西门子6ES7223-1PM22-0XA8接线图形图1 方向判定流程图图2是编码器过零读数图。当编码器由正向过零时，在过零前的读数值为8X，过零后的读数值为0X;当编码器反向过零时，在过零前的读数值为0X,过零后的读数值为9X，根据单转值型编码器读数的这一特征，通过检测过零前后的变化情况，即可决定累计圈数是加一还是减一。图2 编码器过零前后读数示意图3.3 简单友好的人机接口功能TD200文本显示器是功能比较简单的人机接口设备，如何把它的功能充分开发出来，并进行合理应用，是开发过程中重点考虑的问题。机械设备控制点的设定是在TD200文本显示器上进行的，使用MicroWIN STEP 7 V3.2E编程软件中的TD200向导，为TD200编程，根据控制点数量，设定文本显示的条目数。在每一条目中，输入相应控制点的汉语显示文本以及要求确认的提示。在S7-200中编制相应程序，在TD200上实时显示设备位置，如果用户认为某一点可作为一个控制点，只需在TD200上按“ENTER”键，PLC把该点的位置读数存入内存，作为控制点位置比较值，当机械运动过程中，位置检测值等于存储的比较值时，对应的Q点输出一个控制信号，控制机械的启停或速度。所有控制点均按上述方法设定。本系统可以根据需要增加控制点，只需选配相应的输出模块即可，如不扩展，本系统可支持8个控制点，对于一般运动机械的位控已经够用。3.4 设备位置数据连续跟踪运动机械在整个行程上，减速机可能转动若干圈,编码器也随动同样的圈数，PLC必须能够对圈数进行累计，以在整个行程上跟踪运动位置。现在采用的单圈编码器加软件圈数累计的方法,兼顾了成本和精度，但存在一个问题，如果在系统掉电时圈数的累计值不能保持，则一旦重新上电，定位就会产生混乱，设备可能误动作，不但不能发挥值编码器掉电保持的优点，而且后果严重。问题的解决是基于S7-224一个重要功能:CPU224的内存掉电保持时间小为190小时，可以保证系统掉电后，圈数计数值不丢失，重新上电后，定位功能不受影响。3.5 故障判定与保护本系统可对系统本身和机械设备的故障类型进行判定，不同故障有相应的判定规则:如PLC判断机械为正转，而从机械的电气控制回路反馈来的信号为反转，则判断为机械故障;如PLC的位置读数有变化，而从机械的电气控制回路反馈来的信号没有运转,则判断为机械故障;如PLC的位置读数没有变化，而从机械的电气控制回路反馈来的信号有运转信号，则判断为系统故障等。当故障出现时, 系统强制用户设定的个和后一个位置控制点对应的Q点输出高电平，强制设备停机。一般推荐这两个点为上下极限点。用户可以屏蔽这一保护功能。4.1 彻底解决机械主令缺陷与传统机械主令控制器比较，数字化数据处理，无触点输出，彻底解决了机械主令控制器噪音大、精度低、故障多的缺点，成为机械主令的替代产品。4.2 系统具有可扩展性机械主令控制器控制点数固定，无法扩展，智能位控系统点数可从8点扩展到256点。多可有7个I/O扩展模块。系列化产品可为设备量身定做，具有良好的通用性。4.3 系统具有二次开发与应用的特性系统软硬件均具有二次开发与应用接口，使用领域不仅局限于终用户，而且考虑到本系统用于与其他设备成套的特殊需求，预留了与其他机电设备的电气和机械接口。用户可以自主改变系统的应用机械。结束语:该系统已在六项工程项目中使用，累计使用20套。系统性能稳定，工作可靠，近于免维护状态。系统使用范围广，具有良好的可移植性和可扩展性。系统定位精度高，在替代机械式主令控制器后，生产效率和设备开机率明显提高;系统人机对话功能简单灵活，维护效率提高。该系统故障率极少，所有信号处理及联锁控制均由PLC完成，系统结构紧凑，电气线路简捷、可靠，查故障和解决故障的时间明显减少，减少了不安全因素，提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，取得了显著的社会经济效益。