6AV2123-2GA03-0AX0安装调试

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浔之漫智控技术(上海)有限公司

6AV2123-2GA03-0AX0安装调试

 以台达PLC和触摸屏为控制,通过与变频器、传感器和电磁阀构成、、的控制系统,用 PLC实现对电磁阀及变频器的控制,利用触摸屏对工作过程进行实时监视、数据分析及故障监控,使HXFA368型条并卷联合机具有自动化水平和生产等特点。

1 引言

HXFA368型条并卷联合机在纺纱的整个过程中是个瓶颈环节,一旦出现问题,后边整个生产过程就无法进行,所以要求设备控制系统稳定、性能、使用方便和自动化程度高等特点。该控制系统将可编程序控制器(PLC)运算速度高、指令丰富、功能强大、性高和抗干扰能力强等特点与触摸屏操作简单、功能强大、界面友好直观的特点结合在一起使用,使该系统具有很好的人机交互功能,在生产应用中很好的效果。

2 工艺流程及硬件结构设计

HXFA368条并卷联合机主要由成卷部分、牵伸部分、电气控制柜组成,结构简洁紧凑,在纺织备中起着承上启下的作用,其部分工作流程见图1:

系统采用中达电通公司DVP-60ES00R主机和DVP32XP(扩展模块)系列可编程控制器作为控制单元,输入点数52点,输出点数40点,共计92点。操作显示单元选用中达电通公司DOP-AE10THTD65536系列触摸屏,电机驱动选用中达电通公司VFD110B43A系列变频器控制。

在设备上共安装48个传感器和8个限位开关,其主要作用是负责各动作的定位、棉条有无的检测和脉冲信号的采样,传感器的输出信号都为开关量,以常开或常闭触点接入控制器的输入端子,选用24v直流电磁阀,直接用PLC的各输出点驱动电磁阀。设备通过一个电机和10个气缸完成系统机电气一体化控制,达到了设备的工艺要求。

3 系统软件设计

系统设计软件流程图如图2所示。

3.1系统初始化

每套控制程序初始化都是必需的,每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化,主要对在程序中使用的各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置,同时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。

3.2工作程序

工作程序由通信程序、计数程序和步进程序等组成,下面对各部分进行陈述。

通信程序采用MODBUS通信协议来完成PLC与变频器之间数据的传输,MODBUS通信协议指令如下:

设备运行速度经计算转化成频率,系统软件通过MODWD指令将转化后的频率写入变频器地址,后由变频器驱动变频电机运转来拖动设备运行,另外通过MODRD指令读取变频器的运行状态(温度、频率、电流)数据,通过触摸屏显示出来,以便用户对变频器运行状态的查询,通过变频器温度、频率、电流等数据判断变频器及设备运行是否正常,及时对设备进行维护,达到生产。

计数程序主要是对计数传感器采集的脉冲信号进行处理,通过高速计数器C235来记录脉冲信号,每经过一个计数周期后就将C235所记录的脉冲信号数进行计算,转化成棉网的长度,经过几个计数周期,采集的脉冲数经累计后到达了用户设置长度,电机停止运行,完成其他一些列动作。

由于该设备在运行过程中执行动作比较多,所以在程序设计时采用了步进指令来完成这些动作,一个步进指令执行三个任务:

1、驱动输出线圈

2、转移条件

3、步进点的控制权要转移给那一个步进点。

下面是设备控制程序部分步进指令

控制动作程序利用步进指令编写使得程序思路明确、条理清晰,在相关的动作互锁上容易处理,设备系统调试时也容易查错。


根据设备工艺要求控制程序具有停止、自动、调试三个工作状态,当设备被在停止状态时,除了通信程序外,其余程序都被禁止运行。当设备被在调试状态下时,PLC只能运行通信程序和调试程序,此时,通过触摸屏可以对设备动作进行单步执行,同时,当设备出现故障时,可以在调试状态下进行故障排除。当设备被在自动工作状态时,按下启动按钮,设备将按图1流程图所示进行工作。

