西门子6ES7231-7PC22-0XA0一级代理
1、 引言
触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于现场控制，可靠性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。
PLC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。近几年，随着科学技术的不断进步，各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。
触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者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。
2、 闭环控制的变频节能系统用途很广，各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同，具体应用时应根据实际情况选择设计。下面列举一些：
中央空调节能：冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。
恒压供水：水厂一、二级泵，供水管网增压泵、大厦供水水泵等
锅炉：引风机、送风机、给水泵等，变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。
汽轮机：循环泵、凝结泵等，其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。
纯水处理系统：软化水泵、增压泵等。
洁净室：增压风机、FFUqunkong等等。
3、 整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用：
(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模块、AI/AO模块组成。PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。其主要的作用要体现以下几方面：
①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。
②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。
③向触摸屏提供所采集及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。
④将PID运算的数据结果转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。
⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。
(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下:
①可实时显示设备和系统的运行状态。
②通过触摸向PLC发出指令和数据,再通过PLC完成对系统或设备的控制。
③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能更加强大。
(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设置其内部的部分参数，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。
(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。
(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。
4、 触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计，然后先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。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
一般的，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。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致的了结。
（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。
5、 PLC程序设计
PLC程序由S7-200专用编程软件进行设计，然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试，合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的地址进行规划，以免重复使用同一地址，造成误动。
（1）逻辑功能的设计
这部分程序主要是完成各变频器、水泵（或风机）的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能，一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。
（2）PID功能的设计
