西门子6ES7223-1BH22-0XA8产品信息

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PLC在机械手控制中的应用

1 引言

本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了plc与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是s7-200plc和sh-2h057步进驱动器。

（1） s7-200

plc系列是西门子公司的可编程控制器，这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得s7-200plc可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的cpu类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。

1台s7-200 plc包括一个单独的s7-200 cpu，或者带有各种各样的可选扩展模块。s7-200cpu模块包括一个中央处理单元（cpu）、电源以及数字量i/o点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

cpu负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制;输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;电源向cpu 及其所连接的任何设备提供电力;通讯端口允许将s7-200 cpu同编程器或其他一些设备连起来;

状态信号灯显示了cpu 的工作模式（运行或停止），本机i/o的当前状态，以及检查出来的系统错误;

通过扩展模块可提供其通讯性能;

通过扩展模块可增加cpu的i/o点数（cpu 221不扩展）;

一些cpu有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;

l eeprom卡可以存储cpu程序，也可以将一个cpu中的程序送到另一个cpu中;

通过可选的插入式电池盒可延长ram中的数据存储时间;

最大i/o配置。

（2）sh-2h057驱动器输入信号共有三路，他们是：步进脉冲信号cp、方向电平信号dir、脱机电平信号free.他们在驱动器内部分别通过270ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为opto端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以opto端需接外部系统的vcc端，如果vcc是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15ma的驱动电流。

步进脉冲信号cp

步进脉冲信号cp用于控制步进电机的位置和速度，也就是说：驱动器每接受一个cp脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，cp脉冲的频率改变则同时是步进电机的速率改变，控制cp脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的cp信号为低电平有效，要求cp信号的驱动电流为8-15ma，对cp脉冲宽度也有一定要求，一般不小于5μs。

方向电平信号dir

方向电平信号dir用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机为一个转向;次端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的最后一个cp脉冲结束后以及下一个方向的第一个cp脉冲前发出。

脱机电平信号free

当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态（未施加cp脉冲时）或运行状态（施加cp脉冲），但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，这时可以用到此信号，此信号低电平有效，电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。

步进电机简介

sh-2h057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机（亦称感应子式），此驱动器一般驱动60号机座以下电机。电机的出线方式不同，与驱动器的连接也不同。本系统使用的电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器相连。见图1的机械手电机驱动模块原理图

PLC控制系统在电厂废水处理中的应用

4.2 在线监视、报警功能

对系统运行参数、水位状态、设备状态、各种越限报警信号，进行实时监测、处理、记录和显示。

（1） 工艺图的切换

plc和触摸屏的程序开发时，在触摸屏的屏幕上可以显示动态的工艺流程图和8个子界面，在这些界面上可以显示现场设备的运行状况、仪表检测数据，以及某些工艺参数的变化趋势、历史记录。操作人员可以直接在触摸屏上了解处理系统的运行状态，并且可以随时切换每个界面，调整工艺参数和对自控系统进行干预。

（2） 工作流程的自动监控

现场操作人员可在触摸屏上设置各项参数，操作水泵、设备，实现流程的监视、选择流程的启动和停止。另外，触摸屏程序组态了扇形图和柱状图显示流量和ph值数据，并将数据记录在历史趋势图中，以更直观地观测生产数据和分析运行过程。

（3） 越限报警

控制系统对生产中出现的负载故障和控制参数越限（如ph值超过上限）有声光报警功能，以引起操作人员注意，及时采取措施排除故障，从而使生产恢复正常。

4.3 报表功能

为将污水处理情况记录下来，可根据需要由操作人员通过触摸屏的打印输出功能，将里面的一些重要检测数据和历史趋势图打印出来。

PLC控制系统在电厂废水处理中的应用

3.2 软件构成

s7-200型plc的组态编程采用step7软件，该软件基于win32或以上版本，具有在pc上对s7-200控制系统进行常规配置、程序编辑、编译及反编译、监控和在线命令等功能。v606i型触摸屏的编程采用v-sft软件设计，这是hakko公司v6系列触摸屏用户画面的专用软件。它运行于bbbbbbs95/98/nt操作系统，仅需指定plc的型号，当向v6下载画面数据时，对应的plc通讯程序就会自动下载到v6中，因此两者之间的兼容不存在任何问题。

4 plc控制系统的功能

为提高处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，plc控制系统具有生产过程自动控制、在线监视、故障显示报警、生成报表等基本功能。

4.1 生产过程自动控制

本控制系统的检测仪表为多种类、在线连续，其中包括液位、流量、ph值的测量和控制。ph计测量的4～20ma信号和流量计的脉冲信号输入plc，经程序运算处理后传输至触摸屏监视和打印，并通过程序里的公式运算，分别输出高速脉冲和4～20ma信号至两个计量泵，进行污水的絮凝剂pac（聚合氯化铝）和pam（聚丙稀酰胺）的自动调节。检测仪表的控制信号（液位上下限）送至plc参与系统的逻辑控制。主要控制回路介绍如下：

含油废水一般是中性的，ph值在6～8之间，但当维修车间清洗时，废水将带有碱性，如果ph值超过9，将会对废水的絮凝效果产生影响，所以要加酸中和，将污水的ph值调节至6.5～7.5。另外，pac和pam的加入也必须按一定的顺序和比例，才能达到好的絮凝效果。

综上所述，影响污水处理效果的主要调节回路有污水加酸中ph值的控制和pac、pam加入量的控制，现分别加以详细说明。

（1） 污水的ph值调节

我们选用了一台台湾jenco公司生产的3675型工业式酸度/氧化还原测试仪对ph进行控制。这种控制器除实现ph值检测外，还具备两组开关控制输出（上下限报警）和ph值讯号输出（4~20ma）。我们可通过控制器设定ph值的上下限，将两组开关控制信号输出至plc，通过程序运算，输出信号，控制3＃计量泵的开停。另外，也可以通过触摸屏上设计的按钮，直接控制3＃计量泵，实现ph值的手动调节。ph值讯号（4~20ma）输出至plc，经程序换算为数值在触摸屏上显示。

