西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8参数规格

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西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8参数规格1 引言 近年来，我国应用太阳能和采暖发展迅速，节能效果明显[7]。但是，太阳能热水器也有自身的缺点。首先，太阳能热水器受天气因素影响较大，在阴天或冬天的时候光照强度不足，就不能提供温度较高的热水；其次，太阳能热水器提供的水量有限，且水温不够稳定；后，目前我国的太阳能热水器多为家用的小型太阳能热水器，不能够集中管理和控制。 为解决这些问题，设计了一种基于plc的集热式太阳能热水器，可对多个用户集中供水，全天候提供水温稳定的热水，操作简单，经济效益高。plc采用西门子s7-200系列进行控制操作。配合相应的温度、液位和liuliang传感器及plc的模拟量输入扩展模块实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和liuliang的控制。同时，plc与西门子文本显示器td400集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。 2 集热式太阳能热水器 2.1 电控工作原理 集热式太阳能热水器可以对多用户提供热水，且供水量大、供热水效率高，目前广泛应用于需大量供热水的事业单位等部门。该系统是与建筑有机结合、全天候的太阳能热水器。其安装在建筑的屋顶之上，不占用建筑内部空间，使用起来简单方便，如图1所示。 由图1可知，该集热式太阳能热水器主要由太阳能集热板、水箱、电磁阀、水泵、温度传感器、液位传感器、电伴热带、电加热器、电磁liuliang计和控制柜等部分构成。该系统的控制原理为： 图1 集热式太阳能热水器系统框图(1)当集热式阵列中的水温度高于1#水箱的水温5度时，1#水泵启动，将热水从太阳能集热板阵列排入1#水箱，同时1#水箱内的水送入太阳能集热板阵列，实现热水的循环。两者温度相等时水泵停止。 (2) 当1#水箱中的水量不足设定的低限时，1#电磁阀打开，使自来水进入1#水箱，补充水量到设定的高限为止。 (3) 当用户端水温低于50度时，3#水泵启动，达到55度时关闭。 (4) 当2#水箱的水位低于低限时，2#水泵启动，同时2#电磁阀打开，以1#水箱中的水作补充，达到设定水位上限为止。 (5) 2#水箱水温低于50度且2个水箱水位高于设定的低加热水位时，加热器开，达到55度时关。 (6) 当1#水箱水温高于70度时，开2#水泵，2#电磁阀和3#电磁阀，使两个水箱的水进行循环，两个水箱水温相等时停止循环。 (7) 当liuliang计的liuliang高于设定值时，3#水泵启动。 (8) 当管道温度低于下限时，开伴热带同时还要开1#水泵，循环一定时间。 (9) 当控制柜内温度高于设定的风扇启动温度，风扇启动，低于设定温度时关闭。 2.2 电控系统硬件 集热式太阳能热水器的控制系统如图2所示。它由决策机构、测量感知机构和执行机构三部分构成，其中决策单元是控制系统的核心。 图2 集热式太阳能控制系统原理图(1) 控制中心 西门子s7-200系列plc是的小型模块化可编程控制器[1]。plc应用工程首先要合理的选择系统配置，这对于tigaoplc在控制系统中的应用有重要的作用。根据系统的运行原理，经过计算统计，该系统的控制点数为：模拟量输入7个，数字量输入7个，数字量输出9个。根据系统的控制点数和余量，本系统采用西门子s7-200系列中的cpu224作为控制核心单元，它本身所拥有的数字输入输出口数量能够满足本系统的设计需要，而且有少量剩余，可用于以后的扩展或改造。模拟量输入扩展模块采用em231，它是4输入12位的模拟量输入模块。本系统共有7个模拟量输入，所以需要扩展2个em231。另外，采用文本编辑器td400与cpu224相连，共同示组成一个具有实时操作显功能的自动监控系统。td400是一个能显示两行或四行的文本显示设备，为背光液晶显示，有较好的分辨率，可由s7-200cpu获得供电，或者由单独电源供电。td400的主要作用是设置系统的各项控制参数，包括各个部分的温度上限值和下限值，水箱水位的上限值和下限值等，同时可以对各个部分的水温和水位及各个执行器的运行情况进行实时监控。 主控中心主要功能为：对由模拟量输入模块采集的数据进行处理，根据用户设定的各项参数和系统控制原理，作出控制决策。 (2) 测量感知机构 测量感知机构包括温度传感器、液位传感器和电磁liuliang计。