西門子PLC數字量擴展模塊

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上海晉營自動化科技有限公司

  ：喬 靜
 
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WinAC是SIEMENS推出的基于PC的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)兼具PC強大的計算功能數
據處理能力和PLC邏輯測控與運行可靠性特點本文介紹了WinAC在千層酥自動化生產線中的
成功應用及其*的特點
關鍵詞：千層酥　烘爐　基于PC自動化　分布式控制系統(tǒng)　過程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產線總長度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機

疊酥機是生產餅干的*道重要工序可根據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要求自動化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動控制采用矢量型變頻器調速線速度同步工作穩(wěn)定性高。
軋輥間隙采用數字化閉環(huán)調整系統(tǒng)控制操作簡單方便快捷高效。
人機界面操控能與其它成型主機的相關部分實現聯(lián)動控制操作簡單方便。
疊層次數、寬度在范圍內任意調節(jié)。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數4-12層
壓片厚度0.1-10MM   電 話：（同號）
2、送料機
送料機將攪拌好的韌性餅干胚料進行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機電控系統(tǒng)要求能夠同步調速控制手動調節(jié)與自動運行控制。
3、雙軋軋面機
該設備是將疊酥機或送料機輸送來的面胚進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字表設定與顯示。
4、烘爐
有熱風循環(huán)烘爐遠紅外線烘爐導熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產線的重要組成部份由電器控制系統(tǒng)熱風循環(huán)系統(tǒng)加熱系統(tǒng)排煙
系統(tǒng)爐網輸送裝置爐網自動檢測張緊裝置等組成要求自動化控制系統(tǒng)達到如下功能：
生產線工作狀態(tài)的實時監(jiān)測
溫度坐標升溫曲線等顯示
溫度調節(jié)系統(tǒng)參數在線修正 
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
熱風循環(huán)系統(tǒng)采用自動控制熱風量，閉環(huán)控制，可選擇自然與強制性排煙等自動功能
燃氣爐欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護功能
5、成型機
成型機由多臺軋面機與傳動單元組成相互之間無機械傳動聯(lián)鎖無張力檢測單元要求整條生產線通過電器控制線速度同步運行控制難度較大對自動化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點
綜上所述千層酥生產線控制系統(tǒng)是一個集運動控制與過程控制的綜合自動化控制系統(tǒng)歸納起來應有如下特點：
分布式：生產線總長度約200米，控制點多而且分散，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，擴展維護方便，運行安全可靠，故障風險降到zui低的優(yōu)點。
總線網：全線采用現場總線網絡控制，排除大量模擬信號的干擾因素，實現精確的速度協(xié)調控制與高精度溫度測控，檢測與控制協(xié)調*。
大量配方存貯：一條生產線可生產上百種產品，因此有大量的配方存貯與調用，普通的PLC控制器由于受內存的影響，很難做到大量配方的存貯與調用，因此基于PC自動化是本系統(tǒng)的*方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現代過程控制系統(tǒng)的特點，本系統(tǒng)配備完善的人機界面操作系統(tǒng)，全面的系統(tǒng)監(jiān)控與異常報警功能。
運動控制：速度同步也是本控制系統(tǒng)的關鍵，采用矢量型變頻器通，過網絡主令控制，達到全線速度的協(xié)調與統(tǒng)一。

西門子PLC數字量擴展模塊
三、基于PC 的自動化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司推出的基于PC的自動化控制系統(tǒng)，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有強大的計算功能、數據處理能力和PLC*的計算速度，更兼顧了PLC的運行可靠性特點。其海量內存貯器特別適合于大數據量計算、大量配方存貯與管理。其計算功能與PC機相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統(tǒng)比美，是千層酥成型機與烘爐機械設備控制系統(tǒng)的選擇：
*性
WinAC是基于標準的Windows操作平臺下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨立而嚴格的時序。控制特別滿足對于高速、精確、復雜計算及嚴格時間要求的控制任務。
WinAC支持標準的Windows NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技術?？刂坪屯ㄓ崈群伺c標準的Windows NT任務的通訊由其內置的代理服務器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強。
應用程序開發(fā)環(huán)境
SIEMENS統(tǒng)一的組態(tài)軟件STEP 7 是WinAC控制器的標準開發(fā)平臺，包括通信組態(tài)、編程、測試和啟動以及系統(tǒng)文件的編制，對于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓時間。

