西门子6ES7214-1AD23-0XB8详细解读
一、原系统分析
株洲硬质合金厂空调系统共有溴化锂机组两台，其中冷冻水泵2台功率为200KW，采用自耦降压启动。操作工根据负荷情况开1台或2台。单台水泵大输出流量为600m3/h，系统全开时为1200m3/h。现水泵运行出口压力为4.5-9kg，小流量需求为200m3/h，大流量需求为950m3/h。压力波动较大的原因为，冷冻水泵流量不能根据负载变化调节，一旦后级工段冷冻水量减少水泵出口压力就会急剧上升。冷冻水在管路里快速循环未充分换热就回水，造成回水温度低。水泵和主机都白白消耗能量。
当1#机组开起后，1#流量必须满足低流量值200m3/h，如果用户流量没有达到低流量值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来保证机组内有200m3/h以上的流量。2#也如此。
二、改造控制要求：
分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
机组冷水出口流量不得低于200m3/h;
当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
选择1#或2#泵为变频运行泵。
当需求流量为0～300m3/h时，1#泵定频运行，保证300m3/h的总流量输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保证输出用户所需的流量;
当需求流量为300m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，旁通阀门全关;
当需求流量为600m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的流量;2#泵工频运行，输出600m3/h的流量;旁通调节阀打开并做PID调节，保证6kg的输出压力;
当需求流量为900m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水流量。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出流量送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限流量值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，极大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。
三、设备的配置
（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口流量、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、流量值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、流量值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
（2）PLC：
PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
（3）PLC的配置
主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
（4）输入输出设备配置
输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
（5）模拟输入输出设备配置
利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀。
四．工作原理
主电路图如下：
系统采用工变频互备，可以灵活的选择需变频的电机是1#还是2#由KM3、KM4来完成。
PLC的I/O接线图如下：
五．程序要点
EC20的COM0与EVIEW人机界面通过MODBUS协议进行通讯，COM1通讯口与艾默生的EV2000变频器进行自由协议通讯，PLC软件设置：
COM1的自由口协议中的波特率、数据位、停止位、效验位必须与变频器中设置一样才能通讯上。EC20时刻检测着变频器的频率、电流、故障再反映到人机界面上。
系统需恒压、恒流，做成双PID对变频器和旁通阀进行控制，控制的压力和流量在EVIEW人机界面上进行设置
在现场调试过程中，发现现场的负载在每天下午五点下班时会突变，由于负载500m3/h的流量突变成几十的流量，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。负载突变的时段设置和旁通阀的开度设置画面如下：
