6ES7222-1BF22-0XA8大量库存

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一、引言

   可编程序控制器（plc）突出的特点是可*性高，在以plc为主组成的plc控制系统中绝大部分故障来自外部控制电器，如由按钮，行程开关等的损坏所引起。控制电器的故障分为两类：一类是控制电器的触点产生氧化膜，使触点无法闭合而产生开路故障；另一类是控制电器触点熔合而产生短路故障。这都将影响plc控制系统的正常工作。为能快速准确地对plc控制系统中控制电器的故障进行检测，探讨利用plc内部富余的器件对plc输入控制电器的开路与短路故障进行自动诊断，以便及时排除故障，保证plc控制系统的正常运行。

二、输入控制电器短路故障的检测

1、短路故障的分析与设计

   为检测出某控制电器的短路故障，可在梯形图有关的步序段中串联上被检测电器的常开点，当该电器常开点变为闭合即出现短路故障时，则立即接通输出继电器，此继电器为plc辅助继电器，使有关的输出设备停止工作，并使故障指示灯亮，以使操作人员迅速发现故障并判断出原因。为避免在步序转换瞬间有些被检测电器的常开点闭合，致使故障指示出现短暂的错误，可根据需要设置若干个定时器，使步转换时间相同且有间隔的步共用一个定时器。定时器的常开点串联在相应的步序段中，时间设定值略大于步转换时间，这样就不会出现错误的故障指示。若在每一步序段中设置一个由plc内部辅助继电器组成的步序状态指示器，将指示器的常开点与上述定时器的常开点和故障输出继电器串联起来，就可实现利用步序状态指示器对该步进行故障检测。只有系统运行到该步才能检测出有关的故障电器。

   plc控制系统的输入控制电器可能多达几十甚至上百个，即系统有几十甚至上百个步序段，而状态寄存器的触点只能使用一次。若按步序指令编制程序，为检测故障就需另选内部辅助继电器作为状态指示器。这样不仅占用了大量辅助继电器，而且使梯形图相当复杂。在这种情形之下，采用移位寄存器的编程方法来编制程序比较理想。这样不仅可以利用移位寄存器对众多步序段系统进行控制，而且可利用plc内部丰富的辅助继电器作为步序状态指示器，从而实现对众多输入控制电器的故障检测。

2、故障检测的选择

   假若在每一步序段对所有的输入控制电器全部进行检测，这将使梯形图非常繁杂。经分析和实际运用证明，不需要在每步序段对所有输入控制电器进行短路检测，只要在某步序段检测一个有关的输入电器即可。一般选取每一步序段中ld指令的控制电器，即开始某段程序的控制电器。

三、输入控制电器开路故障的检测

1、开路故障的分析与设计

   在plc控制系统正常运行的状态下，每一步序都有一定的时间间隔。若输入控制电器出现了开路故障，则系统将无法转入下一步的工作而停顿。故必须检测出控制电器的开路故障。要检测开路故障只要将有关步序的步序状态指示器的常开点和下一步步序状态指示器常闭点及定时器的线圈串联起来，在该步序段开始时立即定时，当该步序段结束并转入下一步后使定时器复位。若系统在定时器设定时间内结束该步，定时时间到，则其常开点闭合，指示出故障信号。定时器的定时值的选取需要注意以下两点：一是保证系统迅速检测出开路故障；二是准确的定时时间（即步进时间）需要现场调试确定。

2、故障检测的选择

   对大量输入控制电器进行开路检测必将占用较多的定时器，而plc内部定时器数量有限，故对控制电器的检测可作如下处理：

（1）对于步序时间相同且有间隔的步可共用一个定时器。

（2）开路故障检测选取某步序段前out的控制电器。

（3）选择故障率高的控制电器进行检测。

四、故障检测的设计

1、瓶签检测系统

瓶签检测系统如图1所示。

图1 瓶签检测线

   系统中有光电开关0001和0002检查传送带上的瓶子。若检测到无标签的瓶子则0001通，这时系统控制一个机械手从a传送带拿开并放到b传送带上。当机械手回到始位后，机械手原始位置0004检测接通，同时系统还对无标签的瓶子进行计数，当计数值达到设定值时报警灯亮。

2、控制系统梯形图

    设计出c系列plc控制系统梯形图如图2所示。

图2 瓶签检测plc控制系统梯形图

3、控制电器开路故障检测

   需要检测的控制电器有光电开关0001和0002，停止按钮0003和机械手原始位置检测0004。根据上述思路设计出输入控制电器的开路故障检测梯形图，如图3所示。

图3 输入控制电路开路故障检测梯形图

4、控制电器短路故障检测

    需要检测的控制电器与开路时相同。设计出控制电器短路故障检测梯形图，如图4所示。

图4 输入控制电器短路故障检测梯形图

5、几点说明

（1）鉴于瓶签检测系统输出点较少，plc内部剩余了较多输出点，所以在设计中使用较为简单的方法实现对控制电器的故障检测，各个被检测电器的每种故障由一个独立输出点予以显示，使故障的显示一一对应，清晰明了。
  (2）若控制系统比较复杂，输入控制电器和输出设备较多，使输出点数富余较少时，为减少故障显示所占用的输出点数，需加入状态指示器，可采用8421码来分配故障显示灯（输出点对应的指示灯），而程序作相应的调整就可以了。

