西門子模塊6ES7361-3CA01-0AA0型號規格

 目前高層在各類城市中比比皆是。為了防止意外火災，高層建筑一般均設有消防專用泵組。盡管規范，規章明確要求消防設施，器材應定期維護保養。但是目前消防水泵都不能做到定期試機運行，天長日久就會導致泵體，底閥和單向閥卡死、銹死，所以經常會出現在發生火災時設備不能充分發揮作用的情況，造成不應有的損失，為此《民用建筑水滅火系統設計規程》規定超高、一類高層公共的消防泵宜設定時自檢裝置。國家消防總局在1999年下文要求所有消防設備必須具有自檢功能，消防控制設備必須在15天內自動啟動一次，防止水泵生銹腐蝕。另在修訂中的《建筑設計防火規范》也提出：消防給水設備必須具有自動巡檢功能。通常老設備采用落后繼電接觸器控制方式，中間繼電器和定時繼電器太多，功能少,線路復雜，接點多，造成故障多可靠性差，維修困難。我們采用北京凱迪恩自動化技術有限公司的可編程序控制器（PLC）對消防泵組進行控制，實現泵組在備用時定期試運行，撲救火災時自動啟動，從而有效地杜絕消防水泵關鍵時刻不能用的局面。PLC之所以有生命力，在于它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，可靠性高，抗各種干擾的能力強、維護方便，硬件無調整元件，價格低壽命長。這樣既節省了用戶時間和成本，又可以很容易地根據不同需要進行擴展。
1. 自動巡檢功能
自動狀態(巡檢開關接通)下在沒有消防用水需求下，第一臺水泵啟動（星形）5-30秒鐘（啟動時間根據設備確定），運行（三角形）10秒后，停機待命120-360小時（五-十五天）。待命期間如果沒有消防用水，則第二臺水泵啟動5-30秒，運行10秒，停機待命120-360小時，如此周而復始地循環，（巡檢周期：從數小時到數百小時之間可任意選擇）電控柜并設有超壓保護，從可靠角度出發，要設置泄壓閥。在有消防用水需求時，泵組立即自動啟動，加壓供水，充分發揮其應用的作用。如果為避免因壓力增大對管網產生破壞，我們在管網增加電磁閥，巡檢啟泵時才打開電磁閥泄壓，巡檢啟泵工作時間也延時到10分鐘。
2.啟泵方式與順序
在自動啟動多臺泵的情況下，為了避免同時投入水泵而對電網造成過大的沖擊，水泵是一臺臺相隔20秒啟動。自動啟動和巡檢啟泵時，先是發出三聲聲光報警（報警2秒間隔2秒），再啟動水泵。當設備的工作泵出現故障時（過載和短路信號），備用泵應能自動投入運行（延時10秒投入）,因為消防泵的重要性備用泵運行不設過載保護 。啟泵方式有工頻直接起動、自藕降壓啟動、Ｙ－△降壓啟動、晶閘管軟啟動控制、變頻恒壓控制等方式，以滿足不同的使用要求。并且啟動順序可以選擇，例如：2臺泵的啟動順序有1用2備, 2用1備,兩種方式；3臺泵的啟動順序有1、2用3備, 2 、3用1備,3、1用2備,三種方式等。
3.控制柜面板顯示
在自動控制系統的設計中我們設計了故障顯示報警系統。用指示燈指示設備正常運行和故障情況，當設備啟動時指示燈以1Hz的頻率閃爍,正常運行時對應指示燈常亮，當該設備運行有故障時故障指示燈常亮。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設備工作情況，專門設置了故障測試按鈕，系統運行任何時間持續按任何按鈕3s，所有指示燈應全部點亮，如果這時有指示等不亮說明該指示燈已壞，應立即更換，按鈕復位后指示燈仍按原工作狀態顯示設備工作狀態。
4.故障顯示
當設備出現故障時，信號箱將用聲、光報警方式提示工作人員，及時處理故障。在處理故障時，又將故障進行分類，有些故障是要求系統停止運行的，但有些故障對系統工作影響不大，系統可帶故障運行，故障可在運行中排除，這樣就大大減少整個系統停止運行時間，提高系統可靠性運行水平。
5.接口電路
