西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8型号含义

西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8型号含义

   引言

    可编程控制器PLC和工业计算机IPC已先后推出多年，它们在各自不同的应用场合已获得了十分广泛的应用。在多年的应用实践中，PLC运算/处理能力不强、实时性、开放性较差和IPC可靠性及可扩展性较差的缺点已逐渐暴露出来，寻求一种性能更为优良的控制器已成为各类工业用户的迫切需求，由奥地利贝加莱公司 （B&R）于1994年首先推出的PCC就顺应了这一趋势，它融合了传统的PLC和IPC的优点，既具有PLC的高可靠性和易扩展性，又有着IPC的强大运算/处理能力和较高的实时性及开放性。
     
    PCC的硬件结构和外貌与PLC十分酷似，但前者具有更强大的处理能力和更高的实时性；在软件功能方面，它又与某些PC-Based类似，不过其可靠性和环境适应能力却大大优于后者。
     
    经过十多年的发展和应用，PCC已成为当前工业控制器发展的新方向之一，以PCC作为控制系统核心的方案正逐渐成为工业自动化系统配置的一种新格局。

    1、PCC的特点及优势

    1.1 PCC在硬件方面的特点
     
    在硬件结构方面，PCC的特点是很明显的，它兼具了PC机采用高性能 CPU及大容量存储单元和PLC采用模块式结构的优点。

    （1）模块式的插装结构，可带电插拔
     
    PCC具有全模块式的插装结构，在工业现场可以安全、方便地带电插拔；PCC的CPU和I/O模块结构紧凑，体积小巧，接线端子密集，而且在模块供电及工作状态显示等诸多方面有着完善、精巧的设计。

    （2）其CPU采用了多处理器结构并配备了大容量存储单元
     
    PCC除了其高性能的主CPU以外，通常还配置了另外两个处理器，即一个PCC的CPU模块上有三个处理器，这就大限度地tigao了系统的处理能力。

    在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规 PLC的大容量存储单元（100K-64MB），这无疑为功能强大的系统软件和应用软件提供了有效的硬件支持。

    PCC采用可插卡式的CF卡作为存储介质，大存储容量可达8GB。

    （3）配备了多种信号和通信接口
     
    PCC为工业现场的各种信号和应用提供了许多专用模块和功能模块，如温度、张力、步进电机驱动、示波器、鼓序列发生器信号、增量式脉冲编码信号、称重信号和超声波信号、电力测量与并网同步、PWM输出等。它们将各种形式的现场信号十分方便地接入以PCC为核心的数字控制系统中，用户可按需要对应用系统的I/O通道进行数十点、数百点乃至数千点的扩展与联网。PCC的所有数字量输入端都经过了光电耦合隔离，模拟量输入端也都经过了RC滤波处理，因此它具有很好的抗电磁干扰能力。
     
    在PCC模块内部，CPU的数据总线与I/O总线分离，并配置有独立的I/O处理器。主CPU内含有一个独立的时间处理单元TPU （Time Processing Unit ），在不增加CPU负荷的前提下高速处理简单或复杂的定时任务，其基准计时频率可高达6.29MHz，因此目前被广泛应用于频率、相位测量及PWM（脉宽调制）等要求极高精度的时间处理场合中。
     
