6ES7221-1BH22-0XA8多仓发货
该设备用于全钢丝载重子午线轮胎成型，适用费尔斯通成型工艺和适用倍耐力成型工艺，可为半自动、和全自动、机械成型鼓。采用了人机界面操作和上位机两个系统操作、Q系列PLC、使用三菱伺服电机运动控制系统，伺服可以独立驱动、CC-bbbb总线。人机界面操作、多用户管理、配方管理、自动换单、菜单储存、运行状态监测、故障显示、历史纪录查询、报表查询等多元化功能。
主要技术参数:
前言
光缆护套机是通信光缆制造过程中的后工序的设备，它的作用是在成缆后的缆芯上加综合保护层，以保护缆芯不受外界机械、热、化学及水分的影响。设备的配置如图1所示，传动部分主要由缆芯放线架、钢（铝）带轧纹机、挤塑机、履带式牵引机、收线架等组成。在光缆的护套过程中，根据工艺的要求，整条生产线的速度必须保持稳定，各传动单元间的线速度比例必须协调。高精度地、可靠地保持这个比例系数是保证产品质量，生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会影响产品的质量，比如光缆外径发生变化、生产过程中钢（铝）带断裂，甚至缆芯被拉断等。由于光缆价格昂贵，成本较高，一旦发生如上质量问题，对企业将造成巨大损失。
本文介绍了由西门子的S7-226 PLC与MM440变频器组成的电气控制系统，该系统自动化程度高、稳定性好、运行可靠。
2 系统构成
在控制系统中，放线、轧纹、挤塑机、牵引机、收线和排线电机均采用交流变频电机，驱动器采用西门子的MM440系列变频器，该变频器是由微处理器控制，采用IGBT作为功率输出器件的西门子新一代变频器。具有很高的运行可靠性和功能的多样性。操作和生产工艺参数的显示采用西门子的TP-070触摸屏作为上位监控，可以实时、形象地显示现场信号，并可以实时地对现场控制点进行控制。全线控制采用西门子的S7-226 PLC，外加模拟量输入模块EM231。为了提高设备的整体性能，采用S7-226 PLC的自由通讯口分别与上位机TP-070和变频器进行通讯。其中S7-226的端口0用于和MM440通讯（USS4），端口1用于和TP-070通讯。系统结构如图2所示。
3 系统原理
由于该生产线无需频繁启动，工艺要求的变速范围也不大，达到稳速是该电气传动自动控制主要的目标，尤其是在系统的升降速过程中各传动单元之间的速度比例必须保持协调。在整条生产线中，生产的线速度是由牵引机的速度决定，在该系统的设计中我们以牵引的速度为参考，各传动单元的速度随牵引速度的变化而变化，并且各部分又能单独启动和停止。
1 放线、轧纹和收线电机的速度控制
在生产过程中，由于缆芯和钢（铝）带的盘具都是由满盘到空盘，收线盘是由空盘到满盘，而牵引的速度不会经常变化，放线、轧纹、收线电机的线速度（V=ω＊D,式中V:线速度，ω：电机角速度，D:盘具直径）为了与牵引保持同步，随着生产的进程必须根据盘具直径的变化不断对电机的角速度进行微调。该微调信号主要是通过各自的张力舞蹈轮上的电位器来给定，具体是这样的，该电位器信号通过模拟量输入模块EM231送入S7-226 ，与反馈到PLC中的牵引速度信号（即同步信号）叠加，再通过USS4协议由S7-226加到各自的MM440变频器中，作为它们的速度给定信号，间接达到各自张力的恒定，从而保证与牵引同步。在这里需要注意的是，生产线的速度并不是很快，由于线盘具有有较大的转动惯量，放线和收线电机的加速度不宜太大，它们速度的设定应采用PID运算。
2 挤塑机的控制
在光缆护套的开始阶段，为了使光缆的直径达到工艺要求，挤塑机的挤出量必须有一个微调，也就是除了牵引的同步信号外，还要有一个微调信号对挤塑电机加以控制，使挤出量达到规定的工艺要求。该信号可以通过TP-070进行设定并送入PLC,与牵引的同步信号进行叠加后再通过USS4协议送到其MM440变频器重，作为控制该电机的给定信号。在生产开始前，挤塑机一般都要进行排料这一步工序，以检验从模口出来的料的塑化质量。还必须有一个独立的手动信号来加以对挤塑电机的控制，该信号也可以由TP-070来设定，后再通过USS4协议送入变频器。
3 牵引速度控制
