6ES7221-1BF22-0XA8参数设置
1 引言
可编程控制器（PLC）是机电类的一门实践性很强的课，日益受到人们的重视。为了加强实验室建设，完善实验手段，突出实践性教学环节，特别是体现机与电结合的特色，培养高素质的工程人才，让学生熟悉PLC的应用，研制了四层电梯模型。
2 电梯模型的总体简介
电梯模型由PLC、铝合金立柱、透明有机玻璃板、印刷电路面板等组成，整个模型安置在面积为30×22cm2的底板上，电梯部分固定在底板的前部，PLC固定在底板的后部，电梯与PLC通过排线连接，模型的总高度约为45cm，总重量约为4.5Kg，如图1所示。
图1电梯模型实物
电梯模型采用常见的曳引式电梯结构，由一个定滑轮和两个动滑轮构成的滑轮组以减小所需的牵引力，拖动电机为5V、1W直流电机。为了更好地展现电梯内部结构和电梯的运行状况，除了正面是印刷电路板，其它几个面均采用透明的有机玻璃板制成，使得电梯的内部结构一目了然;电梯模型具备了实际电梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真实电梯。
电梯部分的尺寸为12×12×40cm3，轿厢尺寸为10×10×8 cm3。由于尺寸较小，各电子元器件之间采用传统的导线连接方式是比较困难的、容易出差错，采用印刷电路板取代传统导线连接方式，也就是，模型的正面使用了一整块印刷电路板，轿厢的正面也使用了一整块印刷电路板，两块印刷电路板之间的信号通过排线连接，所有的呼梯按键以及指示灯均焊接在电路板上，这样不但解决了模型的电气连接问题，提高了模型的可靠性，模型也显得较为整洁美观。
3 控制系统硬件设计
3.1 PLC选型及输入、输出点分配
PLC选用三菱FX2N系列的FX2N-32MR，它有16输入点和16个输出点。PLC的输入信号有轿厢内呼梯、上呼梯、下呼梯、楼层接近开关共14个输入点;PLC的输出信号有指示灯、电机正转、电机反转共16个输出点，输入/输出点的地址分配情况如图2所示。
图2 输入/输出点的地址分配图
3.2 智能判断控制
电梯到层、电梯门打开，但电梯外的乘客由于某种原因已经离开，此时没有乘客进入电梯箱，影响了电梯的运行效率。这样情况在真实电梯运行过程中经常出现。针对这种情况，本文的电梯模型增加了自动取消无效呼梯功能（由于电梯模型体积较小，这里仅仅针对二楼增加了此项功能），可有效地提高电梯运行效率。其实现方法是：在电梯模型上添加人体感应模块，并将人体感应模块的输出信号连接到输入点X13上，X13的常开触点串联在二楼呼梯信号的保持线圈上。当在二楼等电梯的乘客离开，X13复位，从而取消二楼呼梯信号，电梯就不再停留此层，从而提高电梯运行效率。
3.3 电梯的升降控制
电梯的轿箱由一个5V直流电机拖动，并由PLC的Y13和Y17分别控制电梯轿箱的升降。在PLC编程时，Y13与Y17进行互锁，为了防止意外而造成电源短路，在外部硬件上进行了互锁设计，用弹簧继电器J1和J2进行互锁，如图3所示，从而避免发生电源短路事故。具体实现过程：输出点Y13闭合，继电器J1线圈得电，使5V直流电源正接到直流电机上，此时直流电机正向转动，即电梯轿箱上升;输出点Y17闭合，继电器J2的线圈得电，使5V直流电源反接到直流电机上，此时直流电机反向转动，即电梯轿箱下降。
图3 电梯升降互锁控制原理图
4 模型的功能及软件设计
4.1 电梯模型的功能简介
电梯模型可以实现以下主要功能：
①记忆呼梯信号;②确定电梯运行方向;③响应顺向呼梯信号，并到层后消除对应的呼梯信号;④当轿厢到达指定的楼层时，楼层指示灯闪烁，表示电梯门处于打开状态，闪烁时间为5s;⑤互锁、上下限位保护;⑥显示轿厢所处的楼层位置、显示呼梯信号。
4.2 软件设计
根据电梯模型的功能，编制相应的梯形图。
4.2.1 呼梯信号的处理
以“一楼上呼信号（输入点X10）”为例。当X10有信号输入，线圈Y10接通并自锁，从而记忆住此呼梯信号，并使“一楼上呼指示灯”亮，直到响应结束，如图4（a）所示。
图4（b）是 “一楼上呼信号X10”的响应处理。当轿厢到达一层时，一楼接近开关动作，使X4接通，使得M110动作并自锁，导致图4（a）中Y10断开， “一楼上呼指示灯”灭，即“一楼上呼信号”被响应。通过三个定时器（T20、T21和T22）实现楼层指示灯闪烁5s，其中M310间接地使电机停转，M410用于实现“一楼指示灯”闪烁控制。
图4 呼梯信号的记忆与清除
4.2.2 电梯运行方向的控制
根据各呼梯信号的先后次序以及轿厢所在楼层位置，决定电梯的运行方向。当电梯运行方向确定后，电梯在上升运行中，只响应大于等于当前楼层的内呼和上升外呼信号;在下降运行中，只响应小于等于当前楼层的内呼和下降外呼信号。
图5是电梯上升运行控制的梯形图，用辅助继电器M204、M205、M206和M207记忆轿厢所在的楼层位置，用M130和M131记忆电梯正向和反向运行状态。用相应的输出继电器记忆、指示相应的输入信号，例如，按下“二楼上呼信号”按键，即，输入端X11有输入，用输出继电器Y11记忆此输入信号，输出点Y11使相应的二极管发光，用来指示有“二楼上呼信号”。
