西门子模块6GK7243-1GX00-0XE0现货速发
1 引言
在现代控制系统中,随着现代化管理水平的不断提高，plc和组态软件的有效结合在煤矿生产领域中得到越来越广泛的应用[1]。
组态软件是面向监控与数据采集的软件平台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大。本系统组态软件采用intouch。该组态软件是美国wonderware公司factorysuite套装软件的一个主要组成部分，它为以工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视化工具，为制造信息系统集成了操作人员所需的各种信息，在食品加工、半导体、石油和天然气、汽车、化工、医药、纸浆和造纸、运输及公共设施等行业都有着广泛应用[2]。
2 系统的基本组成和原理
本系统选用schneider自动化公司的modicon tsx micro系列的tsx 37-10 型plc。i/o模块分别选用tsxdmz 28dt；tsx aez 802；tsx dsz08r5[3]。中间继电器选用欧姆龙24v直流继电器。上位机选用研华工控机。
基本原理框图如图1所示。
图1 基本原理框图
2.1 重力传感器
重力传感器放在主井的定量斗底部，承受定量斗的重量，工作原理为：将液体密封在重力传感器内，当定量斗装煤过程中重量增加时，液体压力也随之升高，压力传感器随液体压力的变化输出4-20ma的电流信号，经屏蔽电缆传送给plc的模数转换模块aez802，由plc处理数据并显示。
压力变送器与aez802输入端的连接如图2所示。
图2 压力变送器与aez802的连接
2.2 显示面板
显示面板由发光二极管，数码管等组成。用74ls373驱动发光二极管显示空仓和外围设备运行状态等，4511驱动数码管显示当前重量和累计提升次数等。
电路板上有地址线和数据线，连接到plc的28dt模块的晶体管输出点。部分电路原理图如图3所示，实际效果图如图4所示。
图3 部分电路原理图
图4 实际显示效果图
2.3 台式隔爆箱
隔爆箱可任意安放在便于观察的位置，控制信号和外部信号（压力传感器的电流信号，箕斗到位信号等）通过防爆箱腔内七芯接线柱与plc的i/o端子连接，显示部分用整体防爆玻璃制做。
3 通讯部分
3.1 计算机对plc编程的通讯
系统编程软件采用pl7micro软件，它提供了符合iec1131-3标准的指令表、梯形图和grafcet（顺序功能图）编程语言[4]。编程电缆选用usb接口的施耐德plc编程电缆tsxpcx3030，它带有主站/ 从站选择开关，可连接plc 的ter和aux 通信口，大通信距离可达2公里[3]。
3.2 上位机监控部分和plc之间的通讯
上位机和plc通讯模块选用sc-485来实现上位机的rs232接口到plc的rs485接口通讯规程之间的转换，以半双工方式工作,高传输速率为115.2kbps。plc通讯口加隔离保护模块bh485g来提高rs485网络系统的抗干扰能力、可靠性和安全性能，解决通讯口易损坏的问题。需要注意的是，因为plc做从机，ter通讯口的5，7两信号线要短接。485连接图如图5所示。
图5 485连接图
3.3 组态软件intouch与外界设备之间的通讯
图6 intouch与i/o设备通讯框架示意图
通过一个通讯接口——i/o服务器（i/oserver）来实现组态软件intouch与外界设备之间的通讯。i/o服务器可以理解为能和外界设备通讯的程序，intouch只要能和i/o服务器通讯，就可以达到和外界设备通讯的目的，如图6所示。这样做的好处是避开了硬件协议等繁琐的细节，让使用intouch进行二次开发的人员可以把精力放在控制和数据处理上，有效地提高工作效率。目前wonderware公司已经与多家第三方开发公司合作，提供了各种i/o服务器，支持目前主流的通信协议。而二者的通讯是两个应用程序之间的数据交换，intouch使用dde、fastdde、netdde以及wonderwaresuibbbink协议完成。在本系统中，使用的是modbus网络，需要安装modicon设备驱动程序mbe（modiconmodbus ethernet），进行简单的topics配置后（打开wonderware factorysuite->ioservers->modicon modbusethernet进行配置），在intouch中，增加标记名，设置i/o数据类型，并设置访问名、节点名、应用程序名、主题名和项目名，就可以实现和modbus网络上的设备通讯了[1]。