為了與各個廠家的設備配套，電控柜有兩套啟泵方式：1.一個啟泵信號和一個停泵信號一般用于消防中心多線手動或自動控制，也可以用于低壓啟泵，超壓缺水停泵。2.一個信號，接通啟泵斷開停泵，一般用于模塊控制。為了配合消防栓按鈕直接啟泵，柜內對外提供一路24V5A直流電源。
接口電路全是直流24V電源，模塊可以直接用無源觸點控制，不需要切換模塊轉換，但控制信號必須是無源觸點信號。水泵返饋信號是無源觸點信號。
6.保護功能
電控柜具有過壓、欠壓、過流、短路、缺相、水源缺水等故障報警與保護功能。在消防用水時為了避免由于超壓水壓波動而導致水泵頻繁起停，我們在程序中采用了“延時濾波”處理。
7.其它功能
在自動手動切換過程中會停止所有運行的泵；可根據用戶需要加裝雙電源切換功能，或另配單獨的雙電源互投柜，主、備電源能夠自動或手動切換，以滿足消防系統的設計要求。 設備還可以根據用戶要求增設樓宇自動控制（BA）接口，與終端計算機聯網，實現計算機集中監控。
本系統采用可編程序控制器進行控制系統設計，硬件結構簡單，廉，響應速度快，性能、價格比很高，和單片機系統相比具有極高的可靠性。經現場使用考驗，性能穩定，運行可靠。另外還可以根據實際需要很方便地進行擴展。對于現代智能樓宇，控制系統還可以通過通訊模塊納入到整個樓宇的監控系統之中，體現出極大的靈活性和適應性，具有極高的實際推廣價值

 一、 引言
數控技術是綜合應用了電子技術、計算技術、自動控制與自動檢測等現代科學技術成就而發展起來的，目前在許多領域尤其是在機械加工行業中的應用日益廣泛。
數控系統按其控制方式劃分有點位控制系統、直線控制系統、連續控制系統。在機械加工時，數控系統的點位控制一般用在孔加工機床上（例如鉆孔、鉸孔、鏜孔的數控機床），其特點是，機床移動部件能實現由一個位置到另一個位置的精確移動，即準確控制移動部件的終點位置，但并不考慮其運動軌跡，在移動過程中不切削工件。
實現數控系統點位控制的通常方法可以有兩種：一是采用全功能的數控裝置，這種裝置功能十分完善，但其價格卻很昂貴，而且許多功能對點位控制來說是多余的；二是采用單板機或單片機控制，這種方法除了要進行軟件開發外，還要設計硬件電路、接口電路、驅動電路，特別是要考慮工業現場中的抗干擾問題。
由于可編程控制器（PLC）是專為在工業環境下應用而設計的一種工業控制計算機，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小、是實現機電一體化的理想控制裝置等顯著優點，因此通過實踐與深入研究，本文提出了利用PLC控制步進電機實現數控系統點位控制功能的有關見解與方法，介紹了控制系統研制中需要認識與解決的若干問題，給出了控制系統方案及軟硬件結構的設計思路，對于工礦企業實現相關機床改造具有較高的應用與參考價值。
二、控制系統研制中需要認識與解決的若干問題
1. 防止步進電機運行時出現失步和誤差
步進電機是一種性能良好的數字化執行元件，在數控系統的點位控制中，可利用步進電機作為驅動電機。在開環控制中，步進電機由一定頻率的脈沖控制。由PLC直接產生脈沖來控制步進電機可以有效地簡化系統的硬件電路，進一步提高可靠性。由于PLC是以循環掃描方式工作，其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，因此受到PLC工作方式的限制以及掃描周期的影響，步進電機不能在高頻下工作。例如，若控制步進電機的脈沖頻率為4000HZ，則脈沖周期為0.25毫秒，這樣脈沖周期的數量級就比掃描周期小很多，如采用此頻率來控制步進電機。則PLC在還未完成輸出刷新任務時就已經發出許多個控制脈沖，但步進電機仍一動不動，出現了嚴重的失步現象。若控制步進電機的脈沖頻率為100HZ，則脈沖周期為10毫秒，與PLC的掃描周期約處于同一數量級，步進電機運行時亦可能會產生較大的誤差。因此用PLC驅動步進電機時，為防止步進電機運行時出現失步與誤差，步進電機應在低頻下運行，脈沖信號頻率選為十至幾十赫茲左右，這可以利用程序設計加以實現。
