西门子6ES7221-1BH22-0XA8使用方式
1. 引言
现代社会要求制造业能对市场需求做出迅速反应，生产出多批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一需求，生产设备、自动化生产线、检测设备的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一[1]。
房间空调器是国家强制性电器质量检测产品，为了完成符合国家标准的性能检测，必须建立一套相应的高精度的测试系统。焓差法测试是重要的测试方法之一，它不仅能对房间空调器的制冷能力和制热能力进行静态试验，还能进行动态性能的试验（包括风机性能测试），还可以针对房间空调器季节节能能效比（SEER）进行测定间歇启/停状态下空调器的制冷量和输入功率的试验。
传统的焓差法测试台采用常规的继电器控制，手动的操作方法，电气线路又复杂，操作又不便。以PLC为核心的控制系统实现测试过程的自动化。本文就针对房间空调器焓差法性能测试系统，讨论PLC在测试系统中的应用。
2. 系统控制要求
根据国家标准GB/T7725-1996[2]，空气焓差法试验系统需要两个试验环境，一个作为室内侧试验环境，一个作为室外侧试验环境。室内外试验环境都配备了由1个循环风机，1个加湿器，1个加热器及3台制冷机组成的空气处理装置，室外侧还有1个采样风机，室内侧有2个采样风机和1个排风机。室内外环境中所有设备的开关量均由PLC完成，PLC还兼备设备的故障报警。系统还要求上位机对所有设备进行控制，上位机与PLC通过RS232接口实现通信，在Delphi7.0平台下编写监控软件实现对系统的实时控制。
3. 硬件环境
PLC选型
房间空调器焓差法测试系统的控制点数有22个输入，16个输出。日本松下PLC产品FP1-C40系列，由于体积较小、结构紧凑，性能稳定，完全可以完成控制需要，我们选用此系列型号为AFP1243B的PLC。
输入与输出
依据控制对象，对可编程控制器PLC的I/O点数及主要内部继电器进行分配[3]。
外部输入继电器X，用来采集各个被控对象的报警信号，是开关量输入。分配表如表1。
表1输入继电器X分配表
外部输出继电器Y，用来控制系统设备中的被控对象，是开关量输出。分配表2如下：
表2输出继电器Y分配表
主要内部继电器R，用来接收上位机触摸屏发送来的命令，作为被控对象的启动与制动开关，以此来控制整个测量系统的运行。其接收的也是开关量0或者1。其分配表如表3：
表3主要内部继电器R分配表
与上位机通讯
系统需要上位机对整个系统设备进行在线监控，FP1-C40系列提供了RS232接口，通过此接口与上位机通讯。
4. 控制程序设计
依据焓差测试台的工作原理和系统设计的任务，考虑到实际情况的需要，设计的PLC程序要满足下面的要求：
1）焓差法测试台系统启动与停止时，系统中的16个被控对象的启动顺序有所不同。启动时，制冷机与风机先启动，并且只要有一个制冷机开动运行，风机就要立即启动，以保证室内外侧的空气流通，再启动加热器和加湿器。停止运行时，制冷机、加热器和加湿器先停机，再停止风机的运行。当在启动与制动过程中有报警信号输入时，则立刻停止出现故障被控对象的运行，以保证系统中被控对象不会被严重损坏。
2）由于被控对象中有很多电机，电机在启动时电流是正常工作时候额定电流的2～4倍，不能长时间使电机处于启动/制动状态，否则，电极的线圈会被烧坏。系统设定电机启动与制动时间都是10秒，即在启动开关或制动开关按下后的10s内，可以取消操作。这样就避免了因误操作等因素使电机长时间处于启动与制动状态而损坏电机。
3）在正常情况下，关机时是先关压缩机和风机，再关运行的总开关。可是，实际情况下，可能会发生非法关机的情况，即直接将系统的总运行开关关闭。这样在PLC没有断电的情况下按下主控开关时，PLC的一些状态在开始时会保持，而使输出满足条件，这样就会发生在没有输入的情况下却有输出的情况。为了避免这种情况，在每次主控继电器的触发信号关闭时，要对保持状态的继电器复位。
根据以上的要求，设计了PLC程序[4]。其程序的流程图如图1所示。后，通过松下PLC自带软件FPWINGR将程序下载到PLC里。
5. 监控程序设计
通讯协议
松下电工FP-X系列的各级PLC网络应用层都是以其专用通讯协议MEWTOCOL为基础设计的。MEWTOCOL协议分为两个部分。一是MEWTOCOL-COM，即关于计算机的通讯协议，它适用于计算机与PLC的通讯。另一个是MEWTOCOL-DATA，即关于数据传输的协议，它适用于PLC与PLC之间及PLC与计算机之间的数据传输[5]。本系统采用MEWTOCOL-COM协议[6]。
