西门子plc模块-模块代理-2023

此控制系统用于对某美国独资企业厂区厂务设备的监控。原有设备为局部自动化，有些工序是手工操作，数据需人工采集。改造后系统将全部辅助设备联接成一体，采集了厂区生产所需的所有电、气、水的参数，并将其中电流、电压、功率、功率因数、流量、液位、温湿度、露点等参数提供给操作人员和管理人员。该系统实现了西门子PLC与ATLAS的空压机、施耐德的中压系统通过MODBUS网络进行通讯，在中央控制室即可了解全部厂务设备的运行状况并统计运行参数。 
    这套系统是完全按照用户要求开发的，并已顺利投入运行。系统在结构上开放，易于修改，并有长期的扩充能力。 
改造后的控制系统共分三级： 
1.管理级：西门子工控机＋WinCC，用于操作和监视 
2.车间级：西门子PLC S7－400 
3.现场控制级：9个 PROFIBUS-DP 从站 我们针对上海大众汽车二厂焊接车间，利用西门子公司的 SIMATIC产品，设计并实施完成一套设备故障自动诊断及焊机系统。经过几年的使用，该系统运行稳定可靠，基本达到了设计目的。 
一. 焊接车间现状分析 
    该焊接车间主要生产桑塔纳2000型轿车的车身。车间进料为冲压车间的各种冲压零件，经过焊接生产流水线，先把这些各种零件焊接拼装各种车身部件，如汽车前围、后围、前底板等部件，再经过总拼把这些部件拼焊成整体车身，后经过补焊、打磨形成终的白车身，输出到油漆车间喷漆。该焊接车间按照冲压零件－部件－总拼的焊接加工过程，建立了六条生产流水线，分别为前围线、后围线、前底板线、底板线、总拼线和补焊线。这六条生产流水线按照生产工艺相互刚性连接。在这些生产流水线上的各个工位主要配备的是焊接机械手、焊接机械人、多点焊机、拉杆传输和空中输送车等自动化设备组成。由44台西门子公司的PLC分别控制这些生产流水线上的各种加工设备，使其相互协调地、连续地、自动地运行，使车间达到每56秒钟生产一部白车身的的生产节拍的能力。 
A.该车间生产流水线投入运行时，存在两个主要的问题： 
1.当设备上某处出现故障时，由于不能很快地排除，经常造成整条生产线停机，或者整个车间停产，严重影响车间产量和生产节拍。 
2.会发生某些焊点的焊接质量不稳定，不能保证白车身质量。
B.经过调查研究和具体分析，发生上述问题的主要原因是： 
1.生产线上设备比较多，设备比较复杂，生产线之间又是刚性连接，如果某一部位发生机械、液压或电气故障会造成某条生产线停机，维修人员要经过一定时间的分析查找过程，才能找到故障点，才能排除故障。在故障的分析查找和排除的时间内，由于生产线之间无缓冲，前面的生产线立即停机，后面生产线造成空工位，这个时间过长，还会造成后面生产线停机。而故障的分析查找和排除的时间中占主要的是分析查找时间。 
2.该车间共有两千多把电焊枪在同时工作，容易造成供电压波动。如果一部分电焊枪正赶在电压低谷通电焊接，容易发生该焊点焊接不实，质量不好。
    所以，为了快速分析查找故障和保证正常电压通电焊接，解决上述两个问题，我们为车间建立这套设备故障自动诊断及焊机系统。 

二. 系统的硬件和软件结构 
1.设备层 
    全车间六条生产线上共有PLC 44 台，由 S5-115U、S5-135U和S5-55U构成。这些PLC可向系统提供分析设备运行状态和分析出发生的故障点的相关信息。但这些PLC是分散的，无故障诊断能力。所以，我们的系统在车间建立了两段现场工业总线Profibus 网，分别把这些PLC连接起来。使系统能够通过现场PLC采集和汇总生产线上设备状态信息，自动分析诊断故障。设备并网的具体做法是，每台PLC 上都插入Profibus网卡CP5431，并连接在其中一段现场工业总线上。（参见附图） 
2.现场工程师站 
    现场工程师站设置在车间现场，是由六台工控机组成，分别对应着车间现场六条生产线。这六台工控机上都分别插有 Profibus 网卡CP5412，并通过该卡连接在 Profibus 的网上。通过现场工程师站可以监控对应的生产流水线。（参见附图） 

3.信息交换中心 
    信息交换中心是由一台 S5-155U 构成，也称为系统的主PLC。一方面通过车间现场工业总线 Profibus 网，连接生产线上 44台 PLC，采集汇总分析生产线上设备的故障信息；另一方面通过工业以太网 H1 与系统的管理层连接，把分析诊断结果送到办公室计算机上，同时又通过车间现场工业总线 Profibus 网把其分析诊断结果送回现场工程师站。（参见附图） 

