西门子PLC触膜屏和变频器在喷涂线上的应用

1、西门子PLC 触摸屏和变频器在喷涂线上的应用摘要：ZL08喷涂线是机 电 气 仪于一身，具有高速计数，准确定位，人机对话友好，喷涂工艺弹性等特点，是一台自动化程度高的机型，该机具有自动震粉，粉房前后移动和两个精确定位的升降机，立求满足不同产品和不同规格的需求，根据以上特点，电气系统应具有以下功能：1控制全机程序动作，包括升降机，震粉马达，粉房的移动，自动回收及排风回收系统，报警功能等。2具有人机对话功能，能够设置和显示工艺参数，并能够根据工艺要求在触摸屏上修改参数。3全机中PLC（可编程控制器），触摸屏及变频器进行通讯要求安全可靠。4由于采用高速计数器，使定位更准确，响应速度快。 关键词：可编

2、程控制器 变频器 高速计数器 双相编码器 触摸屏（昆仑通态）1前言： 我公司是专业生产喷涂生产线，主要提供整厂的液体、粉体、电泳、氧化生产线。面对市场竞争的日益加剧，我公司已感到生存的压力，面对不利形势，公司本着持续、稳健的经营方针，积极应对行业市场变化，积极开发新产品，加强成本控制，努力降低产品价格及配件的国产化等措施，对经营业绩的不利影响。所以MCGS就是在这种背景下，被我公司采用。MCGS是北京昆仑通态生产的全中文工业控制组态软件，为用户建立全新的过程测控系统提供一整的解决方案。MCGS工控组态软件是一套32位组态软件，可稳定运行于Window95/98/Nt/Me/2000等多种操作系

3、统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据的传送，工程报表、数据与曲线等多种功能于一身，并支持国内外众多遥数据采集与输出设备，广泛应用与电力、化工、钢铁、冶金等多种领域。我公司已经有几年的使用历史，MCGS具有的组态简单，使用方便等多种优点，已在我公司和用户得到肯定和认可。 结合实际本论文具有以下特点：（1）系统、全面的阐述了ZL08喷粉线的制作和控制流程。条理清楚、介绍翔实，内容具体。 （2）注重工程的应用，详细的阐述了高述计数器的组态及应用技术。（3）突出实用性，强调PLC，变频器的安装与维护方法，内容较多取自生产一线工程。（4）写作力求精简，言简意赅。 2生产流程及控制

4、方法经过与工艺技术人员沟通后，工艺员提出了如下的要求：（1）开始喷粉之前要先进行行筛粉，去掉大的不均匀的颗粒。（2）能够自动进行喷粉，并且能够准确的定位，上下可调。（3）喷粉时有排风装置，能够启动，减少粉尘的飞溅。（4）粉房能够移动，以便于喷粉后的清理工作。根据工艺要求，我设计出以下的工作流程： 手动启动震粉手动启动抽气风机手动启动回收风机手动启动升降机开始喷粉自动控制升降机喷粉后清洁开启反吹电磁阀开启清理电磁阀操作方法：（1）设备启动前应先合上电源总开关，向右旋转主控柜上电源“总制”按钮，启动整个系统电源，触摸习上显示主画面，（如下触摸屏画面所示），输入密码，进入画面。 （图1）（2）进入电

5、机控制画面触摸各功能启动按钮，启动各台电机，启动按钮为OFF时表示未启动，启动按钮为ON时为启动，操作粉房前进和后退时，必须把回收风风口拿开。见下图： （图2） （3）进入升降机操作画面选择“手动”控制，触摸“上升”“下降”按钮，手动启动升降机。选择“自动”控制，触摸“启动”按钮，自动启动升降机。上下行程设定，是设定下下行程之间的距离，上下行程设定值，是相对原点位置的距离值，速度设定，是设定升降机运行的频率。触摸“下页”按钮，进入 升降机动2控制。如下图： （图3）（4）进入喷枪控制画面依次打开各喷枪，喷枪1-5为升降机1所负载，喷枪6-10为升降机2所负载。喷粉量的多少，根据工艺要求的厚度调

