西门子模块6ES7341-1AH02-0AE0技术参数

西门子模块6ES7341-1AH02-0AE0技术参数

1 引言
磨床属于金属工件表面精密加工机床。磨床基本原理是用砂轮或油石（刃具）对零件表面做浅深度微量切削加工。磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。磨具旋转为主运动，工件或磨具的移动为进给运动。磨床加工精度高、表面粗糙度Ra值小。磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工淬火钢及其他不能加工的硬质材料如陶瓷与硬质合金等。
数控磨沟机属于磨床的一种，主要用于磨制丝锥钻头等硬质合金工具排屑槽，属于比较冷僻的专用机械加工设备，用量不大，生产厂家也比较少，以进口设备为主。由于数控磨沟机对控制系统的要求较高，难度也比较大，本项目研发几乎用到了艾默生CTEC20H型高速运动控制专用PLC的全部重要功能。
2 数控磨沟机概念设计
2.1系统需求分析
（1）工件进给分度控制。当加工工件进给时，分度轴旋转分度主要有两个工艺要求，一是在加工过程中不允许改变分度方向，只能单向旋转用以机械设备的反线误差；二是分度加工时对沟槽加工的顺序有特殊要求，而且刃数为偶数或奇数还有所不同。
偶数以一个8个刃数的铣为例，每个沟槽的加工顺序是1，5，2，6，3，7，4，8。即第一刃加工完成后，第一刃的起点与下一刃起点角度差为A，下一刃加工完成后这一刃的起点与后一刃的起点角度差为B，以此类推直到加工到最后一刃完成。
奇数以一个5个刃数的铣为例，每个沟槽的加工顺序是1，3，5，2，4。
（2）砂轮渐增量进给控制。工件在加工过程中，沟槽深度是逐渐变浅的一个过程。渐增量是指工件送进100mm时，砂轮提升的高度。
（3）砂轮修整补偿控制。砂轮修整是因加工工艺的需求，而将砂轮的横截面修整成所需要的形状，常用砂轮载面形状，有两直线一圆弧，一直线两圆弧，三圆弧，如图5所示。
2.2系统功能设计
（1）产品加工功能：送料轴用于控制产品的进给，旋转轴通过直线插补功能，实现与送料轴的同步旋转，用以生产出固定螺距和导程角的产品，砂轮进给轴通过电子齿轮功能，实现与进料轴固定比例的提升。
（2）修整砂轮功能：为了提高产品质量，不同的用户会将砂轮修整成不同的截面形状，该功能通过Y轴与Z轴的直线或圆弧插补实现该功能。
2.3系统概念设计
按自动化程度可分为三种机电组合自动化方案。
（1）纯液压控制型：PLC仅提供逻辑控制，产品的制作和砂轮的修整完全靠液压和机械进行。
（2）普通PLC+液压控制：PLC控制一个旋转轴(A轴)实现工件的分度功能，工件的进给和磨削等功能靠液压及机械完成。
（3）NC（数控加工中心）系统：例如采用三菱的NCE60系统，控制三个轴(X+Y+A)实现产品的制作，主要实现了工件的进给和工件分度功能，砂轮的修整完全靠液压系统完成，是目前自动化程度较高的解决方案之一。
3 艾默生CTEC20H解决方案
3.1原理设计
本项目应用艾默生CTEC20H型高速运动控制专用PLC实现X+Y+Z+A轴全轴伺服控制，实现的功能高于数控加工中心。项目增加了砂轮的修整和砂轮磨损补偿功能，也是该项目中难度最大的部分。基于艾默生CTEC20H型PLC解决方案的系统原理。
3.2电控系统设计
电控系统配置如图7所示：触摸屏HMI用于参数设定、设备状态显示等功能。伺服用于工作进给轴、旋转轴、砂轮进给轴、磨头轴的控制。永磁无刷电机用于控制磨头的转动。普通电机用于控制砂轮的转动。
3.3EC20H伺服控制设计
（1）各轴的单独控制：实现X、Y、Z、A各轴的手动控制功能，可以让用户单独控制各轴的运行。主要是用于对，手动调试等功能，使用DRVI指令实现该功能。
（2）插补功能：X轴与A轴：线性插补，用于实现产品的螺距和导程角度；螺距和导程角度是加工产品的两个重要技术参数，通过X轴与A轴的线性插补实现该功能。X轴以一定的速度前进，A轴通过涡轮涡杆实现工件的旋转，以一定的角速度旋转，这样就可实现工件按所设定的螺距和导程角度进行运行。
