西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8详细解读
一、 概述
近年来广播电视发射技术有了飞跃的发展，发射机朝着高效率、全固态化、智能化方向发展，新型发射机的控制系统多以单片机为核心构成，具有高度的智能化和可靠性。随着自动化技术的高速发展，PLC的可靠性也是很高的，使得对发射机的操作做到无人值守已可以实现。
本文以我曾做的某电视台发射机房实时监控系统为例，介绍西门子PLC在广电系统中的应用。系统采用1台西门子S7-300作为主站，5台S7-200作为从站，主站通过稳定的工业现场总线（PROFIBUS-DP）将从站采集的所有PLC的数据传送给上位机画面，从而给工作人员的管理带来了方便。
二、 系统硬件
该控制系统共需开关量输入93点，开关量输出35点，模拟量输入62点。为尽可能减少电磁干扰，根据发射机分布情况，系统共分一个主站和五个从站。选用西门子S7-300系列CPU315-2DP作为主工作站，S7-200系列CPU224加开关量输入输出模块EM223和模拟量输入模块EM231以及Profibus-DP模块EM277组成从工作站，并为每一个从站配置了一个TD200文本操作显示面板用于本地实时显示发射机工作参数。在发射台监控室设置了两台装有西门子WinCC组态软件的研华工控机。整个系统通过工业现场总线（PROFIBUS-DP）联接而成。系统网络结构见“系统原理图”。
6台PLC工作站完成底层的控制动作，包括：开关信号的采集，模拟信号的采集，以及由PLC给发射机发出控制信号。选用一台S7-300是为了实现上位机冗余、底层PLC CPU时钟校正、自动开关发射机数据存储和所有采集的数据的快速集中处理。
2台上位机通过工业以太网（TIP/IP），完成互相冗余；同时，通过总线将6台PLC的数据全部采集上来，在画面上显示。冗余的上位机增强了整个系统的可靠性。
由于发射台有着强磁场干扰和发射机的模拟量信号不在PLC标准范围之内，在工作站PLC与发射机之间使用了信号调理电路联接；信号调理电路的作用是将发射机的模拟量信号转化为标准的4-20mA模拟信号作为PLC的输入，并且从电磁兼容的角度考虑，也保证了采集信号的准确。
三、 系统软件
整个软件系统分为PLC工作站应用软件和上位机人机界面组态软件两大部分。本系统中采用西门子公司的STEP7和MicroWin_3.2编程软件进行了PLC工作站的应用软件编程，同时还采用了西门子公司的WinCC组态软件进行了上位机人机界面的组态编程。
四、 系统功能
本系统主要实现了下述功能：
1. 自动监测发射机系统运行状态，实时监测、记录各参数量值（包括模拟量和开关量值）；对异常情况和参数越限进行记录报警；自动记录各机器开关机的时间及累计运行时间。
2. 按各频率每周播出时间表，定时（或随时）开机、关机、倒机；
3. 报警功能：有故障，即时显示报警。本地采用语音声、光报警方式，并可根据故障程度自动开启备用发射机；
4. 根据不同用户的权限实时控制发射机各种操作。
5. 自动生成报表功能：可根据用户的要求，生成各类报表（如日报表、季报表、故障记录、维修记录、检修记录、指标记录、交接班记录等）。报表可根据需要进行定时或随机打印；
6. 键盘功能
1) 可通过小键盘对前端机进行人工干预或修改某些参数；
2) 可修改开关机时间、当前时间、倒机时间；
3) 可通过键盘操作实现开机、关机、倒机等操作；
4) 为了避免频繁倒机，可屏蔽某一部发射机的使用。
7. 遥控操作主要是对发射机的工作参数进行设置或直接控制发射机，主要的命令有：开机（包括高开、低开）、关机（包括高关、低关）、倒机、复位等。值班员通过这些功能，控制设备的工作状态。
为了保证系统的安全有效运行，系统提供口令管理机制来限定值班员的操作权限和操作范围。值班员的权限由系统管理员设定。
系统运行过程中的操作情况都被自动记录，包括值班员的编号、时间、命令等。系统可以对记录进行查询、检索，以便了解值班员对系统的操作
8. 数据查询
1) 历史曲线：查询设备的模拟量，每五分钟取一点数据，画出昨天和的两条曲线。
2) 事件查询列出设备发生故障或越限这两种事件，并显示故障代码及含义，发生故障设备的数据、状态。
9. 数据存储：
1) 一类是五分钟数据，它只包含模拟量，因为数据量较大，只需保存三个月，五分钟数据以曲线的方式显示；
2) 一类是例行数据（整点数据），包括模拟量、开关量，整点数据是各类报表的依据。
3) 另一类是故障数据，包含故障前后十秒内的所有数据。
4) 所有历史数据亦可存入光盘长期保存。
10. 数据库的通用性和安全性
1) 历史数据存放在主服务器数据库中，在从服务器中建立该数据库的镜像备份，两者通过定时校验，发现问题及时自动恢复。
2) 对数据库的查阅、修改、删除设置不同级别的权限，以防数据库中的信息被破坏。
