西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8诚信经营
引言
自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、liuliang及时准确地进行监测和调节。系统由可编程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网络,通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、PLC、变频器等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配料生产工艺过程中，将主料与辅料按一定比例配合，由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计量。PLC主要承担对输送设备、秤量过程进行实时控制，并完成对系统故障检测、显示及报警，向变频器输出信号调节皮带机转速的作用。
1.自动配料系统的构成
该自动配料系统由5台电子皮带秤配料线组成，编号分别为1#、2#、3#、4#、5#、，其中1#～4#为一组，1#为主料秤，其余三台为辅料秤。当不需要添加辅料时，5#电子秤单独工作输送主料。系统具有恒liuliang和配比控制两种功能。对于恒liuliang控制时，电子皮带秤根据皮带上物料的多少自动调节皮带速度，以达到所设定liuliang要求。以主秤（1#）系统工艺流程来分析，工艺流程如图1所示。
自动配料系统加电后，皮带驱动电机开始旋转，微处理机根据当前操作控制电机转速。料斗中的物料落在落料区，经皮带运送到达称重区，由电子皮带秤对皮带上的物料进行称重。称重传感器根据所受力的大小输出一个电压信号，经变送器放大，输出一个正比于物料重量的计量电平信号。该信号送至上位机的接口，经采样后并转换成一个liuliang信号，在上位机上显示当前liuliang值。将此liuliang信号送至PLC接口，与上位机设定的各种配料给定值进行比较，进行调节运算，其控制量送至变频器，以此来改变变频器的输出值，从而改变驱动电动机的转速。调整给定量，使之与设定值相等，完成自动配料过程。
图1：系统工艺流程
liuliang就是一定时间内皮带上走过的物料量。电子皮带秤称量的是瞬时liuliang，上位机给出的是设定liuliang，二者在实时计量中有所偏差。在liuliang实际控制中采用工业控制中应用为广泛的PID调节，根据liuliang偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制，控制量输入和输出（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：
公式中e（t）表示误差、控制器输入，u（t）是控制器的输出，kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。图2为系统liuliangPID闭环调节结构图。在生产过程进行自动调节时，以主料成分的liuliang计量为依据，根据生产工艺要求通过上位机设定出总liuliang及主、辅料配比参数，按配方比例掺杂其余辅料。liuliang计量控制是计量偏差与变频调速的结合，具有结构简单、稳定性好、工作可靠和调整方便等优点。
图2：liuliangPID闭环调节
2.系统控制流程
当系统开始工作时，启动配料生产线。系统程序进行初始化，通过上位机或触摸屏设置配料配比，检查料斗有无物料。若无物料，向料斗送料，启动配料生产线，由电子皮带秤进行称重并实时计量，CPU计算得实时liuliang及累计liuliang。若设定liuliang与实际liuliang有偏差，调节器根据系统控制要求比较设定值与实际liuliang的偏差，经PID调节改变输出信号以控制变频器对输送电机的速度调节，从而实现恒liuliang控制。根据配比各辅料混合计量，并按配方工艺要求添加。系统主程序控制流程如图3。
图3：系统主程序控制流程
3.PLC控制系统硬件设置
系统中主、辅料秤由可编程控制器（PLC）和上位机实现两级控制。现以1#～4#四台电子皮带秤的PLC控制分析为例，每一电子皮带秤有一台皮带驱动电机，两个料位传感器，一个速度传感器，一个称重传感器，一台变频器，它们构成了被控对象。电动机的启、停由开关量控制，PLC数字量输出信号作为变频器的控制端输入信号，经变频器调制输出高频脉冲给皮带驱动电机。料位传感器检测料斗有无物料，速度传感器测量电机的转速。系统需8个数字量输入信号，25个开关量输入信号和24个开关量输出信号，I/O点总数量为57。I/O点数量和类型如表1所示。
表1： PLCI/O口数量和类型
公司的SIMATICS7-/300，属于模块化小型PLC系统，各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。
根据系统被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，选用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU315-2DP 。CPU 315-2DP是唯一带现场总线（PROFIBUS）SINECL2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM，80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储容量大到512KB，大可扩展1024点数字量或128个模拟量。根据统计出的I/O点数选择一个直流32点和一个16点的SM321数字量输入模块和一个32点SM322继电器输出模块。