通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序，具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。
（3）采样程序的设计
采样元件使用标准配置时，应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套，实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。
（4）PLC与变频器通信程序的设计
SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成，该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。
（5）其它辅助程序的设计
PLC程序在实际编程过程中，需考虑对一些程序进行修补，尽量减少程序漏洞，反复推敲，不断的总结完善。
结束语
在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个中央空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统，提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。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在系统中使用，实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃，这必将使触摸屏与PLC被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。
PLC是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模板式的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。
PLC因其工具有工作可靠、编程简单、使用方便、设计和调试周期短等优点已得到电梯行业的广泛应用。据不完全统计，天津市在用电梯4100台种，采用PLC控制的电梯有562台，其中交流双速电梯采用日本OMRON公司生产的C系列PLC占多数。根据现场安全检测所掌握的电梯拖动部分采用交流接触器，电机定子绕组串接阻抗用接触器进行切换的方法进行加、减速控制，端站安全保护采用机械式强迫换速开关、限位开关及极限开关等方式。此种设计尽管能满足运转需要，但在使用中可能出现接触器触点粘连、弹簧失效、触头不能复位、电器元件误动作、开关机械损坏等故障等仍会发生“冲顶或蹲底”事故。防止发生此类故障，除了提高施工质量和元器件质量外，我们可利用PLC中未充分利用的定时器和继电器，借助PLC的故障诊断功能，用程序实现端站保护，弥补上述不足，从而提高电梯的安全可靠性。
如图1中所示，以下介绍PLC定时器在端站保护中的应用。
当电梯定向上行时，上行方向继电器SFJ0015、快车辅助接触器KF、快车运行接触器KY0501、门锁继电器MSJ、上行接触器SX0502均得电吸合，抱闸打开，电梯上行。当轿厢碰到上强迫换速开关SQH0016时，PLC内部锁存继电器KRRP1001得电吸合，定时器Tim10、Tim11开始定时，其定时的时间长短可视端站层距和梯速设定。上强迫换速开关动作后，电梯由快车运行转为慢车运行，正常情况下，上行平层时电梯应停车。如果轿厢未停而继续上行，当Tim10设定值减到零时，其常闭点断开，慢车接触器MY0503和上行接触器SX0502失电，电梯停止运行。在骄厢碰到上强迫换速开关SQH0016后，由于某些原因电梯未能转为慢车运行，及快车运行接触器KY0501未能释放，当Tim11 设定值减到零时，其常闭点断开，快车运行接触器KY0501和上行接触器SX0502J均失电，电梯停止运行。因此，不管是慢车运行还是快车运行，只要上强迫换速开关SQH发出信号，不论端站其他保护开关是否动作，借助Tim10和Tim11均能使电梯停止运行，从而使电梯端站保护更加可靠。
当电梯需要下行，只要有了选指令，下行方向继电器XFJ0014得电其常开点闭合，锁存继电器keep被复位，Tim10和Tim11均失电，其常闭点闭合为电梯正常下行做好了准备。下端站的保护原理与上端站保护类似不再重复。
此种方法对电梯正常运行无任何影响，经使用运行状况良好。由于各种型号的PLC系统的指令不完全相同，功能各异，要视具体情况而论，但大致的含义基本相同
1 引言
目前，高校建设的PLC实验室普遍存在着缺乏控制对象的问题。我校PLC实验室从上海新奥托实业有限公司购买了列车模型来作为PLC的被控对象。列车模型在轨道上运行，列车轨道提供0～10V电压供列车模型使用，轨道电压的大小可以调节列车运行速度，电压的极性可以控制列车运行的方向。配置的光电位置检测开关可以检测列车的当前位置，对轨道的叉道进行控制可以改变列车的行进路线。可以看出，在列车模型上可以进行数字量、模拟量控制。而且，如果在列车轨道上同时运行多辆列车，则可以优化控制算法。本文主要介绍列车PLC控制系统的设计与调试，为将来控制算法的优化提供一个平台。
2 对象与控制要求分析
本次设计所使用的列车，是由上海新奥托实业有限公司提供的。该模型由工作台、列车轨道、列车模型、光电位置检测开关、驱动电路板、蜂鸣器、红绿灯以及其他一些附件组成。在列车轨道上设置了2个车站(1＃站、2＃站)，列车轨道分为3段(外围轨道、1＃站轨道、2＃站轨道)，每段轨道的电压大小、电压极性可以分别进行控制。为了使列车沿不同路线行进，在该模型中还设置了6个电动叉道。此列车PLC控制系统共有22点开关量输入信号、23点开关量控制输出信号和3路模拟量输出信号。
