西门子6ES7232-0HB22-0XA8参数规格
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本文以上海宝钢集团上钢一厂连铸连轧项目的大型空压站为例，介绍了怎么样应用PLC控制网络来实现空压站无人值守。
1．应用背景
在冶金，化工，电力，制药等许多大型工程中，空压站建设是一项重要的辅助工程。空压站的主设备为空气压缩机，空气干燥器，配套过滤器，储气罐，连接管道和阀门等组成一供气系统。大型空压站通常拥有多套设备，以保证不同负荷的需求。确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，供气liuliang的自动调节等是空压站自动化的基本任务。随着自动化水平的不断tigao，建设无人值守空压站的要求已是一个发展趋势。
本案例应用于上海宝钢集团上钢一厂连铸连轧项目的大型空压站。该站有6台每分钟供气200立方的螺杆式空压机，6台200立方处理量的冷冻式干燥器，另有两台80立方处理量的吸附式干燥器，采用母管制连接方式生产压缩空气。用户要求：
1） 每台设备应有自动控制和联锁保护装置，并配有触摸屏供现场观察各工艺参数和设备状态，可手动/自动切换操作及紧急停机；
2） 现场控制室应有计算机操作站，通过建立设备网络，监控整个生产过程；
3） 空压房的操作站应与厂区控制中心联网，由控制中心的控制器实时远程监控，实现空压站无人值守。
2．系统构成
2.1．控制网络结构的确立
由于控制中心选用AB公司的PLC构筑自控系统，并指定采用DH+网络实施远程联网。为保持一致性，空压站自控设备选用AB公司的小型PLC ——SLC-500系列可编程控制器，其带有DH+网络接口，支持DH+和DH-485网络协议。原设计推荐为单一DH+网络结构，后仔细分析了生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立了分级控制网络的实施方案，如图1所示。其基本理由是：
1） 技术性考虑，单一结构网络在节点数量较大时安全性不够理想。因为各设备控制器均挂在同一网络上，任何一台出现通信故障都可能影响整个网络，严重时会引起网络瘫痪，无法实现远程监控。虽然本案例的设备总数并不算很多，但考虑到对无人值守的高标准要求，将设备网分为上层DH+和下层DH-485两级网络，以达到分散危险，tigao网络有效性和可靠性的目的。
2） 经济性考虑，满足基本要求的前提下，采用低成本的微型PLC替代。干燥器设备的生产工艺相对较简单，控制点数不到10点，模拟量信号输入点数也不多，动态响应的时间常数相对较大，微型PLC——Micrologix 1200可以满足要求。其成本可降低一半，每套约节省2万元，总计可达15万。
分级网络的特点：
a) 远程控制网——DH+网络（增强型数据高速公路）连接控制中心控制器与空压站主控制器0#SLC，传输空压站系统的重要信息参数及各设备运行状态，并实现控制中心的远程控制操作。
b) 上层设备网——DH+网络，连接现场主控制器0#SLC，1#-6#空压机子站SLC，以及作为通信控制器的7#SLC。0#SLC除负责与远程控制网连接外，还承担所有子站的信息集成和控制信号的传递。
c) 下层设备网——采用DH-485网络，7#SLC通信控制器作为上下网的联接器集成各干燥器控制子站1#-8#M1200的数据信息，并传递远程控制信号。M1200和触摸屏均通过通信模块NET-AIC挂接到DH-485网上。
DH+网络为AB公司推出的工业局域网之一，它是早为可编程序控制器提供远程编程支持的控制网络。它可以在可编程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC 5/04）、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有RS-232-C/RS-422接口的设备之间提供点对点通信。一个DH+网络多可以连接99个DH+链路，每个DH+链路多可以连接64个节点（智能化设备）。它采用双绞线或屏蔽同轴电缆连接，每个链路的传输速率为57.6K Bps，115.2KBps和230.4KBps三种可选，传输距离可达10,000英尺（3048米）。DH+网络支持从远程链路进行组态、编程以及故障查询等。
DH-485是一种对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性的工业局域网络，主要用于车间级各种设备之间的数据传递；具有多主功能，在令牌传送协议下工作，网络的大长度为1219m。DH-485能够连接多达32个节点的设备，包括SLC 500和Micrologix 1200可编程控制器、操作员终端和个人计算机等。其大传输速率可达19.2KBps。