3.3人机界面

控制柜上人机界面可使过程可视化,智能化,方便系统调试,增强系统故障之后的恢复能力,改善系统的可维护性,降低运行成本。

根据画面显示信息量采用十八个画面,各画面之间通过触摸键进行切换,同时触摸屏上各类组件的内存单元和与PLC中数据存储区的的单元相关联,构成系统整体监控。根据设备工艺要求设计了参数设定、系统调试、故障信息查询参数设定等画面。

参数设定画面主要是为了给现场操作人员进行设备工艺参数调节使用的,根据棉纺工艺的不同,对棉卷大小进行调节,设备运行速度调节,棉卷滚出停止位置调节,动作的快慢进行调节等。系统调试画面是为设备调试和故障排除而设计的,通过此画面的24个按钮,可以对动作流程图中的每个动作进行单步执行来进行故障排除和设备调试。故障信息查询画面提供了故障报警和历史数据查找功能,一旦系统发生故障,屏上主画面出现故障原因,点击信息查询按钮故障报警画面分析报警原因,触摸屏提供了一个十分灵活和友好的窗口,方便现场人员的使用,增强了系统的可操作性。

在对DOP-AE10THTD65536触摸屏进行组态设计开发过程中,运用宏指令对控制程序进行了保护,防止用户对控制程序私自修改,造成事故发生,以下是部分宏指令:

$133 = (1@D1003) 将控制程序内存校验和送给触摸屏内部存储器$133

IF $133 != 13877(DW) 将控制程序大小与原始控制程序内存校验和做对比

CLRB (1@M1072) 禁止PLC运行

ENDIF

该段宏指令禁止了用户对PLC控制程序的随意修改,提高了设备的性。


标记P、I 

标记P、I用于分支与中断。 

分支用的标记(P)用于条件跳转或子程序的跳转目标。 

中断用的标记(I)用于输入中断、定时中断。 标记 P 通常用于流程中,一般与 CJ(条件跳转) 、CALL(子程序调用)等指令配合

使用。 

XC系列信捷PLC的标记P、I全部以十进制来进行编号,各系列信捷PLC的编号请参见对应表格: 当线圈 X0接通时, 跳转到 P1标记

的后一步; 

当线圈 X0 未接通时,不执行跳转动作,仍然按照原步骤执行。 

当线圈 X0 接通时,由主程序跳转到子程序; 当线圈 X0 未接通时,仍然执行主程序。 

 

 

当子程序执行完毕后,返回主程序,继续执行下面的程序。 


标记 I 一般用于中断功能,包括外部中断、定时中断等场合,通常与 IRET(中断返回) 、EI(允许中断) 、DI(禁止中断)等指令配合使用。 

l    外部中断 

ÿ  接收来自特定的输入端子的输入信号,不受扫描周期的影响。 触发输入信号,执行中断子程序。 

ÿ  通过外部中断可处理比扫描的信号, 因而可在顺控过程中作为必要的处理或短时脉冲处理控制中使用。 

l    定时中断 

ÿ  在各的中断循环时间执行中断子程序。在需要有别于信捷PLC的运算周期的循环中断处理控制中使用。 


 

l  输入输出继电器的动作时序和响应滞后 

ÿ  输入处理 

可编程控制器在执行程序之前,将可编程控制器的所有输入端子的 ON/OFF 状态读入输入映像区。在执行程序的过程中,即使输入变化,输入映像区的内容也不变化,而在下一个扫描周期的输入处理时,读入该变化。 

ÿ  信捷PLC的输出处理 

一旦所有指令执行结束,将输出 Y 的映像存储区的 ON/OFF 状态传至输出锁存存储区,这成为了可编程控制器的实际输出。国产PLC信捷XC可编程控制器内的外部输出用触点,按照输出用软元件的响应滞后时间动作。 

 

采用这种成批输入输出方式时, 输入滤波器和输出软元件的驱动时间及运算周期也会出现响应滞后的情况。 

 

l  不接受宽度窄的输入脉冲信号 

可编程控制器输入的  ON/OFF 的时间宽度应比可编程控制器的循环时间长。若考虑输入滤波器的响应滞后为10ms,循环时间为 10ms,则 ON/OFF的时间分别需要 20 ms。 因此,不能处理 1,000/(20+20)=25Hz 以上的输入脉冲。但是,若采用可编程控制器的特殊功能与应用指令,可改进这方面的情况。  l  二重输出(双线圈)的动作 