1） 命令帧格式
其中%：MEWTOCOL-COM的命令帧开始标志（ASCII码为25H）;
H,L：站地址的高位和低位，默认为01;
#：站号特征码（ASCII码为23H）;
发送文本：由命令码和数据组成，命令码参考文献[];
BCC：校验码，采用异或校验码，BCC为8位;
CR：回车结束符。
2） 响应帧格式
其中%，H，L，BCC，CR的含义与命令帧相同;
$：命令正确传送标志，如果此位为“!”则表示命令错误;
响应文本：正确响应命令信息文本或者错误命令的错误代码。
图1 PLC程序流程图
5.2 通讯接口软件设计[7]
在Delphi7.0中调用VB的MSComm控件，可以快速方便地对串口进行访问[8]。
1） 端口设置
端口打开之前，要对端口的波特率、奇偶校验位、数据长度、停止位进行设置。
MSComm_plc.CommPort:=1;
MSComm_Plc.Settings:=‘19200,o,8,1‘;
MSComm_plc.OutBufferSize:=1024;MSComm_plc.InBufferSize:=1024;
MSComm_plc.OutBufferCount:=0; MSComm_plc.InBufferCount:=0;
if not MSComm_plc.PortOpen then MSComm_plc.PortOpen:=true;
2） 发送指令
按照MEWTOCOL通讯协议给PLC发送指令，打开总开关如下：
procedure Tbbbb_Main.CWButton48Click（Sender: Tbbbbbb）; //总开关
var openstr,closestr,bcc,sendstr,sendstr1,sendstr2,sendstr3:bbbbbb;
i: integer;
begin openstr:=‘%01#WCSR01001‘; //打开命令
closestr:=‘%01#WCSR01000‘; //关闭命令
bcc:=‘＊＊‘; //检验码
if cwbutton48.Value=true then //打开总开关
begin sendstr:=openstr+bcc+chr（13）; //命令帧
for i:=1 to length（sendstr） do //逐字发送指令
begin sendstr1:=copy（sendstr,i,1）;
Mscomm_plc.Output:=sendstr1; end;
Mscomm_plc.OutBufferCount:=0; //端口缓存清除
Mscomm_plc.InBufferCount:=0;
end;
if cwbutton48.Value=false then //关闭总开关
begin sendstr2:=closestr+bcc+chr（13）;
for i:=1 to length（sendstr2） do
begin sendstr3:=copy（sendstr2,i,1）;
Mscomm_plc.Output:=sendstr3; end;
end;
end;
同样，按照同样格式实现其他开关的打开与关闭。
3） 故障报警
PLC输入端均是采集报警信号，若是X0000（XO）端返回数据为0即为报警，其它输入端与此相同。在程序中，利用Timer控件设定一定周期对端口进行扫描，系统采用周期为10s，即每10s对PLC的所有输入端状态进行扫描。当出现报警时，上位机软件会判断报警端口，并显示报警信息。
0引言
随着工业企业自动化技术的发展，PLC (Programmable LogicController,又称可编程控器)，以其可靠性、灵活性、优良的性能价格比、使用方便等特点在工业控制领域迅猛发，得到了越来越广泛的应用。
石油焦是铝电解用碳素阳极生产的主要原料。石油焦转运系统，是把贮存在仓库中的石油焦，经过破碎筛分处理成满足煅烧需要的原料，输送到煅前料仓。由于该系统逻辑控制点多、自动化程度高、上下游设备间关联度大，选用PLC进行自动控制，并设立上位机进行全系统监控。本文着重讨论PLC在系统中控制功能的实现和上位机监控界面的开发。
1 工艺介绍
石油焦转运站系统主要由天车抓料系、破碎筛分系、提升系、分料输送系、收尘系组成。用来满足煅烧窑系统煅前日用料仓物料供给。主要抓料天车、调速皮带、破碎机、筛分机、输送皮带、斗式提升机、分料挡板等设备组成。其中破碎筛分系、提升系是两套系统，破碎筛分系统可以一备一用，也可以工作；提升系实现设备一备一用。工艺流程简图见下图1.