1 引言在工厂的生产成本核算中，电费占据着相当大的比例，对主机设备进行实时电度计量可以准确算出每台主机每道工序的耗电量，可以监控主副机配套开车情况，也可以根据电度历史曲线和历史记录来及时发现设备耗电量异常变化从而杜绝浪费。我们开发的工厂电度计量系统用西门子工业组态软件WinCC对操作员站进行组态实现监控管理功能，整个系统运行稳定可靠，计量准确，既有利于控制电量消耗，同时也大大提高了工厂的管理水平。图1 整个系统结构2 系统概述2.1 系统结构系统用SIEMENS S7-300系列可编程控制器 CPU313C-2DP作为主站，用ET200M作为从站搭成Profibus-DP现场总线网络，操作员站工控机插有CP5611网卡，也挂接到Profibus-DP现场总线网络上。整个系统结构如图1所示。Profibus-DP是主从结构的开放式的工业现场总线，其大站点可达126个，大通讯速率12Mbps。Profibus-DP能够实现现场级和车间级之间快速通讯，从I/O到自动化控制装置的信号传输仅为毫秒级，即使在干扰严重的场合，或跨越好几公里的距离，都可以保证通讯的稳定可靠。Profibus-DP总线的传输介质为双绞线或细光缆，进行网络互连时，可以大大节省时间和工作量。本系统中，Profibus-DP总线将系统CPU、现场分布式I/O以及计算机连接起来，并确保它们之间毫无问题的进行通讯。系统共设置一个控制站，二个远程站，CPU313C-2DP放在控制站，通讯地址为2，其他5个ET200M地址分别为3～7。由于调度室与配电一距离较远，故在二者之间加装中继器一只，这样整个网络通讯波特率可达到1.5Mbps，所有电度计量数据刷新在一秒钟之内轻松完成。在系统运行中，现场电度脉冲值以及所有中间过程变量均保存在CPU313C-2DP的数据寄存器中，这就大大提高了系统的稳定性，保证了计量的准确和连续。2.2 系统功能(1) 实时监视各主机设备电量消耗情况;(2) 生成历史记录, 每隔半小时记录一次电度累计数据;(3) 自动计算每日单台设备电度、各车间电度以及全厂电度;(4) 根据电价不同，实现分时计量功能;(5) 根据主机设备电量消耗，监视主机设备开停情况并生成历史记录;(6) 用户权限管理功能，不同用户允许进行不同的操作从而保证系统安全。3 系统性能特点配置成本较低，可靠性高，易维护，通讯速度快，实时性强，扩展灵活。(1) S7-300可编程控制器S7-300可编程控制器是SIEMENS的中小型PLC，CPU软硬件集成度更高，I/O模块密度更高，大大压缩了投资成本，降低了开发费用。其性能特点如下:l 功能强:计算性能极强，指令完善，集成MPI口和Profibus-DP口，联网能力极强。内部集成功能丰富，故障诊断功能全面，口令保护完善;l 速度快:指令处理快速，大大缩短程序循环周期。一般每1k语句执行时间为0.3~0.6ms，位操作时间仅为0.033~0.6μs;l 扩展灵活:扩展模块品种齐全, 连接便利，硬件安装无槽位限制。多可扩展3个机架, 即共可挂接模块32个;(2) 模块化分布式I/O装置ET200MET200M是基于SIEMENS S7-300模块系列的分布式I/O，它可以通过IM153通讯接口将S7-300模块连接到PROFIBUS-DP现场总线。因为S7-300的通用模块非常丰富，从简单的开关量输入输出、模拟量输入输出到用于计数、控制和定位的功能模块应有尽有，所以ET200M具有广泛的适用性。ET200M的组装简单快速，单个模块只需简单地插入标准背板中, 再用一个螺钉固定住即可。一个高密度模块多可有32个I/O通道。前连接器可以提供快速的无故障连接。如果在DIN导轨和模块之间插入了有源总线装置, 则可以实现在现更换模块而不用中断整个站的正常运行。(3) RS485中继器RS485中继器可以放大总线和互联总线段的数据信号，提高通讯速率, 延长通讯距离。它应用于以下三种场合:l 总线上的节点超过32个;l 总线段运行在非接地的总线上;l 段之间的连接电缆超过大电缆长度。