6、节控制器。 （图4）（5）进入反吹控制画面可手动依次打开各控抽电磁阀，输入反吹时间和间隔时间，可选择自动运行。（6）清理电磁阀同反吹一样操作，自动动运行时根据间隔时间和反吹时间依次动作。（7）进入报警窗口如果有报警，可查看报警记录，报警记录会根据用户策略显示，报警时间用报警记录等信息，帮助维修人员迅速排除故障。 （图6）3 PLC的选择及是否匹配论证31 PLC的选择对于以上的要求，我公司给出二种可编程控制器供选择，三菱FX-2N和西门子S7-200 CPU224CN（6ES7 214-1BD22-OXB0），因为主力公司西门子PLC较多，考虑到以后扩展的需要，主力公司选择西门子PLC，变频器

7、指定了三菱，对于其它的电气部分，则由我公司自行决定。因涉及到二十多个输入信号和二十六个输出信号，二个模拟量输出，所以PLC部分除了上面CPU外，还必须加一个EM223 16点输入和16点输出（6ES7 222-1HF22-OXAO），两个EM222 8点输出模块（6ES7 222-1HF22-OXAO），一个EM232 2 点输出（6ES7 232-OHB22-OXAO），EM232作为升降机的模拟量输出。32 PLC的匹配对于S7-200 PLC扩展模块的数量受到两个因素影响，一个是基本单元扩展模块的数量，另一个是基本单元内部电源的负载能力。各种主机扩展能力是不同的，如CPU221模块是不带

8、扩展模块，CPU222模块最多只能两个模块，CPU224模块，CPU226模块最多可带子7个模模块，且7个里最多只能有两个智能模块。PLC内部电源也是影响扩展模块一个因素，内部电源除了提供5V电源外，还提供DC24V电源，对于S7-200 CPU224来说， CPU最大为外部扩展模块提供DC5V电流为660mA，EM223模块耗DC5V总线电流为150-160Ma,EM222模块耗DC5V总线为50mA, EM232模块耗DC5V总线电流为10mA,所以所在模块加起来为160+50*2+10=270mA,远远低于660mA,CPU224是可以承受的。（见附图1）33 PLC地址的分配此系统共有

9、30个输入点，58个输出点和两个模拟量输出，地址分配如下：CPU基本单元I/O地址：。EM223扩展单元I/O地址：EM222扩展单元I/O地址：EM232扩展单元I/O地址：ALW0 ALW2 （接线图见附图2）34 PLC的安装参照下图的安装指南，选择标准的DIV导轨，安装S7-200 224 CPU，安装时应使上下有25cm空间，以便于正常的散热。前面板与背板的板间距离也应保持至少75mm。用I/O扩展电缆连接EM222 EM223和EM232等模块。 （图7）4 变频器的选择 安装及调试使用变频器时要注意变频器应适合负载，为了延长变频器的工作寿命，安装变频器时还应适合环境。41 变频器

10、的选用变频器的选用，包括变频器型式选择和容量选择两个方面。升降机属于恒转矩负载，因而选择具有恒转矩控制功能的变频器FR-A500系列，实现恒转矩负载的调速运行。变频器的容量选择主要考虑变频器额定容量、额定输出、可用电动机功率。由于升降机装置主体上的电动机型号为SB JB，电压 380 V ，功率0.75KW，电流1.5A 。根据变频器输出功率的计算公式：PCN K PM / COS变频器输出电流的计算公式：PCN K IMPCN 表示变频器输出功率 ICN 表示演变频器输出电流 PM 表示电机轴上输出功率 IM 表示电机额定电流COS 表示电机功率因素，取0.75 表示电机效率，取0.85K

11、表示电流波形修正系数，取1.05可以得到 PCN K PM / COS = 1.05×1.5/0.75/0.85= 2.47(KW)ICN K IM = 1.05×2.47 = 2.59(A)根据计算结果，我选用日本三菱公司制造的FR-A540-2.2K-CH型变频器，其输入电压400V级，电流6A，输出功率2.2KW，适用于2.2KW的三菱电机。42变频器的安装变频器是精密的电子组件，其输入功率是输出功率和自身消耗功率之和，虽然变频器是耐高压和耐大电流的电子器件，但变频器在运行时电子组件不断产生热量，所以变频器要特别注意散热，的装有强冷风扇。当然，变频器对其它周围环境也有

