西门子6ES7221-1BF22-0XA8接线图形
dihuo成品是paodan引信的关键部件，其装配过程中存在严重的火药爆炸、静电触发爆炸的危险性，现在国内多数企业仍采用手工装配，故难保证产品的一致性、又费时，严重影响生产效率。采用PLC控制的自动化生产及安全防护措施，不仅能保证产品的可靠性、一致性、安全性，又能提生产效率。
为使本系统设计更方便、灵活，安装简单、快捷，调试、维护方便，便于扩展和信息集成，及长期成本降低，本系统采用现场总线控制系统（FCS），尽可能的突出“控制接近现场”的理念，本系统控制结构如下：
系统监控层、设备控制层均安装在主控室，采用工业以太网方式进行通讯；触摸屏及各个从站均处于现场环境实现全分布式控制。
根据整个系统的设计要求,该dihuo成品装配线的控制系统分为主控室的监控和设备控制及现场的全分布式控制。
监控层：监控软件选用WinCC监控软件,选择512点的配置；采用工业以太网与西门子PLC通讯。
设备控制层：依据设备高可靠的要求,以及整体结构的方式，PLC控制器选取西门子的CPU315-2DP作为主控设备，其MPI口通过R232C适配器与触摸屏通讯，DP口通过PROFIBUS总线与现场分布的从站通讯模块进行数据处理。
现场采集执行层：现场的操作由触摸屏完成，从站的通讯模块采用ET200ISP系列的IM151-2通讯模块，I/O模块选择本安型ET200ISP模块。
ET200ISP分布式I/O系统是本方案中的一大亮点，该产品能够应用到危险一区，连接来自于危险0区的信号。
通过采用西门子分布式控制系统及其他电子元气件的合理使用，整个dihuo成品自动装配线的运行十分流畅；不仅有，效率有了很大的体高，达到每分钟能完成13发dihuo成品的成功自动装配，达到了非常理想的效果。
1. 引言
当今纺织企业正处于由劳动力密集型向相应的高效、自动、连续、智能的现代化企业转变，而纺织机械在技术上的突破，许多新技术的成熟和推广，将为纺织工业带来革命性的变化；自动化和工序间的连续化将有效保证产品质量和减少用工数量，提高纺织企业的效率。当前纺织企业生产规模的大小是以细纱机总锭数来表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、劳动生产率等指标是技术和管理水平的体现，细纱工序在纺织企业中占有重要的地位。新型控制系统的应用，将大幅度提高细纱机的自动化，数字化和智能化，尤其是采用PCC作控制器，不但提高了控制精度，解决了生产管理方面存在的许多缺陷，使细纱机的生产速度明显提高，自动集体落纱功能使纺织企业用工人数大幅度的减少，劳动强度显著降低，且操作更加简便。
2. 系统概述
新型细纱机电气控制系统采用贝加莱CP476PCC控制整个纺纱及自动集体落纱过程，具备纺纱过程所需的钢领板自动升降、留头率功能、中途停车后能自动记住纺纱位置跟踪开车、中途落纱、自动落纱后自动开车等功能。可以设定和修改纺纱的各项工艺参数，实现定长落纱、机械落纱，可以根据用户的需要设定锭子的十点曲线长度和速度，以及班产量累计、设置密码保护、修改集落压管位置及自动故障诊断等功能。对纺纱过程的锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等进行计算并自动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。采用数字化通讯，提高了系统的整体抗干扰性。
3. 控制系统方案
（1）传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、集落电机、油泵电机及润滑装置、主变频器、升降变频器、集落伺服、清洁器装置、各种低压开关及接触器等。
（2）三自动检测部分：该部分由三自动行程开关、停主电机接近开关、下钢领板接近开关、刹车片构成。其作用为落纱信号给出后能自动适应停车，自动留头，为重新开车降低断头创造条件。
