西门子6GK7243-1GX00-0XE0详细资料
引言
沧州炼油厂炼油三部沥青车间现有年产十万吨道路沥青装置一套，车间配套有装车用桥式起重机两台，该桥式起重机是张家口起重机厂1979年10月生产，我厂1980年4月投用，经过20多年的使用，该设备已经非常陈旧，且随着近几年产量的增加，起重机使用频率增加，天车故障频发，沥青桥式起重机（又称天车）的电气维护一直是我们日常维护的一项重要工作，往往投入了大量的人力物力，还不能保证天车的正常使用，每年都消耗大量的材料费用。为解决该问题，2004年4月份我们组织了技术人员进行了QC攻关，经过比较决定采用施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC，代替原电路中的JT3-11/1时间继电器，改造后，经过两年的使用，效果良好。
1、控制电路的分析与改造
在桥式起重机电路中，故障发生比较多的是抓斗提升、张合部分的控制电路，抓斗提升、张合主电路如下：
原控制电路如下：
图中，KM11、KM33、KM22、KM44分别是控制抓斗提升、张合的主接触器，KM1～KM6是切除电阻的接触器，KT1～KT6是时间继电器，时间继电器的作用是分级延时接触启动电阻，由于动作频繁所以故障频发。我们通过分析可以看出：1) 由于时间继电器的型号是JT3-11/1-110V，因此工作回路是一个半波整流降压回路，要使JT3-11/1正常工作，该回路中的二极管、降压电阻、接触器辅助接点均应可靠工作；2)JT3-11/1型号的时间继电器的辅助接点导致电气故障经常发生的一个主要点，如机构故障、接点接触不良故障，检修起来非常烦琐；3)JT3-11/1的线圈本身也经常出现短路和断路故障；另外，在这部分控制电路中，切除电阻的接触器和时间继电器辅助触点相互控制，互为因果，电路比较复杂。我们通过以上分析可以看出：无论哪一点出问题，都会导致抓斗电动机直接起动，使电机的起动转矩大大下降，如果发现不及时，极易烧坏电机。
施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC功能比较丰富，容易使用且工作可靠，CPU单元具有12点输入和8点输出的20点I/O的基本结构，可根据需要多连接3个扩展模块扩展至80个I/O点。根据原电路要求，我们用两个Modicon TSX Neza PLC更换了六个时间继电器，用PLC的输出节点对KM1～KM6接触器进行控制。改造后的原理图如下：
图一Modicon TSX Neza PLC的电源回路：
图二Modicon TSX Neza PLC的输出回路：
由于Modicon TSX Neza PLC一接通电源就运行其中的程序，因此通过抓斗主接触器来控制Neza PLC是否运行。我们对Neza PLC进行了编程，使其输出节点依据设定的延时时间依次导通，达到原电路的动作要求。考虑到Neza PLC的安全运行，我们实测了接触器（CJ12-100）线圈的实际工作电流是0.7A，为了防止线圈烧毁而损坏继电器的输出接点，该接点的额定电流是2A，在输出回路中串联了一个2A的保险管，保障该回路的接点不致被损坏。
2、抗干扰措施
由于PLC的安装地点是在桥式起重机的电气控制箱上，处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
对此，我们采用了以下对策：
1、 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源）等进入的。对于给PLC系统供电的电源，我们采用隔离性能较好电源。
2 、电缆选择的铺设
为了减少动力电缆辐射的电磁干扰，我们选用了屏蔽电缆。在工程中，采用铜带铠装屏蔽电力电缆，可以大大降低动力线产生的电磁干扰，使工程取得满意的效果。
不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层铺设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号；避免信号线与动力电缆靠近平行铺设，以减少电磁干扰。
3、结论与效果
我们改造后的电路简单，使用可靠，维护方便，从2004年6月份投用以来，两部桥式起重机的改造电路故障率为零，节省了大量人力物力，降低了劳动强度，并且每年可节约几万元的材料消耗，解决了多年沥青桥式起重机电气部分频繁故障的一个重大难题
1 引言
