西门子S7-200PLC在315T液压机上的应用

西门子S7-200PLC在315T液压机上的应用摘要针对EQ153车门包边液压机设备老化、控制陈旧、故障率高、维修困难等问题，提出了采用目前最新型的适用于中小系统的可编程控制技术对控制系统进行改造的方案，取代原老式陈旧的继电器控制方式。并着重论述了西门子S7-200PLC的选型、硬件组态过程及软件设计方法，突出了应用S7-200新型可编程控制器解决各种生产实际问提的思路和方法。通过对S7-200PLC的成功运用，改造取得了良好的使用效果和经济效益，具有普遍的推广价值。关键词：液压机，PLC改造，精度控制，应用SimensS7-200PLCon315Thydraulicpress'sapplicationABSTRACTThehydraulicpressequipmentgetsolder,thecontrolinviewoftheEQ153vehiclebribegiventoagatekeepernearbytobeobsolete,thefailurerateishigh,questionsandsoonservicedifficulty,proposedusesnewestbeingsuitabletomakethetransformationatpresentinthesmallsystem'sprogrammablecontroltechnologytothecontrolsystemtheplan,substitutesfortheoriginaloldstyleobsoleteblack-whitecontrolway.AndelaboratedtheSimensS7-200PLCshaping,thehardwareconfigurationprocessandthesoftwaredesignmethodemphatically,highlightedhassolvedeachkindofproductionusingtheS7-200newprogrammablecontrolleractualtoaskraisedmentalityandmethod.ThroughtotheS7-200PLCsuccess第-1-页共14页utilization,thetransformationhasmadethegooduseprogressandtheeconomicefficiency,hastheuniversalpromotedvalue。Keyword:HydraulicpressPLCtransformationcuracycontrolapplication。系统概述1、控制对象描述左右两台车门包边液压机是车身厂进行EQ153平头车车门包边压合的重要生产设备，其稳定可靠的运行直接关系到车门的压合精度和质量。该液压机采用液压传动，公称压力可达315吨，主要由主机、移动工作台、动力机构、机架平台和电气控制箱等组成。液压系统的动作借助电气系统对直流电磁阀的控制完成各个动作循环，采用操作台集中控制，可实现调整、手动和自动三种操作方式。2、问题的提出该液压机控制系统采用传统的继电器控制方式。众所周知，继电器控制方式存在很多缺点和弊病，结构庞大，接线复杂，故障率高，工作既不稳定也不可靠。并且由于年久失修，该设备老化严重，控制失灵，车门压合精度难以保证，存在诸多严重问题和弊端，主要表现在以下方面：采用老式的继电器控制方式，十分陈旧，故障非常频繁；由于中间继电器数量多达40个，由于存在吸合和磨损，极易损坏，增加了故障查询和维修难度，经常导致长时间停工台时，影响EQ153平头车门的正常生产；线路杂乱，布线不规范不合理，线号标识不清，维修十分困难；电气元件老化易损，缺乏保护装置，滑快下滑十分严重，存在极大的故障隐患和安全隐患。第-2-页共14页为从根本上解决以上问提，提高液压机的稳定可靠性、可维修性和压合精度，提出了采用技术先进的新型控制装置的方案，于2009年8月对两台液压机控制系统进行重新设计和改造。