温度传感器采用pt100铂热电阻，输出为4~20毫安电流，量程为0~100摄氏度。温度传感器的作用是实时采集太阳能集热板、水箱、输水管路和用户端的水温，决策机构将根据这些数据来对相应的执行机构进行控制，达到系统温度参数的设定要求。液位传感器用于实时采集两个水箱中的水位，决策机构根据水位参数的设定要求来对相应的控制器进行控制。电磁liuliang计用于检测用户端管道内的水liuliang，根据liuliang的大小，决策机构就可以判断用户端用水量的多少，从而控制执行器增加或减少热水的供应量。所有的传感器均采用三线式接线方式。 (3) 外部执行机构 本系统的外部执行机构包括3个水泵、3个电磁阀、排热风扇和电伴热带。水泵用于对管路和水箱中的热水进行循环，电磁阀用于控制管路内水流的通断，排热风扇可以将控制柜内较高的空气排到柜外，电伴热带用于防止管路在冬天上冻结冰。另外，系统还有一个急停按钮，按下急停按钮，会切断执行器的供电，使系统停止运行。所有的执行机构都是在控制机构的统一控制下协调工作，使系统能够正常稳定的进行工作。控制柜为立方体形，高度为180厘米，安装有两层门，内层门上安有上电指示灯、手自动开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮和文本显示器td400。 3 plc软件编程 控制系统的软件编程是在西门子公司提供的step7 microwin v4.0plc编程软件下进行的，它可以对s7-200的所有功能进行编程。该软件在bbbbbbs平台下运行，其基本功能是协助用户完成应用软件任务。该系统的软件程序使用梯形图进行编程，采用结构化编程方式，主要包括出场参数设置、量程转换、自动和手动子程序。结构化编程方法具有程序结构清晰、通用性强、可读性强和方便修改等优点[4]。系统主程序如图3所示，程序其他部分省略。 图3 系统主程序在出厂参数子程序中设置了系统默认的一些参数，包括水箱内水位的上下限，水温的上下限、用户端的水温、伴热带启动的管道温度、电磁liuliang计的liuliang设定、水箱水位的量程和水温的量程等。这些参数是在系统初始上电运行时的默认值，用户可通过td400进行参数的修改。手动子程序是用于对系统进行调试时使用的，在子程序中，定义了td400的9个按键f1~f8和shift+f1，对应9个执行器。在手动模式下，按下按键，相应的执行器就会运行。自动子程序是按照系统的工作原理进行编写，由决策单元对采集到的模拟量进行判断，作出决策。 温度传感器、液位传感器电磁liuliang计采集到的信号是4~20ma的电流信号，通过模拟量输入模块em231的a/d转换，变成范围0~32000的数字量。而转换来的这一数字量也不能直观的反映现场的温度、液位和liuliang的实际值，所以需要进行量程的转换。量程的转换的公式为： 其中，di为a/d转换来的数字量，6400为传感器输出电流为4ma时对应的数字量。温度的量程为0~100摄氏度，水位的量程可根据水箱的尺寸由用户自己设定，程序中给出了一个缺省的量程，电磁liuliang计的量程也可由用户根据产品的说明来设定。所以实际值为： 系统人机交互界面采用的是文本显示器td400，其编程工作也是在西门子的编程软件下进行。通过编程软件菜单“工具”“文本显示向导”可以对td400进行配置，设置用户菜单和报警信息。本系统有工艺参数设定、量程设定和状态显示三个用户菜单。在工艺参数设定菜单下可以对出厂参数进行修改，在量程设定菜单下可以进行量程的修改，状态显示菜单则用于显示各执行器的运行情况，当某一执行器的状态为1时，说明此执行器正在运行，为0说明此执行器没有运行。按照向导完成td400的设置后，会自动生成一个数据块，其中包含了td400配置和所有用户定义的信息。 4 结束语 本文作者创新点：本文根据用户的实际需要设计了一种新型的基于西门子s7-200系列plc的集热式太阳能热水器，该系统解决了传统太阳能热水器的一些缺点，真正实现了全年全天候供水，水温与liuliang稳定，并可通过文本显示器td400进行参数设定，操作简便。该设计将太阳能与电能结合使用，大大节省了电能，长期使用将会有很可观的经济效益，值得推广使用。1 引言 注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件[1]。老式中小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器控制，线路复杂，故障率高，维修麻烦。