12、一定要求，正如三菱FR-A500系列变频调速器使用手册所言：温度10±50; 相对温度20%90%RH，不受日光直射、没有灰尘等。因为粉房易受粉尘的污染，所以将配电柜放在粉房外的空旷区域，通过RS485电缆实现与触膜屏的通讯，实现控制目的。 图843变频器试运行。在安装变频器之前，应先对变频器进行试运行。 图9以50HZ为例试运行变频器，首先合上QF，确认变频器板面的POWER灯亮和操作面板上显示正确数据，然后用操作面板设定到操作模式，用上、下键设定Pr.79为1，PU操作（数字面板操作）模式；再用操作面板按MODE键切换到频率设定模式，按上、下键改变设定运行频率为50 ，按SET键

13、至少1.5秒完成写入，确认操作模式中显示PU灯亮后，按FWD或REV开始运行，电机启动。操作面板上自动地变为监示模式，显示输出频率。可看到液晶显示屏上频率数值经过变化后，最后稳定在50HZ，同时FWD或REV指示灯在停机前不停的闪烁。按STOP/RESET键，减速停止。然后用同样的方法设定Pr.79为2，外部操作模式，接通或短接外部启动信号SD与STF 或STR以及（电位器）频率运行信号（见下图），确认操作模式中显示EXT灯亮后，左、右缓慢旋转电位器旋钮，观察液晶显示屏上频率数值的变化，运行过程中注意电机转向、转速和电机振动以及噪声。 （图9）44参数的写入变频器频率设定可以通过修改功能代码P

14、r.79的内容来实现四种不同的控制方式：参照三菱FR-A500系列变频调速器使用手册1 外部操作模式 2 PU操作模式(DU04面板控制)3 外部/PU组合操作模式4通讯操作模式参照上述4种操作模式，再结合设备实际应用中的情况，总结出以下几点：第二种PU操作模式也就是说用变频器面板上频率设定旋钮一次只能设定一种频率，不适合模拟调速运行要求。第三种外部/PU组合操作模式可以满足要求，但在调试、试机、更改运行速度时也常更改变频器内设定的频率，工作极为不便，第四种是采用计算机通讯在此不适用。因而选用第二种：外部操作模式，变频器运行指令Pr.79设为2，变频器启动信号也是外部输入信号（端子STFSTR

15、），运行频率使用外部输入信号控制（电位器或是其它变频器以外的0-5V、0-10V 或4-20mA直流信号）；因为在切换运行速度时用PLC实现自动控制，免去了人工频繁启动和停止的操作过程。下表所示为变频器参数：功能名称代码显示设定值说明转矩提升Pr.00自动提升转矩操作模式Pr.792外部操作运行指令设定Pr.792外部控制端子启动频率Pr.1310基本频率Pr.350最大频率Pr.160点动频率Pr.1515加速时间Pr.73减速时间Pr.83点动加、减速时间Pr.161电子过电流保护Pr.93A电机电压设定Pr.83400V电机容量Pr.802.2KW电动机额定功率电机极数Pr.812电动机

16、磁极对数电机励磁电流Pr.825.8A电动机额定电流电机额定频率Pr.8450-60电机额定频率参数写入禁止选择Pr.771不可写入5 PLC程序的写入5高速计数的写入参考S7-200可编程控制器系统手册，一般来说，高速计数器被用作驱动鼓式计时器，该设备有一个安装了增量轴式编码器的轴，以恒定的速度转动。轴式编码器每圈提供一个确定的计数值和一个复位脉冲。来自轴式编码器的时钟和复位脉冲作为高速计数器的输入。 高速计数器装入一组预置值中的第一个值，当前计数值小于当前预置值时，希望的输出有效。计数器设置成在当前值等于预置值和有复位时产生中断 随着每次当前计数值等于预置值的中断事件的出现，一个新的预置值

