西門子PLC數(shù)字量擴(kuò)展模塊

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上海晉營自動(dòng)化科技有限公司

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WinAC是SIEMENS推出的基于PC的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)兼具PC強(qiáng)大的計(jì)算功能數(shù)
據(jù)處理能力和PLC邏輯測控與運(yùn)行可靠性特點(diǎn)本文介紹了WinAC在千層酥自動(dòng)化生產(chǎn)線中的
成功應(yīng)用及其*的特點(diǎn)
關(guān)鍵詞：千層酥　烘爐　基于PC自動(dòng)化　分布式控制系統(tǒng)　過程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產(chǎn)線總長度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機(jī)

疊酥機(jī)是生產(chǎn)餅干的*道重要工序可根據(jù)廠房的不同來選擇立式或臥式其包括七道軋輥三次軋制配備撒酥機(jī)要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動(dòng)控制采用矢量型變頻器調(diào)速線速度同步工作穩(wěn)定性高。
軋輥間隙采用數(shù)字化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)控制操作簡單方便快捷高效。
人機(jī)界面操控能與其它成型主機(jī)的相關(guān)部分實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制操作簡單方便。
疊層次數(shù)、寬度在范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數(shù)4-12層
壓片厚度0.1-10MM   電 話：（同號(hào)）
2、送料機(jī)
送料機(jī)將攪拌好的韌性餅干胚料進(jìn)行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機(jī)電控系統(tǒng)要求能夠同步調(diào)速控制手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)運(yùn)行控制。
3、雙軋軋面機(jī)
該設(shè)備是將疊酥機(jī)或送料機(jī)輸送來的面胚進(jìn)行多次軋制使面胚由厚變薄電控系統(tǒng)要求；
軋輥采用變頻調(diào)速控制,速度同步性能穩(wěn)定；
精確控制面皮厚度采用智能數(shù)字表設(shè)定與顯示。
4、烘爐
有熱風(fēng)循環(huán)烘爐遠(yuǎn)紅外線烘爐導(dǎo)熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產(chǎn)線的重要組成部份由電器控制系統(tǒng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)加熱系統(tǒng)排煙
系統(tǒng)爐網(wǎng)輸送裝置爐網(wǎng)自動(dòng)檢測張緊裝置等組成要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)達(dá)到如下功能：
生產(chǎn)線工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測
溫度坐標(biāo)升溫曲線等顯示
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)在線修正 
歷史工作狀態(tài)記錄保存
溫度控制精度高操作方便工作穩(wěn)定高效可靠
熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)采用自動(dòng)控制熱風(fēng)量，閉環(huán)控制，可選擇自然與強(qiáng)制性排煙等自動(dòng)功能
燃?xì)鉅t欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護(hù)功能
5、成型機(jī)
成型機(jī)由多臺(tái)軋面機(jī)與傳動(dòng)單元組成相互之間無機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)鎖無張力檢測單元要求整條生產(chǎn)線通過電器控制線速度同步運(yùn)行控制難度較大對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點(diǎn)
綜上所述千層酥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是一個(gè)集運(yùn)動(dòng)控制與過程控制的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)歸納起來應(yīng)有如下特點(diǎn)：
分布式：生產(chǎn)線總長度約200米，控制點(diǎn)多而且分散，因此選用分布式測控系統(tǒng)zui為適宜，分布式測控系統(tǒng)具有布線量少，搞干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)展維護(hù)方便，運(yùn)行安全可靠，故障風(fēng)險(xiǎn)降到zui低的優(yōu)點(diǎn)。
總線網(wǎng)：全線采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制，排除大量模擬信號(hào)的干擾因素，實(shí)現(xiàn)精確的速度協(xié)調(diào)控制與高精度溫度測控，檢測與控制協(xié)調(diào)*。
大量配方存貯：一條生產(chǎn)線可生產(chǎn)上百種產(chǎn)品，因此有大量的配方存貯與調(diào)用，普通的PLC控制器由于受內(nèi)存的影響，很難做到大量配方的存貯與調(diào)用，因此基于PC自動(dòng)化是本系統(tǒng)的*方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)配備完善的人機(jī)界面操作系統(tǒng)，全面的系統(tǒng)監(jiān)控與異常報(bào)警功能。
運(yùn)動(dòng)控制：速度同步也是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，采用矢量型變頻器通，過網(wǎng)絡(luò)主令控制，達(dá)到全線速度的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。