系統(tǒng)組態(tài)界面

開放式接口
WinAC提供標準的OPC控件接口及Active X控件接口,對于我們的應用提供了*的方便。
OPC 過程控制OLE 是一種通過Windows NT應用程序自動存取數據的標準，也是WinAC的標準特性。使用OPC服務器可以訪問控制驅動程序中的過程數據：Active X 控件接口，不用編程直接從OLE 標準應用程序訪問過程數據。這種功能使得我們可以在軟件開發(fā)中借助于高級語言Visual Basic進行更復雜的應用開發(fā)。
計算功能
WinAC提供強大的計算功能，與工業(yè)過程數據，之間建立起一條工作數據鏈路。使得上位計算機能夠實時處理過程數據，完成復雜的測量控制與故障分析計算，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)計分析。在過程控制和PC 應用程序之間管理數據信息流量。允許高效、簡便地訪問并能顯示和修改過程數據。對于數據處理量大，要求內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給我們提供了一個合適而且經濟的解決方案。

• 比較簡單的實現PID閉環(huán)控制的方法PID控制的難點在于整定控制器的參數。為了學習整定PID控制器參數的方法，必須做閉環(huán)實驗，開環(huán)運行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機構。例如可以用電熱水壺作為被控對象，用熱電阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉換為標準電壓，用移相控制的交流固態(tài)調壓器作執(zhí)行機構。 有沒有比較簡單的實現PID閉環(huán)控制的方法呢？ 在控制理論中，用傳遞函數來描述被控對象、檢測元件、執(zhí)行機構和PID控制器。 被控對象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實驗室可以用以運算放大器為核心的模擬電路來模擬廣義的被控對象（包括檢測元件和執(zhí)行機構）的傳遞函數。我曾將這種運放電路用于S7-200和S7-1200的PID參數自動調節(jié)實驗。 用運算放大器模擬被控對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？ 除了用運算放大器來模擬被控對象的傳遞函數，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對象，DISV是系統(tǒng)的擾動輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。  被控對象的數學模型為3個串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個慣性環(huán)節(jié)的時間常數分別為TIM1～TIM3。其傳遞函數為 數學模型為3個串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié) 分母中的“s”為自動控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時間常數設為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個數。圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。 下圖是模擬被控對象的子程序，實際上只用了兩個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時中斷時間間隔來調用這個子程序。 圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值 下圖是用來監(jiān)視PID回路運行情況的STEP 7-Micro/WIN的PID調節(jié)控制面板，可以用它進行PID參數自整定或手動調節(jié)PID參數的實驗。標有PV（即被控量）的是過程變量的階躍響應曲線。

   

• 產品信息

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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 內的產生線路側諧波

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

數據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，根據使用的實際運行數據、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，可以計算出承受了特定的諧波頻譜的電機的短路功率S_K和電樞自感L_a。

如果實際線路短路功率和/或實際電樞自感與用這種方式計算獲得值有偏差，則需要根據實際情況進行計算。

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

電流I₁的基波分量作為參考值使用如下公式計算：

I₁ = g × 0.817 × I_d

I_d 檢查的運行點的直流電流
g 基本的基波成分

根據表格計算獲得的諧波電流只適用于：

a) 變頻器連接點的短路功率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 變頻器裝置連接點的空載電壓，單位 V

I_d 檢查的運行點的直流，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的實際值與使用上述公式獲得計算值有偏差，則需要獨立進行計算。

例：

假定驅動器具有如下輸入：

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，針對觸發(fā)角α = 20°和 α = 60°）僅適用于用這種方式計算獲得的值S_K 和L_a。如果實際值與這些計算值有偏差，必須進行獨立計算。

如果要確定濾波器和帶有電抗器的補償設備的規(guī)格，只有計算值S_K和 L_a與實際驅動器值匹配時才能引用通過此計算方式獲得的諧波值提供的信息。在其他情況下，必須進行獨立計算（這特別適用于使用補償電機的情況，因為它們具有非常低的電樞自感等級。）。