通过LIN指令实现该功能。
（3）X轴与Y轴：电子齿轮，用于实现磨沟深度的递减，在磨削过程中，磨沟深度是与进料长度成线性递减的；通过GEARBOX指令实现该功能。
（4）Y轴与Z轴：线性及圆弧插补，根据用户的要求，可以实现修整出不同截面形状
的砂轮；首先通过AUTO导入该截面形状，然后将对应的坐标用D元件替代，以便用户可以通过触摸屏进行设定。主要用到LIN和CCW指令。
（5）原点回归：该设备在初始上电时，要进行圆点回归，以实现设备开始运行时都会在一个同样的初始状态。同时，所有的坐标归零。使用DSZR指令实现该功能。
4 结束语
目前该项目的主要功能已经实现，和数控加工中心相比，增加了砂轮载形修整功能，显现出EC20H运行控制型PLC所具有的优异的技术特点。对于需要多轴插补功能的应用场合，基于艾默生CTPLC的机电一体化系统集成产品将表现出强大的技术优势。

1.引言
近年来，我国小型冷轧钢厂的发展速度较快。这些冷轧钢厂大多为乡镇民营企业，年产冷轧钢材在30万吨以内，生产过程中排放的酸洗废水主要为热轧钢材酸洗除锈过程中的余酸清洗废水，通常与少量的板卷表面处理过程中产生的含油碱性废水混合排放。综合废水污染物浓度高，呈暗棕色，含铁盐、油及表面活性物质酸雾净等，酸腐蚀性较强。由于普遍缺少污染治理措施，小型冷轧钢厂的排污问题给地方环保工作造成一定压力。
本文介绍江西某钢厂废酸水处理控制系统的设计与实现。众所周知，以PLC为主体的控制系统与单片机、牛顿数据采集模块相比，具有运行稳定可靠，控制功能强，网络化等优点，成为工业控制应用的主流。本工程采用欧姆龙公司的CPM2AH型小型可编程控制器，上位工控机组成控制系统。上位机监控制软件采用北京亚控科技发展有限公司的6.5“组态王”组态软件，实现对废酸水处理系统的过程监控及数据处理。
2.废酸水处理工艺
本工程对酸性废水处理采用石灰中和法，而废酸液由于含和亚铁，可以采用回收的工艺。由于废酸液的产出量较小，采用回收工艺的投资大，设备维修，回收产品质量不稳定。从投入产出比看，回收工艺投资大，运行成本高，回收产出低，经济性差，所以不采用。

3.废酸水处理控制系统的特点及控制指标
3.1 PH控制过程的特点
酸碱中和过程通常呈现严重非线性和滞后性，主要表现为PH值在中和点附近的增益很大，此时添加的中和剂略有变化，就能引起PH值较大幅度的变化，而当PH值远离中和点时的增益很小，PH值变化较缓慢，加入大量的中和剂才能使PH值上升或下降。加上处理过程一般在大容器和循环管路中进行,使得系统存在较大的时滞，给PH值控制不仅带来大困难，而且浪费大量中和剂，为此PH值被公认为最难的控制变量之一,
3.2 控制目标
一级中和反应，出口PH控制为：5～6；
中和反应，出口PH控制为：7～8；
最终废水排放的PH值控制在7～8，COD控制在150mg/L，废水排放指标符合国家污水综合排放二级标准。
4.控制系统的硬件设计
4.1 硬件结构
根据工艺要求，整个系统采用二级计算机控制方式，基础自动化级采用欧姆龙公司最新推出的CPM2AH系列PLC，实现各种工作泵的启、停和联锁控制；实现对PH值、石灰乳槽的液位进行控制。监控级为台湾研华生产的工业控制机，完成对系统的组态、监控、报警、制表等功能。
（1）系统检测点配置
4～20mA输入5点，4～20mA输出2点;继电器输入信号：30点，继电器输出信号：30点。
（2）监控级配置
监控级配置台湾研华工控机一台，运行标准的组态和软件， 以实现对系统的的组态与监测。运行环境为bbbbbbS2000，并配置打印机一台，交流稳压电源和UPS电源各一台。
（3）基础自动化级配置
基础自动化配置CPM2AH系列PLC一套，2个I/O扩展模块，北京宏拓 PC-7413板卡、PC-7423板卡各一块。运行I/O控制站软件，完成对I/O信号的采集以及各种工作泵的联锁和控制，由通讯电缆将各工位状态信号送往工控机，并接收监控的数据；

4.2 监控系统
