CN101221438A - 大型等静压机电气控制工作站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种大型等静压机电气控制工作站，包括一个装有编程软件部件和监控软件部件的上位机，一个实现总线通信控制与管理，完成周期性数据访问，用编程控制器(PLC)通过带有现场和过程通讯PROFIBUS－DP接口的主站，和至少一个与多分支通信网络总线相连接的从站，总线上一个主站可以控制多个从站，主站与每一个从站之间至少建有一条采用轮循通讯方式进行信息交换的逻辑链路。本发明利用可编程控制器通过现场和过程通讯现场总线，构建高性能的工业现场局域网，实现对过程的网络化监控，减少了大量布线和电缆投资。全数字化的多分支结构的通信网络现场总线，提高了系统的准确性与可靠性。安装、运行和维护成本低，操作更简便，监控更直观。

Description

大型等静压机电气控制工作站
技术领域
本发明是关于大型等静压机的电气控制装置。属于机床电气设备自动化控制技术领域和工业网络控制技术领域。
背景技术
随着工业生产的不断发展，等静压机的应用越来越广泛，等静压机的制品也越来越大，开发大型等静压机成为必然趋势，这对电气控制设计也提出了新的要求。由于中小型等静压机的外部控制信号较少，其输入输出约有65点～110点。控制信号比较集中，控制信号线路距离短，因此可以采用一个机架的可编程控制器(PLC)集中放置在控制柜的集中式控制形式。而大型等静压机外部控制信号较多，且这些信号安装位置分散，距离控制柜较远。若用常规设计需要铺设大量的输入/输出控制信号电缆至控制柜，并且需要增加控制柜尺寸以便放置更多的可编程控制器(PLC)硬件模块。这样势必要增加成本和系统的不可靠性，出现传送误差大，可维护性较差的缺陷。如何对大量分散的外围执行器件进行有效、集中采集和控制，提高系统的可靠性和抗干扰能力，实现稳定、可靠的控制是大型等静压机目前需要解决的一个比较棘手的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的上述问题，提供一种安装、运行和维护成本低，设备连线少，具有智能化、数字化，且监控直观的大型等静压机电气控制工作站。
为了达到上述目的，本发明提供的一种大型等静压机电气控制工作站，包括一个装有编程软件部件和监控软件部件的上位机，一个实现总线通信控制与管理，完成周期性数据访问的总线系统，其特征在于：它还包括带有现场和过程通讯PROFIBUS-DP接口的主站，和至少一个与多分支通信网络总线相连接的从站，主从站之间建有电气传输和/或光纤数据系统传输网络，可编程控制器PLC通过现场和过程通讯PROFIBUS-DP现场总线，构建工业现场局域网，实现对过程的网络化监控，串行、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线上一个主站可以控制多个从站，主站与每一个从站之间至少建有一条采用轮循通讯方式进行信息交换的逻辑链路。主站发出命令，从站给出响应；从站可以连续发送多个帧，直到无信息发送、达到发送数量或被主站停止为止，主从站的数据传输系统可采用电气传输、光纤传输或二者兼有的混合网络。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明利用可编程控制器PLC通过现场和过程通讯PROFIBUS-DP现场总线，构建高性能的工业现场局域网，实现对过程的网络化监控，减少了大量布线，提高了系统的准确性与可靠性。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备连线减少，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，使柜(箱)内布线、设计更为简便，加快了控制系统设计、生产周期。通过用户友好的参数化软件，使从中央站连接到分散部件的现场设备参数化，组态、调试更加容易。
采用纯数字技术，在单根电缆上连接多个仪表和设备，所传递的信息量大。不仅有控制数据，也有组态、状态和诊断等数据，加之其具有更强的抗干扰性能，更低的安装、运行和维护成本，因此应用其技术，将大大减少布线工作量与电缆投资，避免信号干扰，使系统更可靠，操作更简便，监控更直观。
采用的全数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线，将孤立的单元设备带进了信息化网络中，便于扩展和信息集成，为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