五、结束语

   plc的内部资源如输出继电器、辅助继电器、定时器等，一般情形之下均未被完全利用，所以可利用这些内部富余的电器对plc外部的输入控制电器进行故障自动检测。该检测无需任何外部元器件和经费就可实现。这对于保证plc控制系统的正常运行具有重要意义。

1  客车整车喷烤漆房系统简介
  客车整车喷烤漆房设备由实体，送排风系统,控制系统，净化系统，照明系统，安全消防系统，电动升降平台，进出车辆大门，加热系统等组成。实体采用钢结构框架承插上海宝钢eps彩钢板制作，彩钢板厚度δ=0.75mm,墙板厚度不小于75mm，具有保温性能好，整体密封性能好，承载能力大的特点。
   进气净化采用不少于两级的织物过滤，过滤精度大于10μm，室内设压力传感器1个，采用美国进口产品，电路芯片采用菲利浦产品。燃油采用集中供油方式。燃烧器性能稳定，工作安全可靠。电路连接件安全，牢固，可靠。在较冷季节进行喷漆作业时，室温应大于18℃。换热器采用不锈钢制作，具有耐热性和良好的散热效能(大于75%)送，排风风机应加热系统连锁，当送，排风系统位启动时，加热装置启动开关无效;当风机发生故障时，系统应能自动关闭加热装置。
    (1)喷漆的工作原理
   外部空气经初级过滤后由风机送至室顶，在经过顶部过滤网二次过滤净化后，进入房内，房内空气采用全降式，以大于0.35m/s的速度向下流动，使喷漆后的漆雾微粒不能在空气中停留，而直接进入底层出口过滤装置，从而滤去喷漆过程中产生的有害气体，经处理达标后的废气直接从排气口排除至室外。保证室内空气清新，从而达到安全卫生的工作环境。(较冷季节可以对送入的空气进行加热，使送入的空气在30min内温度升至18℃)
    (2)烤漆的工作原理
   通过风机将冷空气经初级过滤网过滤后，与热能转换器产生的热量送入烤漆房顶部，在经过滤网二次过滤净化，热空气以大于0.15m/s的速度进入烤漆房内，从底部排出，经过风门的内循环作用，除吸进少量新鲜空气外，部分热空气又被继续加热利用，送入烤房内部，使烤房内温度逐渐升高，当温度打到设定温度时，燃烧器自动停机，当温度下降到设定的温度以下4-5℃度时，风机和燃烧自动机，使烤房内温度保持相对稳定。当烤漆时间达到设定值时，烤房自动关机，烤漆过程结束  
2  烤漆房的控制系统控制要求
    (1) 二条烤漆房配置二套控制柜和一个工控机监控系统。该套系统必须封闭在操作室内。
    (2)每条生产线电控系统均采用plc做控制中心，全线实行联锁控制，即:循环，排风系统不能正常工作时，自动关闭加热系统，以及工作状态选择等功能。常规操作和选择在控制柜和现场操作台完成。
    (3) 控制系统具备延时功能，即:先行启动循环，排风系统后，延时启动加热系统，关闭时相反。
    (4)各主控制回路均设有过载，短路，失压等保护系统，确保系统安全运行。并具有安全保护功能，当燃油加热系统出现故障时，自动关闭加热系统及全线设备。
    (5) 室内温度采用数字显示，6套热电偶控制温度，通过数显控制仪表调节燃烧工作状态，达到自动控温。
    (6)plc及工控机主要功能。设备各单元的启动，停止，运行，故障及工作选择状态，均由plc采集，按照工艺通过输出单元控制并作声光报警。工控机通过plc接口进行数据传送完成工艺流程动态显示各设备的运行或故障监控，plc程序编制，参数设备及报表打印功能。脱开工控机系统，电气控制同样通过plc完成各种流程的控制，并在柜体面板上采用组合信号灯观察各设备的工作状态。
    (7) 电器控制柜采用组合式及密封型结构，柜内设立排风及照明装置。
    (8)现场导线的敷设采用桥梁，电线管和绕管联合布置，防暴场所均选用防暴电路，动力导线选用vv系统四芯电缆，控制线选用kvvr及kvvrp屏蔽电缆。动力线路和控制线路敷设时用隔板分开。
    (9) 照明系统
室内照明灯箱采用嵌入式，选用荧光灯，其安装方式采用隔爆处理。
    (10) 安全，消防系统
按照gb14444-93要求，设置相应数量的安全门。
    (11) 电动升降操作台
在喷漆室内轨道两侧设置升降工作台，通过平台立柱上的防爆按钮控制操作台的升降。  
3  烤漆房的控制系统总体结构及通讯参数配置
3.1 总体结构
   电气系统设计主要是根招工艺及设备的要求，分析目前国内外涂装线电控系统现状，结合当今工业控制系统发展趋势，本着高质快速、柔性化和低成本的要求，采用以计算机为主的集散型控制系统(dcs)电气控制方案。利用计算机对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制，有效地克服了以前油漆涂装线电控系统由于采用大量分散的仪表控制的缺陷。上位机工控机采用1台 研华工控机ipc-610 pⅢ 1g 256m 40g硬盘，组态软件采用kingview6.02,plc采用2台三菱fx2n-12816ex,温控仪采用富士pxw9,实现对燃烧器大小火及上限停火。如图1所示。系统具有很高的可靠性和冗余性。脱开工控机系统，电气控制同样通过plc完成各种流程的控制。  

