西门子模块6ES7222-1BD22-0XA0品质好货
1、引言
为适应国民经济持续发展的需要，缓解山西、陕西、内蒙古西部煤炭外运通道港口装船能力不足的状况，秦皇岛港于2004年下半年正式启动煤四期升级工程。利用煤四期工程预留的卸车能力，增加相应工艺设备及配套设施，新建5万吨级和3.5万吨级泊位各一个，增加吞吐能力1500万吨。
基于此对原plc自动化控制系统进行升级，升级后的控制系统将与已投产的煤四期合成一个完整的生产系统，在中控室的统一控制下，实现各个装卸生产任务。
2、系统设计
2.1 升级内容
本次升级内容包括：中控室的处理器从plc5升级至controllogix系列；中控室i/o模块升级至controllogix系列；处理器程序增加升级部分、数据库传输以及通信部分；中控室广播系统在原有的基础上升级；除尘洒水处理器从plc5-40e升级至plc5-80e，程序在原有基础上增加以太网通讯指令；其余变电所plc程序主体不变，与升级后的controllogix成为一体；监控系统与plc通讯软件升级；监控系统开发软件由intouchv7.0升级至intouch v9.0，遵循程序改动小原则。
2.2 升级系统设计
中控室部分把plc5升级至controllogix系列，主处理器为1756-l55m24，i/o模块的容量留有15%以上的余量，存储器具有后备电池保护功能，plc具有远程i/o能力和故障诊断功能，所有的plci/o模块、电源模块及其它功能模块均能带电插拔，所有模块插入机架都有锁定装置[1]。处理器程序预先在实验室内进行流程的模拟与测试，保证在现场切换后可以立即投入到生产中。切换plc5模块时，首先拆除plc5系列模块，并在原有位置安装controllogix系列模块。输出模块的电压等级与原有系统保持一致，输入模块的电压等级更改为dc24v，模拟量模块与原有模块的电压等级一致。在升级前，仔细检查并做好每一根控制电缆的标记，保证切换过程中正确无误，并且占用小的停产时间来进行系统切换。更换后，系统将保证基本的工作需要，并在调试过程中逐步完善。
升级后的plc框架结构如图1所示。
图1 中控室框架结构示意
中控室原通信柜内包含光纤收发器、无线调制解调器和交换机三类主要设备，其中光纤收发器和无线调制解调器主要指各个变电所、各个大机通讯所用的数据收发器。所有通讯设备将择机从原通信柜切换至新通信柜中，而后切换各个大机信号设备，同时对通信路径作明确标示，以便于维护。
在中控操作台、新柜内各放置一台3com交换机，用于中控室内pc机与其他设备的数据交换。中控操作台交换机通过双绞线与plc室内交换机相连。ccrplc、各变电所plc、原有大机plc通过光纤与ccr plc进行数据交换。
升级后形成了一个以中控室plc处理器为中心，与现场变电所和各个单机实时通信的以太网控制系统。该系统采用tcp/ip协议，利用msg指令进行设备间通信。整个控制系统网络的通讯结构如图2所示。
图2 plc控制系统网络结构示意图
中控室内原有3台cgp，此次新增3台cgp，同时对原系统的3台cgp的intouch监控软件做相应的升级。
中控室plc主要完成原有系统plc的所有功能，新系统翻堆、取装线的流程操作功能，以及向数据库提供生产作业数据等功能。
对于老系统，所有程序位于“_2_ladder”内，原有程序保持不变，完成原有系统的流程选择、大机的流程控制等工作。
程序段“comm”完成通讯功能。主要完成与取装线plc处理器、翻堆线plc处理器、r52处理器、r62处理器、cd5处理器、ccr_dc处理器等6个处理器的以太网通讯读写控制。当取装线或者翻堆线通讯异常时，正在运行的流程将立刻停止。当ccr_dc处理器通讯异常时，相当于ccr处理器与所有其他老系统处理器的通讯中断，此时涉及到老系统设备的流程不能作业。当r52、r62、cd5这3台处理器通讯异常时，系统会产生报警信息，提示相关人员维修检查。
