西门子6ES7223-1PH22-0XA8品质好货
0 引言
在工业控制领域，如何利用有限的资源实现对主要生产环节准确、稳定的控制，并对工业现场实施有效的监控，使生产和监控有机的结合起来，提高生产效率，是广大企业和从事工控行业的技术人员一直普遍关心的问题。而自动化水平的高低也成为衡量企业生产力的重要因素。
PLC作为一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置，以其可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、功能完善等优点在工业过程中得到了广泛的应用，并以其极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。触摸屏是计算机技术和监控技术发展的产物，作为数据采集与过程控制的专用软件，它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，具有灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控的功能。
电镀系统作为涂装企业的关键生产环节，对整个生产过程的影响具有举足轻重的作用，本文提出的基于触摸屏和PLC的电镀控制系统的设计，克服了原控制系统准确度低、稳定性差、生产效率低的缺点，提高了企业的生产效率和自动化水平。
1 系统的总体设计
龙门镀铜电镀自动生产线是电气器件等外表电镀的一种专用自动生产设备。生产环节包括三个基本阶段：镀前处理、电镀过程和镀后处理。整个镀铜电镀过程主要经过热浸除蜡、水洗、弱腐蚀、除垢、沉锌、预镀碱铜、碱铜、酸活化、焦铜、回收、水洗、防变色等。经过电镀的器件可以提高其使用寿命，具有可靠性高和抗干扰能力强等特点，在电气工业控制中得到了广泛应用。
生产线为自动线，生产时由行车根据工艺及生产线状态自动移送工件，完成工件的电镀处理。行车主要执行挂钩的上升／下降运动，行车的前进／后退等4个动作，一辆行车分别装有2个三相异步电动机，并由变频器来控制电机运作。为了实现自动功能，主要采用三菱FX2N系列的PLC作为控制核心，采用三菱系列的触摸屏GOT1100作为上位机来执行动作操作，触摸屏产生人机界面和生产数据的监测及储存功能，和PLC构成实际的控制设备。
2 PLC控制系统
控制系统的设计以GX DEVELOP8软件为平台，开发控制系统的程序。其编程方便，不但支持通常的逻辑、算术、位等，还直接支持子程序、跳转、文件和PID等指令和大量寄存器，并且有方便的注释功能(和程序在一起)。
2.1 软件设计
控制系统的控制对象是三台行车，对行车的运行动作进行控制，系统的被控量为电机的速度和正反转，执行机构为变频器，控制相对比较复杂。
结构化程序设计是编程中常用的并且是有效的方法，其中心思想就是采用子程序，将程序之间的耦合降低。采用这样的方式，也可以解决语句机械重复的问题。在这个程7芋就可以充分利用PLC编程时允许使用子程序的便利，采用结构化的编程思想，将行车挂钩的上下运动，及行车左右行走等分别编制子程序。自动程序采用的动作序列的思想，整个循环就是一个动作的序列，只要依次执行每个动作就可以完成自动所需要的动作。具体的每个动作则靠调用相应的子程序完成，避免程序机械重复的问题。主程序主要负责所有子程序的调度，判断在不同的情况下去执行相应的程序，其中主程序框图如图1所示。
图1 主程序框图
从图中可以看到在此项目设计了以下的子程序，见表1。
表1 子程序列表
2.2编程中的几个细节处理
为了适应PLC编程的特点，在编程中对相关细节主要采取了以下几点措施：
(1)互锁处理
对于在运行中不容许出现的情况在程序上通过标志位进行互锁处理，这包括如下：挂钩的上和下；行车进和退；挂钩动作和行车动作；任何错误和动作输出；手动和自动。
(2)动作和故障的处理
动作子程序放在每个循环的结尾，这样在所有的情况都正常的情况下才输出实际的指挥行车动作的信号，只要前面有一个环节不正常，通过设置故障标志，动作子程序不输出实际的动作，这样确保行车的安全。
(3)手动和自动的转换
手动和自动的转换是该程序的一个难点。自动工作时随时可以切换到手动。手动切换到自动需要满足下面的条件才可以：三部行车都处在循环的初始状态，包括行车的位置和挂钩的位置；或者自动到一半时转手动，没有如何手动的动作后才转到自动。在其他情况下强行将手动切换到自动将作为可恢复性错误处理，发出报警声提醒操作者，并等待操作者切换到手动。
3触摸屏监控软件的开发
3.1 软件的总体设计
该控制系统监控软件采用三菱公司开发的GOT系列的10寸触摸屏将用于现场控制的PLC控制系统和上位机监控系统连接起来。从变量定义和I／O设备的管理人手，利用GOT多样化的绘图工具、强大的脚本语言处理能力和丰富的命令语言函数开发出生动、友好的主监控界面，以及含盖报警系统、行车操作，辅助控制等功能齐全的子监控界面。
经过开发的监控系统实时现场执行机构的操作模拟与监控，历史报警的查询等功能。其中还设有权限要求，要求操作时先要输入密码，以防非操作者的错误操作，以保证安全。
3.2行车监控界面设计
作为整个监控软件的主要部分，行车监控界面的设计形象地反映了该行车在整个系统运行过程，并且可以通过对变量的正确调用，使主要行车的运行状态按操作人员的需要在系统运行时准确、生动地展现出来。管理人员可根据需要使行车处于手动或自动状态，甚至可以根据需求设定行车运行的目标槽位，通过行车监控界面图5报警界面上的按钮，管理人员还可以方便地进入操作，进而获取系统运行的详细信息。
3.3辅助设备操作界面
为了全面实现系统的自动化，一些辅助设备如风机、移动小车、废水喷淋泵等的执行通过PLC来控制，其辅助设备的操作信号则通过触摸屏控制在该辅助设备的操作子界面里面，充分利用GTDESIGN软件提供的内部软元件，减少了PLC的输入点，从而减少了成本，又增加了可操作性。
3.4 报警系统界面
按照系统的设计要求，当行车行走提升、行走热继电器等过热，或者行车行走提升超出要求范围时，要求监控系统能够做出及时、有效的报警。鉴于此在开发报警系统时，该设计建立了系统的报警注释，将用户创建的注释作为报警信息显示。通过报警表跟注释链接，与PLC中的寄存器链接从而储存。操作人员可通过上移，下移，检查等操作来查找以前出现的报警历史记录。
4 结语
该设计已经投入到企业的生产过程中，从现场的状况和产品的质量来看系统运行稳定，行车运行路线和辅助设备在理想的范围内，管理人员能够通过触摸屏及时、准确地了解生产现场的状况，并可以根据生产要求及时做出调整。该设计不仅改善了系统的稳定性和准确度，在很大程度上提高了企业的生产效率和自动化水平。
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：
图5 系统硬件配置
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：
图6 堆料控制流程图
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：
图7 取料控制流程图
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。
1 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。
2TP270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：
图1组态画面逻辑关系图
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:
图2组态画面 故障报警
图3组态画面 单动控制
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：
图4Profibus系统组成