3.2系统连接与fx2_485协议通讯参数配置
   本协议支持与三菱fx2_485及其兼容的fx系列plc之间以485方式进行通讯，可以采用串行通讯，使用计算机中的串行口。支持上位机通过组态软件与三菱的通讯模块232adp,485bd,485adp之间的通讯。plc通讯参数可以通过编程器设置，将d8120设置为:e080，
具体表示的通讯参数如下:
*协议: bbbb 数据: 7 校验:无 停止:1 传输速率:9600
*硬件:rs-485 数目检查:yes 控制程序:bbbbat4
在d8121中设置地址,在组态王中定义的设备地址必须和此设置保值一致。　
   注意:从plc资料中得知，设置后必须关plc电源，再重新给plc上电，设置才能生效。  
4  程序没计
4.1 两种运行方式
   为了保证设备的运行可靠性及现场的控制和操作的方便性,每套分系统采用2种方式运行:
    (1)自动运行方式
只要接通电源,选择自动方式,系统就会先检测设备的预备运行的各项条件,如满足条件,按下运行按钮,设备就可自动运行。
    (2)手动运行方式
接通电源,选择手动方式,系统就会先检测设备的预备运行的各项条件,如满足条件,操作人员可以有选择地操作设备,这仅用于设备的检查和应急生产使用。部分(喷装室)加设各个联动系统的检测信号,作为联动必须满足的条件。
   对于设备的报警情况,分设一级和二级的故障报警,并有不同的处理方法:一级故障:是一些比较简单的故障,它不会对设备造成损害和人身安全的影响。空气过滤器压差大等,程序只对设备做声音报警和故障位置的指示。二级故障:是能引起设备的损害和人身安全的故障,它会造成生产不能正常进行。如大型风机的故障、断路器跳闸、火灾和地震等故障,程序对设备作出立即停机和声音报警及位置指示。
4.2plc程序总体设计
    (1)整个程序的自动喷漆和手动喷漆部分，自动烤漆和手动烤漆部分，通过cj指令来分段，如图2所示，大大减轻了编程的难度，使得喷漆，烤漆，自动，手动可分别编程，可以采用双线圈输出，解决了程序包容性问题，注意公共部分程序和分段程序的包容性，防止双线圈输出，否则出现不可预测的结果，通过cj指令可实现任意分段，比采用mc,mcr实现自动和手动更具灵活性，并可以采用双线圈输出。  

    (2) 手动程序及复位
为使系统调试方便，设有手动程序。手动方式是通过往制箱上的手动功能开关来进行的。每接通一个开关，执行一个相应的动作。当系统没有处于自动运行和手动运行状态时，按“总复位”按钮。可使系统完全复位。
4.3上位机监控程序
   在上位机上实现工艺流程图的实时监测、数据处理是通过可编程控制器操作站系统软件和组态软件来实现的。组态软件主要对系统的构成进行定义，定义过程点参数、趋势笔、趋势组、流程图、报表等，监控软件由各种监视画面和操作画面组成，主要包括总貌画面、流程图画面、趋势画圃、报表管理以及趋势打印、报表生成打印输出、操作调整等。  
上位机主要工艺参数分组曲线显示，并存人上位磁盘中，工艺人员随时调用打印，做工艺质量分析。同时还可将每班设备启停时间、各工位启停传送时间进行记录存盘．供生产管理人员随时查询打印停工台时间和停工月报表。上位机的操作分操作员级和工程师两级．正常生产时，由生产工人操作。
    工艺流程画面如图3实现了对整个烤漆房的全面监控，界面形象生动，友好，具有较好的可靠性，在画面上实现凤机旋转动画，燃烧机燃烧动画，当某设备发生故障，该设备将闪烁，并弹出实时报警画面;在手动状态，可以直接点击该设备，便可启停该设备，喷漆和烤漆时，通风的路径及颜色将发生变化。烤漆房温度除数字显示外，采用温度棒图显示。  