3.2变频器选型及其功能设定
三菱公司提供了FR-A540系列变频器与该公司的标准电机相匹配时的技术参数。采用三菱的标准电机，1#皮带机额定功率2.2KW，2～4#皮带机额定功率为0.4KW，额定电压380V，额定电流5A，转速1420r/min，调速范围120～1200r/min。三菱FR-A540变频器自带有PID调节功能，根据自动配料系统生产工艺要求进行PID控制，需要检测设定的部分参数设定如下：
① Pr.1=50 Hz，Pr.2= 5 Hz，本系统Pr.18=120 Hz不变。
②Pr.19=9999，与电源电压相同
③Pr.7=2s，加速时间（7.5K以下出厂设定值5s，0～3600s/0～360s）
Pr.8=2s，减速时间（7.5K以下出厂设定值5s，0～3600s/0～360s）
④ Pr.9由电机额定值决定
⑤Pr.14=0，适用恒转矩负载
⑥Pr.79=3，外部/PU组合操作模式
⑦Pr.183=8，实现RT开关=REX开关
⑧Pr.128、Pr.129、Pr.130、Pr.131、Pr.132、Pr.133、Pr.134根据现场PID调节具体要求来设定。
4.PLC控制系统软件设计
STEP7是西门子的S7-300系列PLC所用的编程语言，它是一种可运行于通用微机中，在bbbbbbS环境下进行编程的语言。通过STEP7编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，并通过转接电缆可直接送入PLC的内存中执行，在调试运行时，还可在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断情况，甚至进行在线修改程序中变量的值，给调试工作也带来极大的方便。
STEP7将用户程序分成不同的类型块。程序块分为两大类：系统块和用户块。用户块包括：OB=组织块，FB=功能块，FC=功能，DB=数据块。主程序可以放入“组织块”（OB）中，而子程序可以放入“功能块”（FB或FC）中。
在本系统中，PLC的主要任务是接受外部开关信号（按钮、继电器触点）和传感器产生的数字信号的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器、电磁阀等器件，以完成相应的控制任务。另一个重要的任务就是接受工控机（上位机）的控制命令，以进行自动配料控制。
自动配料程序共有OB1及FC1至FC6等7个“块”。OB1是主程序，通过6个“CALL”调用语句，依次调用FC1至FC6等功能模块，达到组织整个程序的目的。程序中6个功能块的任务分配如下所示：
FC l负责系统开始运行以及运行方式的设定; FC2 负责对系统的停止;
FC3负责计量泵和计量泵配比控制; FC4 负责故障、事故处理控制;
FC5 负责对变频器的控制;FC6 负责指示灯的显示控制。
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1PLC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STEP7V5.2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，tigao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，tigao了设备的自动化水平，维护和检修方便。得到用户的欢迎。
本文根据换热站控制系统的要求和TrustPLC CTSC-200系列PLC的特点，着重介绍了TrustPLCCTSC-200系列PLC在换热站控制系统的应用方案。
一、 换热站系统介绍
换热站主要由热交换器、循环泵组、补水泵组、传感仪表、调节阀门、PLC控制柜等组成。
换热站工作原理：一级管网供水由其自身的压力进入机组的换热器，进行热交换后返回热电厂或锅炉房。二级管网回水经过过滤后，经循环泵进入换热器，被蒸汽或高温水加热后向用户提供所需热水。补水泵将软换水打入系统以补充系统运行损失的水量，并通过变频调速保持系统压力的稳定。
CTSC-200系列PLC自动控制系统主要完成以下功能：
1、一级管网供水、一级管网回水的温度、压力、liuliang的测量；
2、二级管网供水、二级管网回水的温度、压力、liuliang的测量；
3、通过控制一级管网供水的liuliang，保证二级管网供水温度恒定或者回水温差恒定；
4、通过变频控制循环泵和补水泵，保证二级管网供水压力恒定或者回水压差恒定；
二、配置方案：
控制系统示意图
三、
1、采用深圳合信CTSC-200系列PLC实现了换热站系统的自动运行，充分发挥变频器的调速和节能的优点。
2、TrustPLC CTSC-200系列PLC模块点数大、配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。
3、采用TrustPLCCTSC-200系列PLC使热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大liuliang运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接tigao了热网的供热效果。