2. 保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾
步進電機的轉速與其控制脈沖的頻率成正比，當步進電機在極低頻下運行時，其轉速必然很低。而為了保證系統的定位精度，脈沖當量即步進電機轉一個步距角時或工作臺移動的距離又不能太大，這兩個因素合在一起帶來了一個突出問題：定位時間太長。例如若步進電機的工作頻率為20HZ，即50ms走一步，取脈沖當量為δ＝0.01mm/步，則1秒鐘或工作臺移動的距離為20x0.01＝0.2mm，1分鐘移動的距離為60x0.2＝12mm，如果定位距離為120mm，則定位時間需要10分鐘，如此慢的定位速度在實際運行中是難以忍受的。
為了保證定位精度，脈沖當量不能太大，但卻影響了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同時又能保定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。
3. 可變控制參數的在線修改
PLC應用于點位控制時，用戶顯然希望當現場條件發生變化時，系統的某些控制參數能作相應的修改，例如步進電機步數的改變，速度的調整等。為滿足生產的連續性，要求對控制系統可變參數的修改應在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參數，但編程器一般不能交現場操作人員使用；雖然利用PLC的輸入按鍵并配合軟件設計也能實現控制參數的在線修改，但由于PLC沒有提供數碼顯示單元，因此需要為此單獨設計數碼輸入顯示電路，這又將極大地占用PLC的輸入點，導致硬件成本增加，而且操作不便，數據輸入速度慢。所以，應考慮開發其他簡便有效的方法實現PLC的可變控制參數的在線修改。
4. 其他問題
為了實現點位控制過程中數字變化的顯示及故障輸出代碼的顯示等要求，另外還得單獨設計PLC的數碼輸出顯示電路。由于目前PLC I/O點的價格仍較高，因此應著重考慮選用能壓縮顯示輸出點的合適方法。此外，為保證控制系統的安全與穩定運行，還應解決控制系統的安全保護問題，如系統的行程保護、故障元件的自動檢測等。

三、控制系統方案
1. 將定位過程劃分為脈沖當量不同的兩個階段
要獲得高的定位速度，同時又要保定位精度，可以把整個定位過程劃分為兩個階段：粗定位階段和精定位階段。這兩個階段均采用相同頻率的脈沖控制步進電機，但采用不同的脈沖當量。粗定位階段：由于在點位過程中，不切削工件，因此在這一階段，可采用較大的脈沖當量，如0.1mm/步或1mm/步，甚至更高。例如步進電機控制脈沖頻率為20HZ，脈沖當量為0.1mm/步，定位距離為120mm，則走完全程所需時間為1分鐘，這樣為速度顯然已能滿足要求。精定位階段：當使用較大的脈沖當量使或工作臺快速移動至接近定位點時，（即完成粗定位階段），為了保證定位精度，再換用較小的脈沖當量進入精定位階段，讓或工作臺慢慢趨近于定位點，例如取脈沖當量為0.01mm/步。盡管脈沖當量變小，但由于精定位行程很短（可定為全行程的五十分之一左右），因此并不會影響到定位速度。
為了實現上述目的，在機械方面，應采用兩套變速機構。在粗定位階段，由步進電機直接驅動或工作臺傳動，在精定位階段，則采用降速傳動。這兩套變速機構使用哪一套，由電磁離合器控制。
2. 應用功能指令實現BCD碼撥盤數據輸入
目前較為先進的PLC不僅具有滿足順序控制要求的基本邏輯指令，而且還提供了豐富的功能指令。如果說基本邏輯指令是對繼電器控制原理的一種抽象提高的話，那么功能指令就象是對匯編語言的一種抽象提高。BCD碼數據撥盤是計算機控制系統中常用到的十進制撥盤數據輸入裝置。撥盤共有0~9+個位置，每一位置都有相應的數字指示。一個撥盤可代表一位十進制數據，若需輸入多位數據，可以用多片BCD碼撥盤并聯使用。
