西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8选型说明
生产工艺
净水厂的生产过程如图1所示，主要分为以下几个工艺过程：
图1: 净水厂生产流程
■取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。
■投药 按一定的工艺要求投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒。
■ 絮凝 地表水投入混凝剂后的反应，并排出反应后沉淀的污泥。
■ 平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
■ 过滤 沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。
■ 送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和liuliang送入城市管网。
控制方案
由于自来水生产工艺主要具有以下特点：
■ 各生产工艺段相对独立，单体设备多；
■ 采集的数据量大且种类多，但上下游相关联的生产参数少；
■自来水生产具有连续性、性和不间断性；
■各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。
根据以上特点，本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段或设备分散控制，通过OMRON Protocol和Controllerbbbb组成网络，各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图2所示。
图2：全厂控制网络图
监控系统的硬件配置为：上位机选用高可靠性的微型计算机，扩展了Controller bbbb 支持卡3G8F7 CLK211-E,配置有8套中型PLC OMRON C200HG，1套OMRON CS1H，8套小型PLC OMRON CQM1，8套CPM2A，全部中型PLC和上位机通过Controllerbbbb线缆通信单元CLK21和操作站上扩展的通信单元3G8F7-CLK21-E组成Omron Controllerbbbb网络，小型PLC通过OMRON Protocol与相关功能间的中型PLC相联。OMRON公司的Controllerbbbb网络是OMRON主要的FA（工厂自动化）级别的网络，是一种使用令牌总线通信的网络，网络中的每个节点都可作为主站进行数据的发送和接收。
通过设置数据链接，节点间可以自动交换预置区域内数据。该网络中控制通信的节点称为发牌单元，它控制令牌，检查网络和执行相关的任务。这种总线型拓扑结构具有大的灵活性，易于扩充和维护，满足了系统可扩展性要求。由于采用了分布式控制技术，可确保Controllerbbbb网络不会因某个站点故障而崩溃，tigao了系统的稳定性。本系统中采用屏蔽双绞线作为Controllerbbbb网络的通信介质，整个网络由网桥分成两段，主要是为了满足其对通讯距离的要求，可适应以后扩展的需要。由于各节点距离较大，传输速率设为500kbps，可满足系统实时性要求。本控制方案全部选用中小型PLC，对主要的生产设备分散控制，利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，tigao了可靠性，是一种经济可行的方案。
在取水及送水工艺段上，主要设备都为多台大型离心水泵和10kV高压直流电机，每一高压配电柜选用一台Sepam2000（施耐德生产，专用于配电柜控制的小型PLC） 进行数据采集和控制，通过RS485接口连成网络，由控制室的OMRON C200HG中型PLC利用OMRONProtocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，当某台PLC发生故障时可以方便断开而不影响其他设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制，由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动，其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1：N通讯，电台型号为MDS-SCADA-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4G～2.4835GHz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用OMRONProtocol，软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC（OMRONCQM1H）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障而造成全部滤池停产的问题。
程序结构
本系统全部设备的控制都由PLC来完成，PLC程序利用OMRON-CX-Programmer软件编制。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立，部分相同的工艺采用子程序模式，程序结构比较简单，调试和维修方便。
人机界面