17、被装入，并重新设置下一个输出状态。当出现复位中断事件时，设置第一个预置值和第一个输出状态，这个循环又重新开始。 由于中断事件产生的速率远低于高速计数器的计数速率，用高速计数器可实现精确控制，而与PLC整个扫描周期的关系不大。采用中断的方法允许在简单的状态控制中用独立的中断程序装入一个新的预置值。（同样的，也可以在一个中断服务程序中，处理所有的中断事件。）而对于操作模式相同的计数器，其计数功能是相同的。计数器共有四种基本类型：-带有内部方向控制的单相计数器。-带有外部方向控制的单相计数器。-带有两个时钟输入的双相计数器。-A/B相正交计数器。 在此我们选用HSC0和HSC1，模式选用模式10 ，

18、有复位信号的A/B正交计数器。在编程时，必须先在遵守下列的基本操作 ： - 定义计数器和模式。- 设置控制字节。- 设置初始值。- 设置预置值。- 指定并使能中断服务程序。- 激活高速计数器。（1）定义计数器模式和输入，参考下表可得HSC0，输入点为I0.0 I0.1作为计数器的输入A/B脉冲输入，I0.2作为升降机的原点。HSC1，输入点为I0.0 6 I0.7作为计数器的输入A/B脉冲输入，I1.0作为升降机的原点。（2）设置控制字节S7-200有专门的SM特殊存储区赋值和功能，高数计数器HSC0 HSC1分别为SMB37，SMB47，定义分别为如下表所示。根据工作的需要，HSC0 HSC

19、01控制字都为16#F8。允许计数，写入新的初始值，写入新的预置值，计数方向为增，置启动和复位输入为高电平有效（3）设置初始值和预置值每个高速计数器都有一个32位的初始值和一个32位的预置值。初始值和预置值都是符号整数。为了向高速计数器装入新的初始值和预置值，必须先设置控制字节，并且把初始值和预置值存入特殊存储器中，然后执行HSC指令，从而将新的值传送到高速计数器。下表中对保存新的初始值和预置值的特殊存储器作了说明。根据控制要求，我们将SMD38=0，SMD42=9000。（4）中断服务程序所有计数器模式都支持在HSC的当前值等于预设值时产生一个中断事件。使用外部复位端的计数模式支持外部复位中

20、断。而每个高速计数器都有一个状态字节，其中的状态存储位指出了当前计数方向，当前值是否大于或者等于预置值。下表所示给出了每个高速计数器状态位的定义。（只有在执行中断服务程序时，状态位才有效。监视高速计数器状态的目的是使其它事件能够产生中断以完成更重要的操作）52 初始化的写入1参考S7-200使用手册，在初次扫描存储位（SM0.1=1）,调用执行子程序。2子程序的写入允许计数计数器HSC0，模式10清除当前值写入预置值为9000 中断0，当前值=预置时（事件12），连接中断事件允许全局中断编程HSC03 中断程序的写入-将0写入SMD38清除当前值。-写入新值并允许计数。-编程HSC052反吹程

21、序的写入反吹电磁阀是根据间隔时间依次点亮，点亮时间和间隔时间分别由触摸屏写入。下面所示为反吹程序的部分：1 M7.6为触摸屏上的选的选择开关，用于手动和自动的选择。2 间隔时间的写入 M24.0闭合后，T101闭合用于电磁阀的间隔时间，VW100用于在触摸屏上读写间隔时间。M24.1是下一个电磁阀的通断条件。3 通断时间的写入M26.0 是用于电磁阀通断条件。而T102是第一个电磁阀通断时间和第二个电磁阀的转移条件，VW102为通断时间。4 电磁阀线圈的控制M7.6为手动和自动选择开关，M3.3为手动控制反吹电磁阀Q3.3的触摸按钮M26.0用于自动循环条件。53 喷枪控制M2.1为控制喷枪电

22、磁阀的触摸按钮。54清理程序的写入写入过程同反吹系统。6 触摸屏的制作（1）封面图制作如图1所示，在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生“窗口0”，选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置，将窗口名称改为“封面窗口”，在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击确认。单击工具箱中的“A”图标，调整大小放到相应位置，双击距形框，光标在其内闪烁，可直接输入“主力喷粉线控制系统”。双击该图标，打开属性选择没有边线，填充颜色为综色。为产生立体效果，可复制一个同样文本，选择不同的颜色，然后叠加到一起。 单击工具箱中的“”图标调整大小放到

