西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0供应现货
本文讨论了可编程序控制器（PLC）在纺织企业温湿度监控中的应用方法，主要阐述了系统的配置、系统梯形图的编制及模拟量的处理等问题。
1 引 言
纺织厂的温湿度有严格要求，利用PLC构成的温湿度监控系统可实时监测与控制纺织厂内的温湿度变化，通过自动控制库内的空调机、除湿机的开启与关闭状态，以保证纺织厂内温湿度符合要求。温湿度监控包括：一旦上下限设定，在夏天，空调机将在纺织厂内温度高于上限时制冷，并在纺织厂内温度降至下限时关闭。冬天将在低于下限时处于制热状态开启空调机，而当温度升高至上限时关闭。本文主要考虑夏天的情况。同样，当湿度高于上限时去湿机开始工作，直到湿度接近下限时关闭除湿机，这样可自动控制纺织厂的温湿度状态。
2 系统设计
2.1 系统原理及结构
系统使用的是一个具有5个I/O插槽的模块式PLC，如图1示。模拟IN1模块与温度传感器相接，模拟IN2模块与湿度传感器相接，24V输入（IN）模块与开关相接，24V输出（OUT1与OUT2）模块分别通过中间继电器与空调与除湿器相连。
2.2 机型选择与配置
每一个厂房有1个温度传感器、1个湿度传感器，1台空调和1只除湿器需要受控制，纺织厂内共4个厂房。总的输入点为开关量2点，模拟量8点，输出点为开关量11点。选用SZ－4型五槽框架的PLC，I/O模块为2块模拟量输入模块，1块24V输入模块，2块24V输出模块。
2.3 定义号分配
定义号是每个输入输出点在程序中的标记，一般PLC会自动根据安装槽号分配定义号，但有时模块安装位置变动时就要根据实际情况用编程器进行定义，SZ-4系列PLC中输入点用I表示，输出用Q表示。
定义号分输入信号和输出信号，输入信号定义，如表1示。
表1 输入信号分配表
编号符号输 入 信 号
1I0自动控制启动开关
2I1手动启动开关
3 1号厂房温度信号
4 1号厂房湿度信号
5 2号厂房温度信号
6 2号厂房湿度信号
7 3号厂房温度信号
8 3号厂房湿度信号
9 4号厂房温度信号
10 4号厂房湿度信号
输出信号定义，如表2示。
表2 输出信号分配表
编号符号输 出 信 号
1Q1自动控制启动开关指示灯
2Q2手动启动开关指示灯
3Q31号厂房房空调
4Q41号厂房房除湿器
5Q52号厂房房空调
6Q62号厂房房除湿器
7Q73号厂房房空调
8Q83号厂房房除湿器
9Q94号厂房房空调
10Q104厂房库房除湿器
11Q11温度异常报警输出
3 软 件
梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应。助记符语言，也称为命令语句表达式，它与汇编语言非常近似，每个控制功能由一个或多个语句组成的用户程序来执行，每条语句是规定CPU如何动作的指令，它的作用和微机的指令一样，PLC的语句也是由操作码和操作数组成的。
PLC是以扫描方式从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，扫描过程按梯形图梯级顺序执行，上一个梯级的结果是下一梯级的条件。一个工程问题可分解成多个相对独立的小问题，后形成一个完整的系统。
图2 空调及除湿器的控制的程序框图
系统主要有温湿度监测和空调与除湿器的控制二大块功能。温湿度的监测每隔一定时间要进行数据记录，存储到数据寄存器区，在数据寄存器区需要设置一个数据指针，指向当前存储的地址，每存一次，指针向下移动一次，直至数据寄存器区未尾，再初始化，从头开始，每测一次，计时器要记录下次的测试时间，当到达24点时复位为0点。由于存储几个月的温湿度数据，若想长期保存，可把数据送至其他设备如微机长期保存。数据监测部分的程序框图
4 模拟量的处理
