西门子模块6ES7211-0AA23-0XB0选型说明
1引言
隧道自动化是一个整体的概念,包括消防管理系统、交通控制系统、照明控制系统、通风控制系统、报警系统、摄像监控系统、信息管理系统、电源及配电控制系统和交通自动化等。而以中央计算机+隧道可编程序控制器（现场总线+PLC+手操屏），构成的隧道自动化系统既能完成隧道机电设备、隧道环境状况监控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的监控部分采用了具有高可靠性的PLC组成的，基于现场总线的集散控制结构的隧道可编程序控制器。使得整个自动化系统的可靠性得到保证。PLC可以独立工作,完成基本控制任务;现场总线的采用将使各个区域的监控任务变成相应PLC的分散监控任务,使得隧道布线更加简单、合理。PLC的灵活配置使得隧道监控系统形成模块结构,PLC系统可大可小,可根据现场要求进行合理分布。下面就福建漳州至龙岩高速公路大为主的隧道群交通、照明及通风监控系统为例介绍隧道可编程序控制器在实际中的开发和应用。
2系统要求
漳龙高速公路共有6个隧道，分别是万松关隧道、风霜岭隧道、大隧道、后眷隧道、南靖隧道，石崆门隧道（不属于本次施工范围），大隧道是一个双洞、长约2.6km的高速公路隧道,在双洞单向行驶时,设计车速为80km/h,当单洞双向行驶时,设计车速为60km/h。为了达到上述要求,洞内交通、照明和通风均有相应的要求,分别由所对应机电设备的数量、功率、安装位置来保证。由相应的控制系统、监测系统对洞内照明和通风进行优化控制,以达到节能和安全行驶。如,由照明监控系统保证洞内照明,在白天,由洞口到洞内的照度能够较平缓地过渡等措施避免玄光和黑洞现象;由通风控制系统保证洞内CO浓度、能见度和洞内风速达到设计要求。
3系统构成
3.1道可编程控制器介绍
隧道可编程控制器遵循中华人民共和国交通行业标准JT/T608-2004，此标准2005年1月1日实施，北京云星宇交通工程公司依此行业标准研发了相应的产品YXY-RTU。隧道可编程控制器PCT是现场总线+PLC+手操屏的集成产品，此产品充分利用了PLC的高稳定性，现场总线的高效率，以及手操屏的现场灵活控制，实现了公路隧道的安全稳定控制。
按照GB/T18567-2001的规定，隧道可编程控制器按照其安装位置的不同可分为隧道监控站内和隧道洞内的区域可编程控制器。
3.1.1隧道监控站内的可编成控制器是指：
a)隧道监控系统的中央节点，公路交通监控子系统（隧道监控）的节点端机。
b)与公路监控（分）中心远程通讯，执行（分）中心上位机的动作指令和本机的控制程序。
下图是福建漳龙路隧道群的数据传输网络，可以诠释隧道区域控制器和监控中心的网络通信连接。数据上传由主控本地控制器的以太网模块通过数字光端机直接与监控分中心连接，采用TCP/IP传输协议，使信息层数据共享。
图3-1 隧道群数据传输网络
3.1.2隧道洞内的区域可编程控制器是指：
a)环网（或总线）拓扑结构的隧道监控子系统（区与监控）的节点端机；
b)通过光、电传输介质的连接，执行隧道站上位机的动作指令和本机的控制程序。
图3-2是漳龙路大隧道的光线环网拓扑图
隧道的现场控制网络选用OMRON公司的controllerbbbb工业级控制网络，具有高可靠性和稳定性。采用4芯多模光缆，每个现场控制器通过Controllerbbbb光纤接口模块连接构成多模光纤冗余环结构，其中2芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并tigao了数据传输的可靠性。
特点：
1）网络为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
2）光纤自愈环网的通讯速度2Mbps。
3）光纤ST头直接进模块，减少了中间环节，工作更可靠。
4）网络节点之间无须编程可以传输数据，便于今后检修与维护。
3.1.3隧道可编程序控制器PCT的功能
隧道可编程序控制器PCT的监控任务分成以下几个部分:
(1)自动时通过检测交通、气象等参数，根据运算可得出交通状况，采用相应的控制方案。手动时中央控制计算机或手操屏根据实际情况确定交通模式。
(2)通过现场总线,将车liuliang信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制计算机中,生成通风工作状态和照明工作状态。
(3)通风PLC从现场总线读取风机组启/停控制要求,进行风机组的现场控制。
(4)照明PLC,根据照度进行洞内照明的控制或控制中央控制室的定时控制指令来控制照明。