11. MIS系统（管理信息系统）是监控系统中的一部分，是一个小型的数据库，主要是对机房内的器材、图纸资料、技术档案进行统一的、规范的、科学的管理。MIS系统具备一般数据库所具有的各种功能，包括对器材、图纸资料、指标记录、维修记录、交接班记录进行显示、查询、检索、统计、打印报表等功能。
12. 远程访问采用网络操作系统、内置Web Server软件，利用Web 信息发布技术，通过局办公网，为上级领导和相关职能部门提供有关的信息。
为了保证系统的安全，减少系统入侵或人为破坏的可能性，应设置实时数据网关，使监控网能共享办公网资源，办公网不能直接访问监控网，只能按权限取得约定的实时信息。
五、 结束语
西门子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有强大的指令，丰富的CPU类型和扩展模块，尤其是CPU模块内部集成了实时时钟，使其适合于广播发射机的自动控制应用。西门子公司提供的编程软件包和WinCC组态软件，功能强大，使系统开发变的更容易。
一、概述
中国是纺织大国，纺织品靠，在国际上具有很强的竞争力，世界各地的消费者都喜欢中国产的纺织品。促成中国纺织品价廉物美有许多原因，其中，纺织机械性能优良，价格便宜，是重要原因之一。纺织机械厂在保证质量的情况下，挖潜、降成本，取得了许多可喜的成果。某纺织机械厂的FA609转杯纺纱机原采用国外品牌的PLC控制，成本很高，控制系统的成本一直降不下来。由于这两年，国产PLC突飞猛进的发展，从可靠性和性能方面都有了很大的进步。年初，该厂选用了国产品牌中不错的凯迪恩PLC应用在FA506型环锭细纱机，经过半年多的检验，客户反映很好。9月份，该厂又把凯迪恩PLC应用到FA609转杯纺纱机中，又获得成功。
二、工艺介绍
输送带启动，左转杯先启动，经过星三角切换后，左转杯启动完毕；再右转杯启动，经过星三角切换后，右转杯启动完毕；左右分梳辊启动，然后是引纱和喂棉启动，各设备都正常启动后，进入正常运行状态。停车时按停车按钮，左右纺杯，左右分梳，喂棉都停，延时，引纱停。引纱和喂棉要用变频器调速。
监测的参数有：左纺杯转速、右纺杯转速、左分梳转速、右分梳转速、引纱速度、喂棉速度。
通过监测到的参数，要计算出以下参数：牵伸倍数、细纱捻度、细纱号数。
设定的参数有：星角切换时间、喂棉预停时间、棉条号数。
三、控制介绍
经过对工艺过程的透切分析，输送带没进PLC，靠按钮控制，排杂是靠左右纺杯接触器的常开点控制。手动部分移到了文本屏上操作。这样PLC选用KDN-K306-24AR，I/O点正合适。省去了使用国外品牌加扩展的控制方式。文本屏选用KDN的文本屏。
FA609转杯纺纱机需要测6个速度。其中引纱速度、喂棉速度比较慢，使用普通的输入点就可以测出这两个速度。而另外四个速度比较快，需要高数计数，当时国外品牌PLC使用的是四个边沿中断进行计数的。纺织机械厂担心国产PLC是否具有同时处理四个边沿中断这种功能。凯迪恩工程技术人员给厂家演示了同时处理四个边沿中断这种功能，厂家很满意。经过凯迪恩技术人员与纺织机械厂技术人员的共同努力，编好程序，在FA609转杯纺纱机进行调试，获得成功。
四、控制系统的特点
该控制系统操作简单，手动操作放到文本屏操作。操作面板简捷，完全满足工艺要求。控制系统的成本比较低。
精度高，用到了四个边沿中断进行计数，计算准确。
程序运行稳定，可靠。
五、结束语
现在这批FA609转杯纺纱机已在纺织厂运转了两个多月，工作非常好。有意思的是这家纺织厂去年也购进了几台FA609转杯纺纱机，当时控制系统还是国外品牌，现在这批使用的已是国产品牌。前几台测的数据和后几台测的数据是一致的，后几台的文本显示已是四行汉字，比前几台两行汉字信息量又大了，操作便方便了。听着许多机器的轰鸣，看着挡车女工熟练工作。心中感慨：中国的纺织品世界水平，中国机械产品出口不断增长，中国有了自己的PLC，国产PLC有了很大发展，国产PLC不久的将来也会成为国人的骄傲。
本文介绍了触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用，并对该系统中的触摸屏页面设计和PLC的原理及作用进行了分析。
1、引言
近几年，随着微电脑技术的不断进步，人们对自动化控制系统要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、保证工程及产品质量、加快施工速度、提高劳动生产率和降低生产建设成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势，因为PLC本身有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点，而触摸屏（人机介面）在工艺参数较多需要人机交互时使用又使整个自动化控制系统的功能得到很大的加强。