4 软件设计
4.1 plc程序
用指令表编写程序， 如图7所示。
图7 指令表程序示范图
整个程序采用模块化结构，各部分子模块分工明确，具有代码效率高，维护方便等特点。主程序模块包括：重量计算，参数设置选择，外围设备控制，工作方式选择和故障检测。子程序模块包括：手动方式，自动方式，故障显示，重量显示和参数设置。
为了减少随机干扰对采集数据的影响，软件上采用了数字滤波[4]。
该系统实现如下功能：
（1）实现自动和手动两种工作方式。
自动方式下（为了防止超载的情况，在自动方式下设有防二次装煤功能，即箕斗到位后只允许装煤一次，提升以后才允许向箕斗装煤。）定量斗空仓以后闸门自动关闭，并且给煤机自动给煤。满仓后自动停止给煤机。待提升箕斗到位后并且允许装煤的情况下自动打开闸门卸煤，卸完成后自动打点并且自动关闭闸门。按照以上闭锁关系依次重复以上过程。当超载时，声光报警并强制退出自动工作方式。自动方式子程序简要流程图如图8所示。
手动方式下，各设备不受闭锁关系的限制，可以任意启动和停止。
（2）显示功能。包括plc模块故障状态和压力变送器故障状态显示等。还有现场设备运行指示灯，如给煤机运行指示，闸门开闭指示，箕斗到位指示等。可显示定量斗满仓，空仓，超载的状态，并且在超载的情况下声光报警。实时显示每次的提升重量并累计提升次数和煤的总重量。每一班次换班时可以将数据清零以便记录每班的产量向调度室汇报。
图8 自动方式简要流程图
（3）设置参数。现场可以通过设置按扭设置所需要的定重，空仓，超载以及传感器量程等参数值，为保障参数的安全性还可以设置操作密码。
4.2 组态软件
intouch通过一个三部分命名约定来标志在服务器程序中的数据元素，这包括应用程序名，主题名和项目名。为了从另一个应用程序中获得数据，客户机程序（intouch）通过制定这三项打开到服务器程序的一个通道。在intouch中，上位机的数据主要分为内存型和i/o型。其中内存型数据为intouch程序内部定义的变量，可直接访问；i/o型数据的来源一般为其它计算机结点或本机运行的其它程序，这类数据由intouch通过netdde或dde方式获得[1]。每一个i/o型变量必须与一个访问名相联系，访问名相当于一个i/o地址，包含了与其他i/o数据源通讯的信息，这些信息包括结点名，应用程序名和主题名。监控画面如图9所示。
图9 监控画面
组态程序主要实现如下功能：
（1）显示井下隔爆箱显示面板的显示内容和当前时间。
（2）指示上位机和plc的通讯是否正常，plc主机和各个i/o模块是否正常。
（3）允许设置井下现场控制参数，为了保证安全性，需要输入密码。自动统计年产量，月产量，每班次的产量，提供准确的产量报告。
5 结束语
本系统已于2006年2月在沈阳煤业(集团)有限责任公司林盛煤矿投入使用，系统运行稳定可靠，减少了维护成本，满足现场的需求。具有如下优点：
（1）采用重力传感器测重，信号强度大、线性度好、易于后续处理，可承受较大的侧向负荷而有效减小测量误差。
（2）用plc控制，可靠性好、工作稳定、测重精度高，，提高了煤矿的生产安全性和经济效益。
（3）采用先进的intouch组态软件,具有友好的人机界面，直观且便于操作和监控。
（4）自动化程度高。设有自动和手动两种工作方式，既提高了工作效率也使设备维护更加方便。
1 引言