如左图所示,请考虑在多处使用同一个线圈 Y003的情况: 例如,取X001=ON,X002=OFF 

初的由于 X001 的 ON,其映像区为N,输出 Y004 也为ON。 但是,二次的 Y003,由于输入 X002为 OFF,因此,其映像存储区被改为OFF。 因此,实际的外部输出为 Y003=OFF, Y004= ON。 


据此可知, 信捷PLC在执行二重输出时 (使用双线圈) ,后侧的动作。 


1 搅拌系统各物料的控制方式

1.1固体物料A的给料控制方式与计量

1.1.1 物料A 的给料量控制

物料A 是一种粒度比较小的固体状物料, 在给料时要求给料控制设备能够根据用料量的大小来适时调节。给料电机1M要求通过变频调速适时改变喂料量的大小。

变频调速的原理: 变频器的功用是将频率固定的(通常为50H z) 交流电(三相或单相) 变成频率连续可调(多数为0~ 400 H z) 的三相交流电。

通常电机的同步转速由下式表示:

n0 = 60f /p ( 1)

式中 n0 ----转速, 通常称为同步转速;

f ----电流的频率;

p---- 旋转磁场的磁对数。

当频率连续可调时(一般p 为定数) , 电动机的同步转速也连续可调。又电动机的转子转速总是比同步转速略低一些, 所以, 当同步转速连续可调时, 异步电动机因为异步转子的转速也是连续可调的。变频器就是通过改变电流的频率来使电动机调速的。

1.1.2 物料A的计量方式

采用压力传感器组成的电子皮带秤的计量方式进行物料A 的计量。

电子皮带秤是一种连续输送松散物料进行自动称量的仪表, 在我国各行各业得到了广泛的应用。当皮带输送物料时, 称量段上的物料重量通过皮带秤量拖辊载台作用于称重传感器, 称重传感器将重量转换成电信号(mV级), 送入运算器, 经过放大、滤波、A /D 转换变换成数字信号。装在回程皮带上的测速传感器把皮带运行的速度信号转换成脉冲信号, 送入运算器。运算器将两个信号进行积分运算, 从而得出物料的重量累计值并显示。运算器的计算方法一般有积分法和累加法两种数学模式。

1.1.3 给料与计量的配合控制

当物料A 下料落到电子皮带秤上时, 通过给电子皮带秤上的压力传感器确定一个物料量数值,然后通过物料下落到电子皮带秤上称得的数据与给定数值进行比较得到一个给料信号, 然后将这个给料信号传送到PLC 的A /D 模拟量模块中, 通过PLC 的D /A 模拟量模块来给给料电机1M 上的变频器一个控制信号, 通过这个控制信号来调节1M 电机的转速, 从而控制物料A 的给料的大小。后由电子皮带秤将物料A 输送到搅拌器中。

1.2 液体进料量的控制方式与计量

1.2.1 物料B的给定量控制

物料B是一种液体状物料(如水) , 在给料时要求给料控制设备能够根据用料量的多少适时地调节。对给料电机2M要求其可通过调节正反转方式来适时地改变调节阀开度的大小, 以改变物料B(水)给予的多少。

利用电动调节阀来控制液体给量的装置。由检测液位的传感器将检测到的液位变化信号(电感量的变化信号) , 经交流电桥转换成交流电信号, 再经过检波、比较、调零、PI放大后, 成为一个线性的液位信号。此信号与水位给定信号、阀位反馈信号进行比较, 经比例运算后输出一个三位电信号(开- 停- 关), 控制电调阀上的执行器。