23、相应的位置，单击图标，进入属性设置，选择边线颜色为紫色。点击工具箱中的“A”，在文本框内输入“MAIN POWER”，点击属性，选择没有边线，字体颜色为兰色，有闪烁效果。点击工具箱中的“标准按钮“，调整大小放到相应的位置，点击该属性，在基本属性中输入“进入”，在操作属性中，单击进入操作属性窗口，点击“按下功能”，选择打开用户窗口中的“电机控制”。62安全机制的制作 MCGS系统的操作权限机制和Windows NT类似，采用户组的概念来进行操作权限的控制。在MCGS中也可以定义无限个用户组，每个用户组可以包含无限个用户。同一个用户可以隶属多个用户组。操作权限的分配是以用户为单位来进行的，即某种功

24、能操作哪些用户有权限，而某个用户能否对这个功能操作取决于这个用户是否有这个操作权限。 MCGS系统按用户组来分配操作权限的机制，使用方便的建立各种多层次的安全机制。如：实际应用的安全机制一般划分为操作员组、技术员组、负责人组。操作员组的成员一般只能进行简单的操作，技术员组负责工艺参数等功能的设置，负责人组负责能对重要的数据统计分析：各组的权限各自独立，但某用户可能因为工作的需要，能进行所有的操作，则只需把该用户高为隶属于三个用户组。 在菜单“工具”中单击“用户权限管理”，弹出“用户管理器”。点击“用户组名”，再单击“新增用户组”，会弹出“用户组属性设置”： 在用户组名称中输入“操作员组”在用户

25、组描述中输入“成员仅能进行操作”。然后点击用户名输入用户名称，如“张三”，用户描述“管理员”，用户密码中输入“123”，确认密码中再将次输入“123”，隶属用户组“管理员组”：再次点击“新增用户”，输入“李四”，用户管理描述是输入“操作员”，隶属用组“操作员组”用户密码中输入“456”，再次确认密码。点击确认。63高速计数器画面的制作如图3所示，把高速计数器的当前值放到VD1000，然后把VD1000内的数与VD200（下限行程设置）值比较，如果VD1000大于等于VD200内的数值，升降机下行，如果VD1000小于等于VD204的值，升降机上行（如下图所示）。触摸屏制作流程为，点击“工具箱”

26、的输入框，放到相应位置，点击输入框，在操作属性“对应数据对象的名称”，点击问号，选择VWUB200，设置最大最小值。同样操作读写VWUB2004。点击“A”在文本内输入“上行程设置”“下行程设置”。点击“工具箱”内的“标准按钮”，在基本属性图形设置，点击“矢量图”，选择“开关”，单击出现图形，点击按钮6，放置。点击旋钮开关分解成二个旋钮，选择绿色的旋钮，在属性中选择读写M7.0，点击可见性，输入“M7.0=1”时可见。点击“工具箱”中“输入框”，放到图形工作区相应位置，双击输入框，在“操作属性“中选择“读写VW208”，设置最大，最小值，点击“A”在文本中输入“速度设定”。点击“标准按钮”放到

27、工作区相应位置，复制同样一个，点击在其中的一个在“操作属性”中，选择“读写M0”，基本属性中写入“上升”；同样方法制作另外一个。6.4 报警信息画面的制作 通过立字颜色的改变来显示报警，当文字变红色时表示该设备发生报警，如“升降机1变频器故障”。点击“升降机1变频器故障”进入动画属性，在基本属性中输入“升降机1变频器故障”ON时颜色为红色，OFF时为黑色，只读“I2.4”可见度为“1”。7 PLC与触摸屏 电脑的通讯 71西门子PLC与触摸屏的通讯参数设置72接线方式1完成设备调试后，在开始 MCGSTpc 与实际设备的通讯测试之前，我们要先确认 TPC 与PLC 设备的通讯接线，并在设备窗口中修改“通用串口父设备”的“串口端口号”为所选用型号TPC 对应的串口号，以保证下步通讯测试的顺利进行。73 电脑与PLC的通讯利用PC/PPI电缆和自由通讯口可以把S7-2OOCN CPU 和电脑联系起来，实现程序的写入和修改。有两种PC/PPI电缆，一种是带有RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用