西門子PLC數(shù)字量擴(kuò)展模塊
三、基于PC 的自動(dòng)化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司推出的基于PC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有強(qiáng)大的計(jì)算功能、數(shù)據(jù)處理能力和PLC*的計(jì)算速度，更兼顧了PLC的運(yùn)行可靠性特點(diǎn)。其海量內(nèi)存貯器特別適合于大數(shù)據(jù)量計(jì)算、大量配方存貯與管理。其計(jì)算功能與PC機(jī)相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統(tǒng)比美，是千層酥成型機(jī)與烘爐機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的選擇：
*性
WinAC是基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows操作平臺(tái)下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨(dú)立而嚴(yán)格的時(shí)序。控制特別滿足對(duì)于高速、精確、復(fù)雜計(jì)算及嚴(yán)格時(shí)間要求的控制任務(wù)。
WinAC支持標(biāo)準(zhǔn)的Windows NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技術(shù)?？刂坪屯ㄓ崈?nèi)核與標(biāo)準(zhǔn)的Windows NT任務(wù)的通訊由其內(nèi)置的代理服務(wù)器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強(qiáng)。
應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境
SIEMENS統(tǒng)一的組態(tài)軟件STEP 7 是WinAC控制器的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)平臺(tái)，包括通信組態(tài)、編程、測試和啟動(dòng)以及系統(tǒng)文件的編制，對(duì)于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓(xùn)時(shí)間。

系統(tǒng)組態(tài)界面

開放式接口
WinAC提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC控件接口及Active X控件接口,對(duì)于我們的應(yīng)用提供了*的方便。
OPC 過程控制OLE 是一種通過Windows NT應(yīng)用程序自動(dòng)存取數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，也是WinAC的標(biāo)準(zhǔn)特性。使用OPC服務(wù)器可以訪問控制驅(qū)動(dòng)程序中的過程數(shù)據(jù)：Active X 控件接口，不用編程直接從OLE 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序訪問過程數(shù)據(jù)。這種功能使得我們可以在軟件開發(fā)中借助于高級(jí)語言Visual Basic進(jìn)行更復(fù)雜的應(yīng)用開發(fā)。
計(jì)算功能
WinAC提供強(qiáng)大的計(jì)算功能，與工業(yè)過程數(shù)據(jù)，之間建立起一條工作數(shù)據(jù)鏈路。使得上位計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)處理過程數(shù)據(jù)，完成復(fù)雜的測量控制與故障分析計(jì)算，并能夠在Visual Basic中創(chuàng)建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel中做統(tǒng)計(jì)分析。在過程控制和PC 應(yīng)用程序之間管理數(shù)據(jù)信息流量。允許高效、簡便地訪問并能顯示和修改過程數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)處理量大，要求內(nèi)存高的過程控制系統(tǒng)，一般的PLC控制器難以勝任的工作，用WinAC則可以輕松解決，這是我們選用WinAC的理由，也是SIEMENS給我們提供了一個(gè)合適而且經(jīng)濟(jì)的解決方案。

• 比較簡單的實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法PID控制的難點(diǎn)在于整定控制器的參數(shù)。為了學(xué)習(xí)整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，開環(huán)運(yùn)行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個(gè)閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對(duì)象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如可以用電熱水壺作為被控對(duì)象，用熱電阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓，用移相控制的交流固態(tài)調(diào)壓器作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 有沒有比較簡單的實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？ 在控制理論中，用傳遞函數(shù)來描述被控對(duì)象、檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PID控制器。 被控對(duì)象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實(shí)驗(yàn)室可以用以運(yùn)算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對(duì)象（包括檢測元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的傳遞函數(shù)。我曾將這種運(yùn)放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。 用運(yùn)算放大器模擬被控對(duì)象一般需要做印刷電路板，還是比較麻煩。有沒有更簡單的方法呢？ 除了用運(yùn)算放大器來模擬被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對(duì)象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對(duì)象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對(duì)象，DISV是系統(tǒng)的擾動(dòng)輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。  被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為3個(gè)串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數(shù)為 數(shù)學(xué)模型為3個(gè)串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié) 分母中的“s”為自動(dòng)控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時(shí)間常數(shù)設(shè)為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)。圖中被控對(duì)象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對(duì)象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。 下圖是模擬被控對(duì)象的子程序，實(shí)際上只用了兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時(shí)中斷時(shí)間間隔來調(diào)用這個(gè)子程序。 圖中被控對(duì)象的輸入值INV是PID控制器的輸出值 下圖是用來監(jiān)視PID回路運(yùn)行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調(diào)節(jié)控制面板，可以用它進(jìn)行PID參數(shù)自整定或手動(dòng)調(diào)節(jié)PID參數(shù)的實(shí)驗(yàn)。標(biāo)有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應(yīng)曲線。