图1石油焦转运站工艺流程简图
2 控制系统设计及实现
2.1 SLC500的特点
SLC500模块化可编程控制器及输入输出模块由罗克韦尔自动化公司生产，产品目录号为1746和1747系列。该系列产品采用框架式结构，为在不同的工业现场使用提供了同样稳定可靠的平台。SLC500系统构成处理器、输入输出模块和相关外部设备。处理器功能强大、使用灵活，并有各种内置通讯方式和不同容量的内存供用户按需选择。根据用户的实际需要，输入输出模块可以非常方便的扩展。罗克韦尔自动化提供了便捷的内置通讯接口、种类丰富的第三方专用模块、简单方便的基于bbbbbbs平台的编程软件。SLC500成为当前市场上为流行的中小型PLC之一。
2.2 硬件配置
基于SLC的上述特点，本系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的SLC505PLC。系统所需的输入/输出配置是：开关量输入100点；开关量输出50点；模拟量输入5点；模拟量输出2点；在适当考虑余量的基础上，实际的硬件配置如下：
⑴ CPU选用1747-L551；
⑵8块开关量输入，共16×8=128点；4块开关量输出，共16×4=64点；1块模拟量输入，共8×1=8点；1块模拟量输出，共4×1=4点；
⑶ 两个机架，分别是10槽和7槽；
⑷ 交换机一台
⑸ 上位监控操作员站一个
⑹ 工程师站一个
2.3 系统网络拓扑
上位机通过RSLINX软件，建立与PLC的联系，可以通过RS232和以太网任意一种通讯方式通讯。本控制系统中，上位机监控操作员站通过以太网借助交换机与PLC进行通讯，设置工程师调试接口，交换机预留和其他系统进行数据交换和通讯的端口。网络拓扑图见下图2.
监控软件RSview-SE安装在上位监控计算机，开发出工艺流程界面，通过以太网一方面把设备的状态点取上来，在流程界面上显示；另一方面把操作员发出的操作命令送到PLC，进而通过PLC的输出驱动相应的设备做出动作响应。
图2 石油焦转运站系统网络拓扑图
2.4 控制系统设计
通过PLC程序完成石油焦转运自动控制系统，结合上位监控操作员站，在主控室实现对现场各个设备、工艺参数的监视、控制、操作、调整。 在程序设计中，考虑上、下游设备之间的关联性，设计了相关的连锁保护，下游设备不运行，上游设备无法启动；代表电机电流大小的4~20mA信号通过模拟量输入模块采集进PLC，送给监控界面显示，控制调速皮带速度的控制信号从监控软件写到PLC，再转换成4~20mA的标准模拟信号控制皮带调速。
在这个系统中有以下几个需要注意、影响整个系统平稳运行的关键问题点：
2.4.1 实现系统设备在线切换控制
根据工艺设计要求，两套筛分系统、两个分料挡板和两台斗式提升机必须可以在线切换控制，即如果其中一套（台）设备出现故障，操作人员可以在不停料的情况下，立即把一套（台）设备加入流程控制，出故障的设备退出流程检修。
设计的程序中考虑了在切换系统时，系统上、下游流程继续运行，新进入流程的和即将退出流程的设备有一个时间段是运行，具体的参数需要根据实际情况进行整定。这样能确保退出流程的设备里的物料能够完全排出，新进入流程的设备不会造成堵料。
2.4.2 自动停车保护
从安全角度考虑，在输送皮带两侧安装了拉绳开关。在斗式提升机的入口和出口处，安装了堵料报警开关。在设计程序时，编制了如下的保护。
如果有人不小心摔到皮带上或者违犯规定穿越（跨、钻）正在运行的皮带碰到拉绳开关，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮清除故障，系统方可重新启动。
一旦斗式提升机的入口或者出口出现堵料，堵料开关动作，系统会立即停车，并发出声光报警，提示操作人员前往检查、处理。处理完毕后，按压复位按钮清除故障，系统方可重新启动。
在设计PLC程序时，把两个煅前日用料仓的高限报警信号引到PLC程序，一旦煅前日用料仓料位超过高限报警，操作人员没有发现，程序会自动保护性的停止系统。
2.4.3 收尘器的脉冲振打控制
石油焦转运系统中有三个收尘器，为了延长脉冲阀的使用寿命，在咨询厂家技术参数的基础上，设计了收尘器收尘布袋脉冲振打控制的PLC程序。根据生产厂家提供的数据，在设计的PLC程序中采用定时器和计数器，jingque地控制收尘器收尘布袋的脉冲振打时间和振打间隔时间，让脉冲阀按照固定的顺序依次振打。