西门子6ES7221-1BH22-0XA8参数规格

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功能图(sfc)是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种图解表示方法。它具有简单、直观等特点，不涉及控制功能的具体技术，是一种通用的语言，是iec（国际委员会）的编程语言，近年来在的编程中已经得到了普及与推广。

功能图的基本思想是：设计者按照生产要求，将被控设备的一个工作周期划分成若干个工作阶段（简称“步”），并明确表示每一步要执行的输出，“步”与“步”之间通过制定的条件进行转换，在程序中，只要通过正确连接进行“步”与“步”之间的转换，就可以完成被控设备的全部动作。

plc执行功能图程序的基本过程是：根据转换条件选择工作“步”，进行“步”的逻辑处理。组成功能图程序的基本要素是步、转换条件和有向连线，如图所示。

图功能图

1．步

一个顺序控制过程可分为若干个阶段，也称为步或状态。系统初始状态对应的步称为初始步，初始步一般用双线框表示。在每一步中施控系统要发出某些“命令”，而被控系统要完成某些“动作”、“命令”和“动作”都称为动作。当系统处于某一工作阶段时，则该步处于激活状态，称为活动步。

2．转换条件

使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，用代表各步的编程元件去控制输出。不同状态的“转换条件”可以不同，也可以相同。当“转换条件”各不相在功能图程序中每次只能选择其中一种工作状态（称为“选择分支”），当“转换条件”都相在功能图程序中每次可以选择多个工作状态（称为“选择并行分支”）。只有满足条件状态，才能进行逻辑处理与输出。“转换条件”是功能图程序选择工作状态（步）的“开关”。

3．有向连线

步与步之间的连接线称为“有向连线”，“有向连线”决定了状态的转换方向与转换途径。在有向连线上有短线，表示转换条件。当条件满足时，转换得以实现，即上一步的动作结束而下一步的动作开始，不会出现动作重叠。步与步之间必须要有转换条件。

图中的双框为初始步，m0.0和m0.1是步名，i0.0、i0.1为转换条件，q0.0、q0.1为动作。当m0.0有效时，输出指令驱动q0.0。步与步之间的连线称为有向连线箭头省略未画。

我分别用硬件cpu 1516-3pn/dp和仿真与fb“被控对象”组成虚拟的pid闭环，都成功地实现了pid参数自整定。

在pid整定窗口设置采样时间为0.3s，预调节之前pid的增益为0.3，积分时间为3s，微分时间为0s。

单击采样时间右边的“start”按钮，启动测量。用右上角的选择框设置调节模式为“预调节”。用i0.0使设定值从0跳变到70%，立即单击“调节模式”区的“start”按钮，启动预调节。

下图左边是预调节的曲线，红色的是pid的输出值output，pv是过程变量，sp为阶跃设定值。预调节成功地完成后，下面的状态栏出现“系统已调节”的信息。

过程变量和设定值曲线基本上重合后，将调节模式修改为“jingque调节”。单击“调节模式”区的“start”按钮，启动jingque调节。经过一段时间后，红色的pid输出曲线以方波波形变换，通过自动控制pid输出的幅值和频率，保证过程变量曲线在设定值水平线上下一定范围内波动。pid输出曲线经过若干次正、负跳变后，jingque调节结束，下面的状态栏出现“系统已调节”的信息。

jingque调节成功完成后，单击pid调试窗口下面的“上传pid参数”按钮，将cpu中的pid参数上传到离线的项目中。单击“转到pid参数”按钮，切换到组态窗口pid参数页面，可以看到jingque调节后cpu中得到的优化的pid参数。

为了观察优化后的参数的控制效果，切换到pid调节窗口。令i0.0为false，过程值下降到0以后，令i0.0为true，使设定值由0跳变到70%，过程变量的响应曲线如下图所示。由图可知优化的pid参数的控制效果是比较理想的。

一 系统介绍：

确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气liuliang等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有更重要的意义。

联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。

联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。

空压机联控系统图：

工控机选用研华工控机，监控软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。

1#EC20PLC和2#EC20PLC分别为两个空压机站的控制中心完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；

由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺

PLC控制部分是系统的核心部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。

就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。

一个正常的供气流程如下：

把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来必须是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序

空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。

程序的编写主体上分两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

（一）读取单片机的信息

根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。

在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所必须的标志位。

（二）向单片机中写入相关信息

整个写信息部分分下面三块：

a.逻辑判断运算部分

供气压力是系统各种运行状态改变与保持的唯一指标。压力小于供气压力要求下限就要更多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。

按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。

为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。

由于我们对故障进行了分类，可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：

1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）

2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）

没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）

对故障分类的控制策略是很有价值的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。

b.数据帧结构部分

在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。

c.Modbus通讯指令发送部分

指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。

客户还要求机组顺序可以任意打乱，顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱只能把机器号放到依照固定顺序排列的机器号寄存器里面去，打乱这些机器号寄存器里面存放着的机器号的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组机器号寄存器的后面机器号寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退先进。

