西门子6ES7222-1HF22-0XA8详细解读
一、概述
一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。
电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。本文介绍在一条电镀自动生产线上用PLC结合变频器控制三台行车的自动控制系统，该自动控制系统在广东省中山市的一家外资风扇厂得到很好的应用。
二、硬件结构
在一条电镀自动生产线上有三台行车既各自独立工作，又互相通过信号联系，每台行车上安装一台由交流接触器驱动的锥形电动机负责工件上、下，由一台变频器驱动的普通电动机负责行车前进、后退。系统硬件结构框图如图1。
由于电镀自动生产线上有三台行车自动工作，系统采用了三台PLC和三台变频器，一台PLC和一台变频器控制一台行车；PLC选用的是三菱公司FX2n-48MR系列可编程控制器，变频器选用的是三垦公司ES-0.75K。行车在工作时通常都悬挂着电镀工件，如果行车在起动和停止的过程中速度太快或不够平稳，则悬挂的工件就容易掉下挂具，行车的速度用变频器控制使之可调，根据电镀生产线的实际情况，行车设计有快速、中速和慢速三种运行速度，频率分别设定为80Hz,40Hz和13Hz，行车作自动运行时，PLC通过检测安装在行车上的传感器的各种信号，向变频器发出指令，行车以慢速起动，运行平稳后就转人中速快速运行，在停止前，行车由快速转人中速，以慢速运行直至行车准确停在目标镀槽位置上；行车由慢速转中速转快速，再由快速转中速后转慢速，可以通过调整变频器的加、减速时间曲线平稳过渡。
行车动作步数显示主要是用于显示电镀工艺的执行过程，由PLC的输出口通过七段译码电路4511连接LED数码管显示，根据不同的电镀工艺要求，每台行车的动作步数从0步开始至几十步上百步不等，具体由PLC程序软件编制。
每台行车上安装有五个传感器，选用的是OMRON公司的电感式接近开关，其主要作用是负责行车上、下工件定位、镀槽定位以及行车运行过程向PLC发出变速信号等。
行车控制信号是通过外部的开关、按钮、按键等与PLC的输入端口连接，包括三台行车的联动控制和单台行车控制；单台行车控制只能控制本台的行车，不能控制的两台行车，单台行车控制设计有手动操作和自动运行模式选择、单周期和循环运行模式选择、紧急暂停以及行车程序动作步数的任意设定；联动控制设计有运行和复位操作按钮以及工艺选择，可以使三台行车自动、同步、循环不断地工作，可以选择不同的电镀工艺以镀出不同的工艺品种。
三、软件设计
系统软件设计程序流程框图如图2所示。
三台行车的主程序和调用的各个功能子程序都是一样的，但调用的工艺子程序就各不相同，每台行车根据自己在生产线上不同的工作区域执行的工艺编制不同的工艺子程序，本文给出一些主要的程序框图和就一部份主要的程序进行阐述。
1．系统初始化
初始化对于每一套系统程序都是必需的，每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化，主要是对在程序中使用到的PLC各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。
2．复位和暂停子程序
由于行车在
工作过程中有时会有突发事件或行车需要暂时停一下处理其它的工作，在系统中设计了复位和暂停两个功能，针对行车不同的情况和需要使用，为使行车在运行过程中可以随时对系统进行复位或暂停行车工作，实现这两个功能的程序都采用中断子程序，如图3是复位中断子程序，图4是暂停中断子程序。
在任何情况下按下复位按钮，程序都将转人复位中断子程序，停止所有动作输出并清零，动作步数显示清零，计数器、定时器、辅助继电器和寄存器等全部清零，所有记忆数据清除，程序转人初始化主程序，重复PLC上电工作过程，不同的是所有的运行记忆数据都清除了。
同样，在任何情况下按下暂停按钮，程序将进入暂停中断子程序，暂时停止PLC的输出，在暂停的状态下，可以进行手动操作行车，可以重新设置程序步，在恢复运行时使程序从所设置的程序步开始运行，当解除暂停时，如果没有重新设置程序步，暂停中断子程序就会恢复PLC原来的运行状态和原来的步数显示，继续暂停前的工作并从中断子程序返回。