程序段“database”用于整理数据，把数据库需要的信息整理好，向数据库提供数据。
程序段“flownoview”用于向上位画面提供流程号码的显示。当有流程选中、启动、停止、故障、授权时，升级部分的上位画面就会有相应的流程号码显示。
程序段“new”为升级部分流程选择、启动、停止、授权的控制主程序。
煤四期升级工程建成后，与原煤四期工程要形成一个统一完整的生产系统。包括31个plc节点，彼此之间的通信传输的数据量非常大，要求作为通信中心的中控plc必须采取有效的通信方式，以避免数据传输缓慢或出现丢包、堵塞问题。中控室plc由plc5系列升级为controllogix系列后，由于产品更新换代的原因，plc5/40e中c.e系列之前的产品不支持cip协议，无法直接与controllogix通讯，这就意味着老系统中的plc将无法与中控plc直接通信。基于此，采用如图3所示的通信结构。
图3 老系统数据方向通讯示意图
这种通信路径减少了与中控plc直接通信的plc数量，使plc的资源能得到合理利用。
15号变电所有两个plc处理器ss15_fd、ss15_qz，分别实现的是翻堆线流程和取装线流程。现场各大机与该处理器通信，然后该处理器再与中控plc通信。升级系统通信结构示意图见图4。
图4 扩容系统通信结构示意图
在msg的通讯指令控制上，采用轮循方案控制。每个plc5或者controllogix处理器中都有不止一条的指令。上一条指令执行的完成或者故障触发为下一条指令的使能位。以此类推，直到后一条指令的完成或者故障位触发条指令的完成。为防止connection碰撞发生，在每两条msg指令的执行中间，增加500ms左右的延时等待。这种方式要比以往的广播方式更优化，能避免同时通信造成网络堵塞和大数据流的发生。
1、引言
叠装系数测试仪是在硅钢生产中必不可少的检测仪器，本装置主要用于硅钢片的叠装系数测定。本测试仪是在吸收国内外同类产品优点的基础之上，根据测试标准的实际要求，为jingque测量硅钢片叠装系数而专门设计的新产品。本装置具有手动操作与自动操作测定方式，即：试样的移动与测定部均为自动操作，送入试样后，由一套vipa214cpu组件通过控制由滚珠丝杆和直线轴承构成的高精度垂直伺服系统完成自动进料，定位，退料等工序；通过控制由进口滚珠丝杆推拉机和压力传感器构成的水平伺服系统完成加压、测量、复位等工序，在规定的压力下由一组电子千分表所测得的硅钢片叠厚数据，本装置具有对试样自动测量宽度和称重的功能，也可手工输入宽度和重量数据。配合托料系统加装一套自动循环送料装置，可自动完成试样的放置和回收。所有数据经过计算机作相应处理从而完成整个测量工作，大大提高了采集精度和工作效率。
2、设计任务
2.1 工艺过程
启动，自检，复位，待料。放置被测试样至送料器。送料器送入被测试样。送料器将被测试样送入转料叉。转料叉将被测试样翻转90度。转料叉将被测试样送至预定位置。托料叉上行，托起被测试样。托料叉将被测试样送至测宽位，转料叉退出。被测试样进行宽度测试。宽度测量完毕，将被测试样送入电子称料叉，进行称重。重量测试完毕，托料叉上行，将被测试样送至叠装系数测试位。标准压块与测量平板将被测试样压紧，进行叠装系数测试。叠装系数测试完毕，托料叉上行，转料叉进入。托料叉将被测试样置入转料叉后退至待料位。
转料叉退出，将被测试样翻转90度平行于操作平台。送料器将被测试样送出转料叉。取走被测试样，待料。
2.2 主要测试功能