4.管理层 
    系统的管理包括车间主任办公室和维修办公室的计算机，通过工业以太网H1信息交换中心连接，使管理层可以实时地从信息交换中心获得目前分析结果，并对此分类归档，形成各种报表。（参见附图） 
5.焊机装置 
    设置一台高灵敏的电压监测仪， 实时监测车间电焊机工作时供电电压的变化，并把结果送入信息交换中心，通过S5－155U的中断程序处理焊机群信息，经过Prifibus-DP方式，把控制信号高速地传送到生产线上 的PLC，使相应焊机的通电动作得以控制。 
6.系统配置的软件 
    Coros LSB/Win是系统主要的软件，主要运行在管理层和现场工程师站的计算机上，是系统主要开发平台。COM5431 和COM143系统软件是为了管理现场工业总线 Profibus 和工业以太网 H1。 

三. 系统的主要目的 
1.采集全车间六条生产线上的设备运行状态信息 
    由于 Profibus 网连接着现场PLC，系统可以实时地监测并分辨当前各生产设备所处的正常运行、停机、故障等各种状态，并在相应工控机的相应画面上，通过以不同的符号、图形和颜色变化等形式显示出来。 
2.实时分析发生在各生产线上设备的故障状态及具体部位 
    由于 Profibus 网络采集各生产设备上的信息，汇总到主 PLC S5－155U上集中进行分析综合，系统可以判断出故障类型和发生故障的所在生产线、工位、部位等位置信息，随后把判断结果送到相应工机显示出来，以提示维修人员。 
4.进行有关故障信息的分析与统计 
    系统的上位管理机和工控机在工业组态软件 CorosLSB/Win 操作平台下，可对从主 PLC 送来的故障信息，进行分类归档处理，同时在设备维修手册数据库中进行检索，找出故障发生的位置，故障发生的原因及排除故障的主要方法。然后该软件把故障发生的时间、位置、原因及排除的情况记录到设备档案数据库中，并形成各种报表。 
5.对全车间由 PLC 控制的焊接变压器的通电进行 
    利用 Profibus DP的快速 I/O的特性，对全车间电焊机供电电压进行监测，按照电焊机原理，对由 PLC 控制的电焊机进行排队通电控制。 

四. 系统工作基本原理 
1.自动故障诊断一般方法 
    焊接车间设备绝大部分是通过油缸和气缸来完成工件的装夹、上料、下料和输送等动作。初步统计该车间分布在各生产线上共 4 千个大大小小的油缸和气缸，而设备故障主要发生油缸和气缸的部件上，表现为这些缸不到位。下面分析一个油缸动作情况，得出自动故障诊断一般方法。设一个油缸向前运动 Q＝1，油缸经过一定的运动时间到达前端，则前端接近开关 得电 I_1＝1，后端接近开关失电 I_2＝0。我们系统中为这个油缸设置一个计时器T。当油缸动作 Q 信号发出，该计时器开始计时，在设定的该油缸运动时间T_set范围内，相应到位接近开关得电，即系统认为该油缸工作正常。如果在该油缸运动时间T_set范围内，相应到位接近开关未得电，则系统认为该油缸发生故障。系统自动分析的结果列表如下： 

无刷直流电机具有温升低，噪音小，大扭矩、高转速，高效率（运行平稳，可靠性高，稳定性好），低能耗（消除了多级减速损耗，综合节电率可达20%~60%），无火花（不产生火花，特别适合爆炸性场所），长寿命（可连续使用30000小时）等优点。

无刷直流电机被广泛用于各行各业微型机械：例如循环风扇、增湿器、抽湿器、空气清新器、冷暖风机、皂液器、烘手机、智能门锁、纺织机械、激光加工机械、雕刻机、印刷机械、医疗器械、自动包装机、各类机器人、自动化生产线、数控车床、精密测量仪、电子制造设备等等。

★无刷电机在某些领域也称直流变频电机(BLDC) ，它采用电子换向(霍尔传感器) ，线圈(电枢)不动磁极动，此时永磁铁可以在线圈外部也可以在线圈内部,于是有了外转子无刷电机和内转子无刷电机之分。无刷电机构造与永磁同步电机相同。

不过，单个的无刷电机不是一套完整的动力系统，无刷基本必须通过无刷控制器也就是电调的控制才能实现连续不断的运转。真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器(也就是电调) 。一般地无刷电机的驱动电流有两种，一种是方波，另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。

下图是一个永磁无刷直流马达，它的转子是一个圆柱形磁体，外侧有三个由线圈组成的定子定子，定子上装有传感器，通常是霍尔元件。工作在转子磁极靠近时会被激活，并转化成6种不同状态的电信号，控制定子线圈电流。

比如转子在一定位置时，靠近N极的2、3霍尔元件会被激活，控制器就会导通两个线圈，使线圈B磁化为S极，线圈C磁化为N极，吸引转子旋转。等转子转到下一个位置时，只有2号霍尔元件被激活，控制器就会导通线圈A、C，前者磁化为S极，

后者磁化为N极，继续牵引转子旋转，不断变换线圈的通电情况，转子就能不停地传下去。这就是无刷直流电机的工作原理。

这种马达转得能有多快呢？我们在市面上能找到快的马达是戴森配置在吸尘器上的V11马达，每分钟可赚125000圈。是传统的有刷直流马达，根本无法企及的转速。这不仅归功于无刷马达本身的结构优势，它还依靠戴森在马达的材质与设计上做到了。