2.2 硬件配置
现场控制室——操作站计算机PC，主控制器0#SLC（SLC-504）带有标准RS-232C /DH+ /8针圆形接口，共3个网络接口。配置模拟量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，共计128点，所有开关量输出均采用继电器隔离。0#SLC控制各设备子站以外的系统测点和阀门。
空压机子站——1#-6#SLC可编程控制器（SLC-504），分别配有包括模拟量输入在内的64点I/O模块；通过DH+接口连接到上层设备网。
干燥器子站——1#-8#M1200微型可编程控制器（Micrologix 1200 自带24点I/O），配接12点模拟量输入I/O模块，通过NET-AIC通信模块接入DH-485下层设备网。PV-500彩色触摸屏也由通信模块的9针插头连接到DH-485网。
2.3．软件组成和工作程序
网络连接软件RSLinx 它在车间级设备与各种应用软件之间提供通讯功能，它可组态网络的通讯协议（即选择PLC控制网络的协议，如DH-485协议，DH+协议），传输波特率，驱动程序等，完成网络的初始化和令牌管理。
编程软件RSLogix 500 可使用户在DH-485网或DH+网上对控制器（SLC 500、Micrologix 1200）进行编程，网络上的任一个工业终端可以用来对网络上的所有控制器编程。用户既可以将程序下载到有关设备中，又可以从设备上载已有的程序，调试程序，监视设备的运行。
工作站组态软件RSView 32 设在现场控制室的操作站用来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，联锁保护，以及数据处理和通信传输。
通信传输工作程序如图2所示。在本案例中，从控制中心控制器经现场控制室操作站到7#SLC通信控制器，均采用自上而下的方式读/写目标控制器的数据区数据，由数据传送指令完成数据通信，实现信息集成和远程控制。
3．难点问题和解决方法
整个控制系统随同设备于2003年7月初步完成安装调试工作，进入试生产。2004年2月正式投产，满负荷运行，情况良好，达到设计的预期目标。期间出现过的主要问题为：
1）通信故障引起远程监控失效两次（上层设备网）。分析可能的原因，通信电缆使用了带屏蔽的普通信号电缆而非控制设备规范要求的双绞线屏蔽电缆，易受现场干扰；软件方面对通信异常未设置必要的处理程序。
解决方法——将原来115.2KBps通信传输速率降低到57.6KBps ，以tigao数据传输的可靠性；软件方面做了相应的改动，此后未再出现过类似通信故障。
2）通信传输延时，实时控制滞后（下层设备网）。经分析获悉，DH-485令牌总线网络结构的工作模式使得7#SLC通信控制器需要多个循环才能对下层网各设备控制器扫描一遍，加之网络传输速率相对较低，在传输数据量较大时，出现控制延时达7-8秒。
解决方法——由于系统结构已定，硬件无法改变，所以在软件方面加以改进。数据传输速率tigao到上限19.2KBps；再修改软件程序，采用控制操作指令优先的策略，控制滞后的操作可得到改善。
4．小结
·控制系统网络化可有效实现空压站远程监控，无人值守。本案例的成功实施是一个很好的示例。
·分级控制网络的实施，分散了故障危险，可tigao网络运行的有效性和可靠性。
·综合分析生产实际情况，以及全面评价控制设备的各项性能指标，有助于制订经济性的控制方案，从而降低投资成本，tigao经济效益。
改进方向：
1）引入故障检测和故障诊断的处理程序，系统的智能化程度可得到tigao，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性。
2）优化调度策略，软件联锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平tisheng到更高层次，并由此获得更大的效益。
西门子S7-200的自由口通信需要通过编程设置串口的工作模式，安排发送和接受指令的触发顺序，还要设定接收的起始和结束条件。对于刚刚开始使用s7-200的电气工程师来说，的确有很多细微处易犯错误。一般碰到客户抱怨通信不上的问题，就要逐一帮客户确认编程配置是否正确。虽然麻烦，不过逐条查下去，总能查到错误所在并解决问题。但是有一次客户遇到的问题颇出人意料，还真耗费了一些时间。