    此外，CPU的主板集成了多种通信接口，PCC还是一款开放性极高的产品，配置了多种通信模块。

    （4）以专用模块的方式对高精度运动控制功能和智能温度控制功能进行集成

    运动控制功能：高速编码计数、速度和位置补偿、电子齿轮传动、凸轮仿形、多轴插补、CNC技术、飞锯等；
     
    温度控制模块：传感器直接接入，每50ms处理一个PID调节回路，带自校正PID调节和参数整定功能。

    1.2 分时多任务操作系统理念和多样化的应用软件设计手段
     
    常规的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序（某些的PLC，如西门子的S7-300/400系列、罗克韦尔的ControlLogix系列等除外），来处理程序本身的逻辑运算指令及对外部I/O通道的状态采集与刷新，整个应用程序被包含在一个循环周期内（如图1所示）。但在一个控制系统中，虽然有一些工艺量对实时性的要求很高，但同时却有更多的工艺量对实时性没有特殊的要求，如果采用同样的刷新速度来处理它们其实是对系统资源的浪费，而且循环扫描的运行机制也导致了系统的处理周期主要取决于应用程序的大小，如程序复杂庞大，扫描周期就必然加长，这无疑是与I/O通道对高实时性的要求相违背的。在图1和图2中， A和B为压力控制（回路控制）任务，它们的扫描时间分别为1ms和2ms；而C和D为逻辑控制任务，它们的扫描时间分别为5ms和2ms。看来这是一个逻辑控制任务程序量较大的PLC/PCC应用程序。图1表示常规PLC的运行模式，在该图上部的任务组合方式中，整个任务（A+B+C+D）被包含在一个扫描时间为10 ms的循环周期内，在该图下部的任务组合方式中，整个任务（A+B+C）被包含在一个扫描时间为8 ms的循环周期内。可以看出，总的应用程序处理周期为各任务的程序扫描时间的和，程序周而复始地循环执行。 
     
    而贝加莱PCC系统的设计方案则完美地解决了这一问题，与常规PLC相比较，PCC大的特点就在于其引入了几类大型计算机的Runtime定性分时多任务操作系统理念，并辅之以多样化的应用软件设计手段。由于实行分时多任务的运行机制，应用程序可以按照工艺功能和优先级的不同分别设置成不同的任务和不同的任务级别，并可根据要求自行设定任务的循环时间，使得应用任务的循环周期与程序长短无关，从而将应用程序的扫描周期同真正外部的控制周期区别开来，满足了真正实时控制的要求，而且它可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际需求而做相应调整（如图2所示）。图2表示PCC-定性分时多任务操作系统的运行模式，按照逻辑控制和压力控制任务分类组合（即图3中的系统模块）控制。在该图上部的逻辑控制任务组合中，逻辑控制任务C、D被有机地分布在间隔为5 ms的5个时间段中按优先级顺序先后执行，逻辑控制任务C、D执行时恰好压力控制任务A、B不执行，逻辑任务的处理周期为20 ms；在该图下部的压力控制任务组合中，压力控制任务A、B在每一个5 ms的时间间隔中均按顺序先后执行，压力控制任务A、B执行时恰好逻辑控制任务C、D不执行，压力任务的处理周期为5 ms。可以看出，各个任务是按照分时的运行模式执行的，各分类任务组合则按照自己的处理周期（如逻辑任务的20 ms和压力任务的5 ms）周而复始地循环执行，但压力任务的优先级明显高于逻辑任务的。

图1 传统的PLC运行模式

图2 贝加莱PCC-定性分时多任务操作系统的运行模式

 4.1 plc的i/o口分配

    循环除盐水电控系统的输入和输出信号及i/o口分配如附表所示。

附表 plc输入、输出接口图表

    4.2 程序功能

    控制系统的程序结构为：

    main  主程序
    sbr0  模拟量数据初始化子程序
    sbr1  除盐水温控pid1初始化子程序
    sbr2  除盐水压力pid2初始化子程序
    sbr3  td400c 子程序1（报警信息）
    sbr4  td400c 子程序2（参数设定）
    sbr5  水泵控制子程序
    sbr6    带式过滤器控制子程序
    sbr7  板换切换子程序
    int0  pid1中断处理程序
    int1  pid2中断处理程序

    在主程序中，扫描调用各pid初始化子程序，并进行通讯、显示使能初始化，由td400c的组态处理嵌入在消息中的温度设定值、压力设定值、pid参数值等变量并送其到既定的寄存器中；对温度进行采集、处理，报警处理；主程序后面部分根据对液位、压力值的判断调用对应的处理子程序。

