6ES7211-0BA23-0XB0现货库存
1 引言
控制系统的控制对象较为简单—本文以上海新奥托实业有限公司生产的一个车辆运行模拟控制系统为对象，已经实现了一般I/O模块的PLC控制。为有效利用资源，在此，考虑将高密度I/O单元引入到系统中来。系统模型十分简单，在改造过程中还是应该基于系统的硬件组成及其工作原理进行必要的可行性分析，实验，才能给出合理的改造方案。
2 硬件组成
(1) 控制对象
控制对象即本实验装置是由上海新奥托实业有限公司生产的一个车辆运行模拟控制系统，它由6个手动/自动道叉、1-2台火车模型、2个站台、2对红/绿信号灯以及3段供电的轨道和沿途共设置的22个红外信号检测元件所组成。其中，供电轨道存在供电电压和供电电压方向两个控制因素。其模型示意图如图1所示。
图1 车辆运行控制系统模型图
其中，火车模型的运行是靠两段轨道的上输出的直流电压来供电，且运行的方向和速度则是通过对输出电压的方向和大小进行无极调节和控制来实现的--这就说明了理论上在同一段轨道上，两辆火车的运行速度及其方向是完全一样的，系统中有两辆火车运行时，不存在碰撞或者追尾的问题。22个红外信号检测元件主要是对火车的位置实时监控，作为系统的控制信号输入到控制器上。在两个站台的出/入口和内侧轨道的一端共设有6个手动/自动叉道，通过给定的脉冲信号来选择轨道,要注意脉冲宽度不能太大,否则，就会损坏叉道。这样，就可以对系统的信号进行一个初步的统计:
·输入信号: 22个光电检测信号;
·输出信号: 23个数字量;
3对模拟量。
(2) 原有控制系统
基于以上的分析，我们设定在本实验系统中要实现如下基本功能:
· 站前鸣笛，以提醒工作人员接站;进站时速度减慢，直至停下。出站时也要鸣笛。
·一次只能有一辆火车停在站台，若已有火车停下，其他要进站火车只能在站外等候进站;否则须绕道(外围轨道)而行，以免发生撞车事故。
·红/绿灯作为火车能否出站的标记:绿灯即通行，红灯不通行。
为了实现上述功能，并基于上述对系统控制信号的统计，在原有控制系统中我们用了相应的I/O模块:2个ID212模块，1个OC224和1个OC225模块和1个DA004模块。
3 系统改造
原有系统已经实现了对系统的控制。在以上的分析中我们可以发现系统中控制信号多为数字量，点数相对较多，为了充分利用实验室资源，决定将高密度I/O单元引入到系统中来，对原有系统进行改造。我们采用的高密度单元都为32点，这样原有系统的两个输入、输出模块都可以分别采用一个。具体改造如下:
(1) 输入模块改造
系统共有22点数字量输入，在此，只要采用1个32点的高密度单元就可以了。结合实验室现有状况，我们选用1个ID215模块来代替原有系统的两个ID212模块。在原系统中，ID212的COM端接地，在此，由于ID215是双向晶体管输入，即它的COM为接地或者5～24VDC均可，在改造过程中不存在电路转换的问题，改造方案是可行的----将原信号线直接接到新的高密度模块上来即可。
(2) 输出模块改造
系统的输出点数也较多，共23点。我们决定采用OD215来代替原有的OD225和OD224，这里，OD215用作32点静态输出用的晶体管输出单元，其电路配置如图2所示。
图2 高密度模块OD215的电路配置
由以上的电路配置图可以知道，OD215和ID215不同，它的COM端只能接地，在原系统中，由其硬件电路决定了OC224以及OC225的COM端必须接2～24VDC，这里就不能直接换接了。由OD215模块的性能可知，其大开关能力为5VDC＋10%35mA(280mA/公共端，1.12A/单元，输出电阻4.7kΩ)，在改造过程中还是要考虑到模块的大负荷能力，以免烧坏模块。系统中共有23点数字量输出:12个叉道控制信号;6个方向控制信号;1个蜂鸣器外加4个红/绿灯信号(其中前19个信号都是继电器输出)。
·红/绿灯电路改造
在对红/绿灯电路进行改造之前，要得出电路的工作原理。实验表明，系统的红/绿灯电路本身存在一个门槛电压的问题，也就是说只有达到一定的电压值时，红/绿灯才会发光。结合模块性能，对原有电路进行改造是可行的。