由于PLC(可编程序控制器)抗干扰能力强、可靠性高、模块组合式结构及面向工程的编程语言、可进行在线修改等优点，使其系统构成灵活，易学易用、易于维护，适合于工业环境下使用，已成为一种通用普及、应用行业众多的工业控制器。在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及位置控制、的经济合算、设计调试方便的综合控制系统。目前，PLC朝着高速度、多功能、网络化、适应集散型递增式控制的方向发展，提供了更加宽广深入的应用空间。
随着经济技术的发展和生产生活水平的提高，安全生产一直是工业企业的重中之重。尤其在化工，医药等行业，安全连锁系统不间断的可靠运行，是连续生产的前提，所以，其安全连锁系统一般都采用热备或冗余的PLC系统。一方面，厂家专用的双机冗余系统一般是大机型，功能强大，软硬件价格很高，另一方面，生产车间安全连锁系统安全性要求高，但控制节点比较少，程序规模较小，所以经常出现大马拉小车的不合理情况。
本文设计的基于主从通讯网的PLC热备系统，就是针对这种情况的一种实用的解决方案。此系统通过在某化工集团高密度车间和聚丙烯车间的应用，取得了安全、经济的良好效果。文中以松下电工FP3型PLC为例进行说明，此方案也可以推广到其他厂家具有类似网络功能的PLC系统设计中。
2 热备系统方案设计
2.1 PLC主从通讯网介绍
松下电工FP3型PLC是一种价格适中的模块化的中型机，FP3主从通讯网是专门用于FP3型PLC之间、与其它机型PLC或工业现场控制的远程I/O进行主从通信的通信网，它采用总线型拓扑结构，通过标准RS-485口实现主从式介质访问。该网络可组成两种方式的主从通讯系统:种是通过W-bbbb单元实现PLC之间的主从通信;第二种是通过远程控制主单元和从单元实现远程I/O扩展，即由远程控制主单元与远程I/O终端、带I/O单元或单元的从单元进行主从通信，对连结在远程控制主单元上PLC站进行遥控编程和远程I/O控制。我们的PLC热备系统就是充分利用这两种通信方式的组合效果来实现的。
2.2 系统结构及工作原理
系统结构如图1所示。因为I/O模块一般都有备件，而且一两个I/O模块的故障一般都只影响相关的控制点，但电源单元、CPU或通信单元的故障却会影响整个系统。所以，此系统配置以两个PLC主从控制站来实现控制站的双机在线备份，远程现场站的I/O则不进行冗余。根据硬件手册进行硬件连接及面板设置简单方便，系统工作原理做简介如下。
工作原理:正常情况下，主控制站通过其远程控制主单元与现场站的从单元的通信实现远程现场的I/O控制和主、从控制站错误监测和报警输出。同时，从控制站通过W-bbbb主从网络单元，实时检测主控制站是否有错误发生。主控制站有故障，从控制站马上发出转换信号给主从转换器，主从转换器将现场控制权交给从控制站，系统保持原有状态继续运行。此后按照报警输出对主控制站进行维修，也不影响安全连锁系统的连续运行。
2.3 热备系统通讯软件设计
主/从控制站流程图如图2、图3所示。
主/从控制站流程图说明:
(1) 链接寄存器“LD0”是W-bbbb网相关CPU可共享数据的公共寄存器;
(2) 链接继电器“L0”是W-bbbb网相关CPU可传递信号公共继电器。此处用来表示主控站是否发生故障;
(3) 流程图①、②部分输入数据存储的作用:站接管控制权的瞬间，有可能还监测不到现场输入。通过将主站所测输入信号转存到公共数据区，从站再从公共数据区读入自己的辅助继电器，继续主站原有状态进行现场控制;到现场站，输入信号可测再将输入信号直接存入辅助继电器，进行输出控制。
3 上位监控系统方案设计
3.1 系统结构及工作原理
系统结构如图4所示。本监控系统主要由上位工控机、通迅转换器、电缆等组成。系统运行时，主/从控制站将通过RS-485通迅方式实时发送其远程现场的I/O控制状态和主、从控制站错误监测及报警输出信息，上位工控机通过定时查询其接收缓冲区的信息，并对其数据进行判别和处理，再经过人机界面模拟显示出远程现场的各I/O状态和主、从控制站错误或报警信息，并可记录打印以上各信息。通过局域网还可现实以上各现场信息的共享。再有，当需对远程现场系统进行调试维护时，也可经过上位机人机界面的模拟手动调试按钮实现对现场各控制点的操作。
3.2 监控系统软件设计
本上位监控系统软件采用Borland C++Builder6.0编写界面显示、数据处理、通讯等程序，以下主要论述其与PLC通讯程序的设计，图5示出监控流程。
