西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8参数规格
西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8参数规格
1 引言近年来，我国应用太阳能和采暖发展迅速，节能效果明显[7]。但是，太阳能热水器也有自身的缺点。首先，太阳能热水器受天气因素影响较大，在阴天或冬天的时候光照强度不足，就不能提供温度较高的热水；其次，太阳能热水器提供的水量有限，且水温不够稳定；后，目前我国的太阳能热水器多为家用的小型太阳能热水器，不能够集中管理和控制。
为解决这些问题，设计了一种基于plc的集热式太阳能热水器，可对多个用户集中供水，全天候提供水温稳定的热水，操作简单，经济效益高。plc采用西门子s7-200系列进行控制操作。配合相应的温度、液位和liuliang传感器及plc的模拟量输入扩展模块实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和liuliang的控制。同时，plc与西门子文本显示器td400集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。
2 集热式太阳能热水器
2.1 电控工作原理
集热式太阳能热水器可以对多用户提供热水，且供水量大、供热水效率高，目前广泛应用于需大量供热水的事业单位等部门。该系统是与建筑有机结合、全天候的太阳能热水器。其安装在建筑的屋顶之上，不占用建筑内部空间，使用起来简单方便，如图1所示。
由图1可知，该集热式太阳能热水器主要由太阳能集热板、水箱、电磁阀、水泵、温度传感器、液位传感器、电伴热带、电加热器、电磁liuliang计和控制柜等部分构成。该系统的控制原理为：
图1 集热式太阳能热水器系统框图
(2) 当1#水箱中的水量不足设定的低限时，1#电磁阀打开，使自来水进入1#水箱，补充水量到设定的高限为止。
(3) 当用户端水温低于50度时，3#水泵启动，达到55度时关闭。
(4) 当2#水箱的水位低于低限时，2#水泵启动，同时2#电磁阀打开，以1#水箱中的水作补充，达到设定水位上限为止。
(5) 2#水箱水温低于50度且2个水箱水位高于设定的低加热水位时，加热器开，达到55度时关。
(6) 当1#水箱水温高于70度时，开2#水泵，2#电磁阀和3#电磁阀，使两个水箱的水进行循环，两个水箱水温相等时停止循环。
(7) 当liuliang计的liuliang高于设定值时，3#水泵启动。
(8) 当管道温度低于下限时，开伴热带同时还要开1#水泵，循环一定时间。
(9) 当控制柜内温度高于设定的风扇启动温度，风扇启动，低于设定温度时关闭。
2.2 电控系统硬件
集热式太阳能热水器的控制系统如图2所示。它由决策机构、测量感知机构和执行机构三部分构成，其中决策单元是控制系统的核心。
图2 集热式太阳能控制系统原理图
西门子s7-200系列plc是的小型模块化可编程控制器[1]。plc应用工程首先要合理的选择系统配置，这对于tigaoplc在控制系统中的应用有重要的作用。根据系统的运行原理，经过计算统计，该系统的控制点数为：模拟量输入7个，数字量输入7个，数字量输出9个。根据系统的控制点数和余量，本系统采用西门子s7-200系列中的cpu224作为控制核心单元，它本身所拥有的数字输入输出口数量能够满足本系统的设计需要，而且有少量剩余，可用于以后的扩展或改造。模拟量输入扩展模块采用em231，它是4输入12位的模拟量输入模块。本系统共有7个模拟量输入，所以需要扩展2个em231。另外，采用文本编辑器td400与cpu224相连，共同示组成一个具有实时操作显功能的自动监控系统。td400是一个能显示两行或四行的文本显示设备，为背光液晶显示，有较好的分辨率，可由s7-200cpu获得供电，或者由单独电源供电。td400的主要作用是设置系统的各项控制参数，包括各个部分的温度上限值和下限值，水箱水位的上限值和下限值等，同时可以对各个部分的水温和水位及各个执行器的运行情况进行实时监控。