二、控制方案的选择和确立完成对原系统继电器控制方式的改造，首先必须引入一种先进的控制器件，取代传统的继电器控制方式。而选择何种类型和规格的控制器是这次改造的关键环节，中心控制器是整个控制系统的核心和灵魂，直接实现液压机的逻辑控制和功能控制。在确定总体控制方案时，初步确定了以下两种可行性方案：方案一：以C7-621AS-I多功能、智能化控制装置为核心，基于AS-I现场总线技术的集中控制方式AS-I是传感器_执行器接口的缩写，是一种开放的国际标准化的通讯协议，是一种基于现场传感器-执行器接口的最新控制技术，采用主-从原理进行工作，以分布式智能I/O模块采集现场输入输出信号，通过一根普通的无屏蔽的双芯电缆进行数据传输，在AS-I中心控制器进行各种控制处理和运算。而C7-621AS-I控制器则是一个集AS-I主站模块、AS-I编址单元、操作面板、逻辑控制器四大功能于一体的控制平台，可以实现AS-I总线处理、总线模块编址、可编程逻辑控制、故障诊断等多种功能。这种方案就是以C7-621AS-I为控制核心的分散式控制方式，将各智能I/O模块分散到现场不同位置和角落，以一根双芯电缆连接到C7-621上。这种总线技术可以采用总线型、树型、线型、环型等任一种拓扑结构，连接多达62个从站模块。第-3-页共14页AS-I总线控制系统配置图：…………优点：两台液压机采用这种集中控制，结构简单，控制清晰明了，只需一台C7-621AS-I控制器和数个AS-I从站模块就可构成一个AS-I总线控制网路，可省掉PLC、编址单元和人机界面，可以充分发挥AS-I现场总线分布式I/O的优势，节省大量的电线电缆及接线工作量，安装极其简单，维护和故障诊断也十分方便。技术更为先进，设计起来有一定难度，对设计者来说更具挑战性。C7-621AS-I控制器AS-I编址单元人机界面AS-I主站模块可编程控制器（PLC）C7-621AS-I控制器AS-I从站AS-I从站AS-I从站AS-I从站AS-I从站AS-I从站传感器执行器传感器执行器传感器执行器传感器执行器传感器执行器传感器执行器AS-I总线双芯电缆第-4-页共14页缺点：造价较高，使改造成本增加。而且集中控制存在一定弊端，一旦核心控制装置损坏，两台压机均不能使用。方案二：采用西门子S7-200PLC为主控制器的控制方式这种方案就是以可编程控制技术为核心，构建两台压机各自独立、互不干扰的控制系统，并实现PLC与计算机的联机通讯。缺点：较之方案一，需要大量接线，安装工作量较大。优点：造价低廉、经济实用、结构紧凑，改造费用只有方案一的一半左右。基于以上设计思想，以解决该液压机存在的问题，提高系统自动化程度和先进性为宗旨，本着经济、简单、实用、规范化和易于操作维修的原则，对控制系统重新进行了全面而彻底的设计和改造。经过详细分析和论证，通过对以上两种控制论方案进行比较和选择，从性价比、可靠性等多方面综合考虑，最终否定了方案一，选定了方案二：即采用最新计算机逻辑控制技术，以西门子新型中小可编程控制器S7-200CPU224为核心，重建全新的自控系统，实现液压机各个动作的手动、自动和调整控制。该系统还充分运用了S7-200开放的组网通讯能力，通过PC/PPI电缆将计算机和S7-200CPU相连，实现联机通讯，进行数据传送，利用计算机对S7-200进行编程、修改和调试等操作，还可实时监视程序运行状态。另外，配备了一台文本显示器TD200，可实现系统文本信息的查询、故障自动显示、过程变量的修改以及输入输出点状态强制等各种功能。三、系统硬件组态控制方案初步确立后，根据系统控制要求，遵循以上设计思路，进行系统各硬件的选型和组态。设计时除考虑硬件技术先进水平外，还第-5-页共14页要着重考虑性价比、可靠性和维护维修性。1、PLC选型及配置通过对多种PLC机型进行比较和分析，在保证满足控制要求的条件下，从性价比、稳定可靠性、技术先进性和维修操作性等各方面综合比较。