    程序中采用了plc内嵌的pid控制器，之前对温度和压力采集值和设定值进行转换、标准化。经转换的pid输出再控制调节阀，保证温度和压力偏差（e）即给定值和过程变量的差为零，使温度和压力达到稳定状态。

    文本显示器td400c的自定义和配置也在step7-micro/win v4.0（sp6）编程软件中进行，无需其他的参数赋值软件。根据软件的向导配置完成后在程序中生成隐藏子程序、符号表和数据块，然后在子程序中根据配置生成的符号表进行功能分配和参数设置。

    4.3 与dcs系统采用profibus-dp通讯

    在dcs系统上位机中安装好em277模块的gsd文件，组态好主站的通讯地址及通讯接口数据区.软件组态的em277 profibus站地址要与实际em277上的拨码开关设定的地址相一致，通讯接口区大小为32字节输入和32字节输出，在主站设定v区的偏移值为2000。设置完成后通讯接口的数据对应关系如图3。

图3  profibus-dp通讯数据对应关系

    在从站s7-200侧不用编写任何通讯程序，只需提供通讯数据内容的定义。

    5、结束语

    循环除盐水电控系统是根据聚合物切粒对除盐水的工艺要求，通过对国内外各种小型plc的对比、分析，采用了以西门子s7-200 plc为控制核心，用pid控制器、调节阀实现恒温恒压控制，整个系统组成简单，程序编制容易，控制功能完善，具有联控、联锁保护、通讯等功能，适应性很大，并且采用人机界面操作和显示，操作简单方便，具有故障自诊断功能，维修排故直观快捷。

    采用可编程控制器对循环除盐水系统进行控制，保证了循环除盐水系统的可靠、安全、稳定的运行，对于聚酯化纤的连续稳定生产起着重大作用，故值得推广。

  1、引言

    近年来，随着我国化纤工业的飞速发展与进步，连续线聚酯生产也步入了一个全新的阶段。这就要求聚酯生产的工艺方法不断的完善及设备运行的可靠性不断tigao。冷却水循环系统在整个聚酯切粒的生产过程中必不可少的系统设备，它们对切粒生产过程中的冷却水的温度、压力按工艺所规定的要求进行恒定并可调节；使切处于佳状态下运行，并要求给中控室dcs系统进行通讯。

    以前传统的循环除盐水控制系统是采用继电器控制电路，并利用pid调节仪表来控制压力及水温，随着工艺要求的不断tigao传统的控制系统已远远不能满足。根据新的工艺要求，我们充分利用可编程控制器（plc）的逻辑控制性、简便性和可靠性，将其作为主要的控制元件，设计制造出一套使用pid控制器，可控制冷却水的温度及压力，并与中控室进行profribus-dp通讯。

    2、循环除盐水系统简介

    循环除盐水电控系统对聚合造粒所需冷却水温度、压力、液位、过滤器报警信号等进行采集，由可编程控制器对数据进行处理运算后，运用pid控制器，再控制调节阀、电磁阀、水泵、带式过滤器等器件来实现冷却恒温等控制功能；循环除盐水电控系统可与中控室dcs系统由profribus协议通讯。图1是循环除盐水系统原理图。水箱中除盐水由浮球阀根据液位进行自动补液。由温度度传感器t检测管道中水温，运用pid控制气动调节阀v4调节冷冻水的liuliang使除盐水温度始终保持在设定温度。带式过滤器上有液位传感器h1，用来判断过滤器是否被堵，当过滤器被堵后，要启动过滤器电机拖动滤布走动，到设定的时间后停止。水箱里有低液位传感器，用于与水泵联锁。为了使除盐水到达切粒系统水压在设定值，由压力传感器p2检测管道水压，运用pid控制气动调节阀v3。由于板式换热器容易被堵，要经常清理，系统要求对板式换热器进行在线切换，当板式换热器1工作时，电磁阀v1工作，电磁阀v2关闭，当压力传感器p1值大于p2值在某设定值后，表明板书式换热器1已被堵，这时电磁阀v2工作，v1关闭，切换到板式换热器2工作。整个项目对除盐水循环系统可靠性的要求非常高，要求系统每年连续运行时间不低于8000小时，而且由于整个系统工艺对水温的高低也有严格的要求，所以也要求水温的调节精度比较高，系统的自动化程度也比较高，现场无人维护，所有数据与此中控室进行交换，使得中控室（dcs）能对设备做到全程监控。