系统采用的是0～5V的模拟量输入模块，输入阻抗为20MΩ，占用16个输入点，共有4个通道，8个信号需要2块模拟量输入模块，该模拟量输入模块的采样精度及速度均较高，对应于模拟量输入模块的安装位置，有特定的模拟量数据设定寄存器，可在该寄存器中设定使用通道数，数据存放开始寄存器号。设定寄存器号，如表3示。
表 3
模块安装槽号1234
使用通道数设定R7660R7661R7662R7663
存放数据开始寄存器设定R7660R7661R7662R7663
4.1 使用通道数设定
在设定使用通道数和数据存放形式：
高位为0：BCD形式存放，高位为1：BIN形式存放。例如0400代表4通道数据，以BCD形式存放。
4.2 数据存放开始寄存器设定
用BIN数据设定数据存放开始寄存器号，可设定为R0～R177、R1000～R1177、R2000～R3773。例如0400代表数据存放开始寄存器为R2000。
模拟模块被安装在0号和1号槽。
5 结 论
使用可编程序控制器（PLC）控制厂房温湿度，具有可靠性高，运行稳定，抗干扰性能强等特点，对于模拟量的处理较方便，各输入输出信号之间应有较好的隔离方法，如模拟输入模块信号可用光电隔离，输出信号通过中间继电器隔离，再控制强电设备，这样可防止各输入输出信号之间的相互干扰，也可防止对前端设备的信号干扰，上述方法成功地解决了纺织厂温湿度的自动监测与控制问题，在其他自动监控系统中也可以应用。
1.引言
随着机械自动化水平的不断提高，自动控制技术在定量包装生产中应用越来越多，在粮食、化肥、饲料和轻工等行业中都有广泛应用。称量包装技术的发展大致经历了手工称量、继电器控制、称重仪表控制、PLC 控制等几个阶段。相对于传统的称重仪表控制，应用PLC 和触摸屏组成的控制系统便于将开关量设置、复位操作以及设定和修改系统参数功能有机的结合，提高机器速度和精度。
2. 包装机的工作原理
2.1 包装机的组成
称重式自动定量包装机由供料部分、称重部分与卸料部分组成。供料部分分为储料斗和重力供料装置。储料斗用于存储需要灌装的物料，重力供料装置主要是向称量料斗中提供物料。称重部分即称量斗，它通过和称重传感器相连，测量物料重量。卸料部分用来完成标准重量物料的卸料装袋过程。如图1 所示，为包装机的组成图。
2.2 工作原理
称重式自动定量包装机的工作原理流程图如图2 所示。当储料斗中物料足够，在重力的作用下进入重力供料装置，完全打开料门进入大给料状态。当到达给定大给料重量时，关闭给料门，留一条狭缝，进入小给料状态。当到达给定小给料重量时，完全关闭给料门，经过一定的空中落料，称量斗稳定，并且卡袋机构卡紧时，卸料门打开，物料进入放料斗，再落入袋内，完成一个包装循环。
3.控制系统硬件设计
该系统主要为开关量控制，料门的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。设备即可以手动操作也可以自动操作。手动操作要求用按钮对机器的每一步运动单独进行操作控制。自动操作要求按一下自动/手动选择开关，机器自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按下停止按钮，则机器继续完成一个周期的动作，回到初始状态后自动停止。控制系统框图如图3 所示。
根据称重式自动定量包装机的操作和控制要求，控制系统选用西门子公司的SIMATICS7-200 系列PLC，此系列的PLC 具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选CPU 的型号为CPU 226 AC／DC／REL，它提供24 个数字量输入和16 个数字量输出，输入／输出接口电路均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。并且2 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。由于要处理传感器的模拟量输入信号，扩展了一个EM 235 模拟量处理模块，该模块具有4 路模拟量输入。POP 文本显示器对整个系统进行过程监控显示以及参数设定等功能，可以通过PPI 协议和s7-200 系列PLC 的编程口或扩展通讯口直接通讯。