一般来说，通讯距离越长则通讯速率越小，1.5Mbaud不加中继器总线段的大电缆长度为200m，加上中继器则可达到2000m。(4) 脉冲式电度表脉冲式电度表是在普通的三相三线、三项四线电度表的基础上加装脉冲输出模块改制而成，模块电源为5V DC，三线连接，一根公共线，一根电源线，一根脉冲信号线。输出脉冲通过光电隔离装置以及信号转换装置将脉冲电平转成24V DC输入至PLC开关量输入端子。脉冲宽度为80ms。4 软件编制4.1 SIEMENS 编程软件STEP 7STEP 7是用于SIMATIC可编程控制器组态和编程的标准软件包，是SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7可以实现硬件组态、参数设置、编程、测试、调试和文档处理等功能。STEP 7运行在bbbbbbs2000或NT平台，它可在总线上的任何位置对PLC进行编程和配置，无论是本地配置，还是分布式配置，对用户来说都是一样的。利用STEP 7软件设计一个自动化项目的基本步骤如图2所示:图2 利用STEP 7软件的基本步骤STEP 7编程软件允许把用户程序进行结构化，也就是可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分。(1) 这样做有如下优点:l 比大规模的程序更容易理解;l 可以对单个的程序部分进行标准化;l 程序组织简化;l 程序修改更容易;l 由于可以分别测试各个部分，查错更为简单;l 系统的调试更容易。(2) 应用程序中各逻辑块功能介绍在工厂电度计量系统的PLC软件编制中，把复杂的大段程序分割成了相对独立的子程序，分别实现了电度脉冲采集、电度计算、主机设备开停状态显示等诸多功能，充分体现了STEP 7编程软件的技术优势。各逻辑块功能介绍如下:l OB1:组织块1，循环处理主程序;l FB1:功能块1，处理电度脉冲计数;l FB2:功能块2，电度计算;l FC1:功能1，处理主机设备开停显示;l DB1-DB14:专用数据块1-14，存放不同电度计量倍率数据;l DB15,DB16:公用数据块，DB15用于存放计算后的电度数据，DB16用于存放电度脉冲计数值;另外，在实际进行编程操作时，所有外部内部变量均可以编进符号表中，这样梯形图程序指令显示实际工艺名称，程序清晰易读。4.2 SIEMENS工业组态软件WinCC 5.0WinCC(bbbbbbs Control Center 视窗控制中心)是SIEMENS开发的全面开放的新一代的人机界面软件，可有效用于控制自动化过程。WinCC成熟可靠，使用简单，适用各种简单和复杂的任务。WinCC5.0是在bbbbbbs2000+sp3的平台上运行的，其组态环境风格与bbbbbbs2000一致。WinCC软件分为全版本(组态和运行均可)和运行版(仅用于软件运行)两种。一般来说，全版本安装在工程师站计算机上，而运行版安装在操作员站计算机上。WinCC具有如下功能:(1) 图形编辑:主要用于工艺流程图绘制，画面组态完全通过图形对象(WinCC图形、bbbbbbs、OLE、OCX对象)进行操作, 图形对象是动态的, 且可以在线组态;(2) 报警存档:记录和存储事件，并供显示、查询、报表;(3) 报表系统:用户可自由选择报表格式，并按时间顺序或事件触发对信息、数据、文档、当前数据进行归档;(4) ANSI C:通过内部的C编译器为动态连接和动作提供了高度的灵活性;(5) 数据交换:通过DDE接口与其他bbbbbbs应用程序进行数据交换;(6) 访问数据库:通过标准数据库接口(ODBC/SQL)访问用于组态和过程数据的Sybase数据库;(7) 驱动连接:通过自带的各种PLC驱动，连接各种类型的控制器。在本系统中，用WinCC 5.0对所有现场电度数据进行组态，实现流程图监视、数据运算及记录、电度查询、主机开停车状态显示等功能。