   

• 產(chǎn)品信息

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概述

概述

變頻器裝置在全控三相橋式電路B6C 和 (B6)A(B6)C 內(nèi)的產(chǎn)生線路側(cè)諧波

大部分用于中等功率應(yīng)用的變頻器裝置帶有全控三相橋式電路。以下是兩個(gè)觸發(fā)角（α = 20°、α = 60°）的典型系統(tǒng)組態(tài)中的諧波舉例。

數(shù)據(jù)值引用自過去的出版物《Oberschwingungen im netzseitigen Strom sechspulsiger netzgeführter Stromrichter 》（六脈沖線換相變頻器的線路側(cè)電流中的諧波），作者 H. Arremann 和 G. Möltgen，西門子研發(fā)部，Volume 7 (1978) No. 2, © Springer-Verlag 1978。

此外，規(guī)定了公式，根據(jù)使用的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)、線路供電電壓（空載電壓V_V0）、線路頻率f_N和直流電流I_d，可以計(jì)算出承受了特定的諧波頻譜的電機(jī)的短路功率S_K和電樞自感L_a。

如果實(shí)際線路短路功率和/或?qū)嶋H電樞自感與用這種方式計(jì)算獲得值有偏差，則需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。

如果裝置連接點(diǎn)的短路功率值S_K和使用以下公式獲得的電機(jī)電樞自感L_a與工廠或系統(tǒng)的實(shí)際值匹配，則可以獲得如下所示的諧波頻譜。如果這些值不匹配，則諧波必須獨(dú)立計(jì)算。

電流I₁的基波分量作為參考值使用如下公式計(jì)算：

I₁ = g × 0.817 × I_d

I_d 檢查的運(yùn)行點(diǎn)的直流電流
g 基本的基波成分

根據(jù)表格計(jì)算獲得的諧波電流只適用于：

a) 變頻器連接點(diǎn)的短路功率S_K

S_K = V_V0²/X_N (VA)

其中

X_N = X_K - X_D = 0.03536 × V_V0/I_d - 2π  × f_N × L_D (Ω)

V_V0 變頻器裝置連接點(diǎn)的空載電壓，單位 V

I_d 檢查的運(yùn)行點(diǎn)的直流，單位 A

f_N 線路頻率，單位 Hz

L_D 使用的換相電抗器的自感，單位 H

b) 電樞自感 L_a

L_a = 0.0488 × V_V0/(f_N × I_d) (H)

如果短路功率S_K和/或電樞自感L_a的實(shí)際值與使用上述公式獲得計(jì)算值有偏差，則需要獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算。

例：

假定驅(qū)動(dòng)器具有如下輸入：

V_V0 = 400 V

I_d = 150 A

f_N = 50 Hz

L_D = 0.169 mH (4EU2421-7AA10)，I_LN = 125 A

其中

X_N = 0.03536 × 400/150 - 2 π × 0.169 × 10^–3 = 0.0412 Ω

需要在變頻器連接點(diǎn)的線路供電有以下短路功率：

S_K = 400²/0.0412 = 3.88 MVA

而且需要以下電機(jī)電樞自感：

L_a = 0.0488 × 400/(50 × 150) = 2.0 mH

可以從表格中引用的諧波成分I_ν（I₁ = g × 0.817 × I_d，針對(duì)觸發(fā)角α = 20°和 α = 60°）僅適用于用這種方式計(jì)算獲得的值S_K 和L_a。如果實(shí)際值與這些計(jì)算值有偏差，必須進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算。

如果要確定濾波器和帶有電抗器的補(bǔ)償設(shè)備的規(guī)格，只有計(jì)算值S_K和 L_a與實(shí)際驅(qū)動(dòng)器值匹配時(shí)才能引用通過此計(jì)算方式獲得的諧波值提供的信息。在其他情況下，必須進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算（這特別適用于使用補(bǔ)償電機(jī)的情況，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅５偷碾姌凶愿械燃?jí)。）。