4.控制系统软件设计
控制系统软件设计为各功能软件设计，包括显示功能、参数设定功能、自动修正给料量功能、通讯功能等。如图4 所示为软件系统的总体结构。
4.1 称重信号处理
由于称量信号存在干扰，需要对信号进行滤波处理，并判断信号是否稳定，读数是否准确。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号的比重，是一种程序滤波即软件滤波。常见的滤波方法有限幅滤波、限速滤波、中值滤波、滑动平均滤波等。
本系统采用滑动平均滤波方法，系统采集的信号是与重量成正比的电压信号。这类信号的特点是存在一个平均值，信号在某一数值范围附近作上下波动，在这种情况下仅取一个采样值作为判断依据显然是不准确的。采用滑动滤波方法可以得到较好的效果。该方法采用新采集的一个数据替换n 个暂存数据中的早的一个数据，使得n 个暂存数据始终是近的数据。求平均后所得数据既反映了近的数据变化，又克服了随机误差带来的响。
所求的平均值为
标准差为
当标准差σ 小于设定值时，则系统稳定，当前值即为称量值。根据系统要求的精度不同，可以设定不同的值。
4．2 PLC 程序设计
根据称重式自动定量包装机的操作要求，确定各动作的顺序和相互之间的关系，画出程序流程图，再由PLC 输入输出的逻辑关系编写出梯形图。本系统输入端口定义为自动手动按钮、卡袋复位按钮、单步执行按钮、总复位按钮、停止按钮、卡袋开关等，输出端口定义为称量斗稳定指示、大给料气缸动作、小给料气缸动作、卸料气缸动作、卡袋气缸动作、系统报警等。输出采用西门子公司STEP7-Micro/WIN32 软件进行编写，程序流程图如图5 所示。
4.3 POP 文本画面设计
POP-HMI 除 LCD 显示窗之外，还有22 个薄膜开关按键，其中16 个按键能被设定成特殊的功能键，用来完成画面跳转，开关量、位状态设定等功能。本系统中通过POP-HMI 可以设定灌装目标重量、大给料量、小给料量，实时监控称量重量，并且查看灌装数据。
5.结束语
本系统设计完成后，进行了多次模拟实验，并且根据现场调试的情况进行修改。系统在投入运行后，性能稳定可靠，满足各项工艺要求，生产效率和产品质量均有所提高，完成了机械和电器控制系统的一体化要求，可广泛应用于食品包装等行业。
本文研究的是通过modbusrtu通讯协议与通讯实现变频器的控制。触摸屏采用威纶通tk6070ip,变频器用汇川md380通用系列。通过触摸屏编程软件，编辑控制画面实现变频器的启动、停止、速度调节、多段速速度设置，通过宏指令实现工程值与实际值的转换。
一、modbus rtu 简介：
为了在自动化系统之间、自动化系统和所连接的分散的现场设备之间进行信息交换，如今串行被主要用作通讯系统。成千上万的应用已经强烈地证明了通过使用现场总线技术，可以节省多至40％的接线、调试及维护的费用。仅仅使用两根电线就可以传送现场设备的所有相关信息，比如输入和输出数据、参数、诊断数据。过去使用的现场总线往往是制造商的特定现场总线，并且同其它现场总线不兼容。如今使用的现场总线几乎是完全公开和标准化的。这就意味者用户可以以合理的价格选择好的产品，而不用依赖于每个独立的制造商。modbusrtu是一种国际的、开放的现场总线标准。作为一种很容易实现的现场总线协议，在全世界范围内，modbus得到了成功的应用。应用领域包括生产过程中的自动化、过程控制和楼宇自控。modbusrtu通讯协议的报文如图1。
