西门子6ES7231-0HF22-0XA0现货库存
1 引言
上世纪80年代来自台湾的塑胶吹膜机，其温控电路采用的是温控器加接触器的方式，由于长期工作在频繁的大电流通断状态，接触器损坏率非常高，每个温控器只能控制一段温度，造成很多温控器散落在各处，操作非常不便。控制电路使用的是继电器互锁的方式，线路复杂，维修的难度很大，可靠性也非常低。调速是通过机械部分完成的，主要通过更换齿轮的减速比来实现，机械磨损很严重且非常耗能。这些落后的技术使得需要投入大量的人力物力进行操作和维护，造成维护停机时间长，零配件消耗费用高等问题。鉴于以上落后的技术无法满足生产需求和使企业在市场上处于竞争优势，本人采用了近年来在工业上使用越来越广泛的PLC，触摸屏及变频器对该机进行了改造。新的技术采用温控模块加固态继电器的方法控制温度，解决了长期频繁的大电流通断所带来的零件损坏问题。变频器调速的方式解决了机械磨损很严重且非常耗能的问题。触摸屏的使用有利于操作者直观的了解机器目前的状态解决了操作复杂，人员培训难的问题。以上技术的综合应用可靠性高，可实现设备长期免维护，解决维护难，维护停机时间长的问题。
第2章 设计思路及选型
2.1控制要求
由于世界经济的复苏，企业订单的迅速增加，产品呈多样化趋势，加上珠三角地区“招工难”情况的加剧。根据实际情况，对控制系统提出以下几点要求：
1.系统要稳定可靠，可长时间无故障运行。
2.可以保存多组配方，并能按预先设定的配方自动的调整各马达的速度。
3.要操作简单，可以集中控制，节省人力。
4.要有故障报警及保护装置。
2.2系统分析
本系统主要是通过PLC，触摸屏及变频器的综合应用结合吹膜机的实际需要来完成控制要求的。设计思路主要是：用PLC温控模块加固态继电器来控制吹膜机各段的温度。用PLC模拟量模块加变频器来控制各马达的速度。使用触摸屏来完成温度的设置和显示，速度的设置和显示，故障的设置和显示，配方功能的实现等等。
2.2.1吹膜机介绍及工作流程图
塑胶吹膜机是一种把颗粒状的塑胶原料制造成塑胶薄膜的机器，其工作流程如下：
在入料口加入塑胶原料，加热主螺杆和旋转模头。待各温度值到达设定值时启动机器，此时经过高温熔化后的塑胶原料在主螺杆的带动下由环状的旋转模头挤出，挤出的薄膜经过风冷和水冷后被引取轮引出，再经过压花轮A和压花轮B压花后被引入轮引入到卷曲轮，后由卷曲轮将薄膜卷成一卷卷的成品。
流程方框图及实物图如下：
图2.1 流程方框图
图2.2 吹膜机图片
2.2.2改造项目的控制方案及思路
1.将原有的温控器加接触器控制温度的方式，改为PLC加温度模块加固态继电器的方式。因为固态继电器是无触点的控制器件，损坏率非常低，用于加热时的频繁大电流接通很适合。PLC加温控模块的方式很稳定，控温准，并且温度可以集中控制。
2.将原有的通过机械部分更换齿轮减速比的调速方式，改为用变频器改变电机频率调速。变频器调速具有节能，稳定的优点。解决了机械调速的磨损和维修难问题，通过用PLC模拟量输出的功能控制变频器，可以集中控制变频器，操作简单。
3.用触摸屏做为上位机来完成各项温度的设定，变频器频率的设定，配方功能，报警显示，机器故障和状态显示等。使操作大为简化，节省人员。配方功能可以方便随时更换新产品，节省新产品上线时间，提高效率。报警显示和故障显示可以随时告知故障情况和故障点，便于维修和调试，避免了故障的扩大化。
以下为控制方案图：
图2.3 控制方案图
2.2.3PLC，触摸屏及变频器的选型
（1）PLC的选型
目前的PLC大致分为两个流派。一个是日本派系，其代表有三菱，欧姆龙等品牌。
另一个是欧美派系，它的代表主要是西门子，AB等。我国的PLC主要是日本派系的，有一些比如信捷，永宏，丰炜，台达等品牌（永宏，丰炜，台达为中国台湾品牌）。
PLC选型主要根据功能和性价比来决定，因为功能越强，价格就越高。本工程要求PLC具有RS485通信，可扩展模块，完成AD转换，温度控制，模拟量输出等功能，要求PLC具备相应指令系统和该公司必须有配套的相关模块。
根据经济实用的原则，本工程选用了永宏电机的FBS-32MAT型PLC，FBS-TC6温控模块，FBS-4DA模拟量输出模块，FBS-6AD模拟量输入模块和FBS-CB5通信模板。
（2）．触摸屏的选型
