西门子模块6GK7243-1GX00-0XE0诚信经营

西门子模块6GK7243-1GX00-0XE0诚信经营

矿山对矿山设备的要求越来越高。矿山设备不断更新，不断进步，可靠性、易操作性、可监示性，易维护性已是基本的要求了。用继电器搭成的控制电路具有可靠性差，不易维护，不易监示，已不能适应当前的要求。现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监示并且价格不高这样的控制器来代替继电器搭成的电路。随着电子技术、软件技术、控制技术飞速发展，小型可编程控制器（PLC）发展迅猛，性能很高，价格较低，与继电器搭的控制电路比具有非常大的优势。许多矿山设备已选用了小型PLC控制。

2．工艺简介

这设备是煤矿使用的绞车。工艺要求如下：①5秒内如果信号工按一次信号开关，绞车下放，按两次信号开关，绞车提升，要求两信号能互锁。②绞车电机转速为960r/min，要求能够测出电机转速，并显示出来。当电机转速超过预定值960r/min时，能输出一报警信号。



3．配置方案

这套设备要用PLC完成控制。工艺要求测出绞车电机的速度，显示出来，超速能报警。这种工况对测速要求不高，用一个接近开关测电机轴引出的一个感应板即可。绞车电机额定转速960转/分，计算出接近开关两次感应之间的周期为67ms，这周期与PLC循环扫描周期相比还是比较大的，不必用高数计数功能，用普通的输入点即可。显示部分使用文体显示器。它有与PLC可通讯，连接方便，编程灵活，价格合理等优点。选用PLC+文本显示器来完成这套设备的控制和显示。PLC选用了北京凯迪恩公司的国产高品质的KDN-K3系列PLC（CPU306）。因为凯迪恩公司自己完全独立开发PLC，技术实力很强大，技术服务很好，已经有不少应用。KDN-K3系列PLC编程软件Easyprog采用的是IEC61131-3标准，好学易上手。文本显示器选用国产天津罗升TP220文本显示器。

4．通讯实现

4．1通讯协议选择

KDN-K3系列PLC通讯协议是ModbusRTU协议，各种文本显示器都支持这个协议。KDN-K3系列PLC新推出不久，文本显示器编辑软件还没有列出这个PLC。编辑文本显示器选用PLC时，选用支持ModbusRTU协议的PLC即可。TP220编程软件中支持此协议的是SchneiderNEZA系列PLC，选此PLC，波特率19200，无校验，8位数据位，1位停止位。

4．2通讯线连线图

4．2寄存器的对应关系

需要注意的是，TD220中的ModbusRTU协议不能实现对PLC中所有寄存器的访问，只允许访问中间继电器区和中间保持寄存器区。对于KDN-K3系列PLC而言，TD220可以访问M区和V区。

5．控制实现

5．1分配I/O点：

I0.0轴上计数接近开关，I0.1 启动按钮信号开关，I0.2 急停开关，I0.3 停止按钮开关，Q0.0 绞车上升线圈，Q0.1绞车下降线圈，Q0.2报警指示灯，。

5．2技术点分析：

①测速：半秒种刷新一次速度能满足工艺要求，用一个记数器C52计录半秒内I0.0的有效次数，存放在VW90寄存器中，因为速度还要转换成每分钟多少转，VW90x120算出的数存到VW100中，VW100中存的数就是绞车电机的转速。

②绞车上下行走：绞车启动按钮按下后，保持一个状态M0.0五秒内有效，用两个记数器C50（预置值设为2），C51（预置值设为1）都来计I0.0有效次数，5秒过后如果C50为1，说明5秒内按了两次启动按钮，用C50抑制C51，绞车上升接触器吸合，绞车上升；如果5秒过后C50为仍为0，说明5秒内按了一次启动按钮，只有C50有效，C51无效，绞车下降接触器吸合，绞车下降。5秒结束后，保持状态、记数器都要复位。


超速报警：VW100中存放着绞车的实际速度，让它与960相比较，如果大于960，发出报警信号，报警指示灯亮，并在文本显示器上显示报警内容。

6．现实意义

这类矿山设备用量很大，有很多还是用继电器控制。用PLC改造有很大的市场，也有很大的意义。国产PLC在这类设备改造中有很大的优势。凯迪恩公司凭借公司雄厚的实力和一支有十几年丰富工控经验的工程师队伍，与客户一起分析工艺、工况，确定技术方案，为客户培训人材，甚至免费为用户编程，为客户节约大的成本，为客户实现大利益。

在过去的数十年中，工程师和科学家们使用可编程的逻辑控制器（PLC），实现了我们身边世界的自动化；在可预见的将来，PLC的应用仍将继续。PLC是专为离散控制应用而设计的，是工业应用中主要的有用工具；随着工业机器和工厂复杂度的增加，仅凭PLC完成这些工作，即便可能，也是非常困难的。的自动化系统远超出了PLC的能力拓展，使得工业机器领域的工程师们不得不面对在其现有系统中集成更多I/O、处理和控制的需要。新推出的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统，可以方便地与PLC集成，以便在工业机器中添加更多功能并提高其效率，这使得PAC成为PLC系统的理想解决方案。

目录
1.提高机器的效率
2.在现有PLC系统中添加I/O和信号处理功能
3.将PAC集成至现有PLC系统
4.