当轿厢在一楼位置，M204通电，M205、M206和M207断电，此时轿厢外呼梯信号X16、X15、X14、X12、X11、X10以及轿厢内呼梯信号X3、X2、X1都有可能产生上升运行状态;相似地，当轿厢在二楼位置，M205通电，M204、M206和M207断电，此时轿厢外呼梯信号X16、X15、X12、X11以及轿厢内呼梯信号X3、X2都有可能产生上升运行状态;当轿厢在三楼位置，M206通电，M204、M205和M207断电，此时轿厢外呼梯信号X16、X12以及轿厢内呼梯信号X3都有可能产生上升运行状态。如图5所示，输出点Y均被自锁，一旦产生上升运行状态（M130通电），那么只有当所有上楼呼梯信号被响应后，才能解除上升运行状态（M130断电）。
图5 电梯上升运行控制
电梯下降运行控制原理与上升运行控制类似，其它一些功能较为简单，这里不再累述。
5 结束语
本文中的电梯模型与其它现有的电梯模型相比，具有以下创新之处：①用印刷电路代替传统的导线连接，不但减小了电梯模型的体积，提高了可靠性;②电梯模型可以自动取消无效的呼梯信号，提高了电梯的运行效率;③由于电梯模型体积小、重量轻，成本低、便于携带，非常适合课堂教学、实验、现场编程和调试，对学生了解和掌握可编程控制器（PLC）及其应用以及工业过程自动化控制有着重要的帮助。
1、引言
聚束器NB2是重离子加速器系统中，提高束流品质的一个高频系统。其工作原理如图1示，
图1：工作原理图
速度不同的带电粒子经过耦合有大功率高频信号的真空加速腔时将受到速度调制，终粒子的速度趋于一致。即如粒子1以V1，粒子2以V2的速度在束线中运动，其中V1小于V2，经过相同的时间，粒子2到达高频信号的负半周期，粒子1到达高频信号的正半周期，二者都受到由电场力产生的加速度a的作用，由式1-1可知经过相同的时间，粒子速度趋于一致，以达到改善束流的品质。
V2-a.t=V
V1+a.t=V 式1-1
高频发射机系统如图2所示，主要由高频放大、槽路、冷却系统和供电系统四部分组成。高频放大部分是由固态宽频带放大器、电子管构成的二级放大系统;供电系统主要负责电子管的灯丝、栅极、帘栅极、阳极和宽频带放大器的供电;加之整个发射机是一个以分布参数为主的系统，槽路是改善发射机参数和性能的重要组成部分。考虑到发射机工作在一个有高压、低压、交流、直流、脉冲和模拟信号混合的电磁环境中，为保证控制系统的稳定性和可靠性，采用了西门子S7-300系列的PLC、触摸屏，并结合Ethernet（工业以太网）技术设计了NB2发射机控制系统，实现了发射机的远程控制。
Ethernet网络是采用商业以太网通信芯片和物理介质，利用以太网交换机实现各设备间的点对点连接的工业以太网技术。能能支持10M和100M的以太网的商业产品。它的一个数据包多可达1500字节，数据传输可达10Mbps或100Mbps;从而实现数据的高速传输[1]。
图2：发射机框图
2、控制系统组成
该控制系统要实现发射机的连锁保护，即发射机的冷却、电源、电子管、槽路中任一个参数出现异常，系统都能实现报警并采取相关的应急措施，确保系统的安全。现场控制的HMI（人机界面）是用西门子TP270组态设计的，可以实现本地操作如报警、记录、打印、参数的读取等。还能在控制室实现对冷却系统、电源、电子管的各极偏置、以及激励的远程操作;并且能在处于控制室的工业PC的HMI中显示系统的运行状态、加速电压（D电压）等相关参数。
2.1、控制系统的硬件配置
为实现以上要求，该系统采用了如图3所示的结构。现场以西门子S7-300 PLC和触摸屏TP270作为高频发射机的本地控制器和人机接口，经Ethernet和交换机接入已有的控制网络，后通过以太网卡连到控制室工控机，完成远程控制。
图3：系统结构和S7-300PLC配置图
系统中所采用的PLC的配置如图3所示的配置。电源模块是PS305，能提供DC24V的电压和DC5A的电流。CPU 是313-2DP，此CPU模块自带32点DI/DO，有两路硬件产生高频率为30KHZ的脉冲，以满足系统中脉冲调制和拖动槽路中步进电机所需的脉冲。采用SM338 模块读取通过SSI总线传来的电机位置编码数据。为了便于通信，配置了通讯处理器CP3413-1模块，可以直接用双绞线与交换机SWITCH相连接入已有的控制网络。为了产生高精度的模拟量控制信号，采用了16位精度的SM332模块。采样信号都是4-20mA的信号，系统配置了SM331模拟量模块，以完成参数的测量。
2.2、槽路微调电容的控制