目前市面上的触摸屏种类很多，常用的品牌主要有FATEK,eView，GE， Proface ，HAKKO ，WEINVIEW，HITECH 等。
和PLC一样，触摸屏的选型也是依靠功能和性价比来决定的，功能越强，价格就越高。本工程所要求的功能几乎所有的品牌都可以做到，根据经济实用原则，本工程选用了价格相对较低的FATEK公司的FV070ST-T50触摸屏。
（3）．变频器的选型
变频器选型时要注意的几点：
1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题；
I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II.电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4)在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5)变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
根据以上要求结合本工程实际情况，本工程选用的变频器均为蓝海华腾V5系列
. 前言
斗轮堆取料机，是大型散装物料装卸机械，广泛用于港口、矿山、钢厂、电厂等大宗散料如矿石、煤、砂石等在存储料场的堆放、提取作业，其工作连续性强，操作频繁。斗轮堆取料机传统的开关量顺序控制,是采用继电器和接触器构成的逻辑控制装置,这种传统的控制装置能在一定的范围内满足自动控制的需要,但因需要大量的触点装置和电缆使其控制线路过于繁复、可靠性差和维修难度大。PLC以其稳定的性能、低廉的成本、强大的功能及方便的编程等特点广泛应用于工业控制领域。
本文采用西门子触摸屏TP270 ，西门子 S7-300 可编程控制器, Profibus-DP ( 分布式I/O)控制机上的各执行机构。控制网络简单, 系统优化, 完全满足机上的各执行机构的控制要求。
2. TP270触摸屏组态
SimaticTP270具有价格低廉、坚固耐用、结构紧凑、显示清晰、组态简单高效等优点，TP270的引入能够大大减少司机室内的仪表盘、指示灯、数码管等从而减少设备间的布线，使运行更加可靠，使设计人员能够根据实际情况灵活改变显示内容与方式，大大提高了整机的控制性能和水平。
本文采用ProtoolV6.0进行触摸屏画面组态，根据斗轮机设备需要及特性，画面设计总体分为一个主画面、六个子画面,其逻辑关系如图1所示：
子画面共分为四大类：一是画面操作部分（在触摸屏上操作设备的运行、停止、堆料、取料等）;二是各设备状态显示（显示各设备到位位置及运行状态）及数据显示部分（显示机上各电机运行电流、行车、回转、变幅位置数值）;三是故障显示及故障报警列表、历史报警列表（显示各设备故障指示及故障查询）等；四是系统设定，在不退出程序的提提下，以方便对触摸屏本身各参数的设置。
部分PT画面如图2、图3所示:
组态程序编写完毕，用编程器为TP270下载程序时，要注意设定TP270的传送通道及传送波特率，考虑到下载速度，本例中波特率设置为115200。
3. 系统组成及通讯
3.1 系统硬件配置
根据斗轮堆取料机的控制要求，结合目前运用成熟的总线技术，系统采用Profibus总线技术。系统由Profibus-DP网络和MPI网络共同组成。Profibus是一种开放式异步通信标准，可以实现各种自动化设备之间的数据交换，由3个兼容部分组成，即Prof ibus-DP、Profibus-PA和Prof ibus-FMS。Profibus-DP是一种开放式现场总线系统，实现快速响应和高速数据通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。Profibus-DP主站周期性地读取从站的输入信息并周期性地向从站发送输出信息，除周期性用户数据传输外，提供职能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。采用RS485传输技术，物理传输介质为双绞线、双线电缆或光缆，波特率从9.6k～12Mbit/s。主战间为令牌方式传送，主战与从站为主－从传送，支持单主或多主系统。