应加荷重范围0-10kn；叠层高度0-25mm。测定精度：附加载荷：压强(1.00±0.05)mpa。叠层高度：测定值的±0.2%。测定试样：爱普斯坦方圈试样：30mm×300mm。厚度测试尺：日本三丰，测定范围0-25mm，测定精度mm；通讯机能：计算机自动读取测试需要测试的试样信息为上位机传来的信息，也可手工登记试样信息。多余的信息可删除。试样的重量由计算机自动从电子秤读取数据，精度为±0.1%。试样的宽度由计算机自动从宽度测试尺读取数据，精度为±0.1mm。也可手工输入宽度数据，自动进样。
2.3 叠装系数的测定
压强为(1.00±0.05)mpa，由计算机进行自动设定。压力设计成具有压力标准可修改的功能。自动进行载荷设定，具有压力超限报警保护功能。自动进行数据测定和叠装系数的计算，数据可自动上传给上位机，并可用打印机打印。操作界面根据用户习惯采用表格形式，分为微机操作和触摸屏操作两个部分，均可独立操作互不影响。标样测试具有单独的标样测试画面，且可预先输入标样数值及上下限数据，对超出上下限的测试结果予以警示。
2.4 数据处理
测量数据存入数据库中，并可随时调用。所有测量数据都能转换成excel格式文件。具有打印、查询、统计分析功能。
2.5 其它功能
(1)网络通讯功能：本计算机须接入局域网，与上位机之间具有双向通讯功能。本计算机数据库格式必须满足用户实际要求，并且根据用户实际数据库情况进行配置。上位机发送的信息日后可能会发生变化，应预留日后易于修改的格式。
(2)故障报警功能：设备发生故障时，应该具有自诊断功能，显示故障大致部位及引起故障的原因和排除方法。
3、系统配置
升降、测厚电机均采用伺服电机，驱动器采用kinco的系列edp200pa，操作和生产工艺参数显示采用eview的mt-501t触摸屏，全线控制采用 vipa公司的200v plc构成。vipa214dpm的profibus和ed200 pa和mt-501t通讯。系统配置如附图所示。
附图 系统配置图
3.1 硬件配置
电源模块vipa207-1ba00；cpu+dp主站：vipa214-2bm02；模拟量输入模块：vipa 231-1bd53；通信模块：vipa240-1ba20；开关量输入模块：vipa 221-1bf00；开关量输出模块：vipa222-1bf00；开关量入/出模块：vipa 223-1bf00；操作面板：eview mt501t；驱动装置：edp200pa；伺服电机：kinco 23s31。
3.2 软件组成
编程软件：sw-873(winplc7)；伺服组态软件：eco2win；组态软件easybuilder500。
4、系统设计
4.1 升降位置控制
升降用于试样宽度检测。电机采用交流伺服电机加伺服驱动器控制。升降速度、位置由速度电位器通过mt-501t送入vipa 214cpu，再通过dp网由vipa 214 cpu加到ed200pa上。由于测量精度的要求，升降的加速度不能太大，因此升降速度的设定采用pid运算。
驱动器类型:ed200pa，0.4kw。设定：p6040＝06(停)或1f(运行)；p6060＝3；p6081＝1000；p6083＝100；p60ff＝0.8；p60f601＝8000；p60f602＝50；p60f606＝10。
4.2 测厚位置和速度控制
由于测厚速度需根据压力自动调节速度(u＝k*d*1/p)。
其中u：测厚速度，k：修正系数，d：两极板距离，p：读取的压力值。所以测厚电机驱动器的设定由以下两个因素决定：
(1) 测厚位置通过旋转编码器测定，其信号通过驱动器的dp 口送入vipa 214dpmplc，plc测量高速计数器的计数值即为测厚位置。
(2) 压力设定通过mt-501t设定，在运行中不断读取压力值p并送入plc。
