西门子6ES7231-7PF22-0XA0技术支持

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介绍模拟量采集模块在PLC控制系统上的应用实例。

关键词：

可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller），

数据采集，RS-232/485总线，信号隔离，A/D转换，RS-485串行通信，工业自动化远程监控

Analog to Digital Converter , RS-485 serial communications, data acquisition, I/O remote monitoring

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。并且在实际工作环境中，PLC系统往往输出的模拟量电流或电压信号很弱（mV或mA级），而且普遍带负载能力低。直接用来监控远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因其它外界信号干扰而造成信号出错，影响整个系统的正常运行。这就需要我们要求对热电阻、热电偶等温度信号和电流电压等信号进行采集,由数字量输出口通过RS485串行接口使用标准通讯协议将数据传送给PLC。

产品概述：

WJ21产品实现传感器和主机之间的信号采集，用来检测模拟信号。WJ21系列产品可应用在RS-232/485总线工业自动化控制系统，4-20mA / 0-5V信号测量、监测和控制，0-75mV，0-100mV等小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。

产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口多可接255只WJ21系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。

WJ21系列产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。

WJ21系列产品按工业标准设计、制造，信号输入/输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。

产品原理结构图：

结束语：

A/D转换及D/A转换在PLC控制系统中起着十分重要的作用。随着PLC应用领域的不断拓宽,模拟量采集模块ADC.,DAC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全,会更好地适应各种工业控制场合的需求,作为自动化控制的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用.

动力总成厂缸体生产线一台衍磨机，曾经发生一起PLC通讯故障，停机时间较长，案例也较特殊，现总结如下，以飨读者。 
该机床的主要控制系统如下所示：
PLC – SIEMENS S7-317 2DP
Driver- SIEMENS 611U
如下，按照故障现象，解决步骤以及归纳总结的步骤进行介绍：

一、            故障现象

当通过进行在线监控时（通过以太网），发现不能进行该操作，报警如下：

然而，备份和下载数据没有任何问题。
备注：

编程器侧设定IP: 10.10.153.250，备份时，能够找到CP343-1模块（10.10.153.96）；

二、            解决步骤

1、排除：网络设置出错的可能，因为通过以太网可以进行数据的备份；

2、打开新备份的PLC数据，检查CP343-1模块的组态信息是否正确，

顺序控制就是使系统能按一定的顺序工作，常用于离散的生产过程控制。顺序控制又可以分为确定顺序控制和随机顺序控制，在生产机械运行中常为确定顺序控制，控制对象工作过程或顺序是确定的。用 PLC 进行顺序控制是 PLC 的基本应用，也是PLC 的优势所在，在生产机械的自动化控制领域中，PLC 顺序控制系统的应用很广泛。

　　
常用的生产机械顺序控制系统运行时，设备按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行。PLC 顺序控制系统的输入信号大多数是行程开关、接近开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关，有时也采用压力继电器、定时器等。

　　
FX 系列 PLC 顺序控制程序的编程方法有很多，如状态转移图和步进梯形图编程、起动 - 保持 - 停止电路编程、置位和复位指令编程、移位指令编程等。本文以三菱的 FX 系列 PLC 为例，说明实现顺序控制的常用四种程序设计方法。

1 状态转移图和步进梯形图编程

　　状态编程就是将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，明确各状态的任务、状态转移的条件以及转移的方向，然后再依据总的控制顺序要求，把这些状态组合形成状态转移图，后依一定的规则将状态转移图转绘为步进梯形图程序。因此步进梯形图和状态转移图是一一对应的，在进行编程时，我们首先是要根据设备的工艺过程控制要求，绘出状态转移图。

　　
状态法编程思想其实就是将复杂的顺序控制过程分解为若干个工作“状态”，然后分别进行编程，后再组合成整体程序。这种编程方法可以使编程工作程序化和规范化，是 PLC 程序设计的重要方法。状态转移图是状态编程的工具，图中包含了顺序控制程序所需用的全部状态及各状态间的相互联系。对某一具体状态来说，状态转移图给出了该状态的驱动任务、状态转移的条件和状态转移的方向。因此，状态转移图可以非常清晰地表达出顺序控制的整个工艺流程，形象直观，可读性很强，特别在复杂的顺序控制程序中应用起来非常方便。

　
　例如，某 PLC 控制的送料小车，小车原位停止时压下限位开关 SQ1（X0），按下启动按钮 SB（X2），Y2接通小车前进，当运行到料斗下方时压下限位开关SQ2（X1），Y2 断开小车停止，同时 Y0 接通料斗门打开给小车加料，延时 10 秒后关闭料斗，Y3 接通小车后退返回，当回到原位时压下限位开关 SQ1（X0），Y3断开小车停止，Y1 接通小车底门打开卸料，延时 8 秒后卸料结束，完成一次动作，并可以循环。

　　
该运料小车控制系统为典型的顺序控制，采用状态编程，其状态转移图如图 1 所示。 在负载驱动部分，Y1 前面加 X1 的常闭的作用是压下限位开关后，能让电动机的电源及时切断，确保准确定位，从而保证运料小车工作的可靠性。小车运动控制状态转移图可以转换成对应的步进梯形图，步进开始用STL 指令，其具有主控和跳转功能，确保各状态驱动严格按顺序进行，步进结束用 RET 指令返回。