当调节激励以改变发射机输出能量即改变D电压时，需改变微调电容，使耦合网络匹配，以减小反射系数[2] 。对微调电容的控制采用了如图4所示的闭环控制结构。当PLC收到来自本地TP270触摸屏的动作信号（本地控制模式）;或者收到来自Wincc的动作信号（远程控制模式）时，就调用相应的功能块FC，产生脉冲和方向信号，经驱动器放大，拖动步进电机，改变电容板间距离，从而实现对电容容值的改变和耦合网络的匹配。 其中位置传感器采用的是SICK的ATM60 SSI位置编码器,电容板的位置编码数据以SSI协议的格式，传送给S7-300的SM338 模块，通过Ethernet上传给处于控制室的工业PC，在Wincc组态的HMI中显示;通过Profibus把位置编码数据传给本地的触摸屏TP270，在Protool组态的本地人机界面中显示。
图4：槽路微调电容拖动控制简图
2.3、调理电路
为保证发射机各个系统参数的监测，采用了如图5所示的以TP521为核心的光隔离模拟测量调理电路[3]，只要调节图中的可变电阻，并适当的设置SM331模块的系数因子，就能实现参数的准确测量;并在组态的HMI中显示，达到发射机参数远程监控的目的。
图5：参数测量调理电路
3、软件设计
系统的软件设计主要包括PLC软件设计、工业PC的上位的HMI设计以及本控触摸屏TP270的HMI设计。PLC的程序设计，主要实现现场的数据测量、状态监控、控制策略的判断和与上位机的Wincc数据通信。
在Wincc组态软件环境下，分别设计了发射机的操作流程图、状态监控图、参数测量显示图、参数趋势曲线图;并具有报警记录、报表生成、打印等功能。本地控制的触摸屏TP270的HMI设计是在Protool环境下组态完成的，其功能和Wincc组态的HMI大致相同。如图6所示其人机界面（HMI），分成了操作流程区域，发射机参数测量监控区域，发射机状态监控区域和功能选择区域。
图6：操作界面
Step7中程序循环组织块是OB1，通过判断来自上位工控机Wincc或触摸屏TP270的操作变量状态和PLC输入接点的状态，循环调用开关机功能块FC20，脉冲宽度调制生成块SFB49及背景数据块DB20，参数测量功能块FC21，激励信号调节功能块FC22，系统连锁保护块FC23，与DB通信的功能块FC24,整个程序结构如图7所示。当PLC加电初始化完成后，进OB1主循环块，并扫描功能块FC24实现与Wincc和TP270的通信，获取操作信息并接合PLC 的输入接点和辅助节点如M1.0，调用相应的功能块FC，完成相应的控制操作;把相关数据和参数状态通过FC24上传给Wincc，实现远程监控。在任何时刻系统参数出现异常，PLC都会调用连锁保护块FC23，使系统处于保护待机状态，并把故障显示到Wincc和TP270操作界面中告知系统运行者[3]。
图7：软件结构图
5、结束语
该系统采用了西门子S7-300PLC作为本地控制器，具有抗干扰能力强，运行可靠等优点。接合Profibus现场总线，以触摸屏TP270作为本地控制的人机接口设计，取代了以按钮、数码管、模拟表头等作为人机接口的方案;减少了系统的布线，简化了接口电路的设计等工作，并且具有设计简单、运行可靠、显示直观等优点。采用Wincc组态HMI，使上位机操作界面友好，状态显示直观，降低了操作难度，提高了自动化水平，节省了人力资源。
本文作者创新点：结合Profibus总线技术和触摸屏，改变了传统以按钮、数码管、模拟表头等作为人机接口的设计思路，在EMC（电磁兼容）恶劣的情况下，可靠的实现了发射机系统的控制。
1前言
在工业应用领域，大部分机械设备都采用先进、实用的控制产品对生产过程进行控制，以提高设备运行的可靠性和生产效率。在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用先进的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。
中国是个农业大国，农机设备遍布大江南北。把性能稳定、质量可靠、功能强大的控制产品应用到市场巨大的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积极的影响。
本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用，该应用在提高农机设备自动化方面取得了很好效果，具有很好的推广价值。
2系统概述
山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的企业，其生产的液压打包机行销海内外，得到用户的普遍好评。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了极大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外品牌PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造，但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的恶劣性，在可靠性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LECG3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，该控制方案达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。
