西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0参数设置

西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0参数设置

1引言
工程公司主要生产液氯钢瓶、液氨贮罐及氮气包等各种三类容器。由于该类容器属于剧毒、高压类容器，其工作压力一般在(2.0~16.0)MPa，对热处理的要求也特别高。
公司原有热处理炉的炉膛长12m、宽3.6m、高4m，热处理炉共有14个加热点，即14个燃气喷嘴，左右两侧的下方各均匀地排列7个。另有4个温度检测点。在热处理过程中，工人要密切注视着热处理炉中温度的变化，根据热处理工艺要求及当前温度值的大小，经常调节进气量的大小以达到控制炉温高低的目的。由于热处理炉的容积较大，故热处理炉内各部分的温差也较大。在一次设备的热处理过程中，工人往往要进行数十次进气量的调整。这种控制方法不仅增大了工人的劳动强度，更重要的是热处理炉进气量调节的幅度是工人凭经验来进行控制的，加上温度变化的滞后性较大，常常会因为操作不当而引起炉内各处温差较大或温升速率偏离热处理工艺要求过多(一般要求温升速率为100℃/h)，使得被处理的设备可能会由于“严重网状”而产生裂纹;有时也可能会因为加热不足或过热等现象，使得被处理的设备表现出硬度不足、球化不完全或晶粒粗大、碳化物粗厚等疵病。
热处理质量一般需要通过专门的仪器才能得到鉴定，而要对出厂的每一个设备都做这样的鉴定是有一定困难的。热处理质量的好坏关系到设备使用的安全性能。为提高热处理过程中的自动化程度，改善热处理效果，保证产品质量，提出了对原有热处理炉进行改造，设计一个新型的热处理炉。
2 热处理炉控制系统的设计
2.1 系统结构框图
热处理炉控制系统结构如图1所示。为实现对热处理炉进气量的均匀控制，将原来1个点上只有1个喷嘴改成1个点上有3个喷嘴，这样热处理炉由原来的14个喷嘴增加至42个喷嘴。但总的进气量基本保持不变。热处理炉控制系统在工作中视炉内温度的高低来决定打开几个喷嘴。为准确反映炉内温度，温度检测点也由原来的左右各2个变成左右各4个，再加顶部4个，总共有12个温度检测点。系统选用日本三菱公司的FX2N-128MR作为数据采集、逻辑控制及实现PID调节的主控单元;选用上海嘉松机器有限公司生产的ZCZG高温电磁阀作为进气控制的执行元件。

图1 热处理炉控制系统结构图

2.2 系统工作原理
系统人机对话功能模块由BCD码拨盘、显示模块和声光报警等部分组成。BCD码拨盘用来完成给定温度的设定和温度检测点的选择等功能;通过BCD码拨盘的切换可显示炉内任一个温度检测点的温度;系统的控制信号是根据传感器所检测到的温度与给定温度进行PID运算后直接驱动可控硅对ZCZG高温电磁阀进行控制;电磁阀通电后，阀中的连杆被提升，之后转轴开始转动并作用于导阀从而打开主阀，断电后，在衔铁自重及返回弹簧作用下关上导阀，靠压差关闭主阀;当系统检测到温升速率大于给定温升速率或恒温时温度偏离允许的范围，系统都会为发出声光报警。
2.3 PID调节算法及系统主要参数设定
在由数字PID调节算法来实现控制的系统中，过程控制对象需要的是控制对象的值，而不是其增量。目前常用的PID调节算法有位置式算法和增量式算法两种。位置式算法每次输出均与整个过去的状态有关，计算式中要用到过去误差的累计值，容易产生较大的积累误差。而增量式PID算法只需要计算其增量，计算误差或精度不足对控制量的影响相对较小。故系统数据运算时采用增量式算法，而输出控制采用位置式算法。其运算式为:

PID调节算法中参数的选择是关系到PID调节性能好坏的关键所在。若简单地用试凑法来整定PID的调节参数，需要进行多次的模拟或现场试验才能得到所需参数。若先将调节器选为纯比例调节器，并使之形成闭环，再根据经验数据，使系统对阶跃输入响应达到临界振荡状态，这时的比例系数记为Kr，临界振荡的周期记为Tr。根据齐格勒－尼柯尔斯(Ziegle-Nichols)提供的经验公式，可求得不同类型调节器的参数。考虑到控制对象的特点，经过试验，后确定比例常数Kp=4.5、积分常数Ti=8.0、微分常数Td=2.8。
系统的采样周期T也是PID调节算法中的重要参数:从物理意义上讲采样周期的大小取决于被控参数的变化速率和被控过程对控制量的响应快慢。从理论上讲采样周期越短越好，但若采样周期过短，则有可能将高频噪声当作有用信号引入系统，至使系统发生不必要的升阶。系统实际选取的采样周期T=18s。
3 可控热处理炉控制系统的调试
在PLC的输入X0－X77加开关量，看PLC上X0－X77相应的灯是否亮。再通过三菱编程软件FXGP_WIN_C强制输出Y0－Y77，看PLC上Y0－Y77相应的灯是否亮。由此鉴定PLC本身的性能好坏。
接着，可用电阻箱来模拟温度检测模块输出的变化情况。把电阻箱打到1000Ω档，相当于热处理炉刚开始加温，于是PLC送出打开全部喷嘴进气的命令;把电阻箱打到2000Ω档，相当于热处理炉已达到给定的高工作温度，PLC送出关闭全部喷嘴进气的命令;若使电阻箱的阻值在1250～2000Ω之间变化，PLC根据当前数据及PID运算的结果，发出关闭部分燃气喷嘴进气的命令，以保证热处理炉中的温度符合热处理工艺的要求。
4 结束语
新型热处理炉投入使用后，工人只需在设备进行热处理前通过BCD码拨盘输入欲保温的温度值、恒温的时间和允许的温升速率，系统就能自动地完成整个热处理过程。这不仅大大降低了工人的劳动强度，更重要的是它能使设备的热处理效果更符合热处理工艺的要求，提高了产品质量的可靠性。

1 引言
在自动生产线上，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。

2 控制要求
对小车运行的控制要求为:小车从原位A出发驶向1号位，抵达后立即返回原位;接着又从原位A出发直接驶向2号位，抵达后又立即返回原位;第三次还从原位A出发，直接驶向3号位，抵达后仍立即返回原位，如图1所示:

图1 小车行驶示意图

根据工作需要，可以将上述三次运行作为一个周期，每个周期间小车可以停顿若干时间。也可以无须停顿而重复上述过程，直至按下停止按钮为止。

3PLC选型及I/O接线图
根据控制要求，系统的输入量有:启、停按钮信号;1号位、2号位、3号位限位开关信号;连续运行开关信号和原位点限位开关信号。系统的输出信号有:运行指示和原位点指示输出信号;前进、后退控制电机接触器驱动信号。共需实际输入点数7个，输出点数4个。选用日本三菱公司F-20M产品，其输入点数12，输出点数8。小车行驶控制系统PLCI/O接线图如图2所示:

图2 PLC I/O接线图

4 控制程序设计
小车运行控制过程如下:
(1) 小车处于原位　压下原位限位开关SQO，X401接通Y430，原位指示灯亮。
(2)小车行驶至1号位返回原位　按下启动按钮SB1，Y431被X400触点接通并自锁，运行指示灯亮并保持整个运行过程。此时Y431的常开触点接通移位寄存器的数据输入端IN，M100置1(其常闭触点断开，常开触点闭合)，M100和X402的触点接通Y432线圈，前进接触器KM2得电吸合，电动机正转，小车驶向1号位。当小车到达1号位时，限位开关SQ1动作，X402常闭触点断开Y432线圈，KM3失电释放，电动机停转，小车停止前进。X402接通移位寄存器移位输入CP端，将M100中的“1”移到M101，M101常闭触点断开，M100补“0”，而M101常开触点闭合，Y433接通，接触器KM4得电吸合，电动机反转，小车后退，返回原位。
(3) 小车行驶至2号位又返回原位当小车碰到原位限位开关SQO，X401断开Y433线圈通路，KM4失电释放，电动机停转，小车停止。X401与M101接通移位输入通路，M102接通Y432线圈，小车驶向2号位。当小车到达1号位时，SQ1动作，X402动作，但因为M102和X402仍接通Y432，M100为“0”，不影响小车继续驶向2号位。直至小车碰到2号位限位开关SQ2，X403断开Y432，小车才停止前进。X403与M102接通移位输入通路，将M102中的“1”移到M103，M103为“1”，其余位全为“0”。M103接通Y433线圈，小车返回原位。
(4) 小车行驶至3号位再返回原位当小车碰到原位限位开关SQO后，小车停止后退。M103和X401接通移位输入通路，M104和X404接通Y432，小车向3号位驶去。小车经过1号位和2号位，但因为M100~M103均为“0”，不会移位，M104和X404仍接通Y432，直到小车碰到3号位限位开关SQ3动作，X404才断开Y432线圈，小车才停止前进。这时M104和X404接通移位输入通路，M104移位到M105，M405为“1”，其它位为“0”，M105和X401接通Y433，电机反转，小车后退返回原位。
(5) 小车运行一个周期小车运行一个周期返回原位后压下原位限位开关SQO，X401又断开Y433，小车停止运行。M105和X401接通移位输入通路，M105移位到M106，M106为“1”，其余位为“0”，即M100~M105的常开触点均为断态，这时如果连续运行开关S仍未合上，X405仍断开，那么移位寄存器不会复位，M100仍为“0”，则小车正向出发往返运行三次(一个周期)后，就在原位停下来了。
(6) 小车连续运行与停止 如果需要小车在运行一个周期后，继续运行下去，则合上连续运行开关S,X405、X401和M106接通复位输入端R，移位寄存器复位，M100重新置“1”，M100与X402又接通Y432，小车又开始第二个周期的运行，并且一个周期又一个周期地连续运行下去，直到按下停机按钮SB2,X407触点断开，Y432和Y433线圈断开，小车才会立即停止运行。同理，如果发生意外情况，不论小车运行在什么位置，只要按下停车按钮SB2，电动机立即停转，小车停止运行。
小车PLC控制系统梯形图如图3所示:

图3 PLC控制梯形图

5结束语
自动生产线上使用的转运小车，是常用的生产设备，它运行正常与否，对生产影响很大。该控制系统具有简单可靠地优点，有借鉴的价值。

进行程序编辑时，只需要将编辑光标（鼠标）调整到程序编辑器界面，即可进入程序编辑状态，下面以梯形图的编辑为例，具体说明程序的编辑步骤。

(1)选定程序块

——双击指令树中程序结构显示区的程序块图标，或者点击编辑区下部的程序块排列区的程序块名称快捷键（见图12-2.2），选择需要编辑的程序块（图中选择的是ob1）；

——鼠标点击程序编辑区，选择输入位置。

(2)输入程序指令

对于常用指令的输入，一般在“指令快捷按钮”区（见图12-2.2）直接点击指令快捷按钮，在弹出菜单中选择即可。

对于功能指令，可以通过打开指令树中的指令文件夹(instructions)，再打开指令分类文件夹（如逻辑运算指令应打开文件夹“bitlogic”等），并双击相应的指令符号，即可输入指令（见图12-2.3）。

(3)输入地址

在程序编辑中输入一条指令后，地址自动用问号表示，如“？?．？”或“？？？？”等。可点击问号，直接为该编程元件指定一个常数或地址、符号地址或变量地址。

(4)程序修改

编制梯形图程序过程中，可利用编辑菜单中“剪切”、“复制”、“粘贴”、“插入”、“查找”、“替换”等功能键或编辑指令对程序进行修改。

(5)语言切换

梯形图程序可通过“检视”菜单下的stl、lad、fbd按钮进行三种编程语言间的切换。

(6)标题注释

编制梯形图程序过程中，可单击程序块注释(pou comment)、网络标题(network title)、网络注释（networkcomment）等注释框，输入识别该逻辑网络的标题注释。