（3）变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据程控器传输的锭子速度控制曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。
（4）数据检测部分：该部分由主轴、前罗拉测速光电管组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。
（5）主控制单元部分：该部分由贝加莱CP476PCC主机及DI138扩展模块、DM465输入输出模块、DI439输入模块、DO720输出模块构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。
（6）PP320人机界面参数设定显示单元：PP320触摸屏与CP476PCC之间以232通信线实现通讯，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行十点曲线，实现控制柔性化。配有以太网接口，可通过现场总线实现智能化监控。
（7）数字化通讯部分：该部分由PCC的232接口、CAN接口、PP320、ACOPOS伺服和变频器CAN通讯模块部分构成，232接口与PP320以232通信线实现通讯完成参数设定显示，CAN接口与ACOPOS1090伺服及Vectron变频器的通信模块以CAN协议通讯完成集落升降臂位置脉冲控制以及锭子曲线控制，数字通讯高精度、高可靠性和低成本极大的提高了机器性能比和市场竞争力。
控制系统方案
4. 数字化通讯应用特点
该控制系统大特点是应用数字化通讯方式完成PP320人机界面与CP476 PCC以及CP476PCC与ACOPOS伺服、变频器之间的数据传输。以前进行锭子速度曲线控制时一般都选用模拟量来控制变频器运行，这样增加了硬件成本且控制精度较低。采用数字化通讯后，驱动器与PCC之间的硬件仅为一根屏蔽线，且抗干扰能力增强，为实现联网传输控制参数提供了条件，有效的降低了控制成本。
5. B&R Automation软件编程
通过贝加莱B&RAutomation软件对PCC进行软件编程，根据需要将不同功能的程序段分列，每个任务分别使用合适的编程语言如Basic、梯形图、C语言等汇编语言来完成。
(1) 梯形图编辑：
梯形图是使用得多的图形编程语言，其与电器控制系统的电路图很相似，具有清晰、直观、易懂的优点，很容易被掌握，特别适用于在系统中的开关量逻辑控制，具有可实时监控的特点，如图二。
(2) Basic编辑：
B&RAutomation软件提供了Basic编辑模式，进入Basic编辑后，直接键入Basic汇编语言，输入完成后的指令在编辑区中，左边为该指令在PCC主机的执行程序，右边可进行此部分程序的注解，如图三所示。
(3) C语言编辑：
B&RAutomation软件还提供了C语言编辑模式，对于熟悉C语言编程的程序员而言，是极其方便的。如图四：
6. 应用效果
新型数字化长车配集落细纱机采用贝加莱PCC构成控制系统后，全机控制采用数字化通讯方式，将运动控制与驱动器功能集成在一起，使得系统具有极快的响应速度。前后罗拉的严格同步，实现牵伸和捻度的精密控制，保证了高支数纱线的成纱质量，可靠性和抗干扰性能较优。自动集体落纱装置大大的降低了纺织企业用工人数，有效的提高了生产效率。
7. 结束语
本系统采用贝加莱控制系统解决方案，将纺织机械和现代先进控制技术相结合，使控制系统从传统的模拟控制转向数字化控制，使分布式、现场化和抗干扰性能得以极大提高。并使纺机产品能实现复杂的控制功能，大量数据的实时准确采集和共享也得以实现，大大提高了纺织机械的先进水平。利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，极大降低了电气控制系统成本，有效的提高了产品盈利能力，产品性能达到国内水平，深受国内用户欢迎，市场前景十分广阔
0、 概述：