3．工艺子程序
为了不浪费资源和提高生产效率，一条电镀自动生产线设计有三种电镀工艺，分别是镀仿金工艺、镀古铜工艺和镀镍工艺，每种工艺的工作流程各不相同，在实际使用时可以通过控制面板上的工艺选择开关加以选择，由于三个工艺子程序的软件编程方式基本相同，在本文中只用镀仿金工艺为例对工艺子程序进行阐述。
仿金工艺子程序框图如图5。
根据电镀自动生产线电镀工艺都是周期自动循环工作的特点，按照电镀工件在每一个不同的镀液槽中停留的时间，编写工艺流程曲线图，再由曲线图采用步进梯形图指令的形式来编制程序，每个工艺子程序的程序步各不相同，这里阐述的仿金工艺子程序的程序步是69步，属于较为复杂的步进控制。由于电镀自动生产线控制系统要求每种电镀工艺不但要能从0步（起点）开始运行，还要能从任意步开始运行，强调的是在实际使用过程中的方便和灵活。在进人仿金子程序时，程序调用置步情况检查，如果预先有置步（在操作面板上有动作步数显示），则表示本次工艺运行不是从0步（起点）开始执行，而是从所置的步数开始执行，如果没有预先置步，则表示本次工艺从0步开始由始点顺序执行，不论是从0步或是从所置的N步开始，程序都会顺序执行下去直到69步结束返回主程序。仿金子程序在运行当中可以随时通过暂停来设置重新开始的步数。每一个程序步里面都有行车的动作，包括电镀工件在镀槽里的提升和放下、行车走多少个镀槽、以那种速度运行、停留的时间等等。
4．单周期运行
在工艺子程序每一周期运行完毕返回主程序时，都要询问是单周期运行还是循环运行，如果是单周期，则程序运行完一个周期返回主程序初始化后的程序入口等待，当按压运行按钮时，程序又运行一个周期在同样的位置等待。设置单周期运行的功能主要是为了调试修改电镀工艺和程序。单周期运行在电镀自动生产线上是一个非常实用的功能。
四、结束语
用PLC辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向
引言
可编程序控制器PLC因其技术指标先进、质量优、环境适应能力强、可靠性好；有完善的输入输出功能模块，系统能灵活处理模拟量、数字量和开关量；具有完善的软件系统，以实现过程检测、执行、控制、报警以及图形画面显示打印等功能。基于此,选用了OMRON公司CPM2A可编程序控制器实现了无锡海得鲁公司的矫直控制系统。
二 矫直机控制系统原理
根据工艺要求、设计的控制原理框图如下：
放卷机将铝管在矫直机牵引下自然放卷，通过一排双曲轮将弯曲的铝管矫直。将旋转编码器安装在传送带上，用于检测铝管传送速度，随铝管的运动而转动，其转动产生的脉冲送入PLC中，经过PLC的计算处理而得到切料的长度，当切料长度改变时，其编码器所测得的速度与输入数据进行比较，比较结果送入变频器中从而通过改变矫直电机的速度来达到改变切料长度。MPT显示、调整矫直速度、调整切料长度、显示已切根数。
三 硬件设计
根据控制要求，系统要求控制5个电磁阀开关，7个到位接近开关，5个控制按钮和2个指示灯，共控制16个I/O输入，7个I/O输出和一个模拟输出，共25个I/O控制点。采集参数为编码器对铝管运行速度的脉冲采样，输出参数为调速频率。考虑性价比，选择了OMRON公司的CPM2A-PLC扩展一个CPM1A-MADO2单元。控制设备和具体I/O对照如表1所示：
表1 矫直机控制系统I/0表
类型 序号 名称 地址 设备名称
DO 1 YA1 10CH00 左夹紧油缸夹紧电磁阀
2 YA2 10CH01 左夹紧油缸打开电磁阀
3 YA3 10CH02 右夹紧油缸夹紧电磁阀
4 YA4 10CH03 右夹紧油缸打开电磁阀
5 YA5 10CH04 切断油缸电磁阀
6 HE5 10CH06 系统准备好
7 HE6 10CH07 系统报警
DI 8 LS02 1CH00 左夹紧油缸夹紧到位接近开关
9 LS03 1CH01 左夹紧油缸夹紧到位接近开关
10 LS04 1CH02 右夹紧油缸夹紧到位接近开关
11 LS05 1CH03 右夹紧油缸打开到位接近开关
12 LS06 1CH04 切断油缸上位到位接近开关
13 LS07 1CH05 剪刀下切到位接近开关
14 LS08 1CH06 安全门关到位安全开关