监控系统完全实现了工艺提出的功能要求 ,可以实现“手动”和“自动”操作两种控制模式，其中“手动”又分为“现场操作”与“就地柜操作”两种手动控制，控制模式原理如图4所示，并且无论处在何种控制模式，都可对工艺参数越限进行报警。控制系统处于自动状态时，系统可根据操作人员设定的指令自动开、停提升泵，并且泵的开关具有顺序锁定作用，防止误操作，达到自动调节加石灰水量,更好地控制废酸水品质的目的。
上位机采用研华工控机，CPU为PIV2.4G、256Ｍ内存、80Ｇ硬盘、32Ｍ显存、19英寸大屏显示器。上位软件采用亚控6 .5版“组态王”256点运行态软件,负责废酸水处理系统监控界面显示、数据处理、保存、信息交流等。上位机通过Modbus协议与PLC的进行双向数据交流。上位机可读取PLC采集的泵的启停状态，可输出开关量控制信号给PLC。上位软件可对加药实行远程手动CRT操作及远程自动、就地手动的CRT全程监控。具有历史曲线、报表、报警等界面。其中：SB1～SBS1：手动模式时，中控室电气柜面板上的停止与启动按钮。
SB2～SBS2：手动模式时，现场机旁控制箱面板上的停止与启动按钮。
KM：接触器及接触器常开触点。
KA：中间继电器常开触点（自动控制时，由计算机控制中间继电器是否得电）。
4.3　PLC控制单元
PLC控制单元是自动控制的核心部分,采集加药计量泵、废水提升泵等泵的运行工作状态信号，同时上传到上位机。并实时执行上位机输出指令，控制泵的起、停。
5.控制系统的软件设计
5.1 软件功能描述
软件包括上位机的软件与下位机的软件。上位软件采用亚控6.5版“组态王”256点运行态软件,负责废酸水处理系统监控界面显示、数据处理、保存、信息交流等。在上位计算机中人机界面是以图形画面的方式显示控制系统平面图及工艺流程图，有动态的实时参数值显示，如水的流量、PH值等，实时显示各泵运行状和事故报警信息列表以及电气运行状态显示等可切换的动态画面，对工艺参数值做出实时趋势曲线和历史数据趋势曲线同时，组态王软件系统还可以与EXCEL、ACCESS等数据库管软件进行DDE通讯，将数据传送至数据库中，以备将来移植到他系统中供调度员分析比较，以便找出污水厂的最佳运行规律；并且可以自动生成生产报表（班、日、月），定时或根据需要进行打印，供生产管理之用；上位机通过Modbus协议,与PLC的进行双向数据交流。上位机可读取PLC采集的泵的启停状态,可输出开关量控制信号给PLC。上位机可对加药实行远程手动CRT操作及远程自动、就地手动的CRT全程监控。下位机主要是采集泵的启停状态，并且接收上位机的指令从而控制泵的启停。
上位机与下位机所用的开发工具如下所示：
上位机：操作系统：bbbbbbs 2000，开发工具：组态王6.5，
支持软件：Microsoft office2000。
下位机：开发工具：CX-programmer 3.10。
5.2 软件设计
上位机主要是利用了组态软件来构筑整个系统，具体实现不多描述，下面重点描述下位机（PLC）软件的设计。根据工艺流程的要求，在PLC中编制出符合现场运行规范的工艺控制程序，进行相应的自动调节和信息反馈，具体的控制依据及各工艺流程需要的设备简述如下：
（1）各相独立单元设备启动控制
•PAM制备单元：0108A设备加水、投加剂后启动搅拌机A按钮，搅拌约30分钟停止，起动0109A、B中的一台泵开始供药。此时0108B设备加水、投加剂后启动搅拌机B按钮，搅拌约30分钟停止，待0108A设备中的剂完毕后人工切换（阀门操作）到0108B设备供药。如此循环作业。0109A、B设备一台作业一台备用。
•压滤机单元：0112A、B设备的液压油泵起动，压紧滤框（约10分钟）此时0112A压滤机可以进料，由011A、B中的一台设备中供料，约1小时，人工切换（阀门操作）到0112B压滤机进料。0112A压滤机的液压油泵启动，集料斗闸门关闭，松开滤框，自动拉扳机启动，人工卸渣，约25分钟，0112A压滤机的液压油泵启动压紧滤框，准备下一回作业。运渣车到达时，集料斗闸门打开，振打电机启动，卸料完毕振打电机停，集料斗闸门关闭。0112A、B设备按此循环作业。
