西门子6ES7221-1BH22-0XA8参数选型

西门子6ES7221-1BH22-0XA8参数选型

一、项目所需设备、工具、材料

见表7-1。　

表7-1  项目所需设备、工具、材料

二、  训练内容：

1、项目描述

试设计一电动机过载保护程序，要求电动机过载时能自动停止运转，同时发出10秒钟的声光报警信号。设电动机只需要连续正转。

2、实训要求

2.1 输入和输出点分配

表7-3。

表7-3 输入和输出点分配表

2.2  PLC接线图

按图7-7接好线。

2.3程序设计

采用PLC控制的梯形图如图7-8所示。电动机的连续运转控制采用SET Y1指令，按下SB1，X1动合触点闭合，使Y1通电自锁，KM1得电，电动机运行。电动机的停车控制采用RST Y1指令，按下SB2，X2动合触点闭合或热继电器动作（X0动断触点闭合）均可使Y1失电，导致接触器KM1失电，电动机停车。

当电动机正常工作时，热继电器动断触点FR闭合，使得输入继电器X0线圈得电，因而X0动合触点闭合， X0动断触点断开。X0动合触点闭合，由于没有下降沿，不执行PLF M0，故Y0、T0线圈不能得电，处于断开状态；又因为X0动断触点断开，没有上升沿脉冲，不执行PLS M1指令，故Y2、M1线圈不能得电，处于断开状态。

当过载时，热继电器动断触点FR断开，使得输入继电器X0线圈失电，因而X0动合触点断开，X0动断触点闭合。X0动合触点断开瞬间，产生一个下降沿脉冲， PLF M0指令使M0线圈得电一个扫描周期，M0动合触点闭合一个扫描周期，使Y0、T0线圈同时得电，Y0线圈得电后，使Y0动合触点闭合自锁，接通报警灯。与此同时，X0动断触点闭合瞬间，产生一个上升沿脉冲， PLS M1指令使M1线圈得电一个扫描周期，M1动合触点闭合一个扫描周期，使Y2线圈得电，Y2线圈得电后，使Y2动合触点闭合自锁，接通报警铃，发出报警声音。当T0线圈得电10秒后，其动断触点T0断开，使Y0、T0、Y2同时失电，声光报警均停止。

2.4运行并调试程序

（1）将梯形图程序输入到计算机。

（2）对程序进行调试运行。

当X1为ON时，X0已置ON，观察Y1的动作情况；当X2为ON时，再观察Y1的动作情况。再将X1置ON，模拟热继电器动作，X0由ON改为OFF时，观察Y0、Y2的动作情况。

（3）调试运行记录。

  反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。
单向反接制动的控制线路
图 2.30 为单向反接制动控制线路，电动机正常运转时， KM1 通电吸合， KS 的一对常开触点闭合，为反接制动作准备。

图 2.30 电动机单向反接制动的控制线路

　　当按下停止按钮 SB1 时， KM1 断电，电动机定子绕组脱离三相电源，但电动机因惯性仍以很高速度旋转， KS 原闭合的常开触点仍保持闭合，当将 SB1 按到底，使 SB1 常开触点闭合， KM2 通电并自锁，电动机定子串接电阻接上反序电源，电动机进入反接制动状态。电动机转速迅速下降，当电动机转速接近 100r/min 时， KS 常开触点复位， KM2 断电，电动机断电，反接制动结束。
　 　电动机可逆运行的反接制动控制线路
如图 2.31 所示，。当按下停止按钮 SB1 时， KM1 线圈断电， KM2 线圈随之通电，定子绕组得到反序的电源，电动机进入正向反接制动状态。由于 KS1 常闭触头已打开，所以此时 KM2 自锁触头无法锁住电源。当电动机转子惯性速度接近于零时， KS1 的正转常闭触头和常开触头复位， KM2 断电，正向反接制动结束。该线路的缺点是主电路没有限流电阻，冲击电流大。