四

空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了更多的能源，tigao了监控系统的全面有效性，真正实现了无人自动化操作。

0引言

塑料挤出机是异型材挤出生产线(如塑钢门窗的生产)和铝塑复合管生产线上的关键设备。挤出机自加料端至机头分为加料区、熔融区和均化区3个区。在加料区，固体塑料通过与料筒的磨擦作用而被向前输送并逐渐压实;在熔融区，固体塑料被加热熔融，在液固界面上天生一层熔体膜，当熔体膜厚度超过螺翅与料筒的间隙时，熔体被螺翅刮落，在螺翅前侧形成熔池，后侧形成固体熔床;在均化区，物料在螺杆前进的过程中受到正流、侧流、倒流、漏流4种运动的搅拌、剪切和压紧作用，得到充分混合、塑化，并在一定压力下连续地通过口模而形成连续体。在挤出机中温度和速度控制是非常重要的。

贝加莱公司的产业自动化产品PCC是综合了PLC和产业计算机优点的新一代可编程计算机控制器，具备各种标准的控制功能，硬件采用了能灵活配置的模块化结构，可带电插拨，可靠性高。PCC支持多任务分时操纵系统，提供了8 个分别具有不同循环时间不同优先权的任务等级(task class)。其中优先权高的任务等级，即高速任务有着较短的执行周期(周期可由用户设定，范围从1ms 到20ms) ，而标准任务的循环时间可从10ms到5000 ms设定。每个任务等级可包含多个具体任务，这些任务中间可以再细分优先权的高低。

PCC的多处理器和智能I/ O技术使其智能性强，智能模块内部有自己的CPU，其运动模块配以高精度高质量的运动控制算法，温度模块配以具有自学习能力的温度调节算法(PID 和模糊调节技术) 。智能温度PIDxh软件可以自动计算出不同温控所需要的PID 参数，过程控制的PID 调节可以达到50μs 一个回路。

PCC产品使用开放式总线结构，与各种系统通讯方便，提供支持CANBUS 的硬件模块并自带CAN 接口。很轻易实现CAN BUS物理连接，并通过相应的通讯程序实现PCC系列产品之间的通讯。帧驱动器(frame driver)是贝加莱公司为实现与第三方设备之间进行通讯而设计的软件工具箱。由于Frame Driver 是一个自由通讯协议，编写串行接口(如RS- 232 ，RS- 485/ 422 ，TTY等)的通讯协议非常方便。通常的数据通讯，用户必须对端口的细节了解很清楚才能通过编程实现对接口各管脚的操纵。而帧驱动器将这些操纵集中起来，用户不必知道接口的细节就可以通过帧驱动器命令直接传输读写数据。

PCC提供了结构化语言PL2000 ( 类似C 语言)，也可使用梯形图(LAD) 、指令表(STL) 编程，且具有强大的数据运算和处理能力。

本文先容PCC在铝塑复合管生产线中对4台挤出机的控制。

1系统的构成和功能

图1 为PCC控制4台挤出机系统框图。4台挤出机都是单螺杆挤出机:内管挤出机螺杆主电机为75kW直流电机；内管涂胶挤出机螺杆主电机为55kW直流电机；外管涂胶挤出机螺杆主电机为55kW直流电机；外管挤出机主电机为45kW直流电机。4台挤出机的螺杆直流电机都是由数字式直流调速系统E590 驱动，它们通过主站处理器模块的IF2 口以RS - 422与PCC通讯。牵引机主电机是三相交流电机，均由Lenze 变频器驱动，它们通过主站接口模块的IF2 口以RS - 485方式与PCC通讯。上位机为贝加莱公司的PROVIT -5000 系列工控机，用于在人机界面上对全线设备集中监控。挤出机的控制选用PCC2005作为主站， 两台PCC2003 作为从站，包括电源模块PS465、处理器模块、接口模块、温度输进模块、模拟量输进模块、模拟量输出模块、数字量输进模块和数字量输出模块。工控机、主站和两个从站通过CAN现场总线实现实时通讯。

图1 挤出机控制系统框图

2系统的软件设计

用PCC编制用户程序相对于传统PLC的一个明显优点是它的多任务处理能力。它非常适合于控制功能复杂、对实时性要求高的设备。整个系统的控制程序采用PL2000语言和LAD(梯形图)混合编制，根据其不同功能编出独立的程序块，并按实时性要求设定优先级。编程环境中包含丰富的函数库及功能块，大大减轻了开发职员的工作量。

2. 1温度控制程序

在铝塑复合管生产中，为了增加聚乙烯的活动性、减少挤出机的负荷，希看进步挤出温度;但温度过高，尤其是在挤出机螺杆转速较低、塑料在机筒和模具内停留时间过长会使聚乙烯分子链受到破坏而影响管材质量。PL2000编程语言提供PIDxh 函数，可以控制多路温度调节。挤出温度采用集中控制，每台挤出机的机筒上有4个热电偶，机头上有一个热电偶，测温信号直接接在PCC的温度模块上，用PID温控软件实行独立的回路控制。在软件中还采取了自学习功能，即自动记录不段、不同原料、不同模具下系统所需的参数，并存放于PCC的数据模块中。软件可以自动计算出不同温控所需的PID参数，温度控制精度可以达到±1 ℃。