主控中心主要功能为：对由模拟量输入模块采集的数据进行处理，根据用户设定的各项参数和系统控制原理，作出控制决策。
(2) 测量感知机构
测量感知机构包括温度传感器、液位传感器和电磁liuliang计。温度传感器采用pt100铂热电阻，输出为4~20毫安电流，量程为0~100摄氏度。温度传感器的作用是实时采集太阳能集热板、水箱、输水管路和用户端的水温，决策机构将根据这些数据来对相应的执行机构进行控制，达到系统温度参数的设定要求。液位传感器用于实时采集两个水箱中的水位，决策机构根据水位参数的设定要求来对相应的控制器进行控制。电磁liuliang计用于检测用户端管道内的水liuliang，根据liuliang的大小，决策机构就可以判断用户端用水量的多少，从而控制执行器增加或减少热水的供应量。所有的传感器均采用三线式接线方式。
(3) 外部执行机构
本系统的外部执行机构包括3个水泵、3个电磁阀、排热风扇和电伴热带。水泵用于对管路和水箱中的热水进行循环，电磁阀用于控制管路内水流的通断，排热风扇可以将控制柜内较高的空气排到柜外，电伴热带用于防止管路在冬天上冻结冰。另外，系统还有一个急停按钮，按下急停按钮，会切断执行器的供电，使系统停止运行。所有的执行机构都是在控制机构的统一控制下协调工作，使系统能够正常稳定的进行工作。控制柜为立方体形，高度为180厘米，安装有两层门，内层门上安有上电指示灯、手自动开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮和文本显示器td400。
3 plc软件编程
控制系统的软件编程是在西门子公司提供的step7 microwin v4.0plc编程软件下进行的，它可以对s7-200的所有功能进行编程。该软件在bbbbbbs平台下运行，其基本功能是协助用户完成应用软件任务。该系统的软件程序使用梯形图进行编程，采用结构化编程方式，主要包括出场参数设置、量程转换、自动和手动子程序。结构化编程方法具有程序结构清晰、通用性强、可读性强和方便修改等优点[4]。系统主程序如图3所示，程序其他部分省略。
图3 系统主程序
温度传感器、液位传感器电磁liuliang计采集到的信号是4~20ma的电流信号，通过模拟量输入模块em231的a/d转换，变成范围0~32000的数字量。而转换来的这一数字量也不能直观的反映现场的温度、液位和liuliang的实际值，所以需要进行量程的转换。量程的转换的公式为：
其中，di为a/d转换来的数字量，6400为传感器输出电流为4ma时对应的数字量。温度的量程为0~100摄氏度，水位的量程可根据水箱的尺寸由用户自己设定，程序中给出了一个缺省的量程，电磁liuliang计的量程也可由用户根据产品的说明来设定。所以实际值为：
系统人机交互界面采用的是文本显示器td400，其编程工作也是在西门子的编程软件下进行。通过编程软件菜单“工具”“文本显示向导”可以对td400进行配置，设置用户菜单和报警信息。本系统有工艺参数设定、量程设定和状态显示三个用户菜单。在工艺参数设定菜单下可以对出厂参数进行修改，在量程设定菜单下可以进行量程的修改，状态显示菜单则用于显示各执行器的运行情况，当某一执行器的状态为1时，说明此执行器正在运行，为0说明此执行器没有运行。按照向导完成td400的设置后，会自动生成一个数据块，其中包含了td400配置和所有用户定义的信息。
4 结束语
本文作者创新点：本文根据用户的实际需要设计了一种新型的基于西门子s7-200系列plc的集热式太阳能热水器，该系统解决了传统太阳能热水器的一些缺点，真正实现了全年全天候供水，水温与liuliang稳定，并可通过文本显示器td400进行参数设定，操作简便。该设计将太阳能与电能结合使用，大大节省了电能，长期使用将会有很可观的经济效益，值得推广使用
即将发布新型 CPU 412-3H 和改进型的 CPU 414-4H 与 417-4H。在性能和数量框架方面，新型 CPU 412-3H 实现了现有低端系列CPU 的高水平。改进型CPU 414-4H 和 417-4H 的工作存储器更大，运行性能更优。这些新型产品还将支持固件在运行模式下的更新。这些新式 CPU 计于2007 年十月中旬面市。