图1是本发明的主从站网络拓扑示意图。
图2是本发明的主站电路框图。
图3是本发明安装在控制台内的分步式I/O设备从站的电路框图。
图4是本发明安装在液压站控制箱内的的分步式I/O设备从站的电路框图。
图5是本发明安装在供液站控制箱内的分步式I/O设备从站的电路框图。
具体实施方式
在图1中，描述了本发明由全数字化的串行、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线连接的主从站，分支通信网络的设备电气控制工作站的一个最佳实施例。整个工作站包括装有编程软件部件和监控软件部件的上位机PC，一个实现总线通信控制与管理，完成周期性数据访问，用可编程控制器(PLC)通过带有现场和过程通讯PROFIBUS-DP接口和现场总线的主站，一个或多个与多分支通信网络总线相连接的从站。可编程控制器PLC通过现场和过程通讯PROFIBUS-DP现场总线，构建工业现场局域网，实现对过程的网络化监控，串行、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线上一个主站可以控制多个从站，主从站的数据传输系统可采用电气传输、光纤传输或二者兼有的混合网络。基于电气和光纤网络混合，二种介质之间的传输是由链路模块提供的。主站可以控制多个从站，总线的主站与每一个从站之间至少建有一条采用轮循通讯方式进行信息的交换逻辑链路。主站发出命令，从站给出响应；从站可以连续发送多个帧，直到无信息发送、达到发送数量或被主站停止为止。采用西门子公司(Siemens)的S7系列可编程序控制器，通过开放的标准化现场总线PROFIBUS-DP网络连接各个部件，构成单主从工作方式。对现场的控制部件实行在线调试、诊断。通过多点接口MPI的网络与上位机实现数据共享，对设备进行监控。
控制方式为全线PLC程序控制，实现顺控、逻辑控制、联动和联锁，以及信号传输、报警和数据采集等，必要时人工通过按钮或旋转开关参与紧急处置以至停机。
上位机PC可选用内置专用的CP5611通信网卡的西门子工控机。上位机PC通过多点接口MPI与可编程控制器PLC主站相连。工控机装有西门子的编程软件和监控软件。可以实时监控设备运行、停止、故障的状态、水箱液位、各种电磁阀、电机的动作变化过程，使操作人员很直观地了解系统的工作状况。还可以利用数据、趋势图等方式显示温度、压力和故障状态等动态参数。根据监控系统的要求，共组态出8个画面，包括液压系统、可编程控制器PLC主从站工作状态模拟画面、当前值记录和历史记录及参数值的保存和打印画面、历史曲线画面、报警窗口中英文画面等。操作工人能方便地利用鼠标或键盘，根据菜单和对话框上的提示，完成各个界面的切换。
在图2中，主站安装在操作间，由一块输出直流24V电源接至中央处理器CPU的电源模块、一块运行控制程序的中央处理器CPU、三块与现场被采集的信号相连接的输入模板，四块与现场执行元件相连接的输出模板组成，除电源模块以外的其它模板与中央处理器通过串行总线连接在机架上。主站通过光纤链路模块使用PROFIBUS光缆与三个安装于现场的分步式I/O设备从站进行数据通信。使用PROFIBUS电缆与一个操作员面板从站进行数据通信，主站主要负责各电控柜上的数字信号及模拟量信号的采集和控制，程序编制、修改，下载等。
位于可编程控制器PLC机架的1号槽位的电源模板，本实施例选用型号为6ES7-1EA80-0AA0电源模块向主站的中央处理器CPU和输入/输出模板提供DC24V 5A直流电源，它的AC 220供电输入由隔离变压器提供。
位于可编程控制器PLC机架的2号槽位的中央处理器，由算术逻辑单元，程序存储器、过程映象，内部计时器和计数器等程序部件组成，运行出的每一条用户程序，根据输入映象区的变化，通过用户控制程序，将处理结果传送到输出模板，实现程序控制。同时操作员控制和监视功能及编程器PG功能通过集成的多点接口MPI和现场过程通讯接口PROFIBUS-DP均可完成，作为DP主站，中央处理器CPU位于控制中心。根据应用范围选择中央处理器CPU。本实施例选用型号为6ES7 315-2AG10-0AB0中央处理器。该CPU处理器集成了PROFIBUS-DP现场总线接口装置，具有强大的处理能力，它具有0.3ms处理1024语句的速度。根据控制程序内容读取总线上的所有I/O模块的状态字，控制相应的执行元件，同时为S7-300背板总线提供5V电源。