筆者選用BCD碼撥盤裝置應用于PLC控制的系統，這樣無需再設計數碼輸入顯示電路，有效地節省了PLC的輸入點，簡化了硬件電路，并利用先進的功能指令實現數據的存儲和傳輸，因此能極方便地實現數據的在線輸入或修改（如計數器設定值的修改等），若配合簡單的硬件譯碼電路，就可顯示有關參數的動態變化（如電機步數的遞減變化等）。為避免在系統運行中撥動撥盤可能給系統造成的波動，最好設置一輸入鍵，當確認各片撥盤都撥到位后再按該鍵，這時數據才被PLC讀入并處理。
3. “軟件編碼、硬件解碼”
為滿足壓縮輸出點這一前提條件，采用“軟件編碼、硬件解碼”的方法設計PLC的數碼輸出顯示電路。例如，對于9種及其以下的故障狀態顯示，可采用8-4軟件編碼，4-8硬件解碼，使顯示故障的輸出點壓縮為4個，硬件電路包含74LS04、74LS48、共陰數碼管等器件。
4. PLC外部元件故障的自動檢測
由于PLC具有極高的可靠性，因此PLC控制系統中絕大部分的故障不是來自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常見的按鈕或行程開關觸點的熔焊及氧化就分別對應著短路故障及開路故障。系統一旦自動檢測到元件故障，應不僅具有聲光報警功能，而且能立即顯示故障代碼，以便用戶據此迅速判斷出故障原因。為節省篇幅，此項內容的程序設計思路見參考文獻。
四、控制系統的軟硬件結構
1. 軟件結構
軟件結構根據控制要求而設計，主要劃分為五大模塊：即步進電機控制模塊、定位控制模塊、數據撥盤輸入及模塊、數碼輸出顯示模塊、元件故障的自動檢測與報警模塊。
由于整個軟件結構較為龐大，脈沖控制器產生0.1秒的控制脈沖，使移位寄存器移位，提供六拍時序脈沖，通過三相六拍環形分配器使三個輸出繼電器Y430、Y431、Y432按照單雙六拍的通電方式控制步進電機。為實現定位控制，采用不同的計數器分別控制粗定位行程和精定位行程，計數器的設定值依據行程而定。例如，設或工作臺欲從A點移至C點，已知AC＝200mm，把AC劃分為AB與BC兩段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段為粗定位行程，采用0.1mm/步的脈沖當量快速移動，利用了6位計數器（C660/C661），而BC段為精定位行程，采用0.01mm/步的脈沖當量精確定位，利用了3位計數器C460，在粗定位結束進入精定位的同時，PLC自動接通電磁離合器輸出點Y433以實現變速機構的更換。
2. 硬件結構
五、結束語
系統試驗表明，本文提出的應用PLC控制步進電機實現數控系統點位控制功能的方法能滿足控制要求，在實際運行中是切實可行的。所研制的控制系統具有程序設計思路清晰、硬件電路簡單實用、可靠性高、抗干擾能力強，具有良好的性能價格比等顯著優點，其軟硬件的設計思路可應用于工礦企業的相關機床改造。

隨著彩屏手機的出現，人們對鋰電池的質量和性能要求越來越高。手機電池正負極材料的混料和攪拌，是電池生產的第一道工序，該道工序質量控制的好壞，將直接影響手機電池的質量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復雜，對原料配比，混料步驟，攪拌時間等等都有較高的要求。傳統的人工控制方式，不僅工人的勞動強度極高，而且很難保證產品質量的穩定性和重復性。所以，必須對混料和攪拌的全過程實行自動控制。
經過多方調研論證，我們采用了以瑞士SAIA PCD系列多串口PLC為現場控制站，以PC為中控室操作站，以觸摸屏為現場操作站的控制方案，解決了一臺PLC連多個點對點通信的電子稱，觸摸屏的技術難題，完成了電池材料混料和攪拌的自動控制。
2. SAIA PCD系列PLC簡介
SAIA PCD是瑞士思博控制公司（SAIA-Burgess Control）生產的高性能價格比的PLC，其CPU采用工業級的32位處理器，運算速度非常快，特別適合對數學計算和網絡通信要求較高的應用。
l 帶實時時鐘的32位CPU，強大的數學計算能力和模擬量處理能力。