图 2.32 为具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路，图中电阻 R 是反接制动电阻，同时也具有限制起动电流的作用，该线路工作原理如下：合上电源开关 QS ，按下正转起动按钮 SB2 ， KA3 通电并自锁，其常闭触头断开，互锁 KA4 线圈电路， KA3 常开触头闭合，使 KM1 线圈通电， KM1 的主触头闭合，电动机串入电阻接入正序电源开始降压起动，当电动机转速上升到一定值时， KS 的正转常开触头 KS-1 闭合， KA1 通电并自锁，接触器 KM3 线圈通电，于是电阻 R 被短接，电动机在全压下进入正常运行。需停车时，按下停止按钮SB1 ，则 KA3 、 KM1 、 KM3 三只线圈相继断电。由于此时电动机转子的惯性转速仍然很高， KS-1 仍闭合， KA1 仍通电， KM1 常闭触头复位后， KM2 线圈随之通电，其常开主触头闭合，电动机串接电阻接上反序电源进行反接制动。转子速度迅速下降，当其转速小于 100r/min 时， KS-1 复位， KA1 线圈断电，接触器 KM2 释放，反接制动结束。

PLC与变频器的通讯应用
     摘 要：本文针对食用菌培养基的发酵工艺，简要介绍风机变频控制系统的组成及其控制过程。分析了该控制系统的缺陷，自动化水平低、可靠性差。结合当今先进的自动化控制技术，择优选择佳控制方法。提出了采用西门子公司S7-200 系列PLC 的自由口模式与易能公司EDS1000 变频器串行通讯的方法。应用多机通讯原理，PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。易能电气的EDS1000 系列变频调速器支持的串行通讯标准RS-485 协议，S7-200 PLC 自由通讯口方式的特色功能，使S7-200 PLC 和易能EDS1000 系列变频器通讯协议达成一致。本文以设置变频器的运行频率和读取变频器的参数为例，给出相应的PLC程序。
关键词：变频器；PLC；自由口通讯
0. 引言
我国东北地区是规模大的食用菌生产加工出口基地之一。随着市场需求的不断增加，生产能力的逐渐扩大，生产设备的老化与滞后问题突显出来。培养基二次发酵是某企业一个重要的生产过程，是食用菌生产的基础工序。目前，该公司有6 个培养基二次发酵隧道。每个隧道配置8 个温度传感器，分别布置在发酵隧道的入风口、出风口和培养基中，用于检测发酵过程温度。每个隧道配置一台风机和风门，用于调节发酵隧道的温度，达到整个发酵过程的要求。现阶段,该公司采用人工的方法监控隧道温度，并用手动的方法调节风机转速和风门开度。自动化水平低、耗能高、人力资源的浪费等诸多问题急需解决。
在传统的PLC 变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由PLC 通过开关量实现端对端控制。变频器频率是由PLC 通过模拟量输出端口输出0～5（10）V 或4～20mA 信号控制，需要PLC 配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由PLC 读取变频器的故障报警触点，对具体故障原因并不清楚，需查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用PLC 及变频器的串行通讯的方式来实现PLC 对变频器的控制。
在工业自动化控制系统中，为常见的是PLC 和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC 控制变频器的方法，其中采用RS-485 通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。本文就是针对该公司的自动化问题，应用PLC 与变频器的串行通讯，实现风机的变频调速和远程监控[1]。
1. 变频器通讯的系统配置
1.1 变频器的选择
易能电气的EDS1000 系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准RS-485、PROFIDRIVE、 LONWORKS 在内的多种现场总线方式。其中，RS-485通讯方式为用户提供了无需附加任何费用的、为廉价实用的串行通讯方式。只需按照EDS1000 变频器规定的通讯数据结构、控制字和状态字格式发送数据即可实现与变频的通讯。
1.2 PLC 的选择
西门子工控产品在工控领域应用市场中有较高的占有率。S7-200 系列是西门子SIMATIC PLC 家族中的小规模PLC 成员，自由通讯口方式是S7-200 PLC 的一个特色的功能，它使S7-200 PLC 可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中PLC可以与变频器方便连接。PLC 通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数，这比通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了PLC 宝贵的I/0 端口，又获的了大量变频器的信息。在本例中，作者将按照自由口协议来对S7-200 的自由口进行编程[2]。
1.3 系统硬件组成
EDS-1000 系列变频器R-485 接口与西门子S7-200 系列226CPU 型PLC 的自由通讯口1的配线图，如图1 所示。PLC 为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。

1.4 硬件安装方法
（1）用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45 水晶头进行压接；另一头则按西门子PLC自由通讯口的针口排列，与DB-9 专用转接插头相连。
（2）将RJ45 电缆分别连接变频器的PU 口，把DB-9 专用转接插头与S7-200 PLC 的自由通讯口1 相连
2. 变频器通讯原理
EDS1000 系列变频器的串行通讯为异步半双工的方式，使用字节奇偶校验。PLC 为主机，变频器为从机，系统电码的传输由主机控制，主机不断发出某个地址的电码给从机，等待从机的响应。主机多能带31 个从机，在有中继器的情况下，可以增加到126 个从机，也就是从机的地址多可以设定到126。通讯时，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，9600bps。传输的数据命令帧格式表1 所示。