而可编程序控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机，由于它具有可靠性高、编程方便、抗干扰能力强、维修方便等特点，广泛用于各种类型的机械或生产过程的控制[2]。 2 注塑机的工作原理 注塑机是借助螺杆(或柱塞)的推力，将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等。注塑机生产一个产品的工作循环包括(1)快速合模；(2)慢速合模；(3)模板锁合；(4)射台前移到位；(5)注塑；(6)冷却和保压；(7)预塑；(8)射台后退；(9)开模；(10)顶出制品。工艺流程如图1所示。 图1 注塑机工艺流程注塑机在操作过程中需要实现手动控制、半自动控制和全自动控制。手动控制是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关，控制相应的电磁铁得电而实现液压系统的控制。手动操作一般在试机调模时才选用。注塑机运行通常工作在半自动或全自动状态。半自动操作时，机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后，操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产。如果顶出装置能将工件可靠地从模具中顶出，注塑机可以工作于全自动状态。全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期，因而生产效率更高。 3 plc控制系统开发 3.1 输入输出点数的确定 m230注塑机生产工艺要求有多种操作方式转换，并以行程控制和时间控制来实现动作的转换等特点，其控制是典型的顺序控制，适合选择采用可编程序控制器实现注塑机的各个工步的控制。在选择可编程序控制器时，需要知道系统开关信号的输入点数和输出点数。本控制系统的输入设备有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要检测安全门限位开关sa4。工作方式的选择对应转换开关sa1～sa3输入，加上控制面板上的12个控制按钮，需要输入点数30个。输出需要控制21个开关电磁阀，实现快速合模、慢速合模、锁模等注塑机的15个状态控制，需输出点数21个。 3.2 plc选型 本系统选用三菱公司的fx-2系列的fx2-64mr。该型号的plc具有丰富的指令系统，快速的输入响应功能以及完善的脉冲输出功能，为64点i/o型，其中输入点数为32点，输出点数为32点，继电器型，可直接驱动开关电磁阀，满足系统要求[3]。 3.3 plc输入输出接线图设计 本系统设计有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要控制安全门开关sa4，工作方式选择的转换开关sa1～sa3，以及控制面板上的12个控制按钮。输出需要21个电磁阀来控制15个状态。输入信号分别接到fx2的x接线端，控制输出分别接到输出接线端，系统输入输出接线如图2所示。 图2 plc输入输出接线图3.4 梯形图设计 注塑机的控制是典型的顺序控制，它的工作循环是从慢速合模工步开始，一步一步有条不紊进行，每一个工步执行都使相应电磁阀动作，用行程开关或定时器定时来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用步进梯形指令可以方便地完成相应的控制过程。本系统的设计有手动、半自动和全自动多种工作方式，因而采用条件控制指令来实现工作方式的选择。半自动与全自动的控制程序基本相同，手动控制是将控制面板上的闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出的12个控制按钮接入plc，将转换开关打到手动档，x15接通，中间继电器m300得电，启动后进入手动控制子程序。全自动时，安全们不用打开，注塑机自动完成闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出等过程。半自动时主要是防止顶出动作完成后，产品不能自动从模具中脱离，应此在开模时需要打开安全门，人工取下产品，然后关闭安全门，开始下一个产品生产周期，比全自动多了打开安全门和关闭安全门的动作。全自动控制部分梯形图如图3所示。 图3所示的全自动控制程序采用步进梯形指令，注塑机每一个工步与一条set指令对应，设计方便，易于实现。 图3 全自动控制梯形图4 结束语 本设计针对m230型注塑机，根据其工艺流程，使用三菱公司的fx2可编程序控制器作为注塑机的核心控制部件，实现了注塑机系统的全自动控制、半自动控制和手动控制过程，实际系统运行表明，设计的系统操作简便，运行可靠