6ES7222-1BF22-0XA8型号大全

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  可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。 
1.1实现控制要点 
输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。 
输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。 
可靠物理实现主要靠输人（bbbbb）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。 
I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。 
输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的 
这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。 
输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行系统程序，输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。
1.2实现控制过程
简单地说，PLC实现控制的过程一般是： 
      

                           图1.1 PLC典型开机流程
输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……yongbu停止地循环反复地进行着。 
图1.1所示的流程图反映的就是上述过程。它也反映了信息的时间关系。
有了上述过程，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是yongbu停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。
为此，PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断tigao中。
图1.1所示的过程是简化的过程，实际的PLC工作过程还要复杂些。除了I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。
公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。
监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用"看门狗"（Watchingdog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理. 
外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据. 
通讯处理是实现PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。 
也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。
1.3可编程控制器实现控制的方式 
用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。 
在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。 
但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。 
PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。

  3．2 系统工作原理

    在软冗余系统进行工作时，A，B控制站(处理器，通讯、I／O)独立运行，由主站的PLC掌握对ET200从站中的I／O控制权。A，B站中的PLC程序由非冗余(non-duplicated)用户程序段和冗余(redundant back-up)用户程序段组成，主系统PLC执行全部的用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段。软冗余系统中PLC内部程序运行过程如图3所示。

图3 软冗余系统PLC内部运行图

    在主控制站发生故障时，主备控制站的切换时间=故障诊断检测时间+同步数据传输时间+DP从站切换时间。如果CPU的故障是停机或断电，故障诊断为大约100～1 000 ms。数据同步所需时间取决于同步数据量的大小和同步所采用的网络方式，目前普遍采用Ethernet网方式。以CPU 315-2DP为例，同步1000B的数据所需时间大约为200～300 ms。还有2个DP从站的切换时间在70 ms左右。无论控制程序循环扫描到哪里，当前激活的系统(即主系统)随时都会接收并处理报警，但在主系统A与备用系统B进行切换过程中产生的报警存在被丢失的可能。

4 硬件选型

    无为县城污水处理工程变配电间站软冗余系统选用SIMATIC S7-300系列PLC，中央处理器为CPU315-2DP，编程软件为Step7 V5．2。其中PLC本体与远程I／O通讯为PROFIBUS协议的串口通讯，PLC与计算机采用工业以太网，并以工业以太网作为冗余网络。其PLC模块选型如下：

    (1)电源模块6ES7307-1EA00-OAA0两块给CPU供电；

    (2)中央处理器CPU315-2DP 6ES7315-2AGl00AB0两块，工作存储器512 KB；

    (3)通讯模块6GK7343-1EX20-0XE0两块与计算机进行网络通讯并进行两个CPU间的冗余通讯；

    (4)接口模块6ES7153-2AA02-0XBO两块进行PROFIBUS远程I／O和系统间的冗余通讯；

    (5)电源模块6EPl333-2AA00两块给ET200供电；

    (6)DI数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0六块采集现场设备的开停、运行及故障状态；

    (7)DO数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0三块控制现场设备的启停；

    (8)AI模拟量输入模块6ES733l-7KF02-0ABO四块采集现场的液位、压力、liuliang、PH／T、浊度以及风机和加药泵的频率信号；

    (9)A0模拟量输出模块6ES7332-5HFOO-OABO两块通过程序的PID自动控制调节风机和加药装置的频率。

5 系统检测结果

    变配电间站S7-300软冗余系统投入运行后系统工作正常。在工程调试时，技术人员通过设定控制字实现手动的主备系统切换。测试时没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等。还有测试时PROFIBUS总线传输正常，没有掉落模块的情况出现。这表明西门子S7-300软冗余系统应用于对主备系统切换时间要求不高的中小型污水处理控制系统中是完全可行的。

6 结语

    该系统于2006年9月投入使用，运行顺利，用户对选择软冗余系统非常满意。目前本系统已经成功推广到安徽阜阳、安庆、淮南和宿州等地的污水处理系统中，用户反映非常良好。通过上述项目，证实PLC软冗余系统完全可以满足中小型污水处理控制系统的技术要求，基本实现无忧切换。PLC软冗余系统在生产中的实际使用，为企业带来了效益，相信也为这种冗余系统广泛推广到其他行业应用提供了一定的参考价值。

    随着我国经济发展和城镇化进程的加快，中小城市污水量呈现逐年增加趋势，为减少污水收集管网的工程建设投资，中小城市污水处理设施呈现分散、规模小等特点。受经济发展水平、处理要求、运营管理经验和水平等影响，大型污水处理控制系统难以适应这些中小污水处理工程的建设要求，寻找适合城市中、小污水厂的污水处理控制系统显得十分重要。本文介绍西门子S7-300 PLC软冗余系统在安徽无为县城污水处理厂的成功应用，该系统既保证了系统的可靠性、稳定性和实时性，又降低了工程建设成本。