1.2.2 物料B的计量

常用的液体物料的计量方式有以下几种: 电磁流量计、计量泵、涡街流量计。鉴于电磁流量计的众多优点, 这里笔者选择电磁流量计作为物料B的计量方式。

1.2.3 给料与计量的配合控制

打开电磁阀, 原料B 开始进料到搅拌机中,其料量的多少通过电磁流量计中的流量传感器Q来测量。在测量时通过给流量传感器一个给定值(给定值由物料A 和物料B 的比例来定)和测量值进行比较, 将比较的结果传输到PLC 的A /D 模拟量模块中去, 再通过PLC 的D /A 模拟量模块将控制信号( 4~ 20 mA 电流信号)传到电动调节阀中,通过控制信号来控制电动调节阀中的伺服电机正反转以调节电动调节阀的开度, 从而达到控制物料B的进量大小。

1.3 混合设备的控制

搅拌装置中的混合装置是通过一个恒速的三相鼠笼式电机3M 来带动的。物料A 和物料B 通过这一装置达到混合均匀。

1.4 所用电气设备的确定和选择

( 1) 1M 电机采用变频调速的异步电机。选用的型号: VS - 616G5型号的变频器、BPY 系列三相交流变频调速异步电动机。

( 2) 电动调节阀选用的型号: ZDSN 型电子式电动双座调节阀。

( 3) 3M 电机选用的型号: YLZ 系列三相鼠笼异步电动机。

( 4) 电子皮带秤选用的型号: BMC 系列电子皮带秤。

( 5) 电磁流量计选用的型号: LD 系列智能电磁流量计。

( 6) 电磁阀选用的型号: K35HD2- 35系列电磁阀K 35HD 型号。

2 控制方案的确定

2.1 工艺流程的分析

( 1) 根据混合物料A 和物料B 的比例给电子皮带秤中的称重传感器和电磁流量计一个给料信号。

( 2) 接通各个电气设备的电源后, 电气设备开始工作, 其中搅拌电机一直带动搅拌器工作。

( 3) 物料A 输送到变频调速电机M1所带动的传送带上, 通过M1带动的传送带把物料A 送到带有称重传感器P的电子皮带称上, 然后由带有恒速电机的电子皮带秤将物料A 输送到搅拌器中去。

( 4) 变频调速电机M1的转速大小由电子皮带秤所带的称重传感器所反馈的4~ 20 mA 电流信号通过PLC 中的A /D和D /A 模块把反馈信号传送到变频器中去, 通过这一反馈信号让变频器来调节M 1电机的转速, 以达到调节物料A 的给料量的目的。

( 5) 在输送物料A 的同时打开电磁阀, 物料B开始向搅拌器中输送。

( 6) 通过电磁流量计带有的流量传感器Q 与给定值比较向PLC 反馈一个4 ~ 20 mA 的电流信号, 通过PLC中的A /D和D /A 模块把信号传送到带有伺服电机M3的电动调节阀中, 通过这一信号控制伺服电机转动来调节电动调节阀的开度, 以达到调节物料B 进料大小的目的。

( 7) 将物料A 和物料B 输送到搅拌器中后对其进行搅拌。

2.2 控制流程

控制过程电气设备的启动顺序为: 启动搅拌电机M4; 然后打开电磁阀, 接通物料A 的输送电机M1、电子皮带秤、电动调节阀、电磁流量计及PLC 的电源。

通过电子皮带秤和电磁流量计的反馈信号适时地调节M 1电机和电动调节阀, 以控制物料A 和物料B 的输送量。

3 硬件设计

3.1 PLC 的选定

根据系统的要求, 保证操作人员的现场控制能力, 设计“ 手动” 和“自动”两种控制方式, 并用一个方式转换开关供控制方式转换。本次选用S7- 200 CPU224 PLC, 研制了一套符合搅拌系统生产工艺要求的PLC 控制装置。充分利用PLC 本身资源, 大大减少设备故障率和设备的占地面积,充分发挥系统的。