plc将上述两个参数相乘(压力的倒数)并乘以相应的修正系数(根据机械变速比决定)，需要注意的是，由于测厚电机在使用过程中需要高速换向，因此当收到换向信号时，电机需要高速的降速和升速过程，ecostep200pa需外接制动电阻。
测厚驱动器类型：ed200 pa， 0.75kw。设定：p6040=06(停)或1f(运行)；p6060=3；p6081=3000；p6083=100；p60ff=1.5；p60f601=8000；p60f602=50；p60f606＝25。
4.3 技术特点
(1)电工钢叠装系数的测量方法由传统的垂直下压方式改变为水平方向拉动加压，既简化了仪器的结构，又消除了直立式压力机构由于自重产生的压力偏差，提高了测量精度。
(2) 垂直伺服系统采用托料叉承载试样，使试样放置方便，安全，可靠。
(3)在托料系统上方加装测宽装置，在托料系统下方加装称重装置，则可一次完成测宽，称重和测量叠装系数三项工作，使仪器功能具有可扩展性，大大提高了生产效率。
(4) 配合托料系统加装一套自动循环送料装置，可自动完成试样的放置和回收。
(5)预留了全自动生产线的机械接口和电气接口，使自动送料循环系统可在硅钢片试样的系列检测流程中与其他检测装置衔接，从而为生产线上前后设备的连接提供了方便。
5、结束语
该测试仪从2006年初投入使用，各个性能指标完全满足对硅钢片的叠装系数测定要求，不仅能完成自动进料、定位、加压、测量、复位、退料等工序，而且具有试样自动测量宽度和测厚功能，不用人工干预。其卧立侧压式的创新设计减少了压头自重所致的测量误差，提高了测量精度，并增加了自动测宽测厚系统，故障率低、维护简单，大大提高了数据采集精度和工作效率。可以相信vipa214dpm和ed200 pa的优良性能和极高的性能价格比使它们在测试仪器上具有广泛的应用前景。
3信号线引入的干扰
由信号线引入的干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时会将I／O模块损坏，造成系统故障。抑制信号线引入的干扰可采取如下措施：
(1)抑制输入信号干扰。
输入信号的线间干扰(差模干扰)通过输入模块的滤波可以使其衰减，而输入信号线与大地间的共模干扰在PLC内部回路产生较大的电位差，是引起PLC误动作的主要原因，可通过良好的接地加以抑制。在输入端有感性负载时，为了防止电路信号突变而产生感应电动势损坏模块，对交流输入，可在负载两端并联电容C和电阻R，对直流输入，可并联续流二极管V。见图1。
图1 感性负载时输入端抗干扰措施
其中R、C的选择，负载容量小于10 VA时，R可选120 Ω，C可选0.1 μF；负载容量在10VA以上时，R宜选47 Ω，C宜选0.47 μF。
(2)抑制输入感应电动势。
由于输入信号线间、输入信号线和其他线之间存在寄生电容，通过电耦合会产生感应电动势。为抑制感应电动势，一般尽量采用直流输入。对于交流输入，可在输入端并联浪涌吸收器。如果配线距离长、电流大，也可用继电器加以转换。
(3)抑制输出信号干扰。
PLC系统的开关量输出有继电器、晶体管、晶闸管3种输出形式。具体选择要根据负载要求来决定。如对于交流负载，在开关时产生干扰较大的场合，可使用双向晶闸管输出。对于直流负载，通常是在线圈两端并联二极管V，二极管应尽可能靠近负载，其反向耐压应是负载电压的4倍以上。二极管的动作有一定的延时，如果需要快速断开，则采用建议并联稳压管。对于交流负载，应在线圈两端并联RC浪涌吸收电路，且RC愈靠近负载，抗干扰效果愈好。见图2。
图2 感性负载时输出端抗干扰措施
(4)线缆选型与敷设的抗干扰。