五．结束语
本系统已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC进行控制，性能稳定，运行可靠，系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。变频器的频率在40HZ左右稳定压力，节能率达到48%。不但大大的提高了产品的技术含量和自动化水平，还极大地提高了企业的经济效率，非常具有推广价值。
编码器 电机 流量计 直流调速
B1卷烟包装机是德国斯慕门公司生产的卷烟包装机组，我国烟草行业八十年代至九十年代初大量引进，至今仍是很多卷烟厂的主力机型。B1包装机组主机BE和RC电控系统以早期计算机芯片8085为控制核心，属于早期的计算机产品。辅机采用逻辑线路板控制。随着电子技术的发展、工业控制自动化程度不断提高，B1包装机组的控制方式已经落后，目前B1包装机组主要存在以下问题。
1、故障率高：由于机器长期运行，线路板、元器件逐渐老化，设备的故障率逐年增加。
2、主传动系统故障率高且价格昂贵：由于主电机为直流电机，维修人员要经常更换碳刷，直流调速系统一旦发生故障，难以维修。
3、维修困难：由于采用是线路板的控制方式，在维修时很难判别故障原因。
4、维修费用高：由于关键备件依赖进口，特别是主机BE和RC的A、B、C、三块计算机线路板，供货周期长，价格昂贵。
5、故障指示简单：故障指示采用的是发光二极管指示，液晶窗口显示为英文，简单且不能显示更多详细的故障提示及维修提示。
我公司根据以上存在的问题，结合我们十多年来对B1包装机组电控系统深入细致的研究，以“简单实用、稳定可靠”为指导思想，设计开发了B1包装机组新型电控系统，新控制系统以PLC、工控机、变频调速器为核心，取代原有控制系统、显示系统及驱动系统，大大提高了B1包装机组电控系统的可靠性，稳定性。新型电控系统与原控制系统相比具有以下优点：
1、故障率低：由于PLC具高可靠性、高稳定性，大大降低了控制系统的故障率。
2、将原来的直流驱动系统全部改为通过变频器控制普通交流电机的调速方式(包括BE、RC主电机、BE及NK的共7个小直流电机)，改造后调速方便，维修简单。
3、维修简单：由于采用了PLC及人机接口显示，可以直接从PLC或显示器上获取故障信息、维修提示，便于维修人员对故障及时处理。
4、采用工控机显示BI包装机组的动态情况：显示直观，内容祥实，触摸屏使得操作方便灵活。
5、控制灵活：由于使用了PLC及工控机，新型控制系统可以根据B1包装机组的具体情况、用户的要求，灵活改造局部控制方式及显示内容。
6、具有通讯功能，预留的报表统计功能及网络接口便于用户对机组进行数据采集和集中控制，实现网络化管理。
总体方案
B1包装机组由NF卸盘机、BE小包机、RC透明纸包装机、FHZ／NK条包装机四部分组成，各部分比较独立，每台机器都可单独运行，但各部分又相互联系，当联机运行时每台机器故障停车都会影响其它机器的正常运行。
为了保持原车各部分之间即相互独立又紧密联系的特点，我们对每台机器分别进行改造，改造后每台机器都可与旧机器组成机组联机运行。
一、BE小包机电控系统改造方案
系统构成
1、用新的电器柜取代旧的电器柜：原车旧电器柜经多年运行，部分器件已老化，出现故障增多现象。我们用新电器柜取带旧电器柜进行彻底改造。
电器柜内低压电器选用西门子和穆勒产品，接线端子选用进口魏德米勒产品，接插件全部选用德国原装进口的接插件。改造时只需推走旧电器柜，换上新的电器柜既可，节省现场改造时间，整个旧电器柜可完整保留当做其它旧机器的备件。
2、用上位机(工作站)取代原车操作显示面板及原车电器柜内的CRT显示器：上位机安装在原车操作显示面板位置，具有良好的人机中文接口，任务是进行工况显示、车速显示、参数设置、故障指示、故障统计、维修提示、空头调试、剔除监控(移位寄存器)、输入监控、输出监控等，不用打开电器柜，原车所有的操作功能，都可通过上位机用手指轻轻一点来完成。
工作站选用研华的平板计算机，显示尺寸15英寸，显示屏为触摸屏，操作系统采用bbbbbbS2000中文操作系统。
程序软件是我们自己研发而成，全中文显示，随机附带安装盘，不需要安装其它任何依托软件，直接安装在操作系统下，加电就进入工况图显示接口。接口上设计了关闭上位机按键，轻点关机按键直接关闭上位机，不进入bbbbbbS画面，实现了一键关机，防止了稍懂计算机者进入bbbbbbS误操作而使系统出现故障。程序安装非常方便，只要根据提示操作，车间一般维修人员就可完成。