xa6132卧式铣床是对工件进行特定加工的一种高效率、自动化的专用加工设备。原有的控制电路为继电器、接触器控制，其触点多、线路复杂，使用多年后，故障率高、维修量大、维护不便、可靠性差、生产率低，并且不适应目前小批量、多品种、复杂零件的加工，为了充分利用机床，就需要对机床进行机电一体化改造。
2 设计思路
2.1 工艺要求
不变动原机床的控制操作，保留各按钮、交流接触器、行程开关、热继电器等。为保证安全起见，热继电器不接入plc输入端，而直接接在plc的输出端。
2.2 原机床的控制过程
主轴电机的控制：起动、停止、变速冲动；进给电机控制：圆工作台工作、工作台纵向进给、工作台横向及垂直进给、工作台快速移动、工作台变速冲动；冷却泵电机的起动控制；还有有关的保护、联锁控制：工作台的各运动方向的极限位置保护、各运动方向的联锁控制等。
2.3根据xa6132卧式铣床的继电器控制电路图，可知共有按钮6个，转换开关4个，限位开关6个，交流接触器4个，电磁离合器3个，中间继电器1个，合计输入点数16点，输出点数8点。总内存字数要求较少，选用西门子公司的s7-200系列的主控模块cpu226。
3 系统设计
3.1 系统硬件设计
3.1.1 编制i/o分配表(表1)
表1 i/o分配表
3.1.2 绘制i/o接线图(见图1)
图1 i/o接线图
3.2 系统软件设计
借助机床原有的继电器控制电路图，进行plc程序设计，绘制梯形图(见图2)。
图2 plc程序设计梯形图
4 调试过程
4.1 主轴电动机控制电路调试
先置开关sa4为正洗位（或反洗位），按动电动机起动按钮sb3（或sb4），输出端q0.0（或q0.1）指示灯亮，交流接触器km1（或km2）得电动作，m1电动机正转（反转）。
停车时，按动按钮sb1（或sb2），输出端q0.0（或q0.1）指示灯灭，km1（或km2）断电，q1.0端灯亮，yc1得电、m1电机制动停止。
在主轴上刀换刀前，将sa2扳到“接通”位置，此时输出只有yc1得电，主轴处于制动状态，不能旋转，确保人身安全，上刀结束后，再将sa2扳至“断开”位置，为主轴电动机起动作准备。
主轴变速冲动由sq5控制，通过主轴变速手柄冲动，可完成主轴停机时变速和旋转时变速。
4.2 进给拖动制电路调试（主轴起动后）
● 工作台纵向进给运动调试
纵向进给操作手柄扳向右侧，压下行程开关so1，km3线圈通电吸合，m2正向起动旋转，拖动工作台向右工作进给。
向右进给给结束，操作手柄回到中间位置，行程开关sq1不再受压，触头sq1断开，km3线圈断电释放，m2停转，工作台向右进给停止。
工作台向左工作进给与向右给相仿。
● 工作台向前与向下进给运动调试
将垂直与横向进给手柄扳到“向前”或“向下”位置，在机械挂挡的电气上压下的是行程sq3，km3线圈通电吸合，进给电机m2正向旋转，当向前（或向下）进给结束，操作手柄回到中间位置，行程开关sq3不再受压，触头sq3断开，km3线圈断电释放，m2停转，工作台向前（或向下）进给停止。
工作台向后与向上进给运动调试与工作台向前与向下进给运动调试相仿。
● 圆工作台的调试
把圆工作台转换开关sa3扳到“接通”位置。按下起动按钮sb3或sb4主轴电动机起动后接触器km3线圈通电吸合，进给电动机m2起动旋转，拖动圆工作台单向回转。
调试时要注意工作台各个方向的联锁，铣床工作时，只允许工作台一个方向运动。工作台变速冲动由sq6控制，主轴起动后，通过工作台变速手柄冲动，可完成工作台停机时变速，不允许工作台运行时变速。
● 进给方向快速移动调试
按下快速移动按钮sb5或sb6，yc2线圈断电，yc3线圈通电，工作台按原运动方向作快速移动，松开sb5或sb6，快速移动立即停止，仍以原进给速度进给，快速移动为点动控制。
5 结束语
通过一年多的使用，实践证明系统运行状况良好，可靠性提高，改进后的系统控制结构简单，不仅利用了旧有的设备，节约资源，还满足新生产工艺的需求，提高效率，创造更大的经济效益和社会效益。由于s7-200plc具有强大的通信功能，可以与其它智能设备联网通信，在今后的技术改造升级中，可根据需要联入工厂自动化网络中。