•石灰乳制备单元：0105A石灰消化器启动，0118A斗式提升机给料同时0114滤液泵向石灰消化器供水，当0106A设备液位到达要求时（上限报警），人工切换（阀门操作到0106B设备），当0106B设备液位到达要求时（上限报警）停0118A斗式提升机和0114滤液泵，此时消化器中剩余物料供至0106A设备，当0105A石灰消化器中无物料时停0105A、0117螺杆泵。0105B和0118B设备为备用设备。
（2）故障停车顺序
压滤机故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111
石灰乳制备单元故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111、0112
（3）PLC端口分配表

（4）PLC软件设计
PLC软件用欧姆龙公司的CX-programmer 3.10编程软件设计,梯形图编程,模块化结构,由一个主程序和多个子程序组成。主程序流程如图6所示。
6.结束语
本文从工程应用实际出发，基于组态软件的开发平台，采用常用的PLC作为控制器，实现了对大时滞、非线性、强干扰的污水处理的中和过程的控制。实际运行表明：该系统具有控制精度高、运行可靠、操作简单、抗干扰和适应能力强等特点，完全可以满足污水中PH值控制的工艺需要。创新点：采用了组态软件和PLC结合来对废酸水PH值的处理，系统简单、可靠！

计算机和网络技术飞速发展，引起了可编程控制器结构和性能变革，可编程控制器已经深深介入机械制造、电气控制以及生产过程控制等各个领域中。本文叙述可编程控制器压缩机联锁保护系统中应用，着重阐述了可编程控制器控制系统硬件和软件应用。
引言：
可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术新型、通用自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应性强等一系列优点。近年来，它工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。其紧凑设计、良好扩展性、低廉价格、强大指令以及较高可靠性和简便维护,近乎完美满足了小规模控制要求。压缩机组是动力核心，从避免事故和对机组保护角度考虑，对机组温度、压力、和防喘震等都设计了严密联锁程序，机组正常运转过程中，一旦有控制参数超标或有危害机组安全因素，控制系统都要联锁保护程序做出相应处理。PLC处理功能强大、扫描速度快，抗干扰能力强，机组联锁保护系统中到了广泛应用。本文以聚丙烯生产中制冷降温冰机为例介绍PLC连锁保护设计和应用。
一、联锁保护必要性和压缩机控制要求
联琐保护主要作用是当机组启停和运行过程中发生危及设备和人身安全故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，保证机组正常启停和安全运行。是对设备工作状态和机组运行参数严密监视，发生异常情况时，及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。当发生重大故障而危及机组设备时，停止机组（或某一部分）运行，避免事故进一步扩大。上述压缩机控制中，当温度高于70℃、入口压力低于1Mpa、机组润滑油压力低于0.5Mpa、出口压力高于9Mpa操作员按下紧急停车按扭时，PLC启动压缩机联锁保护程序，机组停止运行。
二、硬件配置
１、ＰＬＣ硬件
PLC选用西门子S7-300，S7-300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。冰机控制系统PLC硬件配置中，电源选用PS3075A电源模块，CPU选用标准型315-2DP。数字量输入模板选用SM321DI16x24VDC，数字量输出模板选用SM322DO8x24VDC/0.5A，模拟量输入模板选用SM331AI8×12位，模拟量输出模板选用SM332AO4×16位。