牵引机的速度决定了整条生产线的线速度，它的控制非常简洁，其速度给定信号直接由TP-070设定后送入PLC，再通过USS4协议从PLC传输到MM440变频器上。在生产过程中，改变牵引的速度给定值不仅改变牵引机本身的速度，还使其它各传动单元的速度随着它的变化按一定的速度比例相应的发生变化，从而使整条生产线保持同步。
线速度的检测主要采用旋转编码器，由S7-226的I0.1和I0.2端口（高速计数器0）送入PLC。单位时间内高速计数器的计数值即为该生产线的线速度，通过TP-070显示于屏幕上。
4 排线控制
由于排线的速度需要根据光缆的直径自动跟踪收线的速度，即V=K＊ω＊D，其中V：排线速度，K: 修正系数，ω：收线速度，D：光缆直径。排线电机驱动器的给定信号由以下两个因素决定：（1） 收线速度通过旋转编码器测定，其信号通过S7-226的I0.6和I0.7送入PLC（高速计数器4）。PLC编程采用定时中断，在单位时间内测量到的高速计数器的计数值即为收线速度。（2） 光缆的直径直接由TP-070设定并送入PLC。
PLC将上述两个参数相乘后再乘以相应的修正系数，所得的值就是控制排线电机速度的给定信号，该信号通过USS4协议传输到其MM440变频器上。在这里要注意的是，由于排线电机在工作过程中需要经常换向，也就是说当收到换向信号时排线电机需要高速的降速和升速过程，该变频器需外接制动电阻。
5 变频器设置
变频器的设置主要是注意以下几个参数的设定，见列表1所示。
表 1
4 结束语
本系统采用S7-226 PLC自由通讯口方式通讯，由于在MM440变频器上具有RS485接口，从而可以方便实现变频器给定的数字化控制，并且硬件上无需再添加通讯接口。由于MM440变频器具有区别一般通用变频器的自由功能模块和BICO技术，可以实现灵活的组态设计，完成工艺复杂的控制要求。变频器的矢量控制，提高了系统的动态响应能力，克服了控制系统由于工艺参数的改变而引起的速度波动，从而保证了该控制系统的稳定性。
1 引言
水下电弧有着广泛的用途，其中应用之一是水下制取“电弧气”。制造电弧气的一个关键要素就是保持电弧电压的稳定，使电弧能在水下稳定放电。大电流（1000 A，DC）、大功率（50 kW）水下电弧放电本身是一个复杂的过程，电弧长度短，具有非线性、变参数、不易稳定等特点。试验表明采用PFC-PID串级控制策略的水下电弧控制系统的动态品质明显优于采用传统PID控制的系统，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。
大多数PID控制都是基于单片机进行，但单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂，特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处，而PLC却是公认的佳选择。随着PLC功能的扩充，许多PLC控制器中都集成了PID控制功能，在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。经过认真的市场调研和技术准备，笔者使用了目前比较先进的PLC技术开发控制系统，对现场各种生产过程信号进行采集.监测、计量。从实际应用的效果来看，该系统具有、可维护性强、性能稳定等优点。
2 系统的工作原理
在水下电弧控制系统中，电弧放电在反应器中完成，气体由此产生。电极控制装置连续地将碳棒电极送入反应器中并维持电极电弧的稳定，从而保持电弧电压和电流的恒定，使得产气成分稳定且产气效率提高。水下电弧控制系统示意图如图所示。
1.控制器，2.伺服放大器，3.220 W交流伺服电动机，4.进退限位开关，5.碳棒检测开关，6.前进限位开关，7.阴极碳棒，8.阳极碳棒，9.下棒控制电磁阀，10.反应堆，T.反应罐温度，P.反应罐压力，U.电弧电压，I.电弧电流。
碳棒的进退是通过伺服电机经传动作用来实现控制的。控制器通过不断检测T、P、U、I值的大小及各开关量的状态来控制电机的转速，通过动丝杆传动作用推动碳棒前进，当碳棒前进速度同碳棒燃烧速度一致时，可认为弧长基本不变，从而实现整个电弧的电压电流恒定控制。
