6ES7223-1BF22-0XA8使用方式
1 引言
PLC（可编程控制器）是20世纪80年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物。它不仅具有优越的控制性能，良好的性能价格比，具有较高的可靠性和抗干扰能力，在自动控制各个领域应用相当普遍[1]。
在制药厂，为了保障药品的质量，对清洁区的洁净度和温度、湿度都有很高的要求。例如汉江药业集团一分厂对洁净区的标准是：洁净级别30万级，温度18～26℃、相对湿度45～65%[2]。空调系统是否高效运行将不仅影响药品的质量，也会造成能源的浪费。本文就汉江药业集团的空调系统运行要求，选用PLC作为核心控制器。用工控机作为上位机与PLC通信，实现对整个控制系统的组态和监控。
该药厂的空调系统由两台抖动电机、一个电动风门、一台送风机、三台引风机、两台除尘风机、一个蒸汽电动阀和两个冷液电动阀组成。要求系统运行时打开两个电动阀，按一定的顺序运行各个送风机，关闭时先关闭电动阀，按一定顺序关闭各个风机，达到除尘、送风、降温或升温的目的，保证清洁区达到指标要求。系统要具有定时自动、手动运行功能，并要求在系统出故障时可以报警并诊断故障类别。
2 系统硬件设计
该药厂空调系统长期以来是采用继电器和接触器，采用人工操作的方法进行控制，其控制系统复杂，可靠性低，维护繁琐，能源利用率低，经常带故障运行，设备耗损大。采用PLC，不仅能实现对开关量的逻辑控制，具有强大的计算功能，还能实现与工业计算机等智能设备之间的通信。将PLC应用于本系统的控制，能很好的满足技术要求，具有操作简单、运行可靠、自动化程度高等优点，再加上故障诊断功能，使系统维护更简单、快捷、准确。
该空调系统需要控制九台电机，三个阀，需要指示，报警等功能。根据系统的控制要求，统计出其需要16个信号输入点，23个信号输出点。又对各种PLC性能指标、适用性、认知程度等进行比较，后本系统选用了西门子公司的S7-300型PLC，它指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比较高。PLC硬件组态如下：电源PS3075A，CPU312C（带10点输入和6点输出），64K存储卡，扩展模块有数字输入模块SM321（32点输入），数字输出模块SM322（32点输出）。PLC配置完全满足系统需要，且便于系统扩展和组网。该控制系统的结构如图1所示。
图1 PLC控制系统的结构图
该系统以PLC为核心，PLC从控制面板以及现场获得信号，对执行器进行控制。上位机可以从PLC获取信息，并且可对PLC进行设置和控制。
PLC输入输出端子分配如图2所示。使用转向开关I4.0来选择系统的运行状态为自动或手动。按钮I4.1和I4.2只有在手动后才有效，用于手动控制风机、电动阀的开与关。端子I4.3～I5.6表示现场执行器的反馈信号，其中有两个端子表示现场温度的上限和下限。
输出端子Q0.0是系统运行指示信号。Q0.1～Q1.4用来控制电动机的顺序、定时运行。Q1.3、Q1.4和Q3.5控制三个电动阀的开关。Q1.6～Q2.7用来显示各个执行器的运行状态。Q3.0是系统的故障报警。Q3.1～Q3.4表示系统的故障类别，它可以表示16种故障类别，这样的设计可以充分利用PLC的端子，节约成本。
图2 输入、输出端子配线图
3 系统软件设计
系统的程序设计是在STEP7 V5.2软件平台下进行的。STEP7V5.2可支持梯形图、SIMATIC指令和功能图。且具有指令丰富、结构清晰、编程方便的优点。在程序设计中，将整个系统分为：“手自动切换及互锁”、“自动运行定时”、“顺序开关风机及电动阀”、“故障报警与诊断”等模块。
系统进入运行状态后，根据转向开关确定是进入自动状态还是手动状态。在手动状态下，可以在控制面板上进行手动操作。在自动状态下，系统将自动按流程工作。在系统运行时，检测各执行器是否正常（接触器触点是否粘合）以及电动阀的状态。如果发现异常，则报警并给出故障类别（故障位置），系统处于等待状态，等待故障排除，重新运行;如果正常就进入运行状态。两台抖动电机运行30秒后停机，打开电动风门，3秒后启动空调送风机，顺序启动三台引风机，后是两台除尘风机。系统进入正常运行过程中，故障诊断程序不断扫描各个反馈信号，当任一风机过载不能正常运行或加热器、冷凝器工作异常超温时，空调机组自动停机，故障部位报警指示。无故障时，等待自动关机或手动关机。在每个PLC循环周期只运行一个状态的指令，这样可以节省CPU的资源，提高系统的实时性。系统控制程序的流程图如图3所示。
图3 系统软件流程图
4 系统故障诊断
故障诊断是该系统中的一个重要环节。及时有效的给出故障报警和故障位置可以帮助技术人员快速准确的查找故障和恢复故障，这一点在药品的生产过程中非常重要，因为药品生产对工作环境要求很高。