2、人机界面
操作界面上配置触摸屏。选用5.7″LCD显示屏，具有操作简单，显示直观特点，可直接触动屏幕进行操作。触摸屏内置通用端口，可串行通讯电缆直接与计算机及其它含有RS-232C端口设备相连。
本套生产线实际应用中，为人机界面设置了生产线运行状态显示、I/O监控、手动操作、设备自动运行指示及故障报警和报警帮助等多个画面，并应用了操作人员等级密码设定等功能。
三、软件设计
1、软件运行
用户写好程序并下载到PLC后，一旦开机运行，PLC就循环执行用户程序。
OB1是用于循环处理组织块（主程序），它可以调用别逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。起动完成后，不断循环调用OB1，OB1中可以调用其它逻辑块（FB,SFB,FC或SFC）。循环程序处理过程可以被某些事件中断。循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中输入址区和输出址区，访问CPU内部输入/输出过程映像区，批量输入、批量输出。
２、测量参数运算
PLC从传统继电器回路发展而来，最初PLC没有模拟量处理能力，PLC从开始就强调是逻辑运算能力。科技发展，控制技术突飞猛进，PLC发展到今天，已经全面移植到计算机系统控制上了，已经具备了强大模拟量处理能力。机组控制，前期PLC模拟量处理能力局限，大部分模拟量参数控制都采用开关，如压力开关、液位开关等。这些开关大部分是机械式，是设定器设定报警点，转换成数字量。这样往往控制精度相对较低，难免有误动作。PLC模拟量处理能力强大，模拟量处理模块产生，可以把测量变送器信号直接引入PLC处理模块，程序中写入联锁动作点。大大提高控制精度，减少了误动作。
上述机组控制，压缩机出口压力控制，压力变送器传输4-20mA信号直接引入模拟量输入模板SM331AI8×12。CPU只能以二进制形式处理模拟量，模拟量输入模块用于将模拟过程信号转化为数字形式，模拟量输出模块用于将数字输出之转化为模拟信号。模块硬件配置和软件设置中写入相应参数，就可以写入处理程序。本压缩机控制要求，压缩机出口压力变送器量程是0～10Mpa，出口压力超过8Mpa，PLC输出报警，蜂鸣器响，当出口压力达到9Mpa时，压缩机安全，就要打开泄压阀门，模拟量输入址为PIW256，PLC报警输出点址为Q2.0，泄压阀门控制输出址为Q2.1，程序如下：
压缩机温度也是压缩机联锁保护中很重要参数，温度测量，直接采用热电阻，把测量欧姆信号引入模拟量输入模板SM331AI8×12，设置好相应硬件参数后，写入联锁动作程序，上述压缩机控制，温度达到70℃，防止事故发生，则停止压缩机，温度输入点址为PIW260,压缩机停机控制址为Q2.2。
３、连锁保护程序
机组具备开机状态下，操作员按下开车按扭，压缩机自检没有报警信号后，启动运行。压缩机运行过程中，PLC程序循环扫描控制参数，严密监控压缩机状态，当温度高于70℃、入口压力低于1Mpa、机组润滑油压力低于0.5Mpa、出口压力高于9Mpa、操作员按下停止或紧急停车按扭时，压缩机自动进入联琐程序，调用联琐处理子程序或事故级别直接停止压缩机运行，实现设备自保和防止事故进一步扩大。下面是压缩机启停联琐运行一段程序。
四、总结
PLC内部资源极其丰富，内部存储器（软继电器）数量往往数以千数。
PLC采用“软器件”、“软触点”进行联锁，它并不改变PLC外部电路结构，不存使电路复杂化问题。而这种联锁本质上是增加PLC运算条件，使PLC进行输出之前需要进行更多性判断，使系统性到提高。系统保护程序开发与运行，使PLC能及时感知系统故障或存事故隐患，并保护程序做出相应反应，止事故发生或扩大，更好保护人身和设备安全。

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