l 強大的內存（最小17KBYTE，最大的1MBYTE），用戶可以根據需要擴充
l 模塊化的I/O，可以根據需要任意組合
l 全系列PCD產品都具有相同的內部資源
l 全系列PCD產品均使用同一個圖形化的編程工具，簡單易學
l 通訊、通信能力非常強大，最多有8個串行通訊口，支持RS232，RS422， RS485，MODBUS，TCP/IP，PROFIBUS，LONWORKS等）
l 絕對開放的系統，提供OPC的支持
l 良好的性能價格比
在本系統中，CPU模塊我們選用的是PCD2.M170，1Mbyte存儲器，將通信口擴展到6個，每個通信口采用獨立的通信協議，用以連接上位機，多個觸摸屏和多個電子稱。
3. 控制方案
3.1 系統硬件組成
l PLC選用SAIA的PCD2.M170，擴展到2個RS232，4個RS485通信接口，配置40個DI，55個DO，16路AI，24路AO，2路高速計數，用于采集質量流量計脈沖信號。
l 觸摸屏：WeinView 510T，10寸彩色觸摸屏，帶RS232/485通信口，支持SAIA S-Bus 協議
l 電子稱：METTLER TOLEDO/KB1100
l 質量流量計：LZLB-8(太航儀表)
3.2 系統結構
上位機：作為工程師站，通過Port0與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協議，安裝SAIA PG5對PLC進行組態和編程。上位軟件采用Grace 2.2，顯示整道工序的工藝流程圖和報警一覽圖，完成混料的配方設置，攪拌時間設置，歷史數據和歷史趨勢記錄，生產報表打印等功能。
輔助監控觸摸屏：安裝在中控室，通過Port1與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協議，由操作工來進行日常的混料和攪拌操作。主要作為計算機失效時的備用。
干粉稱：安裝在干粉稱量間，通過Port2與PLC連接，由于距離PLC較進，采用RS232通信接口，通信協議為托利多電子稱的自定義協議。
干粉稱操作觸摸屏：安裝在干粉稱量間，通過Port3與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協議，主要由操作工來完成干粉稱量的確認操作。每次稱量的重量都與設定值作比對，在設定值誤差范圍的數據才能確認通過，以確保稱量的準確度。且所有的操作都將記錄在PLC中。
SBR稱：安裝在SBR稱量間，通過Port4與PLC連接，采用RS232通信接口，通信協議為托利多電子稱的自定義協議。
SBR操作觸摸屏：安裝在SBR稱量間，通過Port5與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協議，主要由操作工來完成SBR稱量的操作，每次稱量的重量都與設定值作比對，在設定值誤差范圍的數據才能確認通過，以確保稱量的準確度。且所有的操作都將記錄在PLC中。
4. PLC與電子稱的通信編程
PLC與上位機，觸摸屏之間通過標準的S-Bus協議通信，只需簡單地設置一下通信參數就可以了，不需要編寫通信程序；電子稱是托利多自己的通信標準，所以，要和PLC之間通信，必須編寫相應的通信程序。
4.1 通信方式
PLC與 電子稱之間采用主從方式進行通信，PLC為主站，電子稱為從站，從站只有在收到主站的讀寫命令后才發送數據，由于電子稱的通信協議中沒有站號，所以只能采用點到點連接方式，
4.2 電子稱的通信協議
串行口通信格式：1個起始位，7個通信位，1個停止位，1個校驗位。
波特率：9600
輸出格式：18字節連續輸出
其中1-STX是起始字符
2是三個狀態字，分別表示小數點位置，毛重/皮重，以及重量單位。

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