由于阴极碳棒相对阳极碳棒燃烧速度较慢，在工艺设计时，将阴极碳棒与推进导杆连为一体，由伺服电机控制该碳棒的进退，其换棒工序需人工手动完成;阳极碳棒则与推进导轩相分离，导杆只可往前推进碳棒，而不能控制其后退，通过位置检测开关检测碳棒是否推进到位，以决定是否进人自动换棒工序。在进行换棒时，电机控制阴极导杆快速后退，另一电机控制阳极碳棒自动跟进，以免断弧。
3 S7-200系列PLC的特点
S7-200为西门子公司生产的SIMATIC系列小型PLC，无论是独立运行，还是相连成网络，皆能实现复杂控制功能，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。此次选用的CPU226有如下特点：24输入、16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13 KB程序和数据存储空间;6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，具有比例、积分、微分（PID）控制器;2个RS485通信-编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力;I/O端子排可很容易地整体拆卸。自由通信是S7-200系列PLC的一大特色。它使S7-200系列PLC可以与任何通信协议公开的设备、控制器进行通信，即可以由用户自己定义通信协议（如ASCⅡ协议）。波特率高为38.4 kbit/s（可调整）。可以通信的范围大大增加，控制系统配置也更加灵活、方便。
4 控制系统方案设计
如图2所示，本控制系统的现场控制部分选用了S7-200 Micro PLC CPU226 DC/DC/DC型和SIMATIC TP 270型触摸式面板作为基层控制部分。PLC与触摸屏间的通讯通过RS-485串行总线完成。PLC控制器本机系统通过其扩展模块主要完成5方面功能：DI（开关量输入）、DO（开关量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、通讯。其中DI口用于检测开关状态（如液位开关、接近开关、光电开关等）;DO口用于高速脉冲的发送、变频器的开停控制、各电机的开停控制、电磁阀的控制等。AI用于模拟量的采样，现场模拟量主要包括反映罐温度、压力、电弧的电压电流等，从现场传送到AI模块的信号为4 mA～20 mA电流信号。AO则根据现场采集到的信号调节模拟量输出大小来控制变频器频率的高低，进而通过变频器来实现对循环泵和气体压缩泵的速度控制。伺服电机的控制则通过告诉脉冲输出控制来完成。在控制柜内部预留出用于其它功能模块的扩展空间，如额外的压力检测、气体浓度检测，还有Medem上网模块，以后系统升级可将现场得到的各种数据通过Modem发送到Internet
5 系统软件设计
5.1 PLC程序设计说明
CPU226是西门子S7-200系列中的PLC，本机自带24个数字输入口、16个数字输出口及两个RS-422/485串行通讯口，多可扩展7个应用模块。这里通过扩展EM231模拟输入模块来采集电压信号，输入模拟信号可选择O V～10 V、±5 V、0 mA～20 mA等多种信号输入方式。终PLC根据输入电压信号的大小控制脉冲发送周期的大小，从而达到控制伺服电机速度的目的。本系统中控制程序主要完成以下几个任务：
1）系统参数的初始化;
2）各种检测开关的读取;
3）电压、电流、工作压力、温度等的读取;
4）电机、变频器、电磁阀等的控制。
为了完成上述各种功能，程序分为七大模块，分别为：
1）初始化程序：完成系统各种参数的初始化，如在控制面板上对参数作了修改，则下次运行时会自动用新参数完成初始化;
2）模拟量的读取：开机工作便开始完成电压、电流、工作压力、温度等的监测与读取，实时传递数据到面板显示;
3）主控程序：完成各子程序使能模块的调用及切换，各种限制及保护功能等;
4）手动控制程序：实现各种控制状态的手动操作;
5）自动控制程序：完成自动换棒、自动补水、自动引弧、各种电机等的控制;
6）控制算法程序：完成对产气压力和工作电弧的恒定控制;