15 SB7 1CH07 调速+按钮
16 SB8 1CH08 调速-按钮
17 SB9 1CH09 系统复位按钮
18 SB10 1CH10 暂停按钮
19 SB11 1CH11 计数清零按钮
20 SB12 2CH00 急停按钮
21 SB13 2CH01 手/自动切换
22 LS01 0CH00 旋转编码器A相
23 LS01 0CH01 旋转编码器B相
24 LS01 0CH02 旋转编码器C相
AO 25 13CH00 调速
四 软件设计
程序采用OMRON公司的CX-Programmer软件编写，程序设计上有如下特点：在程序中，利用标志位来表示不同的现场情况和程序的状态，增加了程序的可靠性和灵活性。模块化的程序设计，整个程序由不同的子程序构成，各子模块独立完成各自的功能互不干扰，程序结构清晰，便于修改。再就是定时器的使用，利用不同的定时器来设置不同设备的延时时间，可以灵活地根据控制要求进行延时时间的设定。主程序主要由程序初始化、计数清零、系统复位、增减变频、切长脉冲转换、速度、切料、暂停急停安全门八个子程序和一个切料中断子程序构成。下面介绍编码器高速计数程序设计及切料动作程序设计。
编码器旋转一周有1024个脉冲，其旋转半径为32.6mm，进行速度计数时，一个脉冲所走过的路径是0.2mm，为了保证其脉冲数为整数必须要进行数据处理。把DM5寄存区中放立即数5用来与DM0中的切料长度数据做双字节乘法放到DM15寄存区里。便得到切料长度所对应的脉冲整数。再用这个脉冲数与CM11中的脉冲比较表进行比较，当两者相等时，便可以驱动改变切长。切料脉冲转换程序流程如图2所示：
切料过程中要求：剪刀下切动作时，铝管必须被夹紧，以免在下切的过程中由于机械动作产生对铝管的冲力和拉力；切割时，剪刀必须跟随铝管一起等速运动（这属于机械装置上的问题，我们不考虑）；夹紧、下切、松开动作时，应该延时一段时间，以保证机械动作到位；每个动作都应该使用状态量控制，以保证系统工作的稳定和安全，可以监测故障和报警提示；对所切割铝管的根数和长度进行记录和送显，界面友好直观，功能齐全。
根据切料工序的要求和机械特性设计的切料程序流程图见图3
图3 切料动作程序流程图
五结束语
该设计已成功运用于海德鲁矫直机控制系统，具有良好的MPT显示界面，工作稳定、可靠、控制精度可达5%。
1 引言
PLC（可编程逻辑控制器）由于其可靠性高、功能强、可扩展性好等特点，而被广泛应用于油气田各类生产监控系统中。在海上天然气平台的生产过程中，被处理介质往往是高温高压、易燃易爆的气体或液体，故生产安全性问题尤为突出。在这种情况下，须将控制生产处理流程的生产控制系统与专职实现保护功能的设施保护系统分开设计与安装。这样，就确保了当生产控制系统出现掉电、系统失控等故障时，设施保护系统仍能将泵、压缩机、压力容器等生产设备切换到安全状态，从而实现生产设施的安全保护。
2系统结构
由于设施保护系统运行在现场，各种电磁干扰大，工作环境恶劣，选用抗干扰能力强的PLC作为系统控制主体。系统由主从处理器、远程I/O以及人机界面等构成。系统框图如图1所示。
由于I/O点数较多、数据处理量大，故在美国A-B公司的PLC5系列处理器中选用处理容量较大的PLC5/40处理挨。考虑到设施保护系统本身负责生产处理设备的安全保护功能，其自身可靠性非常重要，将处理器部分设计为冗余配置。两台处理通过DH+通信同步工作，但只有主处理器从远程I/O中读写数据。当主处理器发生故障时，从处理器立即接管远程I/O，升级为主处理器。
远程I/O部分选用A-B公司的1771远程I/O适配器。该适配器通过A-B公司的DH+数据总线与主处理器通讯，并刷新各输入/输出模块的I/O点状态。与远程I/O相连的现场设备，不仅包括各类传感器、执行器，还包括一些分散在现场的本地控制器，例如仪表气空压缩机控制器、干气压透平压缩机控制器，均为PLC5系列可编程控制器。考虑到设施保护系统对通信的高可靠性与实时性的要求，这些现场本地控制器不采用串行方式与设施保护系统通信，而使用0/24V开关信号直接受设施保护系统的控制。