本程序中的故障诊断分为启动前、启动中和启动后三个级别的故障诊断。在启动前，判断各执行器触点是否处于断开状态，主要是根据输入端子的反馈信号的有无进行判断;在启动过程中，由于各风机均需要间隔启动，可以在程序中给每台电机设定两个定时器，一个用于电机定时，一个用于反馈信号定时，当启动时间到而反馈信号没有时，就可判断出该电机出现故障。启动完毕后，判断各接触器状态，此时，由于抖动电机运行30秒后处于关断状态，其它风机处于运行状态，判断方法同启动前故障诊断方法。根据运行情况，系统主要存在9大故障。为此，采用4个输出端子指示故障类别（可扩展指示16种故障）。
5 结束语
本文作者创新点是采用西门子S7-300完成药厂空调控制系统，尤其是设计了故障诊断程序，根据PLC自带指示灯可查看故障类型，给用户带来极大方便。该控制系统由汉江药业股份有限公司提出，由陕西省工业自动化重点实验室研制。经过对系统的研究、设计、开发，控制系统已投入运行。从实际的运行效果来看，满足了药品生产洁净区对空调设备的指标要求。采用PLC作为本系统的核心控制器，保证了系统运行的安全可靠，提高了设备的自动化水平，维护和检修方便。得到用户的欢迎。
1.引言：
由于可编程序控制器具有功能强，可靠性高，环境适应能力和抗干扰能力强，以及接线简单，编程灵活、方便等特点广泛应用于工业控制。目前国内许多厂家的自动控制系统及加工机床都采用PLC代替继电控制。如汽车行业的一汽、二汽，早在八十年代中后期就大力着手将继电器控制系统改造成可编程控制系统，各厂家在近几年新进的设备中大部份都是由可编程控制的。由于市场对菱木变速箱的需求量大，而工厂对菱木变速箱壳体加工的能力有限，需自制一台菱木变速箱壳体镗铣组合机床，我承担了该机床电气控制系统的设计任务。
2.镗铣组合机床的电气控制要求
镗铣组合机床是用来加工菱木变速箱壳体端面及轴孔的专用机床。机床由中间滑台、铣削动力头、小动力头、镗削动力头几部份组成。工件的夹紧、松开由气压控制，工件夹紧在中间滑台上，由铣削动力头和小动力头分别对壳体大、小端面进行铣削加工，由镗削动力头对轴孔进行镗削加工。中间滑台及镗削动力头、小动力头的进、退由液压系统驱动，通过对铣削电机、镗削电机、液压电机及液压电磁阀的通断控制实现的工作循环如下：（1）工件安装并夹紧后，按下启动按钮，铣削电机启动，中间滑台工进，铣削大端面。（2）铣削完毕后，中间滑台由工进转快进。（3）快进到位转二次工进，小动力头电机启动并进给，铣削小端面。（4）铣削完毕后小动力头电机停止并退，中间滑台停止并定位。（5）镗削电机启动，镗削动力头工进对轴孔进行镗削加工。（6）镗削动力头快进。（7）镗削动力头二次工进对另一个轴孔进行加工。（8）镗削动力头定位并延时。（9）镗削电机制动。（10）镗削动力头快退到原位。（11）中间滑台快退到原位，夹具松开取出工件，等待下一个循环。
表1：I/O地址分配表
3.系统硬件设计
根据上述机床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC检测的输入信号有：6个按钮，8个行程开关，压力继电器及3个转换开关共计22个。PLC输出控制信号有：7个电磁阀，3个继电器，3个信号指示灯共13个。液压电机的控制及电机的点动控制不通过PLC。选用日本三菱公司的F1-40MR（继电器输出，整体式）PLC为基本单元（24个输入点，16个输出点）能满足控制要求。具体的I/O地直分配见表1。PLC控制系统的外部接线图如图1。
4.系统软件设计
4.1.整体程序设计
在系统程序设计中，采用了调整、自动、步进三种控制方式，采用模块组合结构。将不同控制方式的程序分别编写，采用条件跳转指令，根据工作方式选择开关决定执行哪种控制程序。这样使得程序结构清晰，编程方便。系统控制程序的总体结构如图2所示。公共程序是系统共用程序，调整程序实现机床的点动控制。自动程序包括了自动和步进两种功能。当SA3置于调整状态时X412得电，执行调整程序，公共程序中的转换禁止M574有效，自动程序无法转换。当SA3置于自动状态时X411得电，公共程序中的转换启动M575在按下启动按钮后得电，使自动程序能顺利执行。当SA3置于步进状态时X410得电，在按下启动按钮时转换启动M575得电并瞬时断开转换禁止M574，使自动程序能实现一步转换，执行一个工作节拍，再按一次启动按钮执行下一个工作节拍，实现步进控制。
4.2.自动程序设计
该镗铣组合机床是开关量的顺序控制，用软件编程实现顺序控制是PLC突出的特点。日本三菱F1系列PLC实现顺序控制的程序设计方法主要有四种：采用步进梯形指令（STL）编程;采用移位指令编程;采用置位/复位（S/R）指令编程;采用启、停、保电路编程。从直观易懂，设计简捷的角度出发我选择了步进梯形指令编制自动程序。顺序功能图和自动程序梯形图如图3和图4所示。
5.结束语
本文介绍了利用三菱F1系列PLC的步进梯形指令实现对镗铣组合机床的自动控制。现场的应用结果表明，PLC功能强，抗干扰性能好，工作寿命长，可靠性高，编程灵活，大大提高了设备的自动化水平。