西门子6ES7223-1PH22-0XA8参数选型

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这是一张典型的PLC控制系统的框图：   

1、用于开关量控制

PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点，由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制，所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的、即时的、延时的、不需计数的、需要计数的、固定顺序的、随机工作的等等，都可进行。

PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时可编写多套或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。

用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。目前，PLC首用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。
2、用于模拟量控制

模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。

作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足，为此各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A/D、D/A单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。

A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC;D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离、与输入输出继电器(或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区，可读写)交换信息等等特点。

这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA，有的还可处理正负值的。这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。A/D、D/A有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC并不难。中、大型PLC处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方、插值，还可进行浮点运算，有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出，计算机能算的它几乎都能算。这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。

PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。
3、用于运动控制

实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有运动控制。如机床部件的位移，常以数字量表示。运动控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过40%～80%，有的甚至更高。PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹，可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k，有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器(如旋转编码器)或脉冲伺服装置，则完全可以依NC的原理实现种种控制。高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若PLC配置了这种单元，则完全可以用NC的办法，进行数字量的控制。新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为更好地用PLC进行数字控制提供了方便。

4、用于数据采集

随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如德维森公司的PLC，其数据存储区(DM区)可达到9999个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去。数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中去。PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。

PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。电力用户曾使用PLC，用以实时记录用户用电情况，以实现不同用电时间、不同计价的收费办法，鼓励用户在用电低谷时多用电，达到合理用电与节约用电的目的。
5、用于信号监控

PLC自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。其实，完全可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的，它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。
6、用于联网、通讯

PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的管理，使PLC用起来更方便。

为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多的对PLC控制系统的监控。PLC与PLC也可通讯，可一对一PLC通讯，可几个PLC通讯，可多到几十、几百。
PLC与智能仪表、智能执行装置(如变频器)，也可联网通讯，交换数据，相互操作。可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或更大。可组成局部网，不仅PLC，而且计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置组织在一个网中。网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。

联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统(CIMS)及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点(Point)、到线((Line)再到面(Aero)，使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造更高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的面前。

以上几点应用是着重从质上讲的。从量上讲，PLC有大、有小。所以它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说工业控制的大小场合，都离不开PLC。

PLC在专用机床上的控制实现
根据机床控制要求，电气控制系统以PLC为控制核心、以触摸屏与控制面板按钮为人机对话界面，控制机床的各项辅助功能输出、控制双轴伺服定位、变频器调速。其中，PLC与触摸屏的通信为RS232通信；PLC与变频器的通信采用RS485；PLC对伺服驱动的定位控制采用脉冲+方向形式的脉冲输出方式。机床总体控制框架如下图所示：

机床电气控制总框图
1，PLC 在机床上的定位控制。

PLC的脉冲输出高频率直接影响运动定位控制的速度和精度，是一项非常关键的技术指标。一般PLC都会带两路脉冲输出或四路脉冲输出。并且脉冲输出频率并不低，甚至比一般的CNC数控还要高，如台达的DVP-EH2系统的PLC高输出达200KHz，有些甚至更高，如Omron公司的CP1H-Y系列的PLC还达到了1MHz。

脉冲定位速度为：
V=Fmax×δ×60 (式1)
其中，V为速度，单位：m/min（米/分钟）；Fmax为高脉冲频率，单位：Hz（赫兹）；δ为脉冲当量，单位：mm/P 。

台达DVP-EH2型PLC共有四路高速脉冲输出，其中两组为AB相脉冲，两点为单脉冲输出端。四路脉冲输出端口分别为：CH0（Y0，Y1），CH1（Y2，Y3），CH2（Y4），CH3（Y6），输出频率都达到200KHz。如果采用0.001mm/P脉冲当量进行控制，那么，根据式1，PLC的定位速度快为：
200000×0.001×60=12000mm/min=12m/min

即定位的高速度为12米每分钟。完全可以达到机床的控制要求。
现在很多的微型机，或小型机都有内置高速脉冲输出功能。可以运用脉冲定位指令实现相对定位、定位。台达PLC的相对定位指令[D]DRVI或定位指令[D]DRVA。(指令前缀D为双字控制指令，高定位区间可以达到232，即定位范围为-2147483648~+2147483647)。在机床控制中，当电气精度做到0.001mm时，则机床的定位范围在-2147483.648mm~+214748.367mm之间，完全可以满足机床的控制要求。

机床在定位控制中，需要用到单步方式、连续方式、自动加工定位

PLC故障分析实例
    1．洛阳晶润镀膜玻璃有限公司的磁控溅射镀膜生产线是1993年从美国AIRCO公司引进的，系统采用的是AB公司的PLC。控制室内的多设点控制器出现了无法给3号靶材加电。
    故障分析及处理：(1)现场观察多设点控制器(MSPC)自检过程，没有发现故障。靶材循环水开关、温度保护开关、靶材和电源控制柜的门禁开关等显示正常，说明加电条件已经满足。(2)手动直接操纵设备MSPC，通过1号参数菜单给3号靶材加电，能够在10s内使功率到设定值，说明靶材、控制电源没有故障。(3)通过微机控制PLC给MSPC加电命令，结果控制失败。用数字万用表丈量MSPC的27号端子没有24V DC。其信号有上级智能模块I/O输出，该模块型号是1791-IOBX，128 POINT，对应输出端子是“016T”，指示灯显示正常，但检测不到电压。判定是端口损坏，需要固件维修。(4)打开I/O模块，内部有两层电路板，上面一层是由以单片机为控制核心的电路板，下面一层是输进输出接口电路板，两块是针式插接。拆卸上面的电路板要特别小心，要防止静电电压。(5)检查接口板，其输出接口是由集成模块NEC1523H控制，因无法查到集成电路资料，增加了维修难度，其模块外形如图1。根据电路特点，利用“黑箱原理”丈量电路控制数据，推测原理图并论证，得到模块控制原理图，如图2所示，用该电路替换后使用正常。
    