提高机器的效率
集成工业系统（I2S），一家数十年来专门生产现有金属轧机设备与控制系统的私营美国OEM公司，为我们提供了一个关于如何改善现有PLC系统的范例。多年来，I2S一直使用PLC实现其所产轧机的自动化和控制。近年来，该公司业已开始尝试升级其轧机控制系统以改善效率与质量。为了升级该系统并改进其机器设备，I2S需要这样一个解决方案，它能提供更高的模拟输入精度以便实现与其伽马测量传感器的接口，以及信号处理功能，以提取来自传感器的模拟信号并将该信号转换为一个极为准确的厚度测量值（PLC将在轧机控制循环中使用这一测量值）。
为了节约时间与成本，I2S尝试在现有PLC系统中实现模拟测量与处理功能。当发现PLC无法提供所需的jingque模拟I/O与信号处理功能时，I2S转向了NICompactRIO——一个可重新配置的嵌入式PAC系统。

在现有PLC系统中添加I/O和信号处理功能
NICompactRIO拥有一个嵌入式FPGA芯片与一个实时处理器，您可以通过内置的NILabVIEW功能模块对其进行编程控制。CompactRIO还具有超过30个模拟与数字I/O模块，这些模块包含内置的信号调理（包括抗混叠、隔离、ADC和DAC等）、高速定时（模拟I/O高达800kHz，数字I/O高达30MHz）和高精度（高达24-位ADC）处理模块，以便与任一工业传感器或执行装置相连接。

I2S将CompactRIO模拟输入模块连接至伽马厚度传感器，以提供执行必要精度测量所需的高速定时与精度。由于每个I/O模块直接与FPGA相连，I2S工程师们可以利用LabVIEWFPGA方便地定制CompactRIO模拟I/O速率。
从伽玛传感器采集模拟数据之后，CompactRIO实时处理器利用内置的LabVIEW实时浮点功能模块，将来自传感器的数据转化为一个准确的厚度测量值。CompactRIO运行FPGA与实时处理器中的I/O与信号处理的所有功能，并将一个极为准确的厚度测量值发送至所连接的PLC，丝毫没有降低现有PLC控制循环的速率。

将PAC集成至现有PLC系统

将PAC连接至现有PLC架构的三种基本方法：
1.基本模拟与数字I/O——可以将模拟和数字数据从PAC输出至PLC。这也是I2S将处理后的数据从CompactRIOPAC输出到运行轧机控制循环的PLC所采用的方法，
2.工业网络——大量的PAC产品支持工业协议，如DeviceNet、Profibus和CANopen，以及基于以太网的协议（如TCP/IP、UDP和ModbusTCP/IP）。I2S选用以太网协议实现CompactRIOPAC间的数据传输，以及PAC、PLC与联网HMI间的接口。
3.OPC连接——PAC也可以充当过程控制（OPC）客户或服务器的OLE，与PLC或其它使用OPC标记的PAC收发网络数据。OPC标准提供了一组通用的例程，该例程给出了方便实现来自不同厂商的自动化系统的接口。

在I2S，每台轧机包含三个联网的CompactRIO系统。其中，连接至基于伽马的传感器的两个CompactRIO系统，执行模拟输入测量和信号处理功能，以计算jingque的厚度测量值。第三个CompactRIO系统接受来自其它两个系统的厚度测量值，并将一个模拟测量值输出至控制轧机的PLC。
处理后的数据通过以太网，以小于20毫秒的间隔在联网的CompactRIO系统间传送。CompactRIO测量值的采集、处理和传送，均以足够快的速度将jingque的厚度测量值输入至PLC控制循环，而不会降低控制循环的速度。利用带有10/100Mbps以太网端口的基于LAN的CompactRIO系统，I2S可以通过一个标准的TCP/IP协议，方便地连接至联网的Allen-BradleyPLC和HMI系统。


在未来的数年中，工程师与科学家们将继续使用PLC实现我们所处环境的自动化，但随着机械装置的进步和自动化效率的提高，PLC往往无法单独完成所有任务。PAC技术为PLC提供了很好的互补，它增加了传统PLC无法提供的高性能I/O和处理能力。通过多种可用于连接PAC与现有PLC架构的方法，工程师们现在拥有了一种提高其基于PLC的自动化系统的简便方法。