7）PWM/PTO脉冲控制：根据检测到的电弧电压及碳棒状态自动调节脉冲频率或脉冲个数、两个脉冲口的配合与切换、PWM/PTO工作方式的配合与切换等。
5.2 程序控制流程
整个程序的控制难点在于对电弧的控制，本文仅给出电弧控制的流程，如图3所示。电弧控制难的主要原因在于电弧燃烧时其间距较小，容易受到外界干扰，引起控制器的震荡。在换棒过程中，容易出现断弧现象，针对电弧燃烧时阴极和阳极燃烧速度不同设计了以下控制程序（阳极燃烧速度远远大于阴极）
1 引言
可编程序控制器，简称PLC，是在计算机技术、控制技术、通信技术日新月异发展基础上诞生的新产品，以其结构小巧、运行速度快、灵活性强、可靠性高、抗干扰能力强、开发周期短等优点在工业控制领域内应用十分广泛。PLC与上位机通信组成的自动控制系统已成为工控界的一种通用模式。
本文将介绍PLC在我国广电行业中的应用。广播发射台在播音过程中，发射机需要倒换播音天线，靠摇柄或简单的电动装置实现开关的切换，不仅效率低、消耗人力，容易产生错误操作。基于PLC控制的天线自动切换系统，可根据切换指令自动倒换天线，提高了效率，减少了人为失误，实现了“有人留守，无人值班”的切换自动化，开创了我国广播发射台全自动切换开关的历史。
2 天线开关自动切换系统功能及优越性
本自动控制系统可根据运行图自动进行开关切换；也可根据需要，随时按任务要求变更天线交换方案，即临时播音；可监测发射机的高压状态、开关状态和天线的使用情况。本系统具有良好的联锁保护功能，确保发射机有高压通过开关时不能交换。自动控制系统还具有备用的手动交换功能，在自动系统均故障的情况下，可以利用手动操作系统进行切换。手动操作也可供检修和维护自动控制系统时使用。如有必要，可进行双机（PLC）热备份，假如正在运行的系统故障，可自动切换到备用系统。
计算机自动控制的人机交互界面，具有运行图添加、修改、下载功能；添加临时播音功能；查看和打印操作日志功能；时间校正功能；用户管理等功能界面。
本自动控制系统具有实时性、交互性，操作方法简单，便于管理。真正实现了天线开关的自动切换；无需值班员操作，避免了人为操作导致的失误。系统采用PLC控制，脱离上位机监控界面，仍可按照PLC预先存储的程序执行控制任务，系统具有高可靠性、安全性；双电源供电系统，使运行更加安全可靠。
3 自动控制系统的实现
（1）自动控制系统下位机采用OMRON公司CXP系列的PLC进行控制和采样；上位机采用VB编写人机交互界面，并利用RS-422实现上下位机之间的串行通讯，实现人机对话、操作及显示。其中，手动操作系统采用波段选择开关，在控制柜面板上对相应的交换开关进行手动选择，通过继电器控制交换开关动作。
（2）交换开关电机供电执行系统采用可靠的交流接触器由上述自动或手动控制系统进行控制，提供交换开关电机的电源。
4 系统示意图（图1所示）
图一
4.1 硬件电路控制原理图（控制三个1＊3开关）
4.2 PLC输入模块、输出模块点数的分配
5 自动控制电路的原理
本原理图控制三个户外1＊3开关，每个开关可向左向、主向和右向三个方向的天线网络切换。我们结合电路原理图，以控制开关K1为例，参看图2
（a），当控制柜上的波段开关SWITCH打到自动档时，给PLC一个DC+24V的自动操作的证实信号，AUTO继电器线包得电。AUTO的常开结点5，9闭合。K1I、K1II、K1III分别代表1＊3开关K1到达左向、主向和右向的三个方向的微动开关。它们的常闭触点c，a到位时断开。
假如，目前三个开关处于左向位置，要求它们转到主向位置，PLC给出向主向转动的信号，参看图3，PLC输出模块的1点输出低电平，自动转向主向的线包AM得电，图2（a）中AM1的常开触点5，9闭合，K1在没到达主向时，主向的微动开关K1II的常闭触点c，a一直处于闭合状态，那么，图2（a）中，控制K1开关电机得电的KM1继电器线包得电，图2（b）中KM1的常开触点6，10和7，11闭合。PLC的输出模块的4点输出低电平，电机电源信号继电器线包KPC得电，其触点5，9闭合，AC220V空开CB1闭合，触点1，2和3，4闭合。此时交流接触器KMO线包得电，其常开触点T1，L1和T2，L2闭合，KMO的常开触点T3，L3起自保作用。延时断开时间继电器D1开始计时（根据要求设定为3分钟）。开关1的电机M1得电（电机电源为交流220V，单向转动），开始转动，在规定的3分钟内，转到主向位置后，从K1主向的微动开关取到位信号送给到位继电器线包K1M，K1M的常闭触点6，10闭合，送给PLC的输入模块1点一个K1主向到位的状态信号。开关1上的微动开关的常闭触点c，a断开，继电器KM1线包失电，触点6，10和7，11断开，电机失电，停止转动。同理，可向主向、右向转。开关K2，和开关K3的转动原理类似K1。