液压打包机控制系统由核心控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，核心控制单元应用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，输入、输出信号详见表1。
3系统功能
采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并能对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的可靠性，根据客户的实际需求，将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上，包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。时间继电器的时间也在人机界面上设定，包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。
液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等，下面对各控制回路分别进行介绍。
油泵电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“泵起”油泵电机的启动按钮，主接触器C1和Y接触器C2接通，油泵电机启动延时继电器，通过读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到则Y接触器C2断开，△接触器C3接通，PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮，油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时，主油泵热保护继电器RJ开关闭合，通过PLC程序控制主接触器C1立即断开，处于保护状态。故障排除后，重新启动、重新开机。当油缸超过上限或下限时，HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间，保证佳转换状态。加上多重互锁和自锁，完成油泵电机的正常启动和运转，有指示灯显示电机的运转状态。
踩箱电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“踩起”踩箱电机的启动按钮，踩箱过程开始，踩箱指示灯点亮，踩箱电机接触器C4接通，踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，触发PLC内部中间继电器，踩箱结束，蜂鸣器H接通告知，踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，循环结束，踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮，所有的时间继电器及中间继电器均复位，踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整，根据不同的工作状况选取不同值，极大地方便了用户操作，显著提高了生产效率。
上升、下降控制回路：上升与下降是两个的控制过程，由程序设计为互锁，以保证动作统一、安全。通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“上升”或“下降”按钮，箱体按程序动作，开始上升或下降，达到工艺要求。
提箱控制回路：系统提箱的控制必须保证在上升结束后进行，通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“提箱”按钮，提箱开始，当达到箱体上限位时，即为提箱结束。
预卸控制回路：按照工艺要求，预卸控制必须是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程完全由PLC程序自动进行，油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值，开始计时，时间到预卸结束。
开门、关门控制回路：开门和关门是两个的控制过程，分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制，内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁，分别完成开门和关门动作。