客户反应在编写了自由口通信程序之后，PLC可以发送数据给通信伙伴，但是却收不到任何伙伴方发出的数据。能发送数据给对方，说明通信端口设置没有问题。极有可能是端口被其他通信指令占用导致无法进入接收状态。比如说用常开点调用XMT，或者没有对接收的故障状态进行判断并终止接收，从而导致后续的XMT和RCV都无法被正确执行。客户表示他的程序并不存在这种情况。但是为了测试问题所在，客户下载了一个仅包含条件触发RCV的程序下去，还是接收不到数据。监控程序RCV指令已被正常执行。
那么是不是接收的起始条件设置不当?客户使用的是起始字符，这并无不妥。并且改成空闲线检测之后，问题依然存在。难道是对方发送的信号有问题?用串口调试软件来测试，是可以接收到的。眼见这几个常见错误都没能cover住这个问题，我只好从头一步步地跟客户确认。但是还是没能发现任何破绽。郁闷之下，只好让客户把程序发过来看看。
次检查程序的时候还真没注意到问题出在哪里。等到看出来了才觉得啼笑皆非：
不知道大家看出来没有?客户在设定完空闲线时间SMW90和消息定时器溢出值SMW92后，惯性地将接受地大字符数SMB94也写成了传送字SMW94。而西门子PLC的高低字节是逆序的，也就是说SMB94为高有效字节，SMB95为低有效字节。见手册中的如下说明：
结果就是大字符数100被传给了SMB95，SMB95是神马呢?神马也不是，总之与接收条件无关。而真正大字符数存储字节SMB94被赋值为0。大字符数都为0了，那当然是接收不到任何数据了。
我们有一台总装设备，现在PLC的CPU 的运行指示灯不亮了，CPU的SF亮红灯，同时CP343的RUN也不亮了，CP343的其他指示灯也不亮了。我用网线连接PLC的CP343也连不上了，无法在软件里进行故障诊断，请高手指点其他办法？我的该设备只有一个机架，CP343连接TP170，如图。
答：的图片倒没看到，就你所述CPU的SF亮红灯，那么RUN灯是不会亮，STOP亮；机架上的CP343指示灯一个都不亮说明该模块可能是硬件损坏或电源接口有问题，问题就在CP343这个模块，可能导致的原因：1.检查背板总线是否正常；2.检查模块安装是否牢固，现场是否有振动；3.模块损坏。
以下供参考：
1.用通信电缆连接S7-300CPU，再使用SIMATIC Manager管理器打开项目文件，与CPU“在线（Online）”后，打开“Module Inbbbbation”窗口，查看“diagnostic Buffer”（即CPU的诊断缓冲区）标签内的历史记录。再仔细分析错误原因。可初步判断是硬件故障还是软件故障。
2.重新下载一次硬件组态和程序，排除硬件组态和软件程序问题。
3.从软件编程角度来判断故障，如下载错误处理组织块：OB81（电源故障），OB82(诊断中断）、OB83（插入/取出模块中断)、OB86（机架故障或分布式I/O的站故障）、OB87（通信错误）、OB121(编程错误）、OB122(I/O访问错误），将这些组织块依次下载到CPU中使之出现错误时不进入STOP状态。
4.从硬件安装连接来判断故障，如：1.检查供电源是否正常；2.检查一下背板总线连接是否正常，3.检查各模块外部连接是否有异常；4.检查各模块安装是否有松动，周围是否有振动。5.机架上是否有模块已经损坏。
现在PLC的CPU 的运行指示灯不亮了，CPU的SF亮红灯，同时CP343的RUN也不亮了？
1、PLC的CPU 的STOP指示灯是否亮？如CPU 的STOP指示灯不亮且RUN 指示灯也不亮，即为模板硬件故障需要返修了。
2、如PLC的CPU 的STOP 指示灯亮，SF指示亮，CP343的其他指示灯也不亮了：即为CP343的故障引起，检查：CP343的电源及接线是否正常；CP343安装是否牢固。
3、如果排除上述问题，CP343的其他指示灯还是不亮了，即为CP343模板硬件故障需要返修了
检修方法：打开机检查，发现电源烧坏，整流桥后滤波电解电容已炸开，保险丝烧得发黑，用万用表检查，炸开的滤波电容已短路。保险丝开路，逐个查其它元件未发现有烧坏。更换保险丝和滤波电解电容后通电，测各组电源都已正常，装好整台机，通电后电源指示灯亮，将输入点与公共端短路，输入点灯亮，输出对应点灯同样亮。使用系统测试平台检验，证实一切正常。
PLC的故障诊断:
各种品牌PLC都具有自诊断功能，当PLC异常时应该充分利用其自诊断功能以分析故障原因。当PLC发生异常时，首先检查电源电压、PLC及I/O端子的螺丝和接插件是否松动，以及有无其他异常。然后再根据PLC基本单元上设置的各种LED的指示灯状况，以检查PLC自身和外部有无异常。发生错误时，8009、8060~8068其中之一的值被写入特殊数据寄存器D8004中，假设这个写入D8004中内容是8064，则通过查看D8064的内容便可知道出错代码。与出错代码相对应的实际出错内容参见PLC使用手册的错误代码表。