通过触摸屏和PLC结合使用，可以在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。
图1
2、系统主要硬件组成
系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）、触摸屏一台、变频器、传感器及若干电器元件组成。各部分说明如下：
(1) PLC：选用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器的动作，同时与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏发出的信息进行处理等。
(2) 触摸屏采用SIEMENS公司MP370。实现人机对话，与PLC系统进行数据传送和交换，将设定参数写入PLC，也可将PLC、传感器及变频器内部参数读入触摸屏，实现了模拟量、数字量的实时监控，目标值的设定以及报警记录等。
(3) 变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC及触摸屏。
(4) 压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC和触摸屏。
(5) 电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。
3、触摸屏特点功能
触摸屏监控器是90年代出现的新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品。适于在恶劣的工业环境中应用，作为人机界面可代替普通或工控计算机，具有交互性好，可靠性高，编程简单，与PLC联结简便等特点。触摸屏的主要功能有：
(1) 主要用于实时显示设备或系统在操作状态方面的实时信息。
(2) 触摸屏上的触摸按钮可产生相应的开关信号、数字信号（数值）、字符给PLC进行数据交换,从而产生相应的动作控制系统或设备的运行。
(3) 可多幅画面重叠或切换显示，显示图形、字符串、报警信息、历史记录、趋势图等。
4、PLC在系统中的作用
PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器、变频器及电磁阀等的动作，主要体现以下几方面的作用：
1) 初始化变量，设置自由通讯口协议和中断协议。
2) 与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对触摸屏输入的信息进行处理。
3) 完成数字量与模拟量的相互转换。
4) 逻辑控制及PID等运算。
5) 发送模拟（数字）等调节变频器的输出频率。
6) 通过USS4协议读写变频器内部参数。
7) 判错传递数据信息、报警信息等。
5、触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计，然后从支持工具（个人电脑）中下载到触摸屏即可使用。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。
(1) 主画面的设计
在支持工具上，创建一个欢迎页面或被控主系统画面作为主画面，该画面嫩进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大至的了结。
(2) 控制画面的设计
该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多，其具体画面数量由实际被控设备决定。
(3) 参数设置页面的设计
该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。
(4) 实时趋势页面的设计
该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。
(5) 信息记录页面的设计
该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。
(6) 节能画面的设计
该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。
6、结束语
在变频节能系统中采用触摸屏作为人机交互工具，简单直观，便于操作；提高了整个变频节能系统以及企业的硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中结合使用，在几乎未提高系统装置多少成本的前提下，就实现了整个被控系统的质的飞跃，这种结合必将更多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。
