6ES7216-2BD23-0XB8产品特点

6ES7216-2BD23-0XB8产品特点

主要介绍了6层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成， 列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法。
可编程控制系统（Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，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的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。
电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前在电梯行业已得到广泛应用。在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。

 设计可编程控制器时， 安全性是重要的，即即使在外部的电源发生异常时，可编程控制器出现故障时，整个系统也能在安全状态下工作，请务必在可编程控制器外部，设置安全电路，误操作，误输出是产生事故的原因。  
 
    1.务必在可编程控制器外部，设置如下几种电路，  
　　紧急停止电路，保护电路，正转逆转等相反操作的连锁电路，定位的上限/下线等防止损坏的连锁电路。 
  
    2.可编程控制器CPU有监视定时器等自检功能 
　　可编程控制器CPU以监视定时器等自检功能，检测出异常时，输出全部关闭，担当可编程控制器的CPU检测不出输入输出控制部分的异常时就不能控制输出，这时，为使机器在安全状态下运行，请设计外电路及机构   

    3.设计确保传感器的后备电源产生过负荷时的安全：
  　　传感器的后备电源产生过负荷时，电压自动下降，除可编程控制器输入不工作之外，全部输出都关闭，这时，请设计外电路和机构，以使其在安全状况下工作。 ｜
  
   4.设计确保当有与重大故障有联系的输出信号时机器的安全：  
　　因输出继电器，晶体管的故障，输出时而为ON,时而为OFF的现象出现，当有与重大故障有联系的输出信号时，请设计外电路和机构，以使机器在安全状况下运行。 

一、概述

如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，这样的控制系统称为顺序控制系统，也称为步进控制系统。其控制总是一步一步按顺序进行。在工业控制领域中，顺序控制系统的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。

所谓顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会tigao设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。

二、顺序控制设计法的设计步骤

采用顺序控制设计法进行程序设计的基本步骤及内容如下：

1．步的划分

顺序控制设计法基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件（辅助继电器M或状态器S）来代表各步。如图5-19a所示，步是根据PLC输出状态的变化来划分的，在任何一步之内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。步的这种划分方法使代表各步的编程元件与PLC各输出状态之间有着极为简单的逻辑关系。

图5-19  步的划分

a)划分方法一    b)划分方法二

步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象工作状态的变化应该是由PLC输出状态变化引起的。如图5-19b所示，某液压滑台的整个工作过程可划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步。但这四步的状态改变都必须是由PLC输出状态的变化引起的，否则就不能这样划分，例如从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进和工进只能算一步。

2．转换条件的确定

使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如图5-19b所示的SB、SQ1、SQ2、SQ3均为转换条件。

顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。

3．功能表图的绘制

根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能表图。绘制功能表图是顺序控制设计法中为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将后面详细介绍。

4．梯形图的编制

根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。有关编程方式将在本章节第五节中介绍。如果PLC支持功能表图语言，则可直接使用该功能表图作为终程序。

1. 控制回路的实现

　　S7-300 PLC通过用户自己编写的功能块(FC)，并结合PLC具有的功能块(FB)来实现。功能如图。
　　其中：SP(风)由上位机据要求决定的设定值；风liuliang为实际测量的助燃风liuliang；FC44由用户编写实现风阀自动调节，并实现阀门在开/关时每次开度变化 1.000；FC44输出4～20mA信号控制风阀门开度。SP(风liuliang*V)(V为风和煤气的比)作为煤气调节的设定值；煤气liuliang为实际测量的煤气liuliang值；FB41是系统固有功能块，可实现PID调节(P=2, I=20s, TD=10s)，这里实现煤气阀的自动调节；FB41输出4～20mA信号控制煤气阀门开度。
　　此回路为比值控制，在煤气控制回路中还运用了PID调节，实现快速、jingque调节。控制回路常见故障：(1)煤气调节阀频繁波动，主要原因是生产用煤气不干净，易堵住liuliang计取压孔，从而引起煤气liuliang波动；(2)如风liuliang波动大(liuliang计测量不准)，也可引起煤气阀波动频繁。

2. 炉燃烧系统逻辑控制的实现方法

　　逻辑控制主要实现燃烧系统的顺序控制和联锁，S7-300与其他PLC实现方法基本一样，通过梯形图和功能图实现。如燃烧系统风机的联锁，在测试风机时，风机只跟其报警联锁(风机故障报警)；不测试时，既有风机的报警联锁，还有工艺联锁。