考虑到要在原有系统中增加一个上拉电阻R1，这样就可以解决OD215和OC224以及OC225的COM端的矛盾了，整个系统处于“负逻辑”的控制状态，这里所接的上拉电阻的阻值要尽可能的大(一般在1k~5k之间)。这样在此路信号为高电平的时候，模块中单路电流才会很小，控制在35mA之内不会超过模块的限流电流值;还要考虑到红/绿灯电路的门槛电压的问题。多次实验表明:在上拉电阻R1小到将近500Ω的时候，才能保证红/绿灯电路的正常工作;在模块的输出侧增加一个电阻模块R2分流以避免模块中单路电流过大，从而保护了模块。这样一来，改造后的系统便可保证原有系统既正常又安全的工作。系统的改造电路如图3所示。图3中:R1=500Ω，R2=170Ω，模块输出为高电平时，红/绿灯电压约为3V，没有超过其门槛电压，不导通;输出为低电平时，红/绿灯电压约为7V，正常工作。
·继电器电路改造
图3 红/绿灯电路部分改造
对系统中继电器电路部分的改造相对简单多了。和红/绿灯电路改造步骤一样，直接在电路中串连一个电阻，在1k~5k之间。实验结果表明:只要在每路输出电路中串连一个1.2kΩ的上拉电阻，这样在此路信号为高电平的时候，模块中单路电流才会很小，控制在24mA之内不会超过模块的限流电流值，即可保证原系统此类继电器输出部分即正常又安全的工作。其改造电路如图4所示。
图4 继电器电路部分改造
至此基本完成了对原有控制系统的高密度I/O单元的改造，在红/绿灯的改造过程中我们可以发现模块的单路电流都接近其单路电流的限流值，考虑到模块的安全性、使用寿命以及优化控制系统的思想，在接线过程中就将4路红/绿灯信号分散到了模块的不同的公共端。
4系统软件改造
对系统的硬件改造在实质上并没有改变原有系统软件的控制思想，所不同的是，系统的硬件改造中所引用的高密度I/O单元都是特殊功能模块，输入输出点的地址表示有所不同，在改造过程中需要将原有地址和现有地址一一对应进行改造;还需要注意的是OD215是采用负逻辑的方式输出的，在原有PLC程序中需要对其作出相应的调整。在原有由组态王开发的系统实时监控画面也需要修改原有程序中的某些地址以满足对现有系统的实施监控的目的。
5 结束语
在确定了对系统进行改造的方案以后，通过一段时间的硬件连接、软件改造以及调试，系统已经能够达到如期的控制效果，并能安全有效地实现控制任务。有效利用了实验室现有资
治理大气污染，必须有准确可靠的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的重点项目和企业中应用CEMS，结合环境监测仪器、ABBPLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。
CEMS中有很多种监测方法：比如烟气SO2自动分析仪的原理有电导法、非分散红外吸收法（动态范围较窄）、紫外吸收法、紫外荧光法、火焰光度法和定电位电解法。采用方式主要有：（1）直接抽气采样法（2）稀释抽气采样法（包括烟道内稀释和烟道外稀释，占85.5%，主要为欧美产品）；（3）在线直接测量法；（4）定电位电解法。
CEMS环保行业有两个典型的特点：
·一是典型的SCADA应用；
·二是数据及报表处理比较复杂。
·ABB AC500 PLC 和FameView在这两方面做的为出色；
·ABB PLC集成有MODBUS 主、从协议，通讯灵活；
·可配置的开关量、模拟量模块，集成简单；
·AC500的模块和端子分离，预接线方便；
FameView强大而简单的数据库连接功能，存储各种数据到各种数据库中；
·根据需求能提供各种打印报表；
·能通过宽带/ADSL/GPRS/CDMA/电话拨号向中心站提供实时数据和历史数据；
·提供中心站软件，能接收和管理100个分站的数据；
·FameView近三年已成功应用到900多套CEMS子站和多个中心站。
AC500PLC的部分开关量通道可以通过软件设为输入或输出，这大大的方便了用户的使用和适应现场的变化。而模拟量模块上的每个通道都可以根据用户的需求接入：电流，电压和热电阻信号，可以在同一个模块上接入各种不同的分析信号，简化了系统。
近年来，由于CEMS系统的要求越来越高，使得“组态软件+PLC”的组合模式在CEMS系统中的应用越来越广泛，并已逐步取代以前惯用的“上位软件+单片机+板卡”，成为CEMS系统中实现数据采集及控制的。
FameView组态软件和ABB公司的AC500系列PLC共同开发的CEMS系统，以其高效稳定的通讯能力和强大的数据处理能力，逐渐为业界所认可。