上述数据结构中：
（1）帧头：为字符“～”（即十六进制7E），单字节。
（2）从机地址：从机的本机地址，占用两个字节，ASCII 格式。变频器出厂设置为01。
（3）主机命令/从机响应：主机发出的命令，从机对命令的应答。占用双字节，采用
ASCII 格式。
（4）辅助索引/命令索引/故障索引：对于主机，辅助索引、命令索引用于配合主机命令实现具体功能。对于从机，辅助索引、命令索引用于从机上报故障状态码，命令索引不作改动，直接上报。数据类型为16 进制，4 个字节，ASCII 格式。命令索引占用低二个字节，辅助索引占用高二个字节，数据范围为“00”～“FF”。
（5）校验和：数据含义为帧校验，占用四个字节，ASCII 格式。计算方法为“从机地址”到“运行数据”全部字节的ASCII 码值的累加和。
（6）帧尾：十六进制0D，单字节[3]
3. PLC 编程示例
本文结合发酵隧道控制系统的需要，考虑其实用性，本系统主要是设置变频器的运行频率和读取变频器的参数。
3.1 变频器的运行频率设定程序
PLC 在次扫描时执行初始化子程序，对通讯端口进行设置。本例运用端口1 进行通讯，变频器地址为01。例如：设定值为40.00HZ，格式：“～010C00010FA0027C\R”，程序如下：
Network 1 //初次扫描，进行初始化操作，置传送字节数。//
LD SM0.1
MOVB 18, VB199
Network 2 //若SM0.7=1，允许自由口模式//
LD SM0.7
MOVB 9, SMB130
Network 3 //若SM0.7=0，允许PPI/从站模式//
LDN SM0.7
R SM130.0, 1
Network 4 //初始化从机运行频率给定命令//
MOVB 0, MB2
MOVB 18, MB3
Network 2 //连接字符接收中断到中断程序0//
LD SM0.7
ATCH INT_0:INT1, 25
ENI
Network 3 //若MB2=MB3 时，则：计数器清0，恢复初始状态//
LDB= MB2, MB3
MOVB 0, MB2
MOVD &VB320, VD316
中断进行接收数据程序如下：
Network 1 //断开中断，将数据放入数据区//
LD SM0.0
DTCH 25
MOVB SMB2, ＊VD316
INCD VD316
INCB MB2
4. 结束语
使用此方法采用西门子S7200 系列226 型CPU 的PLC 通过自由口1，使用RS-485 协议对易能EDS1000 型变频器进行控制，极大地减少了线路连接的复杂性，避免了现场可能的各种电磁干扰对控制设备的影响。

为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行检查和维护是必不可少的，而且还必须熟悉一般故障诊断和排除方法。

一、检查与维护

1.定期检查

PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。所以，通常每个半年时间应对PLC做定期检查。如果PLC的工作条件不符合表1规定的标准，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在滚规定的标准环境。

表1                周期性检查一览表

2.日常维护

PLC除了锂电池和继电器输出触点外，基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约5年，当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时，PLC基本单元上电池电压跌落指示灯亮。提示用户注意，有锂电池所支持的程序还可保留一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。

调换锂电池步骤：

①   在拆装前，应先让PLC通电15S以上（这样可使作为存储器备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可队PLC做短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失）；

②   断开PLC的交流电源

③   打开基本单元的电池盖板

④   取下旧电池，装上新电池

⑤   盖上电池盖板

更换电池时间要尽量短，一般不允许超过3min。如果时间过长，RAM中的程序将消失。

二、故障查找

PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。

1.总体检查

根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图1所示。

2.电源故障检查

电源灯不亮需对供电系统进行检查，检查流程图如图2所示。

3.运行故障检查

电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图3所示。

4.输入输出故障检查

输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线，接线端子，保险管等元件状态有关。检查流程图如图4、图5所示。

5.外部环境的检查

影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。

三、故障的处理

图6-1             CPU装置、I/O扩展装置故障处理

图6-2                输入单元故障处理

表6-3           输出单元故障处理