开关量信号一般对电缆无特殊要求，可选用一般的电缆；当数字脉冲信号频率较高时，应选用屏蔽电缆传输；模拟量信号是连续变化的信号，容易受干扰，要选用屏蔽线或带防护的双绞线。当模拟量信号离PLC距离较远时，应尽量采用电流传输方式；通信电缆的信号频率很高，应选择PLC生产厂家提供的专用电缆。交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆；PLC的输入、输出线要与动力线分开，距离在200mm以上，应减小动力线与信号线平行敷设的长度，特别是变频器到电动机的电缆一定要远离信号电缆。在变频器到电动机之间应增加交流电抗器，电抗器应装在距离变频器近的地方。
激光惯性约束核聚变是中国工程物理研究院承担的科学研究项目，其目标是利用强激光轰击氘氚靶丸，产生受控惯性约束核聚变而释放出聚变能。其中原型装置靶场光电控制系统是保证多路激光束jingque引导、投射、基频倍频、jingque聚焦的重要组成部分。它首先需要根据靶场反射光路的实际情况自动调整投射和引导反射镜的姿态完成激光的准直引导，然后控制三倍频晶体的匹配角使打靶激光能够按佳角度入射到KDP晶体中，后jingque修正聚焦透镜的离焦量将激光的焦斑调整到坐标系的基准点。系统要求的设计精度非常高，由靶场瞄准定位控制系统所引入的误差不超过10μm，并且运动机构多且分散，对控制及监控系统在设计理论和技术方案实施方面都提出了很高的要求。适应这种控制要求的系统，一般称之为集散控制系统(DCS，Dist曲utedControlSystem)。PLC以其特有的高可靠性和不断增强的功能，使它在集散中发挥着越来越重要的作用，并且有取代专用Dcs控制器的趋势。
1控制系统的功能和结构
根据物理实验的要求，原型装置的靶场系统需要将12束激光从真空靶室的上方和下方以一定的角度射入真空靶室并经三倍频器、聚焦透镜jingque引导至靶点(激光在靶场将依次经过大口径高精度反射镜架模块、终端光学组件模块)。以此为基础，针对核聚变的前沿性物理问题展开探索性实验研究。
光学组件运动控制系统包括反射镜架模块与终端光学组件模块两大部分，共同调节12束激光准直至物理实验靶的指定位置。图1给出了控制系统的结构框图。运动控制系统的设计功能是，“本地控制”工控机(IPC)根据“远程集中控制”系统的指令完成各个光路的准直调节，状态监控，参数和重要数据记录等工作，从而为激光发射做准备。
图1 系统结构框图
由于控制电机数量较多(48台伺服电机和48台真空步进电机)，而且空间位置分散，因此光学组件控制及监测系统采用了分布式控制技术，通过工业控制网络组成先进的过程控制系统和实时、可靠的监控系统。由上位监控计算机对系统进行全面的监控和管理；由安装在现场的48台日本松下公司型号为FP-e的PLC控制器作为下位控制器与现场电气设备和执行机构直接连接，执行可靠、有效、具体的分散控制。系统的上位IPC与现场的各PLC控制器距离通常较远，为保证系统的可靠性，采用RS485标准总线网络进行数据传输，这样就构成了分布式控制网络。由于采用了网络拓扑结构，系统扩充非常方便灵活，可适用不同规模系统的控制要求。
系统的控制器和执行机构较多，因此，在设计控制箱时采用了模块化的设计思想。每路激光的控制由8个运动轴单元构成：引导反射镜俯仰轴和侧摆轴，投射反射镜俯仰轴和侧摆轴，倍频器俯仰轴、侧摆轴和滚动轴，以及透镜移动轴。每路激光的电机控制集中在两个控制箱中，分别称作反射镜架控制箱与终端光学组件控制箱，作为分布式控制网络的终端。每一个运动轴的控制由PLC、驱动器、电机、通讯适配器等组成.各控制箱与工控机之间同RS485总线进行信息传递系统的硬件配置如图2所示。工控机将位置指令发送给PLC，经驱动器功率放大后由电机带动精密丝杠螺母副驱动反射镜及终端光学组件运动。各运动坐标的极限位置由接近开关检测，以开关量信号形式输入PLC进行处理.各光路反射镜、倍频器和透镜的调整电机可同时工作。
图2 控制系统硬件配置示意图