（2） pac、pam加入量的控制

由于选用的是日本tacmina公司的pzi4型计量泵，它可以接收模拟量或脉冲量信号控制，因此，我们首先将涡轮流量计的脉冲信号输入plc，通过程序内高速计数器计算脉冲数和公式换算，得出pac、pam的加药量，再通过程序进行数模转换，由plc和扩展模块分别输出脉冲信号和模拟量信号来控制1＃、2＃计量泵，使pac、pam可以随着流量的连续变化而变化，从而使污水处理效果稳定、。另外，通过触摸屏可以设定相关参数，或通过界面上内置的高值、中值、低值三个按钮方便快捷地改变参数，还可以在触摸屏上直接输入加药量，对系统进行调控，实现加药量的手动调节。加药量经程序换算为数值在触摸屏上显示。

PLC在轧钢生产故障诊断中的应用研究

3　plc在故障诊断系统中的作用

故障诊断系统是典型的人机系统，根据系统中的信息流向和功能划分的结果［1］，基于操作站智能化的故障诊断系统，如图2所示。

系统的输入模块要完成轧钢生产设备故障检测信号、控制指令和专家知识的接收工作。处理模块要求能自动实现特征参数提取、控制指令代码转换的功能。专家知识的整理和表达由领域专家和系统专家协作完成。控制模块是故障诊断系统的核心，它根据控制指令，利用专家知识，完成从故障特征到故障原因的识别工作。控制模块的功能越完善，故障诊断系统的智能化程度越高。输出模块通过声光报置和人机界面，给出故障定位、预报和解释的结果。其中，人机界面还能提供排除故障的技术路线。实现信息源从输入模块到输出模块的全自动流向，减少人在其中的干预作用，是轧钢生产设备对其故障诊断系统的要求。采用plc的故障诊断系统，有助于实现故障诊断过程的自动化。

4　利用plc和操作站实现智能化诊断的方式

实现轧钢生产设备故障诊断的智能化，可充分利用专家知识，提高诊断效率，是故障诊断技术发展的一个重要方向。由于目前的plc产品不具备自动获取和存储专家知识的功能，所采用的编程语言无法完成控制层中的计算推理功能，因此，单纯采用plc的故障诊断系统的智能程度是相当有限的。为此，可利用网络技术和通讯技术，将plc和操作站联接成网络，互相取长补短，共同构成故障诊断的硬件系统。plc采用并行分布式结构，作下位机使用，操作站作为上位机，可完成plc的程序下装，实施对多台plc的管理，进行复杂的数据运算，建立数据库，存储专家知识，其输入输出设备可用作诊断过程的人机交互。plc与操作站通过两种方式联接成一个整体：一是通过plc的通讯口和操作站的通讯口进行联接，二是通过plc的输入输出端子与操作站上的开关量板和a/d板进行联接。其中，plc通过通讯口传递给上位机的故障信号多达2个或2个以上时，上位机要通过编码进行识别，而通过plc输出端子传递给上位机的故障信号，上位机要通过开关量板输入端子的地址来识别。plc输入端子可接受来自上位机的控制信号或故障信号。网络中的plc和操作站在故障诊断系统中各自扮演着不同的角色。通常情况下，故障诊断过程中复杂的逻辑判断、开关量故障信号的检测以及在严重故障状态下对设备进行的保护可交给plc完成，而复杂的数值计算和人机交互可在上位机上完成。

5 应用效果

整个车间自动化系统为二级控制系统，即设备控制级和信息管理级，设备控制级即一级系统为rmc200轧线控制系统，采用abb master piece系统，由10套abb master piece200/1过程站、3套master piece90过程站、和3台advant station 500系列操作站、1台vt340监控站及2台masteraid220编程器构成。各过程站之间的网络通讯采用master bus300（简称mb300），通过加热炉的过程站与二级信息管理级进行通讯。每一个mp200/1过程站通过一个dscs140通讯板连接到mb300网络上，通过mb300网络进行数据交换，通讯板上可以设定地址开关，据此来确定该节点在网络上的位置。对于mp200/1与打捆机mp90的通讯，通过rmc7系统中的通讯板dscs131连接至modem，打捆机上也分别装一modem和通讯板dscs131，由modem来实现远程通讯。在加热炉rmc1的mp200/1系统中，通过dscs150板与二级计算机系统ibm netifinity 5000 服务器通讯，二者通过gcom网络进行数据交换。下面以rmc2为例，简介实现轧钢生产设备故障诊断的智能化。

rmc2实际上包括三套plc:rmc2、rmc52、rmc62，rmc2主要完成的控制功能有：轧制程序表的设定及存储、炉前装料设备控制（包括热送和装冷坯两种情况）、炉前钢坯测长与称重、加热炉出口设备控制、粗轧机主传动控制、粗轧机微张力控制、6#剪子控制;rmc52主要完成的控制功能有：中轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、轧线模拟轧钢测试、中轧机组的活套扫描器控制;rmc62主要完成的控制功能有：精轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、精轧机组的活套扫描器控制。rmc2、rmc52、rmc62三者既需独立完成分配给自己的控制功能，又环环相扣，互相联锁制约着，若中轧机组的活套扫描器控制中有差错，轧钢控制系统无法正常运行，6#剪子立即碎断，防止轧线堆钢，同时，加热炉停止出钢，直至故障解除。

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