实际的控制信号将由PLC根据运行图由程序判断得出，这样就实现了开关按时间顺序进行自动切换的功能。
图二 （a）硬件电路控制原理图
图二 （b）硬件电路控制原理图
6 PLC梯形图程序流程（见图4）
图四 PLC梯形图程序流程
7 实际应用结果与分析
（1）在初的理论方案设计中，考虑到本套控制系统的控制机构和执行机构相距较远（约2公里），设计使用AC220V的控制信号，但实际应用时，在40＊1.5电缆各芯线中产生很强的感应电压，越到芯线感应电压越大，后经过实验论证、改进，用DC24V控制信号（本原理图中已表示出），到达执行机构衰减不大，达到控制电压要求。
（2）此套控制系统的硬件电源部分在于以往开始的几套天线控制系统中，是利用分立元器件变压整流的方式得到DC24V的控制电源，但经过在几套控制系统的应用中发现，整流桥容易烧毁，变压器和电容也会出现问题，给检修和调试带来很dama烦，直接利用开关电源由输入机柜的外电得到DC+24V的电源供控制和显示之用，经实际使用验证开关电源体积小，功耗小，效率高，可靠安全。
（3）系统已经用于云南某广播发射台，机房中有两部功率为600kW中波发射机，发射频率范围约535～1605KHz，系统的控制机柜也安放在机房中，运行一年半以来没、有因高频干扰出现误动作方面的问题。由于天气炎热，潮湿等原因曾更换过显示器一台，但显示界面故障不会影响PLC中程序的执行，体现了此套系统得可靠性。
（4）此套控制系统的应用，避免了机房工作人员在远离机房到2公里外的天线场地手摇开关的工作；按时间顺序切换发射方向，做到了准确无误，未出现因开关控制系统故障停播的情况，大大提高了工作效率，节省了人力、物力。
事实证明，用PLC采集数据和执行控制任务与用其它方式相比，抗干扰性强，性能稳定，操作方便，控制可靠，达到了较高的自动化水平。特别是，近年来，新型PLC的数据存储区容量不断增大，采集与存储的数据量可以很大，加之PLC本身的一系列优点，使得PLC在广电自动化系统中的应用越来越广泛。
8 天线开关自动切换系统的发展方向
随着我国广电发射机房自动化发展，只在台内进行开关状态监控已经不能满足广电业自动化、系统化、网络化的要求，为了更好地实现广电局对各广播发射台内部信息的共享，做出及时的调度与决策，需要通过与网络技术相结合，以高效、可靠的方式实现广电局内部数据利用的大化，使总局能够对发射过程进行实时监控，并且对所发生的意外情况及时进行处理。通过网路对发射台进行监测，可实现智能监测发射信号，提高监测的准确性、可靠性，有效地预防非法信号的干扰，保证安全播出，减少发射台停播和劣播情况，确保安全优质播出。实现对开关自动控制系统远程监控成为目前发展的必然趋势，今后将完善系统的远程监控部分的内容。
发射机自动化系统日益完善，天线开关的自动控制系统需要与之建立实时的数据联系，那么，如何将开关的自动控制系统和发射机的自动控制系统结合起来，形成嵌入式控制系统，将给远程监控带来极大的方便，将两套系统结合，也将成为今后广播发射台自动控制系统发展的主要方向。
9 结束语
本文介绍了PLC开关切换系统自动控制的主要部分。此套系统根据运行图按时间顺序自动执行开关切换，高效、准确，给广播发射台的工作提供了很大方便。该自动控制系统投入实际运行使用以来，抗干扰性强，性能稳定，操作方便，控制可靠，达到了较高的自动化水平。
PLC由于具有程序设计简单，改变程序灵活，通用性好，控制可靠，能在恶劣的环境中长期工作，节约能源等特点，已成为工业自动化领域中发展速度极快的通用控制装置，在未来的发展中，必将起到越来越重要的作用。