图 1 状态转移图

2 使用启动- 保持 - 停止电路编程

　　
启动 - 保持 - 停止电路是基本的 PLC 控制电路，有关断优先和接通优先两种形式，一般采用关断优先控制，同时也可以衍生出许多常用控制电路程序。利用启动 - 保持 - 停止电路思想，按照实际的控制逻辑，也可以很方便的设计出顺序控制程序。

　　
例如某设备工作循环为：X1 接通后 Y1 接通—X2 接通后 Y2 接通，同时 Y1 断开—X3 接通后 Y3 接通，同时 Y2 断开—X4 接通后 Y1 接通，同时 Y3 断开，自动循环。利用启动 - 保持 - 停止电路设计的控制梯形图如图 2 所示，系统启动后能一直按顺序自动循环运行，若 X5 接通，则 Y0-Y3 都断开，系统停止工作。控制梯形图利用常开常闭触点、线圈等来实现输出的顺序接通控制，控制逻辑也很直观，停止信号接通时，执行数据传送指令 MOV，使 Y0-Y3 都清零断开，实现设备停止。

 
图2 起保停实现顺序控制

3 使用置位和复位指令编程

　　利用置位指令 SET 和复位指令 RST 也可以实现顺序逻辑控制，图 3 所示的顺序控制可以改为利用SET 和 RST 来实现。由于作用于输出继电器这类位元件时，SET 指令是实现接通并且保持，RST 指令是断开并且保持。因此控制程序中就不再需要用输出继电器的常开触点来自锁，直接由触点逻辑条件来控制输出继电器的复位和接通就可以，这种编程方法的顺序转换关系明确，程序也很容易理解，常用于控制系统中手动控制程序的设计。

图3 位移位指令顺序循环控制

4 使用移位指令编程

　　FX 系列 PLC 的移位指令常用的有循环移位指令和位移位指令。循环移位指令可以使数值或状态实现自动循环移位变换，使用简单，但是只能操作 16位或 32 位数据，使用受到限制。位移位指令使用灵活，可以对范围内的任意位数据移位。用移位指令设计的梯形图看起来简洁，指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，在工业控制中较少使用，大多数应用于彩灯顺序控制电路中。如图 3 所示的控制程序，利用位移位指令实现了 Y0—Y11 共 10 个输出继电器的顺序轮流接通。当 X0 接通时，Y0—Y11 正序轮流接通 1 秒；当 X0 断开时，Y0—Y11 反序轮流接通 1 秒，且能循环。如果输出接彩灯即可以实现彩灯的顺序自动控制。

5 结束语

　　PLC 的顺序控制程序设计方法很多，每种控制程序形式都有其优缺点，编程时可以根据具体控制对象特征来选用，终设计出优化、可靠的顺序控制程序。

如图在配电柜中多了一组二极管，仔细观察会发现，这组二极管是在PLC的 输出端并联的，其并联存在的主要原因是什么呢，其实这一问题的关键是在于不是所有的PLC的输出端都会并脸上二极管，而真正需要的并联二极管的输出端是因为输出端是接的感性负载，根据感性负载的物理特点，在通电或者断电的时候，电感会产生相应的感应电动势，来阻碍其本身的电流的改变，根据这一物理特性，为了避免感应电流对器件的电流冲击，所以会在输出端并连上一个续流二极管，用来吸收冲击电流的。

 PLC脉冲频率功能是读取高速计数器输入的脉冲频率，将其转换为旋转速度，或者将计数器当前值转换为累计转数，它将转换值十六进制8位输出，并且仅可在高速计数器0中使用。进行频率-旋转速度的转换时．利用高速计数器输入的脉冲频率及每1圈的脉冲数计算出旋转速度。进行计数器当前值-累计转数的转换时，利用计数器当前值及每1圈的脉冲数计算出累计转数。其具体的使用步骤如下所述。
      (1)高速计数器的使用/不使用的设定：将PLC系统设定的【高速计数器0使用/不使用】设定为“使用”。
      (2)计数器模式的选择：选择PLC系统设定中的【高速计数器O】/【计数模式】。
      (3)数值范围模式的选择：选择PLC系统设定【高速计数器O】/【数值范围模式】。在数值范围模式设为环形模式的情况下，设定PLC系统设定【高速计数器0】/【环形计数器大值】。
      (4)高速计数器当前值的复位方式选择：选择PLC系统设定【高速计数器O】/【复位方式】。
      (5)PRV2指令的执行：在频率数转换为转数的情况下，操作数C1是控制数据【频率-旋转速度的转换：#0000】；操作数C2是系统设定【每1圈的脉冲数(Hα)】；操作数D是转换结果保存目的地低位CH编号。在将计数器当前值转换为转数的情况下，操作数C1是控制数据【计数器当前值-累计转数的转换：#0001】；操作数C2是系数设定【每1圈的脉冲数(Hα)】；操作数D是转换结果保存目的地低位CH编号。

控制要求 
    对定时器进行不同的时间定时控制其速度。 
    通过定时器定时通、断电使步进电机实现正反转。 
    本文以五相十拍步进电机用西门子S7-200PLC来进行举例。 
2.五相十拍步进电机的控制要求 
1)五相步进电动机有五个绕组：A、B、C、D、E，控制五相十拍电动机的时序图如下： 

2)用五个开关控制步进电动机工作： 
  1 号开关控制其运行(启/停) 
  2 号开关控制其低速运行(转过一个步距角需0.5S) 
  3 号开关控制其中速运行(转过一个步距角需0.1S) 
  4 号开关控制其低速运行(转过一个步距角需0.03S) 
  5 号开关控制其转向(ON为正转，OFF为反转)