下面以三菱FX系列PLC为例，来说明根据LED指示灯状况以诊断PLC故障原因的方法。
1.电源指示（[POWER]LED指示）
当向三菱PLC基本单元供电时，基本单元表面上设置的［POWER］LED指示灯会亮。如果电源合上但［POWER］LED指示灯不亮，请确认电源接线。另外，若同一电源有驱动传感器等时，请确认有无负载短路或过电流。若不是上述原因，则可能是PLC内混入导电性异物或其它异常情况，使基本单元内的保险丝熔断，此时可通过更换保险丝来解决。
2.出错指示（［EPROR］LED闪烁）
当程序语法错误（如忘记设置定时器或计数器的常数等），或有异常噪音、导电性异物混入等原因而引起程序内存的内容变化时，［EPROR］LED会闪烁，三菱PLC处于STOP状态，同时输出全部变为OFF。在这种情况下，应检查程序是否有错，检查有无导电性异物混入和高强度噪音源。
3.出错指示（［EPROR］LED灯亮）
由于三菱PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响，导致CPU失控或运算周期超过200ms，则WDT出错，［EPROR］LED灯亮，PLC处于STOP，同时输出全部都变为OFF。此时可进行断电复位，若PLC恢复正常，请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物混入的情况。另外，请检查PLC的接地是否符合要求。检查过程如果出现［EPROR］LED灯亮→闪烁的变化，请进行程序检查。如果［EPROR］LED依然一直保持灯亮状态时，请确认一下程序运算周期是否过长（监视D8012可知较大扫描时间）。如果进行全部的检查之后，［EPROR］LED的灯亮状态仍不能解除，应考虑PLC内部发生了某种故障，请与技术服务商联系。
4.输入指示
不管输入单元的LED灯亮还是灭，请检查输入信号开关是否确实在ON或OFF状态。如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因，容易产生接触不良。当输入开关与LED灯亮用电阻并联时，即使输入开关OFF但并联电路仍导通，仍可对三菱FX系列PLC进行输入。如果使用光传感器等输入设备，由于发光／受光部位粘有污垢等，引起灵敏度变化，有可能不能完全进入“ON”状态。在比三菱FX2N系列PLC运算周期短的时间内，不能接收到ON和OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时，会损坏输入回路。
5.输出指示
不管输出单元的LED灯亮还是灭，如果负载不能进行ON或OFF时，主要是由于过载、负载短路或容量性负载的冲击电流等，引起继电器输出接点粘合，或接点接触面不好导致接触不良。
PID是建立在P的基础上。P是负反馈控制的放大倍数。负反馈控制是放大器。放大器的输出通过反馈电路进入之后跟输入的设定值进行比较，因为是负反馈，所以它是一个差值 。 用这个差值来控制输出量的变化，PID就是解决了一些负反馈很难解决的问题。比如说负反馈控制的P放大的倍数太大了的话就会超调振荡。另一个问题，负反馈出来的值和跟设定的信号值，这两个值的信号方向是相反的，如果说当设定值和负反馈值差不多的时候差值就会等于零，等于零后放大出来后会振荡的很厉害。而PID就是负反馈的改进，利用积分来一点一点靠近设定值，但是有一个前提，你的P要做的相当，这个比例系数P要适当，当输出在有限范围内振荡，P就可以了。而后加I， I加进去后一定会减小这个摆动。摆动会越来越小，后趋于稳定。I越小它的控制强度越大，因此I是从大慢慢加到小。P是越大控制强度越大。一般的控制D加不加都无所谓。什么时候加D，在启动的时候慢慢调的时候反应很激烈一下子升上去的时候然后在下来摆动。如果升的太快的时候就要加D，D可以抑制它一下子升上去，另外一种情况就是加了P和I的时候还是有振荡，这个时候可以适当的加点D进去。
MC：主控指令，用于公共串联触点的连接；MCR：主控复位指令，即作为MC的复位指令
MC、MCR指令的使用说明例一
使用MC/MCR指令说明：
1）与主控指令MC相连的触点必须用LD或LDI指令，使用MC指令后，母线移到主控触点的后面，MCR使母线回到原来的位置。
2）在MC指令内再使用MC指令时，嵌套级N的编号（0~7）顺次增大，返回用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。特殊辅助继电器不能用作MC的操作。
MC、MCR指令说明之例二