松下FP3系列PLC与计算机之间的通信协议为松下公司专用的MEWTOCOL_COM协议。该协议采用异步通信方式，本软件将其波特率选为9600bps，报文长度选为固定方式。该协议格式分为:
(1) 命令消息:Command Message;
(2) 正常响应消息Response Message_normal;
(3) 出错响应消息Response Message_error三种。其中，％为起始符，标记每一帧报文的开始，CR为结束符，标记每一帧报文的结束。AD为PLC的站地址，为两位16进制数，如00则表示台PLC。#、$标注该帧报文为何种类型。
Command Code为命令代码，如“RD”，表示读数据区;“WR”，表示写入数据区。Response Code为响应代码一般返回接收到的命令消息中的命令代码。ErrorH和ErrorL为出错代码，是两位16进制数，可根据其值在协议中查出错误的描述。Text Code为命令参数，如命令消息中“D011O701109”，“D”表示数据寄存器，“0110701109”表示第1107号至1109号，而在响应消息中，“3333 5555 AAAA”则表示DT1107至DT1109中数据分别为3333、5555、AAAA。BBC H和BBC L为前面字符串的BCC校验码的高、低位，为两位16进制数。其初值为0，然后从起始符开始与该帧报文中每一字节按位进行异或运算得到。
例:读取DT01107至DT01109中的数据的命令消息如下:%01#RDD011070110959CR
若DT01107至DT01109中的数据分别为3333、5555和AAAA，PLC返回的响应消息如下:%01$RD33335555 AAAA87CR。
上位工控机与松下FP3系列PLC通信的软件实现。本通讯程序通过自编写定制的C++Builder_VCL串行通讯元件包COMM,其中调用了bbbbbbS_API异步串行通讯函数,如:ReadFile();WriteFile();OpenComm();CloseComm()等。可实现通讯端口的开闭、端口各参数的设置、通讯端口数据的读写校验等功能。由于程序中使用了该串行通讯元件包COMM极大地方便了程序的编写,提高了软件的可读性且方便了软件在实际使用中的维护和调试。实际调试中注意波特率及校验方式要与PLC的设置一致。
4 热备系统在化工安全连锁系统中的应用
在某化工集团高密度车间安全连锁系统中，为保证大量电机分批自启动的可靠性，在电机自启动连锁控制中采用了文中设计的PLC热备系统。根据工程电气配电系统的设计，再启动电动机的供电电源分别接至低压配电系统的A、B段母线(信号0-10V)上。
4.1 PLC所实现的控制功能
(1) PLC从A、B段母线采集母线电压信号，判断母线是否失压;PLC从需要实现再启动的电机回路采集该电机的运行状态信号。
(2) PLC通过采集的母线电压信号和电机的运行状态信号做出逻辑判断，是否对电机进行再启动;如果需要再启动，还要判断该电机是否属于批再启动电机;如果属于批再启动电机，则对该电机发出再启动指令。
(3) 批电机成功再启动后，若母线动电机电压信号恢复正常，则对第二批电机发出再启动指令。PLC发出在启动命令后，电机没有响应，则在一定延迟后，再发出再启动指令;如果电机仍没有响应，则停止发出电机再启动指令，并报警。
(4) 其它具体启动条件还有:一段母线上须自启动的电动机台数为正常运行状态下需自启动的正在运行的电动机的台数，没有运行的电动机在自启动时不发出自启动信号。当母线为低电压，检测到其输入信号未返回，即电动机状态信号仍为高电位，应报警。
4.2 连锁控制用户程序流程设计要点
(1) 主、从控制站程序写入:先把各自的通信程序写入，再在其后分别写入相同的用户程序。
(2) 用户程序中的输入信号用辅助继电器WR代替。
(3) 用户程序编程中注意记录母线未掉电前运行的电动机，并在电机启动后复位记录才能保证只启动正常状态已运行的电动机。
5 结束语
本文所论述的基于主从通讯网的PLC热备系统及其上位监控系统，较好地实现了大中型才能完成的双机热备或冗余PLC系统。此系统通过在某化工集团高密度车间和聚丙烯车间的应用，取得了安全、经济的良好效果。并且此方案也可以推广到其他厂家具有类似网络功能的PLC系统设计中。
气流纺织为传统成熟的纱线纺织技术.随着纺织行业对纱线的品质要求的提高,对绵纱的丝纺控制愈加细微,于是如纱线的接头长度﹑支数﹑张力等成为纱纺的关键指针.