3.2 I /O 地址分配表

按系统的要求, 系统控制开关按钮包括手动/自动转换开关、急停按钮、手动下料和输送开关、复位按钮等。为便于整个工艺流程操作管理的集中, 在自动控制时, 设计了既可在现场进行近地“启动”与“ 停止”的方式, 也可远地进行“启动”与“停止”, 共有4个按钮。此外, 还包括手动送料A、手动送料B、手动搅拌等输入信号、系统输入共8个输入端子。系统输出包括下料阀、调节阀、变频电机等共7 个输出端子。因此选用S7- 200 CPU224 PLC, 本机共有14 输入/10输出端子, 考虑以后技术升级或者扩展需要, 同时还需要增加A /D、D /A 转换模块, 为此选用的EM231是4模拟量输入模块, EM232是2模拟量输出模块。根据控制方案及设备要求, 建立所有现场控制元件与PLC编程元件的地址分配表。

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关键词:可编程控制器;声波探伤;控制系统;串口通信

1 引言

随着社会生产和发展的需要,无缝钢管广泛地应用在化工、电力、机械液压等行业。人们对无缝钢管的质量要求很高,除了满足材料性能外,对无缝钢管的表面及内部质量均有较高的要求。然而,在无缝钢管的制造过程中,往往由于钢管材料中夹渣与材料疏松,使成型后的钢管表面与内部出现裂纹或折叠等缺陷,从而形成隐患。为此,提出了无缝钢管声波探伤的方法。本文将介绍声波探伤中PLC 控制系统的应用,并深入探讨PLC 和上位机的通讯。

该PLC 控制系统是将工控机作为上位机,PLC 作为下位机,控制探伤主机,采用四象限可逆制动调速器,控制钢管螺旋送进速度和方向。上位机和下位机通过CP5611 卡进行串口通讯。经实际生产运行证明,该声波探伤系统中的PLC 控制方案运行稳定,满足要求。

2 系统硬件设计

厚壁钢管声波探伤系统由上料单元、探伤主机、下料分选单元、声波检测单元、控制单元五部分组成。探伤主机由探头、位置调整装置、定心装置、压紧装置、水耦合装置等组成。

一般采用探头静止、钢管螺旋前进,水耦合的方式对钢管进行探伤。探头发射的脉冲纵波,经水耦合,在管内产生折射横波,遇缺陷返回到探头。经声波检测单元判别比较,钢管送入区(下料),否则送入次品区(分选)。

根据声波探伤系统的功能、I/O 点数、存储容量、输出负载的特点,选用西门子S7-224(AC/DC/继电器)。总体结构控制图,如图1 所示。

PLC 是整个控制系统的部件,它主要接受外部传感器和按钮信号、执行用户程序和实时检测运行状态,并将运行运行状态反馈给工控机;当钢管有缺陷时,工控机反馈给PLC,驱动声光报警和喷标程序。

3 系统软件设计

控制部分程序主要包括上料、压轮、滚道、检测、下料和分选各段程序。软件控制流程图,如图2 所示。

(1)上料功能程序当整个声波探伤系统启动时,程序控制上料机构拨动一根钢管到上料滚道内,实现自动上料。上料时,声波系统处于自动探伤,并且滚道正向转动。

(2)下料、分选功能程序当一根钢管探伤结束后,根据工控机反馈回的信号,将有伤的钢管进行分选处理,无伤的钢管进行下料处理。当钢管处于下料或分选状态时,系统处于自动探伤状态,滚道正向转动。钢管下料或分选后,若所有接近开关没有感应信号,则滚道电机停止,否则,进行下一根钢管的检测。

(3)检测处理程序钢管进入检测区时,水耦合泵喷水,声波探伤开始。经声波检测系统对探头反馈回的波形进行比较,若过标准,则工控机反馈给PLC,启动声光报警程序,且对钢管有伤部位进行标伤,同时在工控机内进行数据保存和生成报表。

(4)滚道控制程序声波系统处于自动检测状态时,滚道只能正向转动。当声波探伤系统处于调试时,钢管可以反向转动,也可以点动,即按点动按钮时,实验中设定钢管前进或后退2 个毫米。