AC500系列PLC是ABB公司的产品，其中烟气上用了一款CPU是PM571，它的特点是：
1、24VDC供电，64K程序内存，1K字节指令执行时间0.3mS；
2、用户程序密码保护，支持多任务、浮点运算；
3、集成RS232/RS485、以太网RJ45；
4、CPU面板上能显示状态、诊断信息；
5、串口直接支持MODBUS 主、从协议
6、支持多种语言编程FBD、IL、LD、ST、SFC、CFC
7、可以用SD卡扩展128M的数据空间
在没有上位监控子站的系统中，AC500 PLC的串口除了可以作为Modbus通讯外，还可以通过Modem 直接和GPRS等系统相连，并可以在就地用SD卡储存高达128M 的历史数据。
系统概述：
烟气污染物排放总量数据监测系统（CEMS），根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数（如：SO2、NOX、CO、CO2、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度等）。这些参数数值一般由各类分析仪采集烟道中气体进行测量分析后传送到上位机，由上位机对其进行处理、运算、存储、报表等。上位机还要作为服务器与环保行政主管部门进行远程通讯，向其提供数据。
污染源在线监控系统由专用数据处理软件和采集传输系统两大部分构成。系统拓朴结构如下图：
1引言
生产饮料筒、油漆筒(桶)、机油筒(桶)等薄板类金属容器的道工序就是把厚为0.2～0.5mm、宽为320～1200mm的卷板按所生产容器的不同剪成不同长度的板料，送到下面的工序，如套色印花、焊接、胀型、封口(底)等终成型。由于后面的工序，特别是套色印花工序对长度偏差的要求甚高，为±0.25mm/1000mm(对角线偏差为±0.4mm/1000mm)，单位时间的剪切数量较高,一般不少于50/min，普通的剪切设备达不到上述要求。有经济实力的大型企业从国外进口生产线，这种生产线从板料的开卷、校平、定尺剪切到终成型，由工控计算机作上位机，控制多台PLC，既由计算机根据动作需要向PLC写入或读出数据，达到控制整条生产线的目的。这种生产线结构复杂，价格昂贵。对于中小企业，我们研制了一种仅需1台PLC控制的、结构简单、造价低廉、剪切精度和剪切产量达到和超过上述要求的高精度定尺剪切系统。
图1 剪切系统结构示意图2 硬件构成
剪切系统的结构示意如图1所示。由图1可见，系统的机械部分由夹送机构和剪切机构两部分组成:夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，上下夹送辊的加紧力调至刚好压紧板料，使板料在两辊中按设定的速度无滑动滚动;剪切机构与一般剪床同，只是剪切的驱动力来自高压气体。
系统的电气控制部分采用日本光洋的SU系列可编程序控制器;包括SU-5M(CPU模块)，U-01SP单轴伺服定位控制摸块;U-05N16点DC12/24V输入模块;U-01T8点AC220V继电器输出模块等;人机界面为CL-02DS液晶汉字显示设定单元。伺服系统采用日本安川的交流伺服电机SGMGH-20ADA61和SGDM-20AD数字交流伺服驱动器。
3定尺剪切控制
3.1 控制原理
在手动状态(板料安装)时，夹送辊可作正反2个方向转动。在自动工作情况下，夹送辊的转动方向如图1所示。若确定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当PLC检测到伺服电机反馈的脉冲数达到所设定的目标值(既长度)时，PLC发出信号，交流伺服电机停止转动，方向控制阀的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得1个脉冲，此脉冲即可计算剪切数量，又能作为下1个循环的开始信号。
3.2 参数设置
(1) 一般参数的设置
a)主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾2个方面，一是生产能力，二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到jingque停止的要求，剪切长度精度不高;当然，慢了，达不到生产力的要求。