图1 循环除盐水系统原理图

    3、控制系统硬件组成

    根据整个工艺条件要求，在充分比较国内外各品牌小型plc的各种功能参数及性价比的基础上，我们控制系统选用西门子的s7-200系列可编程控制器（plc）为主要控制元件。装置采用cpu226（ac/dc/继电器），其输出可分组直接接ac220v的电磁阀、dc24v气动阀及三相固体继电器控制泵电机。由于需要采集温度压力和控制调节阀，选用了em231和em232模拟量模块，和dcs通讯采用em277 profibus-dp 模块。cpu226具有极高的可靠性，操作便捷，并且运行速度快，拥有很强的内部集成特殊功能；具有pid控制器，在程序中多可用8条pid指令，这些指令只要不用相同回路号，各pid运算之间就不会互相干涉，这有利于同时控制多个调节阀进行多点温度控制。而cpu226有2个rs485通讯/编程口，其具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力；这两个通讯口一个用于与显示器通讯，另一个用于电脑进行调试。em277 profibus-dp 模块用于接收来自dcs指令及温度设定，并上传报警信号。运用step7-micro/win v4.0（sp6）软件，可以在bbbbbbs系列的操作系统下进行编写plc控制程序，而且step7-micro/win v4.0（sp6）还可在线调试并监视用户程序。

    选择td400c中文文本显示器作为装置的终端显示器，用选择项确认方法td400c可显示多80条信息，拥有可编程的15个功能键，并提供密码保护功能，参数在显示器中显示并可用输入键进行修改，本装置中用来进行温度和pid参数设定及工艺参数和报警信息显示；td400c连接很简单，只需用他提供的连接电缆接到cpu226的ppi接口上即可，不需要单独的电源。

    系统硬件配制如图2。

图2 系统硬件配配制图

    4、plc软件设计

    由于系统需做大量的数据运算处理，因此编程过程中只运用stl语句表进行编程，程序在编程中采用模块化结构，使各路pid互不干扰，亦便于修改和扩充

3 系统配置及功能划分
    系统配置方案如图4。

图4 原配及扩展LCU盘柜

    在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改，增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC, PLC配置有140CPU 11303S,增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件这就弥补配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。

    3.1 数据采集和处理功能
    原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具有数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，2套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能；Modicon984PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
    3.2 控制和调节功能
    Modicon 984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能；Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 PLC控制，也可以由Quantum PLC控制；Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop为式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
    3.3 人机界面
    在新增盘柜装有触摸屏、触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以T发相关的控制令给Quantum PLC, Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
    3.4 对外通信
    在新增盘柜安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集，同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有8个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
    该系统结构主要特点：
    (1) 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，控制功能不受所扩展盘的影响；而对Quantum PLC来说， 可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等。
    (2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信快速、准确、可靠。

4 软件的功能和实现
    对于Modicon984 PLC来说，PLC程序主要是实现2个功能：
    (1) 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC同时控制Modicon984 PLC的开出点，程序示例如图5。

图5 程序示例

    (2) 把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存器，以便通过Peer Cop方式一起传输到Quantum PLC。
    (3) 简单的辅机流程和自启动流程。
    由于原配置Modicon984 PLC不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写对于Quantum PLC来说，PLC程序要实现功能较多，主要有：
    (1) 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等；
    (2) 对所有采集到数据进行处理分析；
    (3) 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
    编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持国际电工委员会IEEE 1131的标准的全部语言，即：支持LD（梯形图）、FBD（功能块图）、ST（结构化文本）、SFC（顺序功能图）等多种PLC编程语言，能保证系统的各类控制功能的需求。