MPI是一个多点接口通讯网络，多可连接125个MPI节点，通讯速率为187.5kbit/s。可以在不同的控制器之间传输数据，还可以作为一个Profibus-DP接口使用，操作员控制和监视设备HMI及编程设备PG可通过两种接口（MPI、Profibus-DP）连接。
根据斗轮堆取料机电气控制系统的特点，分别在上部电气室和下部电气室配备Profibus-DP主站和从站，触摸屏设置在司机室，以方便司机操作及故障查询。上部电气室选用西门子S7-300CPU315-2DP可编程控制器作为主站，CPU315-2DP本机具有1个MPI接口和1个DP接口，从站设在下部电气室，从站I/O模块选用ET200M，选用IM153-1通讯接口模块。大车行走、悬臂变幅及回转机构通过变频器来控制，变频器作为从站通过CBP2通讯板(Profibus通讯模块)连接在系统总线上。系统硬件配置如图4所示:
3.2 系统硬件组态
PLC编程软件采用西门子SIMATIC STEP7V5.4。启动软件后，进行硬件组态，选中SIMATIC300（1），双击右边窗口中的“硬件”图标，组态其硬件。将所选CPU和各输入、输出模块插入SIMATICS7网络，并定义各模块I/O地址。依次将IM153-1、变频器挂到Profibus网络，设置PLC 为主站其地址为( 2) ,ET200M为从站，其地址设置为( 3) (注意设定地址须和ET200M硬件上拨码数字相同) , 行走变频器, 回转变频器,变幅变频器地址分别设置为( 4) ( 5) ( 6) 。变频器的从站地址必须与PROFIBUS 主站上配置的地址相一致,且总线上每个单元的地址必须是唯一的PLC 主站中的用户程序存取, 经过总线系统的通讯是完全由PLC主站中的主接口和IM153-1接口进行处理。PLC 主站将数字量信号通过PROFIBUS-DP 总线经PROFIBUS模块传送至变频器, PROFIBUS 模块安装在变频器的正面,通过RS485串行接口与变频器通讯。其配置图如图5所示:
4．斗轮堆取料机的PLC 控制
4. 1堆料程序控制
在堆料PLC 半自动控制程序中, 将大车预制在预定堆煤位置, 通过可编程终端画面上的堆料控制参数设定,设定堆料时悬臂架的变幅次数M1次和悬臂架回转次数M2次。启动堆料程序, 则悬臂胶带、尾车胶带在程序的控制下顺序逻辑启动,给系统发出斗轮堆料作业信号并实现与系统胶带按堆料工况联锁。堆料机在堆料位自动运行状态堆料,随着物料的堆积,料堆逐渐升高,当物料碰到斗轮机上的物料开关时,悬臂上升一个高度,如此为上升设定的M1次。悬臂左回转一个角度, 重复以前堆料,直至回转设定M2次。大车后退一段距离, 悬臂向右回转M2 倍角度,堆料M1次、回转M2次。大车再后退, 重复工作,实现斗轮堆取料机的堆料PLC控制作业。其控制流程图如图6所示:
4. 2取料程序控制
在取料PLC控制程序中, 将大车开至预定取料位置。当接到系统取料指令和系统胶带取料运行后, 启动取料程序,则悬臂胶带、斗轮在程序控制下顺序逻辑启动, 通过回转角度式光电编码器分别进行取料初始角和取料终止角的角度采样, 传送和存贮,确定悬臂回转的取料范围。则悬臂回转取料左转、右转时, 分别与取料初始角和取料终止角进行比较, 每相等1 次, 大车继续前进一段距离,悬臂再左右回转取料, 直至N1 次。大车后退N1 倍距离到初始位置, 悬臂下降一段距离,开始第二层取料, 工艺与层同理;⋯⋯直至取完N2 层。N1 的设置应为奇数才能实现全料层循环。其控制流程图如图7所示:
4. 3信号、仪表指示监控
信号、仪表指示监控是靠PLC 与电压互感器可编程终端之间的通讯实现的,并组成可编程序终端辅助监控的斗轮堆取料机操作系统。采用可编程终端, 斗轮堆取料机的状态信号,报警信号和仪表指示信号进入电压互感器可编程终端系统, 可对斗轮堆取料机进行实时监控, 方便、准确、快捷,免去了盘式指示灯、仪表配线的繁琐, 丰富了显示功能。
5 结束语
斗轮堆取料机采用PLC 控制具有故障率低、抗干扰性好、可靠性高、 运行稳定等优点，而PROFIBUS- DP总线的引入,能够节省大量的控制电缆及安装费用,安装简单,维护方便。PLC在工作期间，现场设备出现故障，能快速通过触摸屏查找并显示故障，方便维护人员检修设备，缩短了故障处理时间，由于控制电缆用量的减少，有效地降低了由控制电缆引发的各类故障，大大提高了斗轮堆取料机运行可靠性，取得了良好的运行效果，能够给企业带来良好的经济效益