PCC（Programmable ComputerController）也称可编程计算机控制器。由奥地利B&R公司生产的PCC，集成了PLC和IPC的优势，既有PLC的高可靠性、易扩展性，又有IPC的分时多任务操作系统功能，运算能力强、实时性好、编程方便，PCC的CPU模块有独特的时间处理单元（TPU），可以在不增加主CPU负荷的前提下很好的解决水轮机调速器的频率测量问题，近年来在水轮机调速器领域得到了大量应用（见文献[1]）。
小湾水电站位于云南省凤庆县与南涧县交界的澜沧江上。电站装机容量4200MW，装机6台，单机容量700MW，水轮机组调速系统采用南瑞集团公司生产的SWT-2000H型双微机调速系统。微机调节器部分以B&R公司的PCC2005控制器为核心，机械液压部分以BOSCH公司的比例伺服阀作为电液转换单元，美国GE公司的FC20000阀为主配压阀，电源、控制模块、传感器、电液转换等均采用了双冗余配置，且采用了第三方智能切换单元作为仲裁机构，整个系统的硬件配置不仅性能超群，且可靠性极高。软件部分则采用了南瑞公司专有的变结构变参数改进型并联PID算法，拥有完全自主知识产权。
1、 调速器电气系统总体设计
小湾电站调速器微机控制部分就选用了B&R公司的2005系列PCC模块作为机组调速器的硬件主体，其中PS465作为PCC的电源模块，IP161作为调速器的CPU模块。该CPU模块功能强大，具有850KB SRAM，1.5 MB FlashPROM，2个RS232 接口，1 个CAN接口，12个数字量输入输出，还具有TPU功能，6个模拟量输入，6个模拟量输出，可以方便的完成对机组频率或电网频率的测量以及调速器的调节计算和控制输出。数字量输入模块DI476作为调速器开关量输入模块，数字量输出模块DO479作为调速器开关量输出模块，双机之间切换由一个智能切换继电器来保证，人机接口部分选用12英寸高亮度液晶触摸显示屏，作为控制系统的监控显示和操作界面。详细系统配置图见图1所示。下面是各模块详细资源分配：
CPU模件资源分配：
串口1：IF1，RS232，MODBUS通讯协议，和触摸屏通讯。
串口2：IF2，RS232，通过转换器转为485，MODBUS通讯协议，和监控通讯。
CAN口：双机系统通讯。
模拟量输入通道：共6路，其中导叶变送器1、2占用两路，功率变送器占用1路，水头变送器占1路，功率给定采样占1路，备用1路。
模拟量输出通道：共6路，导叶控制输出占2路，机组功率模拟输出占1路，备用3路。
测频通道：共4路，其中机组频率测量占1路，齿盘测频占2路，电网频率测量占1路。
开关量输入：共4路，引出备用4路。
开关量输出：共4路，引出备用3路。
开关量输入资源分配：
共16路，其中开机令、停机令、增加、减少、调相、主断路器、GIS断路器、中间断路器、导叶手动、功率调节方式、一次调频方式、综合模块故障、主从机状态、一次调频投入、一次调频退出占15路，备用1路。
开关量输出资源分配：
共16路，其中总故障、导叶采样故障、手动状态、一次调频动作、PCC运行、PCC调试状态、伺服阀故障、功率采样故障、频率采样故障、通讯故障、切换阀控制、切手动控制占12路，备用4路。
图1 机组调速器电气系统结构图
2、 调速器电气系统特点
由上述模块组成的调速器电气部分具有以下特点：
(1)可靠的双机冗余热备系统：采用冗余配置可以大大提高机组调速器的可靠性。小湾调速系统中所有的PCC模块均为冗余配置，组成的两个调节器之间通过CAN接口进行通信，可以保证两个调节器之间的信息冗余和相互切换时稳定工作。两个调节器又具有独立的供电电源和独立的反馈通道。通过两套PCC的采样模块采集信号，两套CPU各自处理采集的信号，一套处于主控模式，一套处于热备用模式，当其中一套发生故障或需要检修时，通过智能切换继电器使另一套立即自动投入工作，维持系统工况保持不变。
(2)独特的第三方智能切换机构：如果冗余系统之间的无扰切换保证不了，那么势必使双机冗余系统的可靠性大大降低，进行无扰可靠的切换是保证双机冗余系统可靠性的关键因素。小湾调速器选用的切换继电器是欧姆龙公司的ZEN可编程智能继电器，它实时监测两套PCC调节器的工作状态，在两个调节器都正常的情况下，按照运行人员的指令把系统的控制权授予相应的调节器；在一个调节器出现故障时，控制权自动授予另一个调节器，保证双机之间的无扰动切换。