2. 2通讯控制程序

通讯程序是很关键的。在工控机、PCC主站和从站之间以及主站和挤出机的直流调速系统之间、主站与牵引机的变频器之间等都是靠通讯进行数据交换的。工控机、主站和从站之间通过CAN总线实现通讯。CAN 通讯程序中主要用到下述函数: 用CANopen() 实现CAN控制器的初始化并申请传输数据所需的资源；用CANwrite() 函数对将被发送的数据进行写操纵；用CANread()函数进行读取数据的操纵； 用CANdftab() 函数可创建一个包含CAN总线数据的变量列表，用户可以通过事件变量来进行数据读写；周期性的数据读写则用CANrwtab() 函数进行处理。

使用Frame Driver编写与直流调速系统和变频器的通讯协议。在图1 中，4 台E590直流调速系统分别驱动内管挤出、内管涂胶挤出、外管挤出、外管涂胶挤出直流电机，它们均通过主站处理器模块的IF2 口以RS - 422与PCC通讯，由PCC同一调整控制参数和给定值。5 台Lenze变频器分别驱动内管牵引、内管涂胶牵引、焊管牵引、铝管牵引和成材牵引的三相交流电动机，它们通过主站接口模块的IF2 口以RS - 485方式与PCC进行通讯。通讯时先使用函数FRM_ Xopen(enable ，adr (device) ，adr (mode) ，adr(config) ，status ，ident)初始化；发送数据时，先向帧驱动器申请一个缓存区，这时要用到FRM_ gbuf(enable ， ident ， status ， buffer ， buflng)函数；将要发送的数据写进申请得到的缓存区中，用strcpy(outbufadr ，“Frame Driver OutputTest”) 函数或memcpy() 函数;后命令帧驱动器传输数据，用FRM_writ (enable ，ident ，buffer，buflng ，status) 函数。

接收数据的过程基本通知帧驱动器从接口读一帧数据并把它放在一个缓存区中，使用函数FRM_read(enable ，ident ，status ，buffer ，buflng)；将数据从缓存区中拷贝到工作区，用memcpy()函数；后要开释缓存区以便再用，用FRM_rbuf ()函数。使用PCC的帧驱动器编写与第三方的通讯程序是很方便的。

2. 3挤出量控制

挤出量的控制是控制挤出的铝塑复合管内外管的大小。挤出量是按管径和牵引速度用公式计算出来的，以内外管径符合标准、表面光洁为宜。挤出量是由PCC主站处理器上的通讯端口IF2以RS - 422 与E590直流传动系统通讯，调节直流电机的转速(即挤出机螺杆的转速) 来调整的。

2. 4牵引速度控制

牵引速度的控制在铝塑复合管生产中至关重要，它直接影响挤出的管材尺寸和焊接质量。如牵引速度太慢，焊头在铝带上停留的时间长，易将铝带焊穿;如牵引速度太快，焊接速度跟不上，则焊不牢。牵引速度还要与挤出速度相匹配，如牵引速度过大，管子表面会出现竹节现象;牵引速度过低则会使管材直径过大而超差。系统中牵引速度是根据焊接速度和挤出速度按一定的公式计算出速度给定值，通过主站接口模块的IF2口以RS - 485 的通讯方式送到各变频器的，并在软件中将设定速度与实际速度进行比较，形成速度闭环控制。

2. 5辅助控制程序

生产现场还有些辅助设备，如预热、冷却、剪切、卷绕设备等。这些设备对控制的实时性要求不高，单独编程按普通任务执行。

实际生产中还需要检测运行中的故障，对设备进行保护，并提供多种报警模式。挤出机中的报警大致分为温度报警、直流调速系统和变频器或电机报警以及机械动作报警。温控采用的是软件集中控制，可以直接控制系统每一路的加热单元，以随时报告加热的异常状态。在人机界面上可以显示实际温度和设定温度，从而对各加热单元进行监视，并实现超温或低温报警。传统控制系统无法显示故障原因，维修起来困难。而在该系统中，由于能够显示故障位置和故障原因，检验维护非常方便。

3 结束语

铝塑复合管生产中的挤出机自动化程度高，控制复杂。基于可编程计算机控制器的该系统凭借B&RPCC的先进技术，在控制功能和控制精度上达到了较高的水平，为实现工厂自动化创造了条件。PCC的多任务操纵系统进步了控制的实时性，开放式CAN总线保证了主、从站之间信息流的畅通。主站与直流调速系统、变频器以通讯的方式结合起来，实时修改控制参数，进步了生产线的自动化程度。用PCC控制的挤出机运行稳定，维护方便，安全可靠。