新型 CPU 412-3H 将是现有低端CPU 的补充。将会tigao现有CPU的性能（处理速度）、工作存储器，并为它们增加一些新功能。
新功能（所有CPU）：
•系列运行模式下，即，无需过程中断，就可以升级固件
•可通过网络升级固件
•SFC78 用于执行级负荷记录
•SFC109 用于设置CPU 的防护等级 2 （按键开关重置）
和CPU 414-4H 与 CPU 417-4H一样，新型 CPU 412-3H 也可以作为 F/FH 系统而工作。
兼容性
新型CPU S7-400H V4.5 采用了新硬件和新式操作系统。现有硬级无法升级为该新型产品，且新操作系统V4.5仅能运行于新硬件。
这种新式 CPU 与目前的 H CPU 具有良好的兼容性。为现有CPU编制的程序，新CPU也可以运行。然而，不可以混合使用新型 CPU和当前的 CPU。
同步模块和FOC同步电缆
同步模块和FOC同步电缆不会更改。需要注意的是，这种新式CPU 412-3H 仅能控制远程为 10 米的同步模块
工业4.0标志着工厂系统由大型、集中式可编程逻辑控制器(PLC)向模块化、分布式微型PLC的转变，这种转变将有效tigao效率和灵活性。MAXREFDES60#参考模块功耗低于250mW，能够以超小尺寸(约信用卡大小)为微型PLC设计提供超低功耗、超高精度的模拟输出。高度集成的MAXREFDES60#是一款完备的系统设计，包含一个微控制器和隔离电源。用户可通过USB将MAXREFDES60#轻松插入电脑，为其供电，并在数分钟内启动评估流程。
主要优势
• 超低功耗：高效24V隔离电源产生0至10V输出电压，功耗仅为240mW (典型值)
• 高精度：16位高精度模拟输出，满量程误差低于0.05%
• 高集成度：包含微控制器、DAC、电源、电压基准和数字隔离器，可快速实现设计
• 优异的数据完整性：数据隔离架构有效抑制电磁干扰，避免数据遭到破坏
评论
• Maxim Integrated控制与自动化战略市场经理Suhel Dhanani表示：“客户在设计面向工业4.0版的新型分布式控制系统时，需要超小尺寸模块以及高精度等优异指标。MAXREFDES60#参考模块面向微型PLC平台设计，以其高集成度和高度灵活性，助力快速增长的工业4.0市场。”
近日负责的项目中，应用西门子1200PLC，要求周期性的记录系统中liuliang传感器测得的liuliang值，由于我所应用的触摸屏记录功能太差，所以准备在PLC中记录下来。现在初步的设想是，每100ms执行一次MOV指令，将测得的liuliang工程量写入一段连续的地址里.
假设MD20为liuliang测得值 个周期执行 MOV MD20 MD100
第二周期就执行MOV MD20 MD104
下一周期就是MOV MD20 MD108 就是想实现这样一个功能，我也想过用数组记录，
如MOV MD20 ARRAY【1】 然后依此类推。
但，如何来实现却想不明白，在1200里指针是怎么定义的，怎么应用的，能不能这样寻址:MD【MD10】
答： TAG_1控制数组的指针，采集的数据送入TAG_2，数据保存在Static_1数组中。
一、控制指针偏移大值
1、在OB中放入CPM=指令来比较实际指针是否到达大偏移量。
2、在OB中放入MOV指令并给TAG_1赋0。
当偏移量到达数组的大深度时，执行MOV指令，指针归零。
二、在数组中保存数据
1、新建一个全局DB，在全局DB中再新建一个数组Static_1，Array [0..1000] of Real数组的大小根据你数据采集量而定，注意数组小于指针大偏量时会产生保存出错；数组中的数据类型根据数据宽度确定是REAL或是LREAL，我这里用的是REAL。
2、在PLC变量表中声明变量TAG_1其数据类型为DINT，声明变量TAG_2，其数据类型也要与数组的数据类型相一致；
3、在OB中放入FieldWrite指令块，选择该指令块的数据类型也要与数组的数据类型相一致；
4、将变量TAG1赋给INDEX端口，将变量TAG2赋给VALUE端口，将数组的Static_1[0]拖放给输出MEMBER端口；
三、数组指针偏移