本控制系统主要实现全自动功能,钢管检测、监控、数据保存和报表输出一体化操作。当PLC 调试检修时,可以通过工控机远程控制PLC 动作,也可以进行手动操作。

4 PLC 和上位机的通讯

工控机和PLC 通讯有两种方式,一种是由上位机向PLC 发送指令,另外一种是PLC 向上位机发送初始化指令。为保证声波探伤系统探伤时PLC 与工控机之间数据传递的实时性和效率,在该声波探伤系统中采用种方式,即工控机为主机,PLC 为从站,只有主机才有权主动发送请求报文,从站收到后返回响应的报文。

本系统选用研祥的工控机,通过西门子S7-200 PLC 自带的RS485 串行通讯端口采用MPI 电缆与装有CP5611 通信卡的工控机连接实现与V4.0 STEP 7 MicroWIN 之间的PROFIBUS/MPI通讯连接,这样可以大大提高工控机与PLC 得通讯速度。

工控机采用Microsoft 公司的VC++6.0 作为编程语言,VC++6.0 和PLC 通讯主要完成的功能有建立通讯的连接、数据的采集和读取。

西门子公司提供了PRODAVE S7 软件包用户开发,软件包提供了大量的通讯函数,利用它们可以方便地解决了PC 与PLC 之间的通讯问题。采用PRODAVE 编程有如下优点:

(1)使用简单方便,编程人员不需要熟悉复杂的通讯协议,通过调用PRODAVE 提供的动态链接库(DLL)中的函数就可以实现通讯;

(2)上位机用通讯函数直接读写PLC 中的数据,用户不用编写PLC 一侧的通信程序;

(3) 如果使用PC/MPI 适配器或用于PC 的通讯处理器做通讯接口,它们同时还可以兼做编程软件和PLC 的通讯接口。

在系统运行过程中,系统通过调用PRODAVE 工具箱的函数,建立与PLC 的通讯连接,然后调用PRODAVE 工具箱的函数向下位机发送数据命令,通讯处理器CP5611 将读取的数据命令转发至PLC,CPU 响应将反馈回数据,数据通过CP5611 传送至上位机的存储器中。

上位机通过VC++6.0 调用PRODAVE 函数和PLC 建立连接的过程为:

① 动态链接库(DLL)的调用

PRODAVE 的动态链接库提供了大量的基于bbbbbbs 操作系统的DLL 函数,用于解决PLC 与PC 之间的数据交换和数据处理问题。PRODAVE 工具箱包含的两个动态链接库:w95_s7.dll 和Konfort.dll。将这两个函数拷贝到VC++编程所在的工作目录下。


② PC 对PLC 数据采集

PC 对下位机的数据采集主要分三步进行:通过load_tool 函数建立与PLC 的连接;传输数据:通过函数as200_e_field_read、as200_a_field_read、as200_m_field_read、as200_sm_field_read、as200_vs_field_read 分别对PLC 程序的输入、输出、标志位、特殊标志位、变量进行读操作,也可以通过函数as200_e_field_write、as200_a_field_write、as200_m_field_write、as200_sm_field_write、as200_vs_field_write 分别对PLC 程序的输入、输出、标志位、特殊标志位、变量进行写操作;unload_tool 命令关闭与PLC 的连接。数据读取流程图,如图3 所示。

通讯结束后,将上位机和PLC 的连接断开,否则将会引起上位机死机,或者造成上位机系统的异常。 声波探伤系统的界面,如图4 所示。

声波探伤程序与PLC 通信采用的是直接调用dll 动态链接库的方法,所以其接口访问点与PLC 程序上传与下载时的情况不同,应单设置。步骤如下:

(1)“开始”—“控制面板”—“设置PG/PC 接口”—“设置PG/PC 接口”对话框;

(2)“应用程序访问点”下拉列表中选择“Micro/WIN—PC/PPIcable(PPI)”,“已使用的接口参数分配”中选择“CP5611 PPI”,如图5 所示。设置“属性”时要注意接口的通信速率要与PLC 上的硬件通信速率保持一致。

5 结束语

本项目具有连续厚壁管探伤的功能。系统电气部分采用PLC 控制电机,操作简单,调节方便;该系统有良好的人机交互界面,性好,检测。该系统还具有声光报警和喷标标伤系统,便于用户识别。经过现场调试,各项功能基本能达到用户的要求,设备现已投入现场使用。




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