(7)密码设置

用右键单击指令树中程序结构显示区的程序块图标，或者点击编辑区下部的程序块排列区的程序块名称，并从弹出菜单中选择“属性(properties...)”，即可对程序块的名称、作者、密码等进行设置(见图12-2.4)。

设定了密码保护后，在程序打开时，会在“指令树(instructiontree)”中的“程序块(programblock)”文件夹以及编辑区的程序块显示区出现保护标记（见图12-2.5）。

对于加入了密码的程序块，只有在程序块的“属性( properties...)”中重新输入密码，才能打开程序。

1引言
随着时代的发展，社会经济环境的整体提升，作为中国支柱产业之一的房地产业进入了跨越式发展的新阶段。在这个进程当中，作为建筑物附属设备的电梯也有不可估量的发展空间。目前在电梯中所应用的交流双速或可控硅调压调速控制方式里逻辑部件均由继电器、选层器完成。但随着时间的推移其触头就会磨损、插接口会严重氧化造成接触不良，缺少设备维护时甚至会出现困人、冲顶、乱层、蹾底等现象，所有这些都不利于电梯的维修和安全运行。但现有的电梯系统其机械部分性能良好，用变频器和PLC改造原有的控制系统即可以满足客户对电梯的服务质量的要求又可以节约资金避免不必要的重复投资。

2电梯驱动系统介绍[1]
电梯的电力驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着决定性作用。驱动系统的优劣直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度、乘座的舒适感等指标。
由于目前电器电子元件的高速发展，使得变频变压技术逐步成熟，使用变频变压(VVVF)调速系统控制的电梯也投入使用。自1984年日本三菱电机公司台变频变压控制的电梯问世以来，这种系统驱动的电梯其额定速度已越来越高，而利用矢量变换控制的变频变压系统的电梯的额定速度可达14m/s。它们的调速性能都已达到了直流电动机驱动电梯的水平，并具有驱动控制设备体积小、重量轻、效率高、节省能源等优点，成为当前新的电梯驱动系统。

3控制系统介绍
控制系统主要由PLC、变频器及旋转编码器组成。可编程控制器(PLC)负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起、停等信号，变频器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系,它是系统的核心。变频器实现电机的调速。本文所选用的安川VS-616G5通用变频器可实现平稳操作和jingque控制，使电动机达到理想输出。为满足电梯的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡，完成速度检测及反馈，形成闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，旋转编码器根据A、B脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并可根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡,PG卡再将此反馈信号送给变频器内部，以便进行运算调节。旋转编码器和PG卡实现了闭环运行。
3.1 硬件系统组成
控制系统包括信号采集和PLC控制两部分
(1)VS-616G5变频器具有自学习功能，在使用矢量控制时，变频器能自动设定电动机铭牌范围的电动机参数。由此从变频器专用电动机到通用电动机都可以进行矢量控制运行，电动机可大限度地发挥作用。VS-616G5可使用PID控制功能实现简单的追踪控制，使用脉冲发生器等速度检测器时，不管负载大小变化都可使其速度保持一致，更保证了电梯零速制动抱闸的要求。
(2) 旋转编码器(PG)[2]的选择。
本文根据电梯平层精度要求选择PG。根据GB1058/T-1997电梯技术条件中的要求，运行速度为0.5m/s调速电梯的平层精度为±15mm以内。而平层精度与钢丝绳的松紧度，平层干簧管的位移，PLC的输入脉冲数有关。前二者为机械因素，而PLC的输入脉冲来自于脉冲监视输出。考虑PLC的自身频率，为保证输入脉冲的正确性，设定PG脉冲监视输出分频比F1-06功能码为16，既PG输出脉冲的1/16作为PLC的输入脉冲。为尽可能在PG参数上来保证平层的精度，以1mm误差计算。
齿轮箱减速比K为61:2，曳引机直径D为0.65m，采用半绕式2:1绕法，N=2，电机每转一圈电梯上下行程:
L=3.14×D×K×1000/N(mm) (1)
代入式(1)求得L=33.5mm，
PG参数=33.5×16=536p/rev。根据PG解析度的分类，选用解析度为600的旋转编码器。本文采用增量式圆光栅编码器,它将测得的转速脉冲反馈给变频器，形成闭环控制。
图1中TA1为变频器的速度控制卡的脉冲输入部分，接收来自旋转编码器的脉冲;TA2为速度控制卡的脉冲输出部分，向PLC输出脉冲。
(3)由于电梯是载人的起重设备，要求可靠性系数特别大，为大程度地满足乘客的舒适感，使用VS-616G5的带PG矢量控制，将测速脉冲反馈给变频器，提高控制精度;为配合脉冲记数和平层精度，选用三菱公司FX2N系列可编程控制器PLC，其X0-X1端子可采取高速脉冲，满足了系统记数，达到准确平层的要求。
由电力电网送来的380V动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。
当电梯检修时，是点动运行方式，PLC向变频器发出方向和检修运行信号，装置按预先编好的速度指令向电动机输送点动频率(10Hz)的交流电，作上、下慢速运行。
当电梯正常运行时，PLC向变频器发出快速命令和方向信号，系统按预先编入的频率指令沿理想曲线上升至满速(45Hz)运行。当需要减速时，PLC断开高速指令，输出按理想曲线下降至停止，在降速过程中，由于系统的惯性作用，将动能通过能量回馈装置消耗在制动电阻上，曳引电动机不会发热，可以不用强迫冷却风机。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度通过脉冲编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压(电流)和频率，使两者相等，从而达到理想的运行状态。
3.2 软件部分说明
(1) VS-616G5部分参数设置如下表1所示。