针对以上要求,国内纺织制造业正以性能更可靠﹑更稳定的PLC逐步取代国外流行以单片机为控制核心的纺纱系统,另外随着人机接口-触摸屏﹑变频器的应用推广,一些超前的企业及时地将人机接口﹑变频整合在该行业电气控制系统中,为精彩jingque的控制增添新的亮点.如该行业的先头代表企业之一浙江省***机械公司开发的型号***气流纺织机,就全部采用了台湾DELTA公司(中达电通股份有限公司)的PLC,矢量型变频器(VFD-B),节能专用风机﹑水泵型变频器(VFD-P) ﹑触摸屏(PWS-3760)等主要电控产品,具体电气控制示图如下:
由以上视图可清晰看出,该系统采用单台人机接口-触摸屏通过RS-485总线,实时对PLC进行监控﹑参数调整﹑断纱自动报警等多项功能.本系统的PLC通过调整160多个电磁铁开合时间来实现纱线接头长度及纱线支数的调整,由于受电磁线圈消磁特性及纱线粘度﹑引纱电机的速度等综合影响,电磁铁的开合时间亦通常有0.02-0.06秒的卫小调整来满足生产的需要.所以该系统单台人机接口的点睛运用,在有效控制成本的基础上,极大地提高了生产效率及生产工义指针. 该系统PLC的I/O共计996点,面对如此庞大的系统设计及其成本的压力,设计者却一反传统的大而大做,巧妙地利用DELTA公司PLC(自带485口)及人机接口共同支持MODBUS协议的特点,根据纺纱工义的要求,将996点分为10台PLC主机的小系统,仅用双绞线将传统的10台PLC与人机接口连为统一的"大系统",真正做到了大系统小设计.
在一个负载不断变化的引纱﹑喂给主轴上,实现纱线的支数稳定地控制,无疑都会采用速度死循环控制来实现,但在一定的物质成本限制下而达到高品质的控制,将是乃至明天甚至将来工业控制的高境界.而该系统全部采用DELTA公司的B型矢量变频器,该型变频器在有效控制励磁电流﹑转矩电流的基础上,利用PG速度反馈卡,轻松简单地实现纱线支数的稳定控制.另外,整条生产线的不间断的气流控制上也选用了DELTA公司P系列风机﹑水泵专用型变频器,而根据风机阻力与转速平方成正比特性开发的P型专用变频器,结合现场断纱的非同时性﹑非连续性,进行有级控制进风流量,使该套设备在用户使用不足一年中即可回收所有变频器的成本.
更引人注目的是,以上示图中,首例利用人机接口-触摸屏COM2 (DELTA公司的人机接口INTERFACE为2S/1P)口与三台变频器直接通讯,彻底摆脱了"变频器 PLC 触摸屏"的传统模式.该系统精心大胆的设计,主要利用了DELTA公司人机接口的宏功能(综合数据处理﹑逻辑运算﹑通讯等功能),用软件开放出一自由协议口,使不同协议的智能单元能够在一个控制平台上实现相对统一和整合,同时减轻了同一总线上的通讯负荷和风险.在实际应用中,该系统的引纱﹑喂给电机的频率及相互匹配系数,可直接通过触摸面板快捷地调整和电流的实时监控,并且使线上所有10多台PLC程序严格的一致,增加了PLC应急互换性,实现了多层控制单一化,复杂简单化.
纵观整个控制系统,简洁﹑准确﹑节能﹑人性化的设计风格无不透着现代设计者的匠心独具.同时也折射出新世纪传统控制产业的方向和主流.