该系统人机界面以组态软件iFix3.0为平台开发，由若干个画面组成：总画面（水厂水处理工艺）、各系统工艺图、报警窗口等。为增加画面的可读性和可观赏性，主要画面均采用立体图形式（用3ds、flash等软件绘制），在画面的相关位置显示该设备的所有主要运行参数。设备的控制通过点击该设备进入，shift+鼠标左键可打开该设备的帮助文件，包括设备档案、运行规程等。iFix与OMRONPLC的通讯由OMRON的FinsGateway和Inbbblution的驱动程序OMF或OMR完成，这是整个系统正常运行的关键。
■总画面：表现的是整个水厂的水处理工艺（立体图形式），从取水、投药、投氯、絮凝沉淀、过滤到供水。在相关位置显示水处理的各主要控制参数以及重要设备的主要控制参数，可以点击进入各分站。
■各系统工艺图：主要有取水工艺图、投矾工艺图、投氯工艺图、絮凝池、排泥车、滤池、送水工艺图、高低压配电图等。除配电图外，均采用立体图形式，画面直观醒目，能够表达比平面图更丰富的信息。
■ 报警窗口：所有报警显示的喇叭会一直响到确认为至。也可以按需要分类显示。
■ 设备控制参数设定：参数设定时会检查输入参数是否正确（错误参数不能输入）、参数有无正确下载至PLC，如果出错会报告操作人员。
■生产报表：分生产情况（设备运行参数）、生产统计两种报表。老系统没有生产情况报表，生产统计报表也不能正确生成。针对这种情况，我们全面修改了PLC程序，并且为节省存储空间和查询方便起见，将平时的生产数据都存放在历史数据库里，在需要时可即时生成报表。
■历史曲线：可查询全厂所有主要运行参数的历史情况。为便于设备运行情况分析，可以在同一画面下显示设备的历史运行情况与当前的运行情况以作对比。
■为防止设备控制出错，所有设备分别有中控（中控室上位机控制）、现控（现场车间上位机控制）、自动、就地（设备不受PLC控制）4种控制方式，可以随需要随时转换。
■全厂的所有工作站都可看到全厂的运行情况。
结束语
本项目是由工业计算机和中小型PLC组成的集散型控制系统，在计算机上能实现对全厂生产设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，满足大型自来水厂自动控制的要求。整个方案经济实用，易于编程、操作及维修，在广东南海第二水厂得到良好的应用。
在制造业现代化高速发展的，生产的高效率和产品的高质量要求使得一些高精度电气系统和高性能自动控制系统应运而生，也使许多普通电气控制系统难以解决的问题变得相对的简单一些，并且在很大程度上增加了自动控制系统的稳定性。三菱电机有限公司目前推出的Q系列PLC以及Q系列运动控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是专门针对需要高精度电气控制的产品。下面对Q系列PLC以及Q系列运动控制器系统和三菱驱动伺服（MR-J2S-口B）以及机械结构介绍如下:
连轴压模设备工艺
工艺简介
该设备是压模生产厂家自行开发的三轴伺服高速高精度同步连轴压模机组。但根据加工不同产品和相应的工艺以及控制精度的需要，该设备实际由5个伺服轴和1个变频主轴组成。中间3个伺服轴为连轴同步轴。在中间三轴伺服同步连轴压模机组前后分别有1个伺服放料轴和伺服收料控制轴，分别用于在自动控制过程中的放料动作和收料动作。压模的模具由变频主轴直接驱动，由于压模模具下压进行压模加工动作时，被加工的物料必须静止地保持在加工台面上才能保证加工物料的高精度和高稳定性。系统的生产过程中，被加工的物料动作并不是连续的;而是断续的。经过一高速高精度定位后就静止停在被加工台面上等待压模动作。这样一来加工的物料之间有张力但很难被准确检测出来，这就增加了控制的难度。于是在三轴伺服同步连轴压模机组前后的伺服放料轴和伺服收料控制轴分别加了位置检测开关，用来模糊控制放料和收料之间的张力，而没有采用压力传感器来检测压力进行控制张力。其系统工艺控制图如图1:
图1 系统工艺控制图
工艺动作说明
如图1，当整个系统初启动时，变频主轴得到启动命令旋转起来，并负责给模具一和模具二直接提供动力驱动。在变频主轴的轴承上套轴连接了一个高速光电位置检测开关，用于检测变频主轴的旋转次数，也就说变频主轴每旋转一转，高速光电位置检测开关就给出一个高速脉冲信号给Q-PLC。Q-PLC将其传送给运动控制器。运动控制器利用这一个高速光电脉冲信号作为同步一、二、三轴的位置同步控制启动信号。进行高速同步定位控制，高速同步定位控完成后。由Q-PLC程序控制过程中输出一个定位完成信号，定位完成信号作为模具一和模具二的向下压模动作启动信号，压模动作动作完成后，模具一和模具二自动返回。等待下一个周期的到来。
系统控制部分启动时时序图
系统控制部分启动时时序图见图2所示
图2 系统控制部分启动时时序图
放料轴收料轴控制
放料轴和收料轴则采用速度控制，放料轴检测到物带在检测一位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测二位置时，则停止速度控制。收料轴也采用速度控制，收料轴检测到物带在检测二位置时，则启动速度控制，当放料轴检测到物带在检测一位置时，则停止速度控制。利用这样方式可以不考虑放料和收料轴的半径的改变。
系统硬件配置
该系统采用了三菱公司的Q系列PLC（Q02CPU）和MOTION运动控制器（Q172CPUN）作为整个系统的电气控制部分。Q02CPU主要用于协调整个控制程序的运行和管理，Q172CPUN运动控制器作为系统的运动控制处理器，协调和控制整个系统的运动定位控制。A970GOT-TBA-CH人机界面主要用于控制数据的输入和显示。如图3所示。
图3 系统硬件配置图