位于可编程控制器PLC机架的3号槽位的安装接口模板，将多机架的可编程控制器PLC背板总线从一个机架连接到下一个机架。本系统为单机架不需要接口模板。
位于可编程控制器PLC机架的4号槽位的模拟量输入模板，主要作用是将外部生产过程缓慢变化的缸内压力和油箱温度模拟信号转换成可编程控制器PLC内部可以识别的数字信号，供中央处理器CPU进行数字处理。根据模拟信号的数量选用模拟量输入模板，本实施例使用了四个模拟量，选用型号为6ES7331-7KF02-0AB0的8路模拟量输入模板。
位于可编程控制器PLC机架的5号槽位的模拟量输出模板，主要作用是将缸内压力和油箱温度数字信号转换成模拟信号，提供给压力显示仪和比例控制器，实现压力的数字显示和比例卸压控制。根据模拟量输出信号的数量选用模拟量输出模板，本实施例使用了二个模拟量输出信号，选用型号为6ES7332-5HD01-0AB0的4路模拟量输出模板。
位于可编程控制器(PLC)机架的6、7号槽位的数字量输入模板，主要作用是将外部过程的按钮、行程开关、报警点等电平信号转换成可编程控制器(PLC)的中央处理器CPU所需的数字信号，并传送到系统总线上。根据主站数字量输入信号的数量及类型选用数字量输入模板。本实施例主站需检测分布在各电控柜上按钮、自动开关等57个输入信号，选用二块型号为6ES7 321-1BL10-0AA0的32路数字量输入模板。
位于可编程控制器PLC机架的8、9、10号槽位的数字量输出模板，主要作用是将中央处理器CPU内部数字信号转换为控制外部过程所需的电平信号，通过控制程序驱动设备现场执行元件如中间继电器、信号灯等，从而实现设备的正常工作。根据主站数字量输出信号的数量及类型选用数字量输出模板。本实施例主站需驱动分布在各电控柜上信号灯、变频器、软起动器等41个直流输出负载，选用三块型号为6ES7 322-1HH01-0AA0的16路数字量输出模板。
为提高系统的可靠性和数据传递速度、主站与分步式I/O设备从站之间通过光纤进行通讯。为此本实施例选用一块型号为6GK1502-2CA10光纤链路模块，负责将信号的传输由电缆传输转换成光纤传输。
从站由安装于控制柜上的一块操作员面板和分别安装于设备现场不同位置的三块分步式I/O设备从站组成。
操作员面板作为人机操作站，实现人机对话。通过自带的PROFIBUS-DP现场总线接口使用PROFIBUS电缆与主站通讯，进行信息交换及控制。它负责设备控制参数的设置和显示，设备故障情况的显示和记录等，反映设备的工作状况。本实施例选用型号为6AV6 545-0BB15-2AX0的触摸屏操作员面板。
三块分步式I/O设备从站用于现场控制信号的采集和控制，分别安装在供油站控制箱内、控制台内、液压站控制箱内。分步式I/O设备包括ET200M(模块化高度密度型)、ET200S(按位模块化、高度可扩展型)、ET200B/L(紧凑型)、ET200X/Eco(高防护等级、无柜体设计型)，可以根据不同应用场合的I/O类型进行选择，本实施例选用的是ET200M型分布式I/O设备。各分步式I/O设备从站配置的数字量、模拟量输入输出模块的数量和类型由当地的所需控制和采集的点数、类型所决定。各分步式I/O设备从站除电源模块以外的其它模板通过串行总线连接在一起。通过IM153-2总线接口模板连接到PROFIBUS-DP总线上接收主站的命令，实现数据采集和设备控制。
在图3中安装在控制台内的分步式I/O设备从站由一块型号为6ES7-1KA01-0AA0的电源模块，一块型号为6ES7-153-2BB00-0XB0的IM153-2接口模板，一块型号为6ES7 321-1BL10-0AA0的32路数字量输入模板，二块型号为6ES7 322-1HH01-0AA0的16路数字量输出模板组成。除电源模块以外的其它模板通过串行总线连接在一起，电源模块连接到各模板电源和负载电源端，IM153-2接口模板将其从站连接到PROFIBUS-DP总线上接收主站的命令，数字量输入模板采集分布在控制台和小车上的28个按钮、行程开关等输入信号，数字量输出模板驱动分布在控制台和小车上的24个电磁阀、信号灯等直流输出负载。
在图4中安装在液压站控制箱内的的分步式I/O设备从站由一块型号为6ES7-1KA01-0AA0的电源模块；一块型号为6ES7-153-2BB00-0XB0的IM153-2接口模板，一块型号为6ES7 321-1BH10-0AA0的16路数字量输入模板，一块型号为6ES7 322-1HH01-0AA0的16路数字量输出模板组成。除电源模块以外的其它模板通过串行总线连接在一起，电源模块连接到各模板电源和负载电源端，IM153-2接口模板将其从站连接到PROFIBUS-DP总线上接收主站的命令，数字量输入模板采集分布在液压站上的10个行程开关等输入信号，数字量输出模板负责驱动分布在液压站上的八个直流电磁阀输出负载。