1、在OB中放入INC指令，选择该指令块数据类型为DINT（与TAG_1数据类型一致）
2、将TAG_1拖入IN/OUT端口，并赋常数值1。
3、每保存一次数据执行一次INC指令。
在线状态下做了数据模拟，抓图如下：
定时保存数据程序我就省略了。工业占相当大的消费比例，因此tigao人造板生产效率意义重大。热压机作为人造板生产的关键设备，直接决定了生产效率及产品质量，而热压机性能的好坏又在很大程度上取决于其控制系统的优劣。针对现有热压机采用继电接触控制,使压机的控制线路较为复杂、触点太多而故障率高的问题，提出在热压机控制系统中采用PLC控制，可省去部分继电器和闭锁触点，简化控制线路，tigao设备可靠性。PLC选西门子的224CPU后面带上一个UniMAT的8DI8DO模块。
1、基本工作原理
实验热压机是木材加工工业、科研单位、高等院校等的实验室设备之一，可作纤维板、刨花板、胶合板、表面装饰板、塑料板等的热压实验之用。除了加热系统外，其工作特征和结构与生产型热压机基本相同。图1为本文所研究的热压机结构简图。
热压机上压板2固定，正常工作时通过控制位于压机底部的柱塞缸，使得柱塞5带动下压板4向上移动，将板坯压实；经过热压处理后，柱塞5带动下压板4向下移动，到位后为下一次工作做准备。根据人造板生产工艺的要求，在压机工作过程中，关键是位置控制和压力控制，系统是通过比例liuliang阀来进行速度调节，进而实现位置控制。
2、PLC控制系统的设计思路
首先要满足设备在生产中的可靠性。因原设备控制部分元件多，控制线复杂，排查故障非常困难，为此，可以考虑热压机油缸升降的控制部分采用PLC控制，在满足要求的情况下，尽量减少输入点和输出点，使得整体设备可靠性tigao；另外，考虑到设备检修、保养和对新的板种的试生产，需要在控制线路中加入手动、自动转换开关；在检修时，为防止升起的压板因误操作发生位移，加装了保护开关，当开关置于保护状态，即使发生误操作，因有电气互锁，也不至于使压板发生下移。基于以上设计思路，根据压机工作流程，确定了17个输入点和14个输出点，共31个点，采用西门子C40P产品（该型产品有24个输入点，16个输出点）Ez3。
结合该系列压机特点，设计了控制线路，并编制了控制程序；输入和输出量编址见表1。
表1 胶合板热压机各输入输出编址 
3、工作原理与控制过程
以快速贴面压机为例。该系列热压机共装有4个油缸，油缸顶置，液压油路需用6只电磁阀控制，因设计的热压机规格不同，油泵电机的功率从10～22 kW不等，为减小电机起动电流，设计为Y／△起动。胶合板板坯采用小车载入，小车承载部分可单方向运动，小车退出时板坯自动滑落在压板上。小车驱动电机由变频器控制，可实现小车快进、慢出。
控制油缸的电磁阀有6只，其中1只1DT为总进油阀；每2个油缸上部、下部油路各自并联，分2组，每组各有1只上部进油阀3DT、5DT和1只下部进油阀2DT、4DT，还有一只总回油阀6DT。
油缸下部进油，柱塞上移；其上部进油，柱塞下移。即当1DT、2DT、4DT工作时，压板上升，1DT、3DT、5DT工作，压板下降并加压；6DT工作时，油缸卸荷。液压油泵用三相交流异步电动机驱动，为降低起动电流需要降压，采用Y／△方式起动，转换时间为2～5 s。油泵工作正常3 s时，压板上升到位（设上限位开关）后，压板停止上升；此时装板小车载板坯快速进入，到达设定位置后，小车卸板坯并开始后退，碰到后退限位开关后停止后退。
在小车卸板后退的同时，压板开始下降，当碰到下限位开关后，停止下降，开始保压并计时，随着油压的升高，动、定压板之间压力增大，当达到设定上限压力时，电接点压力表上限开关断开，停止加压。由各组电磁阀自动控制热压时所需压力，实现保压直到热压结束，开始卸荷，3 s后压板上升。由人工完成卸板。
为了安全起见，在控制线路中加装转换开关，在压机上升控制电路中要加入保护装置，当压板上升到位时，手动合上此开关，检修设备时不会因误动作而使动压板下降伤人。同时，在加压保压控制电路中，加入了超压保护开关，目的是防止油压达到压力上限后继续加压。若超压，此开关自动断开，电磁阀失电关闭，停止加压。当压力下降到许可值时，此开关重新闭合，系统控制恢复正常。