b)脉冲当量的确定:在本例中，之能进行高精度定尺剪切，实际上就是jingque的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，既为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可。
c)脉冲编码器反馈的每转脉冲数(分周比)的确定:脉冲当量确定以后，这个参数就好确定了。设计时，夹送辊的直径已定，则其周长也已确定。只要用主动辊的周长除以脉冲当量，即为脉冲编码器反馈的每转脉冲数。该数应为整数，当得数为小数时，与脉冲当量一同作一些调整即可。应注意的是确定的脉冲编码器反馈的每转脉冲数必须在所选的脉冲编码器大的每转脉冲数范围之内。
d) 伺服驱动器工作模式:速度控制模式。
(2) 智能模块的参数选择
U-01SP智能模块的参数共有21个，主要参数有:
a)设定的主轴转速时智能模块发出的脉冲频率FBF:U-01SP智能模块与数字式交流伺服驱动器配合使用，可以在交流伺服电机额定的转速内任意设定，这个设定值就是FBF:
FBF(kHz)=主轴转速(RPS)×脉冲编码器反馈的每转脉冲数(PPR)
该参数必须在智能模块的大FBF范围之内。
b) 主轴手动速度的确定:根据手动安装板料的需要，一般设定为主轴转速的10%~20%。
c)加、减速时间，即主轴从0转速到额定转速(或)所需要的时间:主要根据剪切的板长确定，剪切的板长较短时，该时间可短些，可长些。对于本例，可选500~1000ms。
d) 紧急停止时间，在自动运转时，从额定转速到停止转动的时间:当系统发生意
外时，控制系统需急停，以减少对系统和机器的损伤。该时间可少些，一般选500ms以内。
其余参数可用该模块出厂时的原设定值或根据需要设定。
3.3 程序设计
这里使用的SU-5M型PLC与大多数型号的中型PLC在程序设计上并无大的差异，由于采用了语言编程，更接近计算机的流程图设计思路。特别需要指出的是U-01SP单轴伺服定位控制模块采用类似数控CNC系统的G语言，编程方便、功能强大。
举例:G00 X(位置值) F(速度值);代表一个典型的阶梯形定位指令。
单轴伺服定位控制模块U-01SP的控制信号通过模块所占I/O定义号对应，程序设计思路如图2所示。
(1)PLC上电后，进行初始化处理:把为系统建立的参数表从CPU写入智能模块U-01SP、检查系统有无错误、数据有无错误、语法有无错误，检查结果判断为正常时，系统进入伺服准备状态，这其中包括进入到动作方式(手动、自动)选择、数据监控状态(伺服数据读出)、伺服异常(数据出错、系统出错、语法出错)处理完毕状态。
(2) 在手动状态下，按下主轴正、反转按钮，主轴
图2 剪切系统程序框图
可驱动板料前进、后退;按下手动剪切按钮，剪去板头。此状态一般在新安装板料时使用，手动剪切不计数。
(3)在自动状态下，料批(剪切长度、剪切张数)在人机对话装置CL-02DS液晶设定显示单元上设定完毕后(实际上料批可在PLC上电后任意动作方式下设定)，CL-02DS将料批数(十进制数)转换成BCD数，存入到CPU的指定寄存器中，程序根据已确定的脉冲当量进行计算，转换成脉冲数，再将脉冲数变换成BIN数，存入到U-01SP内的指定目标寄存器而成为目标值。人机对话装置CL-02DS进入监控状态。按下自动剪切按钮，主轴开始转动，每次转动的周长就是目标值的脉冲数与脉冲当量的乘积。到了目标值后主轴停止，气缸执行剪切动作，剪刀回位的计量剪切张数，重复上次操作。直至达到剪切张数的目标值后停止。
由于圆周率的存在和转动惯性，主轴每次转过的实际周长与应该转过的周长还会有一点差异，很小，在1mm以内，但对于±0.25mm的长度精度还有影响，这样，在程序中按需要设定几个尺寸段进行一定数量的脉冲补偿(分段补偿)，终完全达到了剪切长度精度要求。
4结束语
适当改变脉冲当量、夹送辊直径和脉冲编码器反馈的每转脉冲数，剪切精度可提高一个数量级;剪切动作换成液压缸执行，能剪厚板，可用于机械、汽车等其它行业。该系统已在济南、深圳等地投入使用，经过近一年的运行，剪切长度精度、剪切速度完全达到设计要求和用户要求，系统运行情况良好。该产品填补了我省空白，现已通过技术鉴定，正批量生产。