在图5中安装在供液站控制箱内的分步式I/O设备从站由一块型号为6ES7-1KA01-0AA0的电源模块；一块型号为6ES7-153-2BB00-0XB0的IM153-2接口模板，一块型号为6ES7 321-1BL10-0AA0的32路数字量输入模板，一块型号为6ES7 322-1HH01-0AA0的16路数字量输出模板，一块型号为6ES7322-1HF01-0AA0的八路数字量输出模板组成。除电源模块以外的其它模板通过串行总线连接在一起，电源模块连接到各模板电源和负载电源端，IM153-2接口模板将其从站连接到PROFIBUS-DP总线上接收主站的命令，数字量输入模板负责采集分布在供液站、水箱上的19个行程开关、滤芯等输入信号，数字量输出模板负责驱动分布在供液站、水箱上的21个电磁阀等直流输出负载。

Claims (8)

1.一种大型等静压机电气控制工作站，包括一个装有编程软件部件和监控软件部件的上位机，一个实现总线通信控制与管理，完成周期性数据访问的总线系统，其特征在于：它还包括带有现场和过程通讯PROFIBUS-DP接口的主站，和至少一个与多分支通信网络总线相连接的从站，主从站之间建有电气传输和/或光纤数据系统传输网络，可编程控制器(PLC)通过现场和过程通讯PROFIBUS-DP现场总线，构建工业现场局域网，实现对过程的网络化监控，串行、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线上一个主站可以控制多个从站，主站与每一个从站之间至少建有一条采用轮循通讯方式进行信息交换的逻辑链路。
2.根据权利要求1所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：所述主站由输出直流24V电源接至中央处理器(CPU)的电源模块、运行控制程序的中央处理器(CPU)、连接多个机架的接口模板、与现场被采集的信号相连接的输入模板，与现场执行元件相连接的输出模板组成，除电源模块以外的其它模板与中央处理器通过串行总线连接在机架上。
3.根据权利要求1或2所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：位于可编程控制器(PLC)机架的二号槽位的中央处理器，由算术逻辑单元，程序存储器、过程映象，内部计时器和计数器等程序部件组成，其运行出的每一条用户程序，根据输入映象区的变化，通过用户控制程序，将处理结果传送到输出模板，实现程序控制。
4.根据权利要求1或2所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：位于可编程控制器(PLC)机架的三号槽位的接口模板，将多机架的可编程控制器从一个机架连接到下一个机架。
5.根据权利要求1或2所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：位于可编程控制器(PLC)机架三号槽位以后的输入/输出模板，其中输入模板是将设备现场模拟信号和电平信号转换成可编程控制器(PLC)内部可以识别的数字信号，供中央处理器(CPU)进行数字处理，输出模板是将经过中央处理器(CPU)处理的数字信号，转换为模拟信号和电平信号以驱动设备现场执行元件，模拟信号使用模拟量输入输出模板，电平信号使用数字量输入输出模板
6.根据权利要求1所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：所述从站由安装于控制柜上的一块操作员面板和分别安装于设备现场不同位置的多块分步式I/O设备从站组成。
7.根据权利要求1所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：所述从站包括配有现场和过程通讯PROFIBUS-DP接口的操作员面板和分步式I/O设备，操作员面板与可编程控制器(PLC)联机，进行信息交换及控制，反映设备的工作状况。
8.根据权利要求7所述的大型等静压机电气控制工作站，其特征在于：用于现场控制信号采集和控制的多块分步式I/O设备从站，安装于现场传感器和执行器比较集中的地方。
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