表1 变频器参数设置

要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。编程的重要依据是系统的工作过程。电梯的一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。电梯运行方向确定后，在关门信号和门锁信号符合要求的情况下，电梯开始起动运行,PLC正转(或反转)及高速信号输出有效，电动机从0Hz到50Hz开始起动,起动时间为1.5S，维持高速(变频器参数设置，D1202=50Hz)一直运行，完成起动及运行段的工作。在接近目标楼层时，相应的接近开关动作，给PLC输入换速信号，PLC撤消高速信号输出，输出爬行信号。爬行的输出频率由变频器参数设置(D1203=6Hz)。从高速的频率到爬行速度的频率的减速时间也是1.5S，当达到6Hz的速度后，电梯就以此速度爬行。电梯到达目标楼层时,给PLC输入平层信号，PLC撤消正转(或反转)及爬行信号，电动机从爬行频率减速到0Hz,减至0Hz后，零速输出点断开，通过PLC抱闸自动开门。
2)PLC部分程序清单
0 LDM8000
1 ANDC10
2 DMOV K3431D303
11 DMOV K6557D305
20 LDT11
21 SETS1
23 LDIT11
24 RSTS1
26 LDM8000
27 OUT C235K8888888
32 LDY010
…………
33 RSTM8235
875 DZCPP D305D307 C235 M64
892 LDIX020
893 ANDM65
894 ANDM151
895 MOV K3D230
900 LDM151
901 OUT T50K50
904 LDIM151
905 OUT T51K10
908 LDT50
909 OUTM152
910 LDM50
911 ORX005
912 RSTM151
913 LDX004
914 OUTY043
915END
(3)电梯变频调速系统PLC的I/O分配如下表2所示。
表2PLC的I/O分配

4控制系统特点
4.1采用优先级队列
根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列:上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。
4.2采用检测逻辑控制
当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车;如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。
4.3采用先进先出队列
根据电梯的运行方向，将同向的优先级队列中非零单元(有呼叫时此单元为七零单元，无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列(先进先出队列FIFO),利用先进先出读出SFRDP指令，将FIFO个单元中的数据送入比较寄存器。
4.4对变频器的灵活控制
PLC根据控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。
4.5可靠的系统工作状态
当系统出现故障时，PLC可向变频器发出信号，则避免了更大事故的发生。
5 结束语
以PLC和变频器为核心的电梯控制系统可根据客户的要求对以往的电梯控制系统进行改造，这不仅避免了旧系统的诸多缺点更加节约能源。本控制系统具有先进、可靠、经济的特色。