5 结束语
    本现地控制单元改造方案在结构、技术路线、实现方法上都有所创新，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法完全可行改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量，改造工程实施完成儿个月来，运行非常稳定，达到了预期的口标该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技改提供了，对tigao发电厂的自动化水平有重要的现实意义

3 主要抗干扰措施
    3.1采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
    在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串人PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU、电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等祸合进人的。对于变送器和共用信号仪表供电选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器，以减少PLC系统的干扰。此外，为保证电网馈电不中断，可采用在线式不间断供电电源9UPS0供电，tigao供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
    3.2 电缆选择的敷设
    为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置敷电电缆的辐射电磁干扰。在工程中，因采用钢带恺装屏蔽电力电缆，从而降低动力电缆生产的电磁干扰。长距离配线时，输人信号线与输出信号线分别使用各自的线缆。交流信号与直流信号分别使用各自的线缆输人输出信号线与高电压、大电流的动力线分开配线。集成电路或晶体管设备的输人、输出信号线，必须使用屏蔽线缆。避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。
    3.3 I/0模块的定性分析
    绝缘的输入、输出信号和内部问路L匕非绝缘的抗干扰性能好；双向晶闸管和晶体管型的无触点输出在PLC控制器侧产生的干扰小；输人模块允许的输人信号ON-OFF电压差大，抗干扰性能好；输人信号响应时间慢的输人rl块抗f扰性能好。因此，从抗干扰的角度考虑，I/0模块选型时应考虑以下因素:干扰多的场合，使用绝缘型的I/O模块；安装在控制对象侧的I/O模块要使用绝缘型的I/0模块；无外界干扰的场合，可使用非绝缘型的I/O模块。
    3.3.1 防精入信号干扰
    除采用滤波器和控制器良好接地来抑制干扰外，还可考虑以下抗输人干扰的措施。在输入端有感性负荷时，为了防止反冲击感应电动势，在负荷两端并接电阻和电容(为交流输人信号时)见图1,或并接续流二极管(为直流输人信号)见图2。交疏输入方式时，电阻、电容的选择要恰当，才能起到较好的效果。负荷容量在1OVA以下一般选0。1μF、120Ω；负荷容量超过1OVA则选用0。47μF、47Ω比较合适。如果与输人信号并接的电感性负荷较大时，使用继电器中转效果更好。防感应电压的措施K DA。输人端并接浪涌吸收器；②在长距离配线和大电流场合，感应电压大，可用继电器转换。

图1                               图2

    3.3.2 防止输出信号的干扰
    输出信号干扰的产生:感性负荷场合，输出信号由OFF变成ON时产生突变电流，从ON到OFF时产生反向感应电动势，所有这些，都可能产生干扰。防止干扰的措施:
    (1)交流感性负载，在负载的两端并接R,C作为浪涌吸收器。交流220V电压功率为400VA左右时R，C的值分别为47Ω,0。47μF,R,C越靠近负载，其抗干扰效果越好，见图3,
   (2)直流负载场合，在负载的两端并接续流二极管，见图4,二极管也要靠近负载，二极管的反向耐压应时负载电压的4倍。

图3                                 图4

    控制器将开关输出的场合，不管控制器本身有无抗干扰措施，都好采取图3(交流负载)和图4(直流负载)的抗干扰对策。在开关时产生较大干扰的场合，交流负载可使用双向晶闸管输出模块。在控制盘内用中间继电器进行中间驱动负载的方法时很有效的。对于电子设备的抗干扰技术，主要原则是抑制于扰源,PLC可编程控制器输出信号的干扰，可通过良好的接地引人大地，从而减少干扰的影响。