 图4系统参数，显示系统各设备的状态，可设定参数，如烤漆时间;图5历史报警画，显示所有报警发生的时间，报警恢复、报警应答，报警的优先级，报警组，如果在运行阶段，变量的数值或变化情况满足已定义的报警条件、从报警条件恢复正常状态、报警应答时均可以产生报警事件(报警发生、报警恢复、报警应答)。报警信息还可以用文件的形式进行历史记录或实时打印报警信息。用户可以自定义报警信息的显示格式、记录格式和打印格式。同时可以利用命令语言实现对报警事件的复杂控制和灵活处理。　  
5  结束语
   本系统已在青岛四方车辆厂调试成功，且投入生产，从运行情况来看，电气系统几乎处于无故障工作，大大提高了生产率。此系统组态灵活，操作方便，具有抗干扰能力强，工作安全可靠，维修方便，与上位工控机联系，接受工控机的控制和查询，由工控机完成对整条生产线的监控，实现了喷烤漆自动化。

1  引言
发动机装配线plc控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。
整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个et200s和一个et200eco从站组成,用于该工位的i/o点数据采集和发送以及分散控制。  
2  系统结构及功能
系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场i/o站等几个部分。
系统各部分功能:
操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能(操作、显示、报表、报警、趋势)，并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。
工程师站:用于系统的组态和维护。
自动化系统:使用simatic控制器完成回路调节和逻辑运算。
现场i/o站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。
现场总线profibus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。
本系统采用plc300cpu和cp342-5、cp343-1的接口模块相连构成系统的主站。cp342-5是用于连接s7-300和profibus-dp的主/从站接口模块，cp343-1是用于连接s7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由22个et200s和22个et200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。cpu上自带的profibus-dp接口构成profibusⅠ线，cp342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统配置功能图如图1所示:  

系统中et200s从站上采用的im151-1接口模块有两种:基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和i/o模块个数范围为2"12个，标准型的接口模块其范围为2"63个。所以当从站i/o模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中et200eco从站中选用了8di和16di两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8’电源线，模板的通讯采用m12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的et200si/o模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的et200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防水防油防尘等功能。
  
3  目标控制系统
3.1  系统设计
汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以plc为核心构成的计算机控制系统，各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个et200s站和其对应的et200eco站共同构成一个工位,et200eco主要是采集现场数据之用。et200s站的模块置于小型控制箱内,对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
安装在各工位的分布式i/o模块et200s和et200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来，et200s和et200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量，通过高速度可达12m的profibus-dp现场总线网络将采集数据上传到中央控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过profibus-dp网络将控制输出下传给et200s，实现各工位的控制流程。profibus是全球应用广泛的过程现场总线系统。profibus有三种类型:fms、dp和pa。profibus-fms可用于通用自动化,rofibus-dp用于制造业自动化,rofibus-pa用于过程自动化。使用profibus过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。profibus-dp的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外，它有极高的传输速率，可达12mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接profibus-dp从站即et200s或是et200eco32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配i线工程plc控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
(1) 计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高可靠性、高稳定性。
(2) 从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2  系统控制要点
(1) 该系统网络中一个主站cpu下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用simaticmanager编程软件进行硬件配置时，根据s7-300cpu中cpu31xc的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其地址分配的参数范围为0.0"127.7。因此在进行硬件配置时,s7"300cpu自带的profibus-dp接口上的profibusi线上的模块数字量i/o地址一般规定在0.0"127.7的范围中,如有超出则采用间接寻址的方式来处理。profibusⅡ线上的模块的数字量i/o地址无论处在哪个范围中,都必须采用间接寻址方式。
(2)关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制)，接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380av。正转接触器的三相电压a、b、c分别和反转接触器的c、b、a短接。如图2所示，当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的a相和c相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，如图2所示，点q1、点q2是输出控制点，q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理，q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。  

(3)该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有更改，为了便于管理，采取s7程序界面和wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装step7软件，之后自定义安装wincc软件，将wincc通讯组件安装完整。然后在step7软件中插入os站，可点击右键打开并编辑wincc项目。在wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在step7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3  系统控制功能
(1) 手自动回路的切换
在wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
(2) 安全保护
上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
(3) 查询源程序代码
当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可迅速查找出故障的根本原因，节省了维修时间。
(4) 故障报警和报表打印
当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。  
4  结束语
西门子s7300cpu通过两条profibus-dp网络连接若干et200s和et200eco从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线成功投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，完全满足了用户的要求