3.2漳龙路隧道群的系统构成
本隧道群自动化方案采用中央控制计算机+隧道可编程序控制器YXY-RTU,中央控制计算机由多台互连的工业PC组成,构成隧道信息中心，负责隧道各种信息的汇集和处理、控制指令的产生和发布、隧道模拟大屏幕的控制、各种报表的生成及紧急事故的处理等任务,并进行整个系统的协调。隧道可编程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可编程序控制器中，现场总线采用OMRONController bbbb,总控PLC为OMRON CS1-G-42H,现场PLC采用OMRONCS1-G-42H。数据传输网络由数据上传和现场控制网络组成。
4系统工作过程概述
光强检测仪测得反映光照度的4～20mA形式电信号,送到相应的隧道可编程序控制器PCT。由该控制器控制相应的照明开关(交流接触器),使洞内照度与洞外照度得到比较平缓的过渡。照明控制也可以采用按季节定时控制方式。每个控制点具有回检信号和报警信号,PLC通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到中央控制计算机,进行信息汇总、协调,并显示在隧道大屏幕上。
VI/CO/TW检测仪以4～20mA形式电信号,送到就近的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,由中央控制计算机根据这些参数断定所开启的风机是否合适,进行合适的增加、减少或不变,修正风机控制规则表,将风机控制指令发送到风机控制器,在大屏幕中显示洞内环境信息。
车liuliang检测线圈以串行码信息的形式送入相应的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,根据车liuliang决定风机开启组数,经现场总线下载到风机控制器,对风机组的启/停进行控制。风机控制器检测各个风机的回检信号和告警信号,将它们返回到中央控制计算机断定风机的运行是否正常,并在大屏幕中进行显示和整个通风系统的协调。
5控制软件的二次开发
PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列产品，现场总线采用OMRONControllerbbbb现场总线,其软件是对CX-PROGRAMMER控制组态软件及通讯软件的二次开发,定义各个控制器的通讯地址,进行有关信息的交换。各个控制器的直接控制和检测软件根据系统的硬件来实现,可以用CX-PROGRAMMER的梯形图或语句表等语言来设计和实现。成功的OMRONCONTROLLER bbbb现场总线，使所有编程工作变得比较简单，大大缩短了开发和施工周期。
6小结
本系统由于采用了中央控制计算机+隧道可编程序控制器构成的隧道自动化控制方案,充分发挥了现场总线的灵活组态方式,使得整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备日常检修。Controllerbbbb的高速度数据通讯和光纤自愈环网所带来的高可靠性,使得整个监控系统十分适合隧道自动化系统;增加整个系统的抗干扰能力,缩短外部信号的引线长度和控制信号电缆长度,减少接线端子。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。
图3-1 隧道群数据传输网络
3.1.2隧道洞内的区域可编程控制器是指：
a)环网（或总线）拓扑结构的隧道监控子系统（区与监控）的节点端机；
b)通过光、电传输介质的连接，执行隧道站上位机的动作指令和本机的控制程序。
图3-2是漳龙路大隧道的光线环网拓扑图
隧道的现场控制网络选用OMRON公司的controllerbbbb工业级控制网络，具有高可靠性和稳定性。采用4芯多模光缆，每个现场控制器通过Controllerbbbb光纤接口模块连接构成多模光纤冗余环结构，其中2芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并tigao了数据传输的可靠性。
特点：
1）网络为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
2）光纤自愈环网的通讯速度2Mbps。
3）光纤ST头直接进模块，减少了中间环节，工作更可靠。
4）网络节点之间无须编程可以传输数据，便于今后检修与维护。
3.1.3隧道可编程序控制器PCT的功能
隧道可编程序控制器PCT的监控任务分成以下几个部分:
(1)自动时通过检测交通、气象等参数，根据运算可得出交通状况，采用相应的控制方案。手动时中央控制计算机或手操屏根据实际情况确定交通模式。
(2)通过现场总线,将车liuliang信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制计算机中,生成通风工作状态和照明工作状态。
(3)通风PLC从现场总线读取风机组启/停控制要求,进行风机组的现场控制。
(4)照明PLC,根据照度进行洞内照明的控制或控制中央控制室的定时控制指令来控制照明。
3.2漳龙路隧道群的系统构成
本隧道群自动化方案采用中央控制计算机+隧道可编程序控制器YXY-RTU,中央控制计算机由多台互连的工业PC组成,构成隧道信息中心，负责隧道各种信息的汇集和处理、控制指令的产生和发布、隧道模拟大屏幕的控制、各种报表的生成及紧急事故的处理等任务,并进行整个系统的协调。隧道可编程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可编程序控制器中，现场总线采用OMRONController bbbb,总控PLC为OMRON CS1-G-42H,现场PLC采用OMRONCS1-G-42H。数据传输网络由数据上传和现场控制网络组成。
4系统工作过程概述
光强检测仪测得反映光照度的4～20mA形式电信号,送到相应的隧道可编程序控制器PCT。由该控制器控制相应的照明开关(交流接触器),使洞内照度与洞外照度得到比较平缓的过渡。照明控制也可以采用按季节定时控制方式。每个控制点具有回检信号和报警信号,PLC通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到中央控制计算机,进行信息汇总、协调,并显示在隧道大屏幕上。
VI/CO/TW检测仪以4～20mA形式电信号,送到就近的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,由中央控制计算机根据这些参数断定所开启的风机是否合适,进行合适的增加、减少或不变,修正风机控制规则表,将风机控制指令发送到风机控制器,在大屏幕中显示洞内环境信息。
车liuliang检测线圈以串行码信息的形式送入相应的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,根据车liuliang决定风机开启组数,经现场总线下载到风机控制器,对风机组的启/停进行控制。风机控制器检测各个风机的回检信号和告警信号,将它们返回到中央控制计算机断定风机的运行是否正常,并在大屏幕中进行显示和整个通风系统的协调。
5控制软件的二次开发
PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列产品，现场总线采用OMRONControllerbbbb现场总线,其软件是对CX-PROGRAMMER控制组态软件及通讯软件的二次开发,定义各个控制器的通讯地址,进行有关信息的交换。各个控制器的直接控制和检测软件根据系统的硬件来实现,可以用CX-PROGRAMMER的梯形图或语句表等语言来设计和实现。成功的OMRONCONTROLLER bbbb现场总线，使所有编程工作变得比较简单，大大缩短了开发和施工周期。
6小结
本系统由于采用了中央控制计算机+隧道可编程序控制器构成的隧道自动化控制方案,充分发挥了现场总线的灵活组态方式,使得整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备日常检修。Controllerbbbb的高速度数据通讯和光纤自愈环网所带来的高可靠性,使得整个监控系统十分适合隧道自动化系统;增加整个系统的抗干扰能力,缩短外部信号的引线长度和控制信号电缆长度,减少接线端子。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。
1、引言
医药小丸包衣制粒机是用于实验室或小批量生产小丸颗粒的制药设备。由于实验室原有的控制系统使用的是十年前的人机界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在运行的过程中经常出现死机、黑屏、重启动，甚至某些画面参数不能修改；由于无相应的PLC编程器、编程软件和人机界面软件，可维修性也差。为了解决这些问题，我们采用西门子S7-200PLC和北京亚控公司的组态王6.05工控组态软件的控制方案对小丸包衣制粒机的控制系统作了改进。
2、小丸包衣制粒机系统组成
