西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8详细说明

西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8详细说明

1 引言
副井提升机信号及综合保护系统,是副井提升系统的重要组成部分。该系统工作性能的优劣,直接影响到提升机的安全运行。某煤矿副井提升机分为两套提升绞车，一套为双罐笼提升-双层提矸(换层操作)、双层提人(不换层，设人员上下桥台)及其它辅助作业;另一套为带平衡锤的单罐笼提升—双层提矸(换层操作)、双层提人(不换层，设人员上下桥台)及其它辅助作业。原信号系统中的井口闭锁信号及打点信号由于器件的老化等原因，动作迟缓或误动作。同时,可编程序控制器的高速发展和成熟应用,也为副井提升信号系统的改造提供了良好的前提条件。因此，从满足现场需要和操作方便灵活的角度出发，应用可编程控制器对其进行改造。

2 三菱FX_2N可编程控制器
三菱FX_2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中*高档次的超小型程序装置。除输入出16~25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。它具有如下特点:
l 系统配置既固定又灵活 
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16--256点的灵活输入输出组合。 
l 备有可自由选择，丰富的品种 
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用*小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式，自由选择。 
l 令人放心的高性能 
程序容量:内置800步RAM(可输入注释)可使用存储盒，*大可扩充至16k步。 
l 编程简单
本系统采用三菱的FX2N系列PLC实现上下井口的各种操作。上井口为FX_2N128MR，下井口为FX_2N80MR，车房为FX_2N48MR除紧停信号单独外的各种操作及信号的处理均由可编程控制器完成 

3 系统构成


系统框图如图1所示，由车房显示系统、上井口信号操作系统和下井口信号操作系统等三部分组成。 
3.1 车房显示系统
车房显示系统主要完成提升过程中的各种信号显示，包括提人、提物、急停、换层、检修等的汉字显示，上、快下、慢上、慢下、停车等的汉字和数字显示，三次提升信号所对应的数字记忆，提升钩数的累计显示等等。对上、快下、慢上、慢下、停车的五种信号同时具有与信号数字相对应的音响信号，如打点信号为4，则对应有四次音响信号。在紧急停车时具有上井口、下井口、车房的全线音响报警信号。
各种与绞车控制回路闭锁的信号集中到车房显示系统的控制柜中，再分别接入各控制回路，便于维护和检修。
3.2 上井口信号操作系统
上井口信号操作系统的功能主要是根据提升任务的需要向车房发出相应的打点信号及完成相应功能的转换，如提人、提物、换层、检修等。根据煤矿安全规程要求，在提升过程中，下井口的信号必须由上井口转发，即每次提升开始，下井口首先向上井口发出打点信号，上井口再发出相应的信号，并传至车房，同时在操作面板上显示相应的数字和发出相应次数的音响信号。如果上井口发出的信号与下井口不一致，信号将不能发出，操作面板上也相应显示和音响信号。但当上井口下放人员时，不论下井口发出什么样的提升信号，均服从于提人，即上井口可以将提人信号直接发至车房，实施提人操作。在本系统中不论是提人还是提物，只有提人、提物转换开关的位置选对，打点信号才有效。一旦信号正确发出，除紧急停车信号外，系统将闭锁各种信号，确保提升的安全。当需要换层时，只要将换层转换开关置于换层位置，提升机将按照换层所设定的速度运行。在系统检修时，将检修转换开关置于检修位置，此时提升机将按照检修速度运行。
上井口发出的各种信号均传至车房，为司机提供开车信号。在提升信号没有发出时，绞车开不了车。在信号系统中还设置了提升方向的闭锁，绞车只能按正确的方向开车。
在系统中如果上下井口的闭锁和操车信号异常，显示屏上将出现相应的闪光指示，以便及时的发现问题和解决问题。为了方便上下井口的联络，系统中设置了联络信号操作按钮，通过此按钮实现各种联络。
当信号系统的PLC检修或故障时，本系统可以通过设置的备用信号系统发出各种开车信号，确保提升系统的正常运行。
3.3 下井口信号操作系统
下井口信号操作系统的功能基本与上井口信号操作系统的功能一样，不同之处在于:
(1) 下井口的信号只能传至上井口，而不能直接发至车房。
(2) 当下井口发出提人信号时，上井口只能发出提人信号。
当需要紧急停车时，上下井口均可通过紧急停车开关，发出全线紧停声光信号。

