力，适合化工车间强磁干扰、高腐蚀环境，运行安全、可靠。