人机界面，则由美国费舍尔-罗斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系统完成。该集散控制系统既是设施保护系统的人机界面，又是控制处理流程的生产控制系统。出于安全性方面的考虑，生产控制系统不对设施保护系统进行任何控制，仅对设施保系统监视。
为了达到企业管理和生产自动化的紧密结合，系统报表功能由一台与企业局域网相连的报表服务器完成。该服务器定时从生产控制系统与设施保护系统中读取数据，并将数据存入数据库，再自动调用LotusNotes，将生产数据以电子邮件的形式投送到生产经理、生产监督等管理人员的电子信箱中。
3 设施保护功能的实现
为了达到保护生产设备的目的，需要通过梯形图程序对设备参数进判断并产生相应的关停指令。关停指令共有四种级别，依次是：FireESD（Fire Emergency Shut Down，火警紧急关停）、ESD（Emergency ShutDown紧急关停）、PSD（Process Shut Down，处理流程关停）以及USD（Unit ShutDown，生产单元关停）。
FireESD指令级别高，由火灾报警盘报告火警信号产生。其动作是，关停生产平台的一切设备，启动海水消防泵与海水喷淋系统。ESD指令由一些表示严重生产事故的信号产生，例如，检测到天然气泄漏。其动作是，除应急发电机以外，关停其他一切设备。PSD指令由一些重要设备的非正常状态产生，例如压缩机喘震，仪表气压力低等。其动作是，关停3整个生产处理流程，但保持发电机、仪表气压缩机的运行。USD则是由局部非正常生产状态产生，例如PID控制回路大幅度震荡、分离器液位高等。其动作是，关停发生故障的生产设备。
整个设施保护系统的工作过程是：PLC处理器通过远程I/O对生产设备的压力、温度、流量、转速等状态进行判断。一旦检测到非正常工作情况，则立即将生产设备进行全部或局部关停，通过人机界面向操作员报警。
除了由传感器检测到的非正常生产状态可产生关停止指令以外，设施保护系统提供了手动按钮用以产生手动关停止指令。手动按钮散布在生产区各处，由操作人员根据具体事故情况决定是否发出关停指令。
设施保护系统还提供了旁通（Bypass）功能。当维修人员对传感器进行检测或维修时，为了防止设施保护系统产生误动作，需要在梯形图程序中设置旁通位，以便将被维护仪表产生的误关停信号进暂时屏蔽处理。
整个关停过程的程序流程图如图2所示。
4 PLC的软件编程
A-B PLC5/40处理器随机提供6200系列编程软件，但在实际编程中采用了Rockwell软件公司的Logic5软件对PLC进行编程。Logic5是基于bbbbbbs的应用程序，相对于6200编程软件具有直观、易用、功能强大的特点。该软件运行于PC机上，通过RS232串行口对PLC进行编程。由于程序复杂，故将程序分为若干个子程序进行编程。这些子程序块依次是，加电初始化模块、主从处理器同步模块、人机界面通信模块、模拟量高/低报警判断模块、FireESD/ESD/PSD/USD信号产生模块以及关停动作执行模块。经后来的系统调试实践证明，这种模块化的编程方式对安装调试提供了很大的方便，具体程序流程图如图3所示。
5 人机界面功能的实现
人机界面由RS3 DCS与报表服务器组成。
由于RS3 DCS提供了与PLC 5系列处理器通信的子模块，故人机界面与PLC5处理器的通信设置相对较为简单。只需将RS3 DCS的控制块设置为PLC BLOCK，并将PLC型号设置为AB PLC5即可建立与PLC的通信。通信建立后，便可在RS3DCS的流程画面、历史曲线以及报警设置等组态画面中引用PLC处理中的变量。借助RS3DCS强大的组态功能，可方便地实现对设施保护系统状态的监视与跟踪。
RS3 DCS提供了简单的报表功能，但相对生产管理信息系统的要求还有很大的距离。在RS3DCS原有报表功能上重新开发了报表生成系统。报表服务器的报表软件，采用VisualBasic进行编程。该程序共分为三部分，依次是，数据通信部分、数据库读写部分以及报表生成部分。程序使用串行口通信控件从RS3DCS中读取数据，并通过ODBC使用SQL语言对数据库进行读写操作，后再调用Lotus Notesbbbbbb生成电子邮件格式的报表，并通过局域网将报表传递到生产管理者的信箱中。