程序设计了多级密码功能，根据车间具体情况，可选择使用。开机密码可防止无关人员操作机器、参数设置密码能防止随意改动参数、维修密码可授权给机器维修人员。
工作站具有网络接口，便于车间网络化管理。
3、PLC可编程控制器：PLC根据厂方要求，可选择OMRON(欧姆龙)或SIMENS(西门子)。
大家知道，B1包装机采用角度控制，几乎所有的传感器和电磁阀都有检测角度和动作角度。角度的jingque采集与处理是电器改造时要考虑的问题，也是选用PLC时要考虑的。
B1包装机的角度来自轴编码器，机器旋转一周(生产一包烟)产生256个脉冲，当机器以400包／分钟运行时，每个脉冲的时间只有0.5毫秒，如果要采集到每个脉冲，PLC程序的运行时间必须要小于0.5毫秒，否则便会丢失脉冲，丢失部分角度。采用高速计数器，不会丢失脉冲，程序的运行时间过长会显得反应迟钝，不利发现故障实时停车。
我们选用OMRON公司生产的高速PLC-CSIH、或SIMENS的高速PLC，在角度的处理上采取中断的方式，及时准确地采集角度及处理。程序的运行周期非常短。
实际使用证明，效果非常好。
4、旋转编码器：原车编码器为增量式编码器，只有机器运转经过O位才能检测到机器角度，而机器在寻找O位过程中没有角度，与角度有关的检测及电磁阀不起作用，相关的故障停车保护措施是无效的，存在着隐患。这也是原车要求的，每次加电开机前，小心盘车的原因之一。
我们用值编码器替代增量编码器，机器一加电就能准确检测到机器角度，立即进行安全检测。
5、直流电机改造：BE主电机、RC主电机、BE入口、出口、抖动、大胶罐电机、小胶罐电机、NK透明纸驱动、出口电机共9台直流电机。这些直流电机全部改为交流电机，用变频器控制。速度设定通过上位机就可完成。
变频器选用FUFJ(富士)公司生产的变频器。
6、温度控制：温度控制采用温度控制器控制，温度控制器在卷烟行业被大量使用，维修操作人员比较熟悉，容易接受。温度的设定、显示简单明了，操作方便。温度控制器选用RCK(理化)公司的D系列高精度温度控制器，控制jingque。温度设定在上位机就可完成。
7、其它：我们对BE包装机电控系统改造的宗旨是保持外围设备的原样性。原车除了旋转编码器、直流电机及操作显示面板外，车上的所有检测、电磁阀都不改变，所有线路的线号与原车一样，便于维修。
电路图纸是用的电路图绘制软件绘制而成，符合国标，器件的线路去向一目了然。
机器的操作手册详细清楚，并且附有大量图片，每一步操作都有详尽表述，便于操作人员很快掌握。
二、RC小包透明纸包装机电控系统改造方案
系统构成：
RC透明纸小包机的改造方案与BE小包机的改造方案相同。
1、用新的电器柜取代旧的电器柜。
2、用上位机(工作站)取代原车操作显示面板及原车电器柜内的CRT显示器：上位机安装在原车操作显示面板位置，具有良好的人机中文接口，任务是进行工况显示、车速显示、参数设置、故障指示、故障统计、维修提示、剔除监控(移位寄存器)、输入监控、输出监控等。
工作站与BE的一样选用研华的平板计算机，操作系统采用bbbbbbS2000中文操作系统。
程序软件是我们自己研发而成，直接安装在bbbbbbS操作系统下，不需要其它任何依托软件。全中文显示，一键关机。
3、可编程控制器PLC选用和BE的一样。
4、旋转编码器：旋转编码器也改为值编码器。
5、直流电机改造：RC主电机改为交流电机，用变频器控制。变频器选用FUFJ公司生产的变频器。
6、温度控制：温度控制采用温度控制器控制，温度控制器在卷烟厂被大量使用，维修操作人员比较熟悉。温度的设定、显示简单明了，操作方便，容易接受。温度控制器选用RCK(理化)公司的D系列高精度温度控制器，控制jingque。温度设定可在上位机完成。
7、其它：原车除了旋转编码器、直流电机及操作显示面板外，车上的所有检测、电磁阀都不改变，所有线路的线号与原车一样，便于维修。
图纸是用的电路图软件绘制而成，符合国标，器件的线路去向一目了然。
机器的操作手册详细清楚，并且附有大量图片，每一步操作都有详尽表述，便于操作人员很快掌握。
三、FHZ／NK电控系统改造方案
系统构成：
1、考虑到FHZ／NK的完整性，我们用一套控制系统控制FHZ／NK：PLC可编程控制器安装在原车FHZ的电器箱内，PLC及低压电器控制组件已安装在新的安装板上，在现场拆下旧的安装板，换上一样大小新的安装板就可节省现场改造时间。
2、触摸屏：触摸屏选用FUJI公司的POD-UG430S，显示尺寸10．4英寸，该POD为真彩色屏，显示画面逼真生动。安装在原车操作显示面板位置，具有良好的人机接口，任务是进行工况显示、参数设置、温度设置、故障指示、故障统计，维修提示、输入输出监控等。POD具有网络接口，为车间网络化管理提供方便。
3、PLC：可编程控制器选用和主机相同，型号<