二． 系统概况和改造方案
某冶金研究所的“ZD-7”电子束焊机是北京电子组件十二厂1975年专门为该所设计生产的特殊焊接设备，它主要由高压电源、真空系统，焊接辅助控制系统三大部分组成。限于当时电力电子器件，技术条件等方面的制约，该设备自投入使用三十年以来电气部分始终存着控制精度差、故障率高，高压纹波大的缺点，从而导致生产效率和产品成品率低，无法保证正常生产。经过反复研究该冶金研究所决定对这台电子束焊机的电气部分进行改造，我有幸成为了这个项目的设计负责人。根据技术要求提出如下方案：
1. 将原来的接触器。继电器式的电磁控制系统改为由PLC和HMI人机界面操作屏组成的新型控制系统，这样通过清晰美观的组态画面进行操作既提高了操作的自动化程度和直观性，又提高了焊接的控制精度。
2. 将原有的手动阀门全部变为电磁阀以实现真空系统的自动抽真空过程。
3. 该电子束焊机的聚焦、偏转及焊件进给的公、自转部分原来采用圆盘式陶瓷电阻开环调节，精度低、占用空间大，操作不方便；现用电子板配合PLC模拟量的反馈可以实现闭环控制，精度高、占用空间小，操作灵活方便。
4. 电子束焊机的灯丝加热电源采用单相调压调节阴极灯丝加热电流。连接灯丝变压器副边绕组的阴极钨丝冷态直流电阻值只有0.5~1Ω，所以当调节灯丝变压器原边绕组电压时(间接调节阴极灯丝加热电流)，由于灯丝变压器副边绕组极低的阻抗值造成原边激磁电流会在很窄的调节范围内变化很大(直接影响毫安级的电子束流)。因此灯丝加热电源的控制同样需要闭环控制以提高其控制精度和扩大调节范围。
5. 其“核心”部分—高压电源采用三相调压器人工开环调压，经三相升压变压器升压，二极管整流供电的方式，这种原始的控制和调节仅满足于试验研究和要求不高的应用场合。体积大、效率低、操作复杂和可靠性差是该电源的主要缺点。参照国内外电子束焊机成形产品及相关资料，决定将原工频高压电源改为高频高压电源。

三． 改造实施及现场调试
1． PLC和HMI
本机选用的PLC为西门子公司生产的S7-300系列可编程逻辑控制器 ， 由它 实 现 对设 备 的 各种逻辑控制。CPU单元 为315-2DP，配有64K闪存卡以存贮用户程序。 通过 PLC的逻辑运算模拟量输出来控制高压 、束 流 、聚焦、偏转、焊件公/自转的 给 定 ；通过 PLC的逻辑运算模拟量输入来 显示高 压 电压值，束 流 、聚焦、偏转电流值，焊件公自转的 速度；通过PLC的开关量输入显示返回状态并且实现电气联锁；通过PLC的关量输出驱动所有外围设备启动或停止；315-2DP功能较强，内部集成了许多SFC(系统功能)，可以对高压、束流进行斜坡函数软启动、PID调节，实现动态调节，另外模拟量模板的分辨率是12位足以满足控制精度。HMI同样选用西门子OP270操作面板，与S7-300的通讯方式为MPI。高压 、束 流 、聚焦、偏转、焊件公/自转的给定和控制均可以在HMI操作，同时在上面读出相应的值和状态。HMI为10 英寸液晶屏，外形轻薄，可直接嵌入安装在控制柜门上节省了大量空间。HMI自带Win95操作系统，加上所作的工艺画面完全实现了人机界面，操作起来方便简单