图1
modbus rtu 通讯协议的报文功能码如下：
01h 读取线圈状态。 从执行机构上读取线圈（单个位）的内容；
02h 读取离散量输入。 从执行机构上读取离散量输入（多个位）的内容；
03h 读取保持寄存器。 从执行机构上读取保持寄存器（16位字）的内容；
04h 读取输入寄存器。 从执行机构上读取输入寄存器（16位字）的内容；
05h 强置单线圈。 写数据到执行机构的线圈（单个位）为“通”（“1”）或
“断”（“0”）；
06h 预置单寄存器。 写数据到执行机构的单个保持寄存器（16位字）；
0fh 强置多线圈。 写数据到执行机构的几个连续线圈（单个位）为“通”（“1”）
或“断”（“0”）；
10h 预置多寄存器。 写数据到执行机构的几个连续的保持寄存器（16位字）。
二、威纶通编程软件介绍：
eb8000软件中modbus协议的设备类型为0x、1x、3x、4x、5x、6x，还有3x_bit，4x_bit，6x_bit，0x_multi_coils等，下面分别说明这些设备类型在modbus协议中支持哪些功能码。
0x：是一个可读可写的设备类型，相当于操作的输出点。该设备类型读取位状态的时候，发出的功能码是01h，写位状态的时候发出的功能码是05h。写多个寄存器时发出的功能码是0fh。
1x：是一个只读的设备类型，相当于读取plc的输入点。读取位状态的时候发出的功能码为02h。
3x：是一个只读的设备类型，相当于读取plc的模拟量。读数据的时候，发出的功能码是04h。
4x：是一个可读可写的设备类型，相当于操作plc的数据寄存器。当读取数据的时候，发出的功能码是03h，当写数据的时候发出的功能码时10h，可写多个寄存器的数据。
5x：该设备类型与4x的设备类型属性是一样的。即发出读写的功能码完全一样，不同之处在于：当为双字时，例如32_bitunsigned格式的数据，使用5x和4x两种设备类型分别读取数据时，高字和低字的位置是颠倒的。例如，使用4x设备类型读到的数据是0x12345678，那么使用5x设备类型读到的数据是0x56781234。
6x：是一个可读可写的设备类型，读取数据的时候，发出的功能码也是03h，与4x不同之处在于写数据的时候发出的功能码时06h，即写单个寄存器的数据。
三、变频器参数设置：
f0-02 命令源选择为：通讯命令通道（1正转运行、2反转运行、3正转点动、4反转点动、5自由停车、6减速停机）；
f0-03 主频率源选择为：通讯给定；
f0-28 串口通讯协议选择：modbus 协议；
fd-00 通讯波特率：9600 bps；
fd-01 modbus 数据格式：偶校检（8-e-1）；
fd-02 本机地址：1
fc-00—fc-15 1到16段多段速运行速度
四、触摸屏程序设置：
触摸屏编程软件先设置好联机设备，设备名称为modbus rtu ,及设置好通讯格式。如图2。
图2
威纶通编程软件具有强大的宏指令功能，通过此功能我们可以编辑工程值与具体值的转换程序。交流电机的转速=60f/p。f是交流电的频率；p是磁极对数；60是一分钟秒数。四极就是2对磁极.四极电机的理论转速是1500转/分。这是旋转磁场的转速，实际转速低于旋转磁场的转速，四极电机一般是1450转/分。根据交流电机的转换公式，我们就可方便写出该转换公式的宏指令，如图3。
图 3
触摸屏界面设计如图4。
图4
五、
在现场应用中：变频器操作板都采用数码管显示，当需要设置参数时还得参考说明书查找相应的功能地址，采用触摸屏来控制变频器操作方便、直观，还可实时监测变频器的多组数据(运行频率、电压、电流、转矩等等)；触摸屏配合变频器自带的简单输出控制功能可完成多段速的控制，摆脱控制器节约了成本；一台触摸屏通过走rs485通讯还可控制及监测多台变频器；应用触摸屏还可提高设备档次。