PXI平台简介与高速量测模块同步之探讨

徐常益

徐常益先生，凌华科技量测产品事业部硬件工程师。

　　随着电子制造技术的日益发展，集成电路的功能变得越来越复杂，而体积却越来越小，因此对制造测试电子元件的厂商而言，如何以快时间建造出具竞争力的测试平台，的确是一门不小的学问。
　　近十年来，随着个人计算机的更新换代与普及，以PCI Bus为架构的仪器模块大为发展。因此1998年PXI System Alliance(PXISA)成立，让PXI成为一个开放的标准架构。PXI平台不仅具有类似VXI的开放架构与坚固的机构外型，更由于其设计了一连串适合仪器开发所用的同步信号，而使得PXI更适合作为量测与测试自动化平台。
　　本文主要目的是介绍在PXI平台下，如何利用PXI优点进行量测仪器模块之间精密且快速的同步动作。内容包含PXI的简介与说明、量测仪器模块常用的同步信号以及应用实例

、前言

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。近年来，在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。

随着我国自动化技术和仪表检测技术的发展，自动调节仪表逐渐被污水处理厂所采用。尤其是近几年来，我国新建城市污水处理厂大都采用了目前较为先进的可编程控制器系统。一些利用外资兴建的污水处理厂也越来越多，它们几乎都采用了可编程控制系统，大大缩短了我国污水处理厂与世界上先进发达国家污水处理厂在自动控制领域的距离。1996年投入生产的河北保定污水处理厂也是其中的一个。

2、PLC的主要特点

由于控制对象得复杂性，使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性，使得PLC在设计结构上具有许多其他控制器所无法相比得特点：

①可靠性高，抗干扰能力强
②通用性强，使用方便
③程序设计简单、易学、易懂
④采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便
⑤系统设计周期短
⑥安装简便，调试方便，维护工作量小
⑦对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产

综合以上特点可见，PLC的诸多特点正是迎合了广大用户的需求，弥补了其他控制器的不足。因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用。在现代自动化的污水处理厂更是不可缺少。污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少。以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此，以次见长的可变成逻辑控制器在污水处理中得到了广泛的应用。

3、基本组成
①CPU PLC的控制中枢，它由控制器和计算器组成，PLC在CPU的控制下使全机有条不紊的协调工作，以实现对现场的各个设备进行控制。
②存储器 PLC系统中的存储器主要用于存储系统程序，用户程序和工作状态数据。
③输入输出模块 生产过程中有许多控制变量，如温度、压力等PLC与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。
④编程器 PLC的重要外部设备，通过它将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器，因为它的任务就是：输入程序、调试程序和监控程序的执行过程。

4、工作原理
PLC的工作方式与微型计算机相比有较大的不同。PLC不是利用微型计算机中的中断处理方式，而是采用循环扫描的工作方式。CPU按照系统程序所赋予的功能，接收并把用户程序和数据存在RAM中，系统上电后，它按扫描方式开始工作，从条用户指令开始，逐条扫描并执行直到后一条用户指令为止。它不停地进行周期性扫描，没扫描一次，用户程序就被执行一次，
由于PLC扫描用户程序的时间一般只有几十ms，因此可以满足大多数工业控制的需要，而且响应速度远远高于其他控制器。PLC按扫描的方式执行程度是基本的工作方式，也是主要的。这种工作速度不仅适应于工业生产中80%以上的控制设备要求，就是在具有快速处理的高功能PLC中，其主程序还是以扫描方式执行的。

5、现代污水处理厂
在此我们以河北省保定市银定庄污水处理厂举例说明。
保定银定庄污水处理厂采用二级分布式计算测控管理。由中心控制室的计算机对全厂监控主要工艺设备的运行，采集工艺参数和设备运行状态信息，必要时对工艺过程进行干预，发出指令，有相应的PLC执行。系统的基本组成由下图所示：

保定银定庄污水处理厂自动化系统采用了4台芬兰Alfa Laval公司生产的系列PLC控制现场的一次设备，配置为开放式的网络通信平台，支持串口通信，现场总线通信。操作员站选用了两台康柏工控机，软件开发平台选用的是Sattgraph组态软件 。本系统具有上位机监控功能和模拟盘监控功能，两者互为热备用方式并列运行