伺服放大器采用了三菱电机MR-J2S-40B，该伺服放大器具有SSCNET高速串行总线通讯完全同步功能，控制器和伺服放大器之间的通讯循环时间长为0.888ms。这样一来可以确保整个系统的高速响应和控制精度。
Q系列的运动控制器的功能
Q系列的运动控制器采用运动SFC专用编程软件编程，如图4所示。该软件采用流程图形式编程。编程介面形象、直观、易懂。十分适合初学者使用。并且其功能强大。主要分为实模式和虚模式二种形式。
图4 SFC专用编程软件系统配置图
实模式
实模式下提供了6种原点回归方式:
近点DOG型;计数型;数据设置型;DOG支架型;停止器停止型;限位开关混合型。
在实模式下还有各轴JOG操作功能以及多种速度控制功能和多种定位控制功能，并且实现多四轴插补控制。
虚模式
虚模式下提供了多种传递模块和输出模块。其中传递模块有以下四种:
齿轮输入模块;离合器输入模块;变速机输入模块;变速齿轮输入模块。
输出模块有以下四种:
滚简输出模块;滚珠丝杆输出模块; 回转台输出模块;凸轮输出模块。
在虚模式下可以设置虚模电机进行多轴同步控制。其控制图如如图5所示:
图5 三轴同步虚模式机械控制图
图5中V.1电机为虚拟电机。可以通过虚模式程式对其进行速度控制和定位控制，从而实现其虚轴上的3个电机的高速高精度同步控制。
在Q系列运动控制器的SFC专用编程软件编程过程中实模式和虚模式很容易地被用户切换。可以灵活地现实多功能的复杂控制。
调试和用户反馈
当客户将电气设备和机械设备安装完毕后，经检查无接线错误后次上电，伺服电机动作并不是很理想，个别电机有轻微的抖动。可以用SETUP161E调试软件进行细致的调试。增加其滤波功能，tigao伺服电机的响应频率。确保整个系统高速、稳定地运行。
对象：
① 两台实达灵犀外置式MODEM
② FX2N PLC + FX2N-232-BD
③ 个人电脑
④ 电话线（公司内线）
系统示意图如下：
具体步骤：
通过bbbbbbs自带的“超级终端”（在9600bps下）对PLC端（被叫端）的MODEM进行设置。所使用的AT指令为：ATE0S0=2Q1&D0\N2&K0&W0。
通过编程软件进行拨号连接，当线路连通以后就可以使用程序读写和监控等功能进行PLC的远程维护。
当使用FX-PCS/WIN-C软件（GPWIN Version 3.0）时：
1．选择“遥控”/“环境”/“调制解调器”。
2．在出现的“调制解调器”对话框中点击“输入新文件”，在随后出现的“调制解调器设置”对话框中设置好“名字”，“初始化设置字符串”及“线型”并确认。
3．选择“遥控”/“连接”/“至PLC”。
4．在出现的“行连接”对话框中点击“输入新文件”，在随后出现的“编辑连接数据”对话框中设置好“名字”和“电话”并确认。
5．此时会出现“远程站点拨号”对话框。点击“是”将会与远程站点进行连接。
6．当建立起连接以后会在标题栏中显示当前已连接的时间。
7．选择“PLC”/“程序读入...”，在设置好PLC类型并确认以后会从PLC中读入程序。
8．如果想断开连接，选择“遥控”/“断开”。
9．此时将会出现“将调制解调器挂起”对话框。点击“是”将会断开连接。
控制Modem的所有指令都以AT开始，后以回车来执行它们，称其为AT指令。
AT指令前缀的两个字符都应以大写或小写（AT或at）输入，Modem无法辨认At或aT。
以上连接中所使用到的AT指令的含义：
E0：命令字符串不回送。
Q0：返回命令执行结果。Q1：不返回命令执行结果。
V1：以字符形式返回命令执行结果。
&C1：数据载波侦听（DCD）信号将随着远程调制解调器送来的数据载波变化而变化。
&D0：DTR永远保持在ON，调制解调器忽略DTR信号。
&K0：禁止数据liuliang控制。
&W0：将目前所作的参数存入调制解调器的第0组参数表。
\N2：选择MNP可靠模式的数据链路。
S0=2：调制解调器接收到2次振铃信号后自动接听。
&V：显示当前的调制解调器参数。
&F：恢复到出厂设置。
当使用GX Developer软件（Version 7.08J）时：
1．选择“工具”/“电话功能设定/经调制解调器的连接”/“线路连接…”。
2．在出现的“选择PLC系列”对话框中设定PLC的类型并确认。
3．在出现的“电路连接”对话框中指定“电路类型”，“端口”，“电话号码”和“AT指令”。
注：以上对话框中的“调制解调器初始化”按钮的作用相当于AT&F，会将MODEM恢复到出厂设置。在“AT指令指定”文本框中所键入的AT指令将会在按下“连接”后发送至MODEM，会根据“电话号码”文本框中所键入的号码进行拨号连接。
4．点击“连接”将会与远程站点连接，当建立起连接后会出现以下对话框。
5．点击“确定”后会出现“通信目标指定”对话框。设定好以后点击“确认”。
6．此时会出现“从PLC读出”对话框。在需要读出的项目前打勾，点击“执行”后将从 PLC中读出对应的内容。
7．如果想断开连接，选择“工具”/“电话功能设定/经调制解调器的连接”/“线路切断”。
8．此时会出现以下对话框。
点击“是”将断开连接。
附注：
1．FX2N-232-BD与MODEM之间以及电脑与MODEM之间都是用MODEM本身自带的线（直通线）进行连接。
2．在实际应用中，有些MODEM只能在GX Developer软件中实现上述远程维护功能。比如TP-bbbb的TM-EC5658V。
3．FX-PCS/WIN软件当运行在bbbbbbs NT4.0、bbbbbbs2000或者bbbbbbs XP环境中时不能使用以上的远程维护功能