1 引言
当前PLC控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段。目前，PLC实验平台装置在各大专院校、研究所的自动化相关里得到普遍应用。这些实验平台装置大多用硬件整合了常用的实验模型，基本上可以满足高校的一般的实验要求。现在所能够购买到的PLC实验平台装置基本上都是以硬件为主体构建而成的硕大的实验台，这些装置的体积、重量大，成本高，难以维护和检修。而更重要的是：现在得到普遍应用的实验台的适应面太窄，大部分只能够满足单一厂家，个别型号的要求，对其他厂商的PLC产品则无能为力；由于硬件实验模型是整合的，若要扩充模型，需要重新设计。这将大大限制了这些实验台的应用范围。
本文的目的就是要针对以上提出的现今PLC实验装置的缺点，试图开发出具有便携性，适应面宽和易于检修、维护的满足多种PLC的智能实验平台装置。
2系统设计
2．1设计目标
作为PLC实验平台，应可以对PLC的输出进行监视，并能通过相应的运算输出至PLC作为PLC的输入。
能适应不同厂家、不同型号的PLC及其扩展模块，提供相应的接口方式供选择。
对PLC数据进行统计，建立数据库，并生成各种报表。
根据PLC控制对象，能按实际要求模拟现场环境，以动画等方式显示。
2．2系统结构框图
系统结构主要由PLC接口装置和基于微型计算机的基本系统组成。如图1所示：

3硬件设计
PLC实验平台的硬件部分主要作用为采集信号和输出信号，是PLC与PC之间的接口。硬件部分采用MCS51芯片，对PLC信号做初步处理，再通过串口与PC相连。为使系统满足多种型号PLC及其扩展需要，硬件设计采用扩展模块方式。
PLC的信号初步处理包括：
(1)根据PLC的信号规范采用相应的接口方式。
(2)获取PLC输出端口数据，转换成机器码存储在主模块的RAM内。
(3)用串口通讯与微型计算机进行数据交换。
(4)将RAM内数据按接口方式转换并输出到PLC输入端口。

硬件部分的设计是实现多种PLC实验平台的关键。不同厂家、不同型号PLC的输入输出信号都有各自的规范，还有数字信号和模拟信号之分，硬件部分要解决的问题是如何将这些不同规范的信号转换成统一的信号，以便与PC进行数据交换。PLC的点数会因为工程需要而增加或减少，硬件部分采用扩展模块方式以适应PLC点数的变化。芯片采用MCS51系列产品，具有64KB的存储器寻址范围，采用地址编码后足以应付大多数情况下的PLC使用点数。
PLC实验平台硬件部分的主模块功能图如图
2所示。除了主模块采用的芯片MCS -51和模块接口(采用25针数据线连接)外，可以分成三部分：初始化、读写控制、输入输出通道。实验平台启动时，初始化部分为每一个模块分配相应的模块号，并读取各模块的信息。输入输出通道可以将不同厂家、型号PLC的输入信号转换成统一的MCS- 51信号，或者将MCS - 51信号按照模块的设定输出到相应的PLC。读写控制读取MCS -51(或者上一级模块)的控制信号和模块号，判断数据传输的内容和方向以及是否对本模块进行读写操作。例如PLC信号的读写、模块信息的读写。
4软件设计

软件部分的设计根据PLC实验平台的设计目标可分为两部分：一是PLC监控，二是现场环境的模拟。
采集PLC输出数据和输出指定数据至PLC是通过串口通讯与硬件部分做数据交换，再通过硬件部分实现实验平台对PLC的监控。记录PLC输入输出数据以及建立数据库链接，为数据的处理做好准备。
工程设计为操作者提供编写模拟现场的人机对话界面。为缩短工程设计的周期，该界面以将工业控制中常用的设备封装，如流水线、电机、泵等等。当然，设计人员可以将自己常用的工业设备封装，建立自己的设备库，减少重复劳动，提高工程设计效率。
联机运行及动画显示是一个互动的人机接口。操作者在软件平台内给出或改变PLC的输入给定信号；PLC程序的输出结果则通过PC软件平台的内部算法转换成数据报表和图象信息，呈现在操作者面前。操作者通过对给定输入的预测结果和实际数据的比较，就可以判断PLC程序的编写正确与否。软件平台对应多厂商的PLC产品，操作者只需在运行画面修改PLC设定即可将当前工程与指定PLC联机运行。
现场环境模拟和PLC监控的数据都是由数据库进行管理。建立数据库，可以使编程简化，并方便以后本实验平台的功能扩展、后续开发。

报警系统主要包括变量报警和操作报警。通过这些报警，操作者可以方便地监视和查看系统的变量和操作。当报警发生时，实验平台将这些报警存于内存中的缓冲区中，报警在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，只有近的报警在内存中。当缓冲区达到一定数目或记录定时时间到时，系统自动将报警信息写到报警存储文件、打印机或数据库中并在报警窗中会按照设置的过滤条件实时显示出来。
5 结束语
满足多种PLC的智能实验平台普遍应用于大专院校、研究所的自动化相关实验室。本实验平台所附带的几个范例已能取代各院校实验室内现有的PLC实验装置，并让学生了解到PLC在工业控制中所起到的作用；本实验平台由于其便携性和宽适应性，为研究所在工程项目的设计上提供了便利。