每个可编程控制器均采用标准的模块式结构，由电源、处理器、接口、输入输出模块和通讯模块组成，它们之间通过SATTBUS总线连接，每个PLC均采用相同的编程方法，有利于程序的编写和扩散。PLC工作方式为循环法，即每个周期扫描输入端口一次，读入输入模拟量和数字量，输入程序制定的存储单元，按照程序设计对每个模块进行检查，如发现错误则运行相应错误管理程序并报警。如各个单元正常，则通过输出模块管理各个设备的工作状态，控制机器运行，同时，对这个周期的输入输出数据进行保存，通过SATTBUS总线传递到上位机，进行数据曲线显示和报表打印。设在现场的PLC根据既定的程序，对其管辖区域中的工艺和电气设备进行控制，可用编程器对程序进行修改，一经确认，系统可按新的程序有规律的运转。

该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时相应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理。

下图为可编控制器用于泵站水位控制的示意图：

在污水处理厂进水泵站，回流污泥泵站，为了保持水泵的高效率运行 ，常常对其水池液位进行控制，，如下图所示，用一台液位计来测量进水泵站积水池的液位，并将该液位信号送入可编程控制器系统，由可编程控制器根据液位高低来控制泵的开、停，使进水池液位保持在一定的范围内。在该系统中，输入/输出PLC的信号包括：液位信号输入（模拟量输入）、每台泵的运行状态信号（开、停或报警，开关量输入）、开/停泵的控制信号（开关量输出）。

泵站水位控制

保定市银定庄污水处理厂一期工程自1996年投产运行以来，日处理污水量8万吨，生活污水占65％，工业污水35％，至今已正常运行七年，自动控制系统运行良好自动控制显著，可编程控制器与工控机的有机结合以及计算机网络的应用大大tigao了生产现场的自动化控制水平和管理水平。

6、前景

随着工业自动化、计算机集成技术的飞速发展，PLC也在向高功能、高速度、大容量发展，PLC系统的的应用范围和应用规模也将会越来越大。城市污水处理工程的建设正以前所未有的速度发展，大大加快了我国工业自动化的进程

PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全考虑，好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。据中国变频器维修网介绍，程序的具体调试要按照以下的方法进行。
    1．程序的模拟调试
    将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通／断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。
    2．程序的现场调试完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。

1、引言
　　近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益tigao，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、liuliang等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。
　　通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，但是，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，因此，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。
　　2、变频器简介
　　交流电动机的转速n公式为： 

　　式中:f—频率;
　　p—极对数;
　　s—转差率(0～3%或0～6%)。
　　由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。因此变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。同时还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，因此变频调速方式拥有广阔的发展前景。
　　3、PLC模拟量控制在变频调速的应用
　　PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。
　　在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。
　　下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。同时选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。
　　图2为变频器的控制及动力部分，这里的变频器采用三菱S540型，PLC的模拟量速度控制信号由变频器的端子2、5输入。
　　3.1系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题
　　(1)模拟量模块输出信号的选择
　　通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。
　　(2)模拟量模块的增益及偏置调节
　　模块的增益可设定为任意值。然而，如果要得到大12位的分辨率可使用0~4000。如图3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。
　　(3)模拟量模块与PLC的通讯
　　对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。
　　从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：
　　#16为输出数据当前值。
　　#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。
　　b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始
　　(4)控制系统编程
　　对于上例控制系统的编写程序如图4所示。
　　在程序中：
　　1)当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时，通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时，通道2数字到模拟的转换开始执行。
　　2)通道1
　　将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);
　　将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;
　　使BFM#17的b2=1;
　　使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
　　将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
　　使BFM#17的b1=1;
　　使BFM#17的b1由1→0，执行通道1的速度信号D/A转换。
　　3)通道2
　　将保存第二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);
　　将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;
　　使BFM#17的b2=1;
　　使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
　　将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
　　使BFM#17的b0=1;
　　使BFM#17的b0由1→0，执行通道2的速度信号D/A转换。
　　4)程序中的K0为该数模转换模块的位置地址，在本控制系统中只用了一块模块，因此为K0，假如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块，则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。
　　(5)变频器主要参数的设置
　　根据控制要求，设置变频器的运行模式为外部运行模式，运行频率为外部运行频率设定方式，Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V，所以，Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。
　　3.2注意事项
　　(1)FX2N-2DA采用电压输出时，应将IOUT与COM短路;
　　(2)速度控制信号应选用屏蔽线，配线安装时应与动力线分开。
　　4、结束语
　　上述控制在实际使用过程中运行良好，很好的将PLC易于编程与变频器结合起来，当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同，比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时，只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。