    2．1995年晶润公司引进的奥地利李赛克公司生产的全自动玻璃切割机，型号为GFB-37/26。其中PLC是德国SIGMATEK公司生产的，切割机出现微机排版后数据无法正常传输到PLC。
    故障分析及处理：(1)重新启动玻璃切割机，观察PLC自检过程没有报警发生，CPU单元上DI和D2两个显示窗口都显示“00”，说明PLC系统正常。(2)黄色的“TxBus”指示灯和绿色的“RxBus”指示灯都显示“亮”，说明PLC和控制面板ET805通讯正常。(3)操纵微机把数据传给操纵面板ET805，“S1”指示灯不闪亮，PLC无法执行切割。怀疑微机到ET805通讯有故障。(4)断电停机，清除微机内MODEM金手指上的氧化层，并且更换一条新的数据线，开机测试正常。(5)留守观察，约40min以后故障依旧，于是考虑到洛阳7月份正是高温天气，怀疑是否和温度有关，检查空调机，运行正常。打开控制柜感觉气流温度较高，用手感觉冷风风道无风，检查后系冷风风扇损坏，修复后故障排除。
    通过第（4）步故障处理，给人假象是故障排除，实际上是在断电后控制柜温度降低，使得PLC能够正常上作，工作一段时间后，由于微机和各种继电器、可控硅不断积聚热量，使得PLC过温保护。

PLC在啤酒废水处理控制系统中的应用（上）     引言
随着环境问题对人类生存的影响日趋加重，人们对环境保护的意识也日益重视。特别是近10多年来，我国在环保方面的工作取得了一定的成绩，使环境污染得到了一定的遏制。与此同时，环保产业也取得了很大的发展，许多地区竞相将其作为重点发展的领域之一。其中城市污水处理和工厂废水处理，控制污水排放，都得到高度重视，污水处理行业已成为一个新兴、热门的行业。
我国在《污水综合排放标准》（GB8978－88）中规定了各种工业废水排入城市排水管网时，各类污染物的高允许排放浓度，以保证城市污水处理厂的正常运行。由于各地城市污水的水源水质不同，因此相应采用的污水处理工艺方法也不同。
1 工艺介绍
1.1 啤酒厂废水翠的主要工艺
一般啤酒厂的废水处理主要采用好氧处理、水解－好氧处理和厌氧－好氧联合处理等几种工艺技术。
好氧处理工艺主要采用活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。水解－好氧处理主要利用水解反应器使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善。实验结果表明，水解和好氧处理相结合，比完全好氧处理更为经济。厌氧－好氧联合处理技术是一种能有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳，该处理技术系统结构简单、占地面积小、便于运行管理。
目前，啤酒的废水处理，一般采用厌氧－好氧处理技术，这是一种在处理效果、投入成本和经济运行方面都较为合理、经济的方案。
南京英特布鲁啤酒厂废水处理系统设计指标为：日处理能力为5000  /天，进水指标为：COD2500  、 、  及  ～12；经过处理后，其排放指标为：COD  、  、  及  。处理后的水质达到国家排放标准。
整个污水处理系统主要由集水井、调节池、预酸化池、IC塔、二沉池等设备和建筑物构成，自动控制系统配置一套SiemensS7－300PLC系统和一套上位机监控系统。
1.2 工艺流程
啤酒厂废水处理的工艺过程如图1所示。啤酒生产过程中的麦糟水、洗涤水等排放废水，首先进入集水井并流入调节池，进行初步的物理处理，去除污水中的杂质，在必要时进行降温处理。随后进入预酸化池进行pH值等指标调整，使其满足在IC塔处理过程，在其处理过程中产生的沼气，目前主要采用燃烧排放的方式（以后可以进行沼气利用处理）。在IC处理过程中，当污水水质达到一定要求后，废水排放到曝气池进行好氧处理，随后在二沉池进一步沉淀、分离污泥，使排放水质达到排放标准，后才排放至附近河流或经消毒后进行2次利用。

图1 工艺流程示意图
2 控制系统设计及实现
本控制系统采用Siemens公司的S7－3000系列CPU315－2DP PLC，配置输入输出点：DI32×6＝192点、DO32×3＝96点、AI8×4＝32点、A04×1＝4点；配置CP343－1以太网通信模块及TS Adapter与上位机监控计算机进行通信。上位监控计算机采用Siemens工控机。
2.2 系统网络结构
本控制系统由1个主站和1个远程站构成，主站与远程站间采用Profibus-DP通信，通信速率高可达12Mbps。PLC通过以太网和上位机进行通信，其通讯速率可以到10Mbps，并为其它计算机访问本控制系统预留接口。为了方便工艺工程师对工艺参数的远程监控以及自控工程师对本PLC系统的远程维护，本系统配备了远程监控系统，通过公共电话网，工艺工程师及自控工程师可在异地监控运行参数及设备运转情况，极大地提高了快速处理现场发生故障地能力，节省了维护的费用和企业的成本。其系统网络结构图如图2所示。