(3)强大的通信功能：两套PCC利用CPU模块上的CAN接口进行实时通信，保证两套调节器之间的信息冗余；两套PCC和上位机显示屏通过Modbus协议进行通信，PCC和监控系统可以通过约定的通信协议进行通信，一般选用Modbus协议。
(4)可靠的供电电源：采用两个24V开关电源分别对双套PCC进行供电，这两个开关电源的输入均为220V交流和220V直流双路输入，并保证在较宽的输入电压范围内稳压输出。两个电源通过二极管的隔离处理对工控机显示屏供电。这样可以互不干扰，如果一套因电源模块损坏而无法工作将自动切除，备用机自动投入。
(5)方便可靠的频率测量单元：普通PLC控制器没有内部时钟，测频一般采用高速计数和外部扩展高频时钟的办法，精度和可靠性不够高。而PCC内部具有高达6MHZ的测量时钟，可作为测量基准，测频非常方便，硬件上只需要将测量信号滤波、整形处理成PCC能接受的方波信号，输入TPU通道，软件上调用相应模块即可实现。（见文献[2]）。
(6)可植入嵌入式仿真系统：PCC提供了一种更适合完成复杂的工业控制和监视的自动化编程语言AutomationBasic(AB)。它与C语言类似，并充分利用PCC的特点，使编程更简单、更灵活，小湾调速系统就利用AB编写了嵌入式水轮机仿真模型，具体方法是：采集当前导叶开度信号，通过建立的水轮机仿真模型计算出相应仿真转速输出，并利用高速TPU通道输出相应仿真频率，在试验室或现场机组不具备开机情况下，可联合液压执行机构，通过内置水轮机模型，完成机组开、停机、并网、甩负荷等试验。
3、 PCC水轮机调速器的现场应用
小湾电厂套调速设备目前已经安装完毕，但设备还没有投入运行，采用小湾相同配置的调速器电柜目前已经在云南澜沧江漫湾电厂投入运行5套，长已经超过1年，下图2到图5为漫湾3#机设备投产时的试验录波，从波形上看，空载频率扰动-4HZ，超调量为0，调节时间为13秒，空载频率扰动+4HZ，超调量为5%，调节时间为10秒。可见系统调节品质较高，数据均优于国标要求。从自动开机录波图看，机组转速从0到50HZ时间约51秒，导叶调节平稳，转速基本无超调，稳定性很好，便于机组快速并网。从甩负荷录波图看，不动时间约0.18秒，转速上升后很快稳定。可以说，甩负荷过程控制非常理想。
图2：空载频率扰动-4HZ频率及导叶录波
图3：机组空载频率扰动-4HZ录波
图4 机组开机频率及导叶录波
图5 甩满负荷频率、导叶、水压录波
采用PCC控制器开发的微机调速器动态性能指标、稳定性能指标均优于国标、部标有关要求，具有功能完善、可靠性高、维护、调试方便、抗干扰性强以及性能指标高等优点，非常适用于大型水电机组的控制。
4、 结束语
目前，我国除了三峡、龙滩、拉西瓦、小湾、瀑布沟外，已经投产和在建的600MW以上水轮发电机组越来越多，水轮机调速系统是其中重要的辅控设备之一，巨型机组调速器软硬件目前主要还是依赖国外进口，相应也会带来有许多问题，如价格昂贵，流程设计不完全满足中国国情，备件、售后服务难以及时保证等。和国外相比，这些正好又是国内调速器的优点。近年来，国内调速器制造和设计水平已大大提高，在产品的多样性、创新方面取得了不少成绩，在调速系统控制规律，调速系统对电网安全稳定的作用等方面也取得不少研究成果。
小湾调速系统选择PCC作为巨型机组调速器的硬件，借助PCC模块的高可靠性及分时多任务操作系统的特点和编程语言的优点，充分满足了巨型机组调速器对可靠性和实时性的要求。不仅硬件的可靠性和工艺大大提高，软件设计也吸取了国内的部分研究成果，这样更加符合中国国情。
小湾调速系统是国内自主研发的产品，具有完全自主知识产权，我们争取在产品研制、设计、生产、测试等每个阶段都严格控制、精益求精，力争打造出国内适用于巨型机组的调速器精品。希望能为巨型水轮机调速系统的设计提供一定的参考，也希望为推进巨型水轮机组调速系统国产化积累经验。