考虑到这两台液压机I/O点数不是很多，另外，更主要的是从控制系统本身的控制要求和功能上考虑，选定西门子新型微小型可编程控制器S7－200作为核心控制装置。S7－200性价比极高，虽然机型小巧，个头并不起眼，但其功能仍然十分强大，性能和配置可达到大中型机的规模和水平，可以满足各种不同控制场合和不同控制功能的需要，而价位仅相当于微型机的价格。而且外观小巧美观，结构紧凑，操作便捷，配置灵活，可靠性高，具有如下优点:（1）指令系统丰富而完善，具备基本逻辑运算和各种特殊功能指令(2)运算能力强大而快速，每条指令运算只有0.37us(3)存储容量更大，程序大小可达13K字节(4)通讯和组网能力方便而强大，同时支持PPI、MPI、通讯协议(5)编程环境简单而便捷(6)友好的调试和故障诊断功能（7）严格的口令保护和丰富的扩展模块尤其是方便的组网功能，出众的通讯能力以及便捷的编程环境更是其它机型的PLC所无法比拟的，组态十分方便灵活，十分适合应用于中小型的系统控制领域。第-6-页共14页S7-200PLC模块配置见下图：基本单元扩展单元2、系统构成经过以上硬件选型和配置，结合系统各输入输出元件和液压机执行机构，将各部件有机而协调地组合起来，即可构成系统硬件结构。该方案投入成本极低，十分经济耐用，操作维护方便，可靠性高，整个系统结构简洁紧凑，高效实用。PC/PPI电缆图3：系统硬件构成图上位计算机STEP7MICRO/WIN32文本操作器TD200S7-200PLC接触器组电磁阀信号灯主油泵电机1主油泵电机2夹紧缸电机3夹紧机构右移动工作台顶升机构左移动工作台打料机构状态指示滑块动作S7-200(cpu224)(14I/8Q)307)SM223-1I/O模块8I/8OSM223-3I/O模块8I/8OSM223-2I/O模块8I/8OSM223-4I/O模块8I/8O第-7-页共14页3、控制功能S7－200通过CPU单元上集成的具有通讯功能的PPI接口，连接PC/PPI通讯电缆，可极其便捷的与个人计算机PC进行通讯，通过电脑中预装的STEP7MICRO/WIN32编程软件包，可方便地对S7—200进行编程、修改、调试、在线监控和故障诊断，实现数据传送和交换，操作简单明了。另外，TD200文本操作器可实时监测系统参数、显示设备运行状况和生产信息、进行输入输出强制，是生产维修人员进行设备操作或控制的有效工具，便于维修人员迅速查找和排除故障，提高了维修效率。S7—200工作时，通过各输入模块接受来自各按钮、开关等元件传送来的输入信号，根据存储器中已编制好的控制程序，进行逻辑运算和控制，并将运算结果传送到输出模块，通过电源来驱动接触器、电磁阀等执行元件动作，达到所要求的逻辑控制和顺序控制功能。本改造中，对两个主油泵电机、一个夹紧缸电机和两个移动工作台电机，通过输出口直接驱动各自的接触器，取消了中间继电器的过渡和转换，简化了线路，减少了故障发生的可能环节。对夹紧机构、顶升机构、打料机构和滑块，亦可直接驱动各自的电磁阀动作。而滑块和工作台之间、滑块和锁紧缸之间、滑块和打料机构之间、工作台和锁紧缸之间的动作顺序、联锁逻辑关系则通过执行程序实现。四、网络通讯设置简介1、通讯连接S7-200CPU模块上集成有PPI接口。通过此接口，连接PC/PPI电缆至计算机的RS232C串口上，即可建立与计算机的通讯连接。2、PPI通讯设置用PC/PPI电缆将计算机与S7-200CPU连接起来之后，如何建立与第-8-页共14页CPU的在线联接呢？需要进行如下通讯参数设置：(1)将CPU的站地址设为2，计算机本地站地址设为0，二者不能有冲突，否则无法联机;(2)将计算机的通讯端口设为串口COM1;(3)将计算机的COM1端口波特率设为9.6KBPS,与PC/PPI电缆上设置的波特率要相同。以上设置完成后，即可建立计算机与S7-200CPU之间的在线连接了。五、模拟电位器的运用1、模拟电位器的运用S7-200PLC虽然机身