为了确定列车模型在轨道上的位置，在列车上设置了22个光电位置检测开关，当列车模型经过该检测开关时，该光电开关输出信号“1”，否则输出信号为“0”。这22个光电位置检测开关作为PLC控制系统的开关量输入信号。
该列车PLC控制系统的23点开关量输出信号的分配如下:12点用于轨道电动道叉控制(每个叉道正、反控制共需要2点);6点用于三段轨道的电压极性控制(每段轨道正、反控制共需要2点);1点用于控制火车鸣笛的蜂鸣器;4点用于车站的红、绿灯(1＃站、2#站)。
该列车PLC控制系统的3路模拟量输出信号分别控制火车三段轨道的电压(0-10V)，进而控制列车在该轨道上的运行速度。
在进行控制系统设计时，发现光电位置检测开关工作不正常，经过我们的努力该问题得到了完满的解决。这个问题具有一定的典型性，我们有必要对它进行一定的分析。光电位置检测开关信号处理电路如图1所示，此电路图大体可以分为三部分:放大电路、比较电路和输出电路。当列车经过该光电开关时，发光管发出的光被列车挡住，接收不到发光管发出的光;当列车离开该光电开关时，光敏元件则可以接收发光管发出的光。在这两种状态下A点电压信号的变化值为1V左右。A点信号经放大级放大后进入比较器“＋”，调节比较器“－”端门槛电压为合适的值，则列车挡住和不挡住该光电开关时，比较器翻转，可以得出光电开关的状态。
在实验时，发现处理电路的OUT端输出的并不是期望的高电平或低电平信号，而是一列方波信号(此时，处理电路中B点未加滤波电容)。经过逐级分析，得出了原因的所在:处理电路中的光敏元件由于受到外界杂散光的影响，A点信号中存在一定的交流分量，该交流分量经过放大级的放大后引起了比较器的连续翻转，故在输出级OUT端出现方波信号。可以看出，在电路中增加滤波环节来滤除进入比较器之前的交流分量是可用的方法。我们对该处理电路进行了改进，在B点增加了一个4.7μ的滤波电容，改进后的处理电路工作非常正常。
我们采用OMRON C200HG PLC来作为该列车的现场控制装置。PLC与上位机之间以RS-232进行通信，在上位机上用组态王编制控制系统的监控画面，监视模型的运行状态并可以用监控系统对模型进行远程控制。在该列车的轨道上有两列列车同时运行，基本的控制规则分析如下:
(1) 列车进站前鸣笛，以提醒工作人员接站;进站时速度按照预定的速度曲线减慢，直至停下。
(2) 一次只能有一列列车进站停车，若有列车停在站内，其他列车只能在站外等候进站。
(3) 以红绿灯作为列车能否出站的标记:绿灯通行，红灯不通行，出站时亦要鸣笛。
(4) 若有列车停在车站，其他不用进站的列车可以绕道而行，避免发生撞车。
(5) 用监控系统来调度列车的运行。如可以在监控系统中设置某列列车应该在某个车站停车，以及停车时间等。
(6) 在监控界面上反映列车的位置及运行状况。
3 控制系统硬件、软件设计
该列车PLC控制系统的输入/输出点数比较少，在选择输入输出模块时没有采用高密度模块，而是选用了常用的16点或8点输入/输出模块。控制系统共有22点开关量输入信号，都是布置在轨道上的光电位置检测开关，选用两块ID212模块(2×16点)来处理开关量输入信号。开关量输入信号类型单一，比较简单，在这里不再详述。
表1 开关量输出信号分配情况
该列车PLC控制系统有23点开关量输出信号。从对象实验得出，所有的被控点都是高电平(24V)有效，这样一来，输出模块的COM端应该接24V。从以上分析可知，OD系列的输出模块不能在这里使用，故这里选用了OC225(16点)和OC224(8点)两个开关量输出模块。表1详细的给出此系统开关量输出点的分配情况。该PLC控制系统有3路模拟量输出信号，分别控制火车三段轨道的电压(0-10V)，进而控制列车在该轨道上的运行速度。在这里我们选用DA003模块，该模块具有直接输出0～10V电压的能力。
控制规则由PLC软件来实现。其中，列车的进出站控制是列车运行控制中重要而难以解决的问题。在系统调试过程中，发现列车进出站过程中是两列列车容易发生事故的地方，解决该问题是极为重要的。列车进出站的程序框图如图2所示。
4 结束语
在列车的自动控制系统中选用OMRON C200HG PLC为现场控制装置。经过一段时间的运行、调试后，本系统能迅速、准确地完成该实验模型的控制任务，对列车实现自动控制。用组态王开发地监控系统可以对实验模型进行准确地监控。该控制系统的成功设计为列车的下一步完善奠定了基础。
由于电气控制线路与逻辑代数有一一对应的关系，因此对开关量的控制过程可用逻辑代数式 表示、分析和设计。
基本设计步骤如下：
1、根据控制要求列出逻辑代数表达式。
2、对逻辑代数式进行化简。
3、根据化简后的逻辑代数表达式画梯形图。下面举一简单例子来具体说明。
某一电动机只有在三个按钮中任何一个或任何两个动作时，才能运转，而在其他任何情况下 都不运转，试设计其梯形图。
将电动机运行情况由PC输出点0500来控制，三个按钮分别对应PC输入地址为A、B、C。根据题意，三个按钮中任何一个动作，PC的输出点0500就有输出。其逻辑代数表达式为当三个按钮中有任何两个动作时，输出点0500的逻辑代数表达式为因两个条件是“或”关系，所以电动机运行条件应该为简化该式得 
根据逻辑代数表达式，画梯形图，如图4所示。
图4利用这种方法设计，大的特点是可以把很多的逻辑关系简化。
当然出于可靠和安全性角度考虑的冗余设计是另外一个问题。