1 系统介绍

    安徽无为县城污水处理厂是一座由安徽现代污水处理有限公司按BOT方式(建设-运行-移交)筹资建设的的城市污水处理厂，处理规模一期40000m3／d，厂址位于无为县城东北部陈家村西侧，占地面积约3．34公顷。无为污水处理厂主要处理来自县城东北区约13万人的生活污水及工业废水，采用A／A／O工艺，主要构筑物包括粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉沙池、生物反应池、二沉池配水井及污泥泵房、二沉池、紫外线消毒渠和储泥池等，其流程图如图1所示。设计要求出水水质达到GBl8918-2002国家一级B排放标准，污水处理过程中产生的污泥采用浓缩脱水处理后外运至垃圾填埋场填埋。

图1 无为污水处理厂一期工艺流程图

    无为污水处理厂控制系统设1个监控中心(中控室)、3个现场PLC站(模拟屏站PLC01、变配电间站PLC02、污泥脱水间PLC03站)。其中变配电间站为重要，主要控制tisheng泵站、格栅井、沉沙池、氧化沟、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、贮泥池的自动运行。关键控制对象是氧化沟中的含氧量和回流污泥量，以保证维持微生物的生存环境，达到去除原污水中污染物的目的。

2 选型比较

    对于变配电间站控制系统的选型，以前类似工程大多采用A-B公司的ControlLogix系列或是西门子S7-400系列的硬件冗余系统，具有稳定性好、切换速度快等优点，但造价相对昂贵，是国内大型污水处理控制系统的优先选择。目前中小城市的污水项目很多为BOT项目且对控制系统切换时间要求条件不是太高，所以要求控制系统选型时既要保证性能，又要降低成本。据德国西门子公司提供的资料，硬件双机冗余系统的价格比软冗余系统高40％左右，但可用率只tigaoO．08％。在国外大部分同等规模的污水处理厂中也未采用双机硬件冗余系统，所以需要对控制系统的技术有更深入的了解，避免在设计选型上照抄、照搬。通过对西门子硬件冗余和软件冗余系统的深入分析和性能比较，后决定选用价格相对便宜而性能又比较稳定的软冗余系统。

3 软冗余系统结构和原理

    控制系统冗余常见方式是中央处理器冗余、I／O冗余和通讯冗余。中央处理器冗余是在主处理器失效时，备用处理器自动投入运行从而接管控制。在控制权的交互方式上又分为硬件冗余和软件冗余两种。硬件冗余是采用硬件方式进行切换，除成对的使用中央处理器外，还需专用的热备模块负责检测处理器，一旦发现主处理器失效，马上将系统控制权交给备用处理器。硬件冗余采用光纤通讯，通讯速度快，系统稳定，切换时间更短，但是成本也高。软件冗余方式只需要成对的处理器，用软件编程的方式进行处理器的切换，组成比较经济，构成十分灵活，但程序处理需要一定的时间，对于时钟同步及切换时间要求不是十分严格的场合，选用软件冗余方式是非常经济有效的。

    3．1 系统结构

    软冗余系统的基本结构如图2所示。

图2 软冗余系统的基本结构

    西门子S7-300 PLC软冗余系统由A和B两套PLC控制站组成。开始时A站为主，B站为备用，当主站A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用站B当中执行，这时，B站为主，A站为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IMl53接口模块的整体切换。系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换。这种手动切换功能对控制系统的软硬件调整、更换和扩容非常有用的。

 驱动程序（梯形图）设计

    4.1 总程序结构设计

    手动、自动、单步、车螺纹程序的选择采用跳转指令实现。图3是总程序结构框图。若合上X12（X13、X14、X15断开），其常闭断开，执行手动程序;若X12断开，X13全上，程序跳过手动程序，指针到P0处，执行自动程序。

图3 总程序框图

    4.2 手动程序梯形图设计

    手动程序、自动程序需根据具体零件设计，这里仅以Z向快进、工进、快退的动作为例加以说明。其梯形图如图4所示。

图4 Z向手动程序梯形图

    在执行手动程序状态下，按X0，Y1接通，作好起动准备。按X2，辅助继电器M0接通。通过T63计时及Y2触点组合，产生频率为103/2i的脉冲信号（i为计时时间，根据需要设定，单位为ms），驱动Z向快进。当按下X3时（M0断开），M1接通，M1与定时器T32组合使Y2产生频率为103/2j 的脉冲（j>i），由Y2输出，实现工进。按下X4时，M0、Y3同时接通，电机快速反转，实现快退。限于篇幅，其它程序梯形图略。

5 结束语

    数控车床在我国机械制造业中的应用正在迅速发展，但高精度数控机床价格昂贵，而且在实际生产中有大量形状不太复杂、精度要求一般的零件，这就需要精度一般的数控车床加工。同时，我国现有大量可用的普通车床，对这些车床进行数控化改造是用少的投资来tigao生产效率、tigao效益的有效途径。以前车床数控化改造用的是 Z80、8031芯片作数控系统的核心部件，它的价格较贵且系统较复杂。用PLC作为车床的数控系统，有成本低、系统简单、调整方便等优点，必将会得到广泛应用。