5 结束语用SIEMENS SIMATIC系列工控产品开发的工厂电度计量系统很好的解决了工厂成本核算中用电量的计量问题，数据记录准确、及时、有效，各主要工序、生产车间及全厂的电量消耗情况一目了然，既可以促进生产过程中的降本增效工作，同时也大大提高了企业的管理水平。1 引言随着作为可编程序控制器的控制核心微控器(MCU)技术的发展，可编程序控制器的功能也越来越强大。现在的可编程序控制器不但工作速度快—逻辑指令执行时间为每条零点几个us、应用指令每条为几个或几十个us;而且功能强—强大的逻辑运算功能、丰富的数学计算功能以及可靠的远程通信功能。西门子S7-200PLC就是其中一种具备以上功能的小型PLC。本文主要介绍S7-200PLC在GDX2高速包装机烟包外包装质量缺陷检测中的应用示例。2 问题提出现在的卷烟市场竞争十分激烈，各厂家都使出浑身解数来提高自己的产品质量和维护自己品牌的声誉，所以各厂家都想尽办法使自己进入市场的产品为零缺陷。在产品生产过程中厂家对产品质量的把关非常严格，特别是对卷烟的后一道工序-包装工序的包装质量要求更为严格，往往对同一种材料进行多次缺陷检测，以避免次品流入市场。原产意大利的GDX2包装机是世界上目前好的卷烟包装机，也是业内的主力包装机型，它具有包装质量好，有效作业率高，人机安全可靠性高等优点。尽管它检测功能多，但仍然不是十分完善，不能满足厂家的质量要求，有必要增加一些的烟包外包装质量缺陷检测功能。如在烟包的薄膜包装部分增加翻盖完好检测，薄膜包装散开检测，薄膜短搭口不对称检测等。3 方案选择尽管GDX2的电控系统是开放式的，采用类似VB的GDLAN语言来编写程序的，但对用户是不开放的，因此要增加外电路来实现新增的检测功能。由于检测电路的功能不复杂，主要功能是将检测器检测到的坏烟包移位到剔除位置，使剔除电磁阀动作，将其剔除。采用逻辑电路，单片机电路，PLC电路3种方案之一都可实现该功能。方案比较如附表所示。通过比较，显然选择方案3，PLC电路好，尽管成本高些，但其他性能好。4 方案实施PLC的输入的点数为4个，其中3个为检测信号，1个为同步信号;输出的点数只需1个，为剔除信号。考虑点数冗余和日后功能增加问题，选择8个输入点，6个输出点、型号为CPU222的S7-200PLC可满足方案要求。PLC硬件设计如图1，其中PLC的电源220VAC和传感器24VDC取自包装机内，B1为接近开关，B2为高解析度色标光电检测器，B3为轻触微动开关。5 程序设计程序分为坏包检测和移位剔除两部分。在坏包检测部分，同步信号高电平有效时使检测信号有效，当检测到坏包时，将要移位的位置1。在移位剔除部分，由于的检测位到剔除位要移位12包烟包，因此采用1个16位的字如VW0来作移位寄存器，并将检测位装载到移位寄存器的对应位上，当V1.3为“1”时接通Q0.0，Q0.0触点接通手动剔除按钮，剔除阀动作剔除坏烟包。//GDX2-CH小包透明纸包装机外观包装检测器程序//LD I0.0 file://同步时钟//A I0.1 file://翻盖检测//ON V1.0 file://缺翻盖烟包//LD I0.0 file://同步时钟//A I0.2 file://薄膜搭口检测//ON V1.7 file://薄膜搭口不对称烟包//LD I0.0 file://同步时钟//A I0.3 file://薄膜散开检测//ON V0.1 file://薄膜散开烟包//LD I0.0 file://同步时钟//SLW VW0,1 file://一个时钟脉冲左移1位的16位寄存器//LD V0.3 file://剔除位//ON Q0.0 file://剔除信号//END_OB1 file://程序结束//6 结束语GDX2-CH小包透明纸包装机外观包装检测器经过一年的使用情况来看，故障率为零，坏烟包剔除准确率为百分之百，好烟包误剔除率也只有万分之一左右。采用S7-200PLC制作检测器的成本较低，程序编写简单，可靠性高，可维护性好