小丸包衣制粒机系统组成如图1所示。小丸包衣制粒机是专门用于实验室或车间小批量生产的。药粉或类似的物料能在流化床中进行干燥、制粒以及包衣等过程。流化床物料容器底部装有筛网，药粉或小丸颗粒等类似的物料被盛放在筛网上。流动的空气经过滤处理后经容器底部的筛网向上流过，当流速达到一定速度时，颗粒(药粉)就会被空气托起，床内粒子就开始流化起来，形成流化床。流化床内的颗粒(药粉)在容器中剧烈搅动，并延伸到容器的扩展区，细微的粉末或轻微的颗粒则被粘附在袋式过滤器上。为了防止袋式过滤器的堵塞，控制滤袋升降的气缸会有一个间歇的抖动操控。空气经过袋式过滤器、控制风量大小的风门和风道被风机引出室外的大气中。在这个过程中，流化床容器内的微粒能完全充分的与空气流接触，并且搅动剧烈，能够很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制药过程。
图1 小丸包衣制粒机系统组成
3、系统主要控制要求
小丸包衣制粒机操作的基本控制要求包括五个方面。
(1)产品温度控制
通过控制进风温度来控制产品温度。进风温度控制精度为±3℃，产品温度控制精度为±2℃。
(2)进风风量的控制
控制精度为±40m3/h。
(3)雾化压力的控制
即喷液装置喷射压力的控制，控制精度为±0.1bar。
(4)密封压力的控制
产品容器必须与扩展仓密封，形成一个密闭的流化床反应器。采用油压装置进行密封，密封压力在35-70bar之间。
(5)滤袋的抖动控制
抖动有单滤袋抖动和双滤袋抖动，有手动抖袋和自动抖袋。
4、控制方案的选择
4.1 两种不同方案的比较
小丸包衣制粒机的改进有两种方案可供选择，见表1：
在满足控制要求的前提下，控制系统硬件设备的选择应该追求佳的性能价格比。由于该机器的使用频率不高，平均每月一次，环境良好，采用PC+PLC的控制方案。当机器不用时，PC机可作它用。利用公用PC机即可作人机界面。
4.2PLC硬件配置
根据前面对控制系统的要求，选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC体积小，重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行可靠、编程简单，具有可观的经济性和更强的适应性，完全可以满足上述控制要求。
4.3人机界面组态软件
组态软件选择北京亚控公司的组态王6.05。这是一款具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。组态王使用简单，适合各种简单和复杂的任务。只需要进行填表式操作，即可生成适合于用户的“监控和数据采集系统”，可有效用于控制自动化过程,组态王6.05版是在bbbbbbs2000的平台上运行的，选用组态王是较为完善和方便的选择。整个控制系统的构成如图2所示：
图2 控制系统的构成
5、系统硬件设计
控制系统选用西门子S7-200系列PLC，选用了中央处理单元模块CPU224、数字量扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231、模拟量输出模EM232、模拟量输入输出模块EM235。其中的中央处理单元模块CPU224外部接线图如图3所示、输入输出地址分配如表2所示：
图3 PLC外部接线图
6、系统软件设计
6.1PLC程序设计
主程序框图如图4所示，其中子程序0为初始化程序，子程序1为检查扩展模块是否正常，子程序2为模拟量采样子程序，子程序3为对各执行设备输出的采样，子程序4为对各被控量和执行设备异常的报警子程序。由于篇幅所限，各子程序框图在此从略。
图4 主程序框图
6.2 人机界面组态
组态软件选择北京亚控公司的基于bbbbbbS2000平台的工业控制组态软件“组态王”6.05版。只需要进行正常通信设置和填表式操作即可完成人机界面组态。运行组态画面程序和PLC用户程序，根据小丸机操作的顺序功能，点击组态画面上的各个按钮，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。组态画面设计了设备控制、过程控制、过程参数等画面。其中设备控制画面如图5所示：
图5 设备控制画面
7、结束语
由于S7-200系列PLC具有体积小、系统集成度高(电源、主机、机架、开关量输入输出等功能集成一体)、配置灵活、接线简单、安装方便、抗干扰性强等特点，与同性能的产品相比，很好的满足了此次系统改造经济上技术上的要求。新系统人机界面友好(全中文界面)，操作简单快捷，运行可靠稳定，受到广大用户的好评。