西门子6GK7243-1EX01-0XE0使用方式

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 PLC在工控界中应用广泛，有许多优点和方便之处，很多同行都有共同的体会，在PLC系统中实现模拟量采集时价格十分昂贵，尤其实现热电阻温度、热电偶温度采集时，价格更是无法承受。
       本文介绍一种在PLC中实现低成本模拟量数据采集的方法，可以实现大量模拟量数据采集，每路模拟量输入的价格仅120元左右。
       系统连接如下图所示，PLC选用带有串行接口的（RS485），通过通讯接口与FCS900数据采集模块连接，实现大量模拟量数据采集，数量没有限制，通讯距离可以到1200米，从而实现低成本模拟量数据采集。
      FCS900是具有RS485接口的数据采集模块，支持MODBUS-RTU和自由口通讯协议，模块的型号和数量根据使用情况决定，通讯距离1200米。

FCS911可以实现16路模拟量数据采集，信号类型任意设置，可以混合信号输入，可以采集电压、电流、热电阻温度、热电偶温度。
FCS912可以实现16路热电阻温度采集，有6种类型的热电阻型号可以选择。
       FCS913可以实现15路热电偶温度采集，有6种类型的热电偶型号可以选择，冷端温度自动补偿。
所有模块的采集精度为0.1%，采集周期为1秒。
      当选用FCS921模块时，该方案也可以实现8路4~20mA电流输出功能，用同样的方法也可以实现DI、DO功能

1、引言染色工序在纺织品生产中占有重要地位，染色质量直接决定了纺织品的色泽、外观，甚至还影响纺织品的生产成本。在染色工序中，影响染色的因素主要有染液浓度、温度、液位等，其中温度控制是很重要而又复杂的控制过程。染色过程实际上是执行由工艺人员针对不同织物的一条温度曲线，每个工艺对染色的温度、升降温过程都有严格的要求，否则，容易使织物产生色差、缸差、条痕等疵点，造成复染率上升，生产成本的增加。针对染色过程温度控制的复杂性，设计了基于PLC 的染色机温度控制系统，实现对染色过程温度的控制，从而减少织物疵点，tigao生产效率，降低生产成本。 2、系统控制要求1）温度曲线存储要求对于不同的染色品种，其对温度的要求是不同的，因此对应的温度工艺曲线也是不同的，本系统通过触摸屏的组态配方设计将多种染色工艺及每一套工艺中的不同阶段的数据存储在触摸屏中，从而更方便的让工艺人员去操作，工艺人员可以随时修改工艺参数，并保存，这个数据将保持在触摸屏中，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在触摸屏上输入，控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制。控制器和触摸屏都具有断电长期保存当前数据的功能。2）温度控制要求在染色工艺过程中，典型的工艺曲线如图1 下所示：图1 典型的工艺曲线 　　由图 1 可知，染色工艺可以分为多个曲线段，不同的曲线段对应不同的温度。对染色过程的温度控制主要是让芯子上的杯子内染液进行升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温阶段按照斜率来进行升温设定，升温中PLC的设定可以为0-9℃，这个速率需要根据现场的加热器的功率来计算，本次在现场测试过程中设定到4℃时加热器已经是满功率运行，在PLC中设定这种人性化的斜率升温选择，从而很好的进行升温阶段的设定。温度控制分为五个子程序：按直接升温、斜率升温、保温、直接降温和按照斜率降温过程。这五个过程在PLC中分别对应五段程序，然后根据上位步号的选择进行循环执行。如图2，图3所示：图2：染色配方界面图3：主界面3）报警显示与染色配方功能以上图2和图3是运行过程中的主要的两个界面，为了让用户能够更好的查看运行中各种状态，在主画面中做了曲线图，可以更直观的查看过程温度的效果。而染色配方工艺界面让用户可以更方便的设置各套工艺并选择运行，本套系统每个工艺设置9步，可设定运行的步号，并从这个步号往后运行，当一套工艺运行完成后，主界面弹出一套染色工艺已运行结束，请确认，用户确认后方可进行下一套工艺。如下图所示。图4：一套工艺结束确认图4中右侧界面主要是马达转速的控制以及变频正反转的控制，除了转速的控制是手动设定外，正反转的控制以及正转时间、反转时间和停止时间全部由PLC编程实现。当出现各种故障时，触摸屏指示灯闪烁，并出现故障报警，弹出故障报警画面，显示报警的原因。 3、系统的硬件构成　　本系统采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作为现场控制器，NA系列可编程控制器是南大傲拓科技有限公司新研制出的具有国际先进水平的新一代控制装置，它采用了工业控制领域的一系列新成果 ，选取了崭新的软硬件平台，具有快速的处理能力、强大的抗干扰性能、灵活的可扩展功能，对于任何复杂环境及处理要求，皆能游刃有余，应付自如。二十多年自动化产品的开发经验和数百个项目的现场考验，铸就了南大傲拓PLC可靠的品质，产品已经通过了CE认证 、船级社(CCS)认证以及电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的严格测试和检验 ，各项性能指标均达到或超过相关标准要求，于同类产品。 选用CPU2002 主机模块；通过RS232口modbus-rtu协议连接触摸屏。现场控制器扩展了一块智能温度数据采集模块RTD输入模块2通道，该模块带有2 个模拟输入点，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。系统的温度信号的检测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定可靠的特点，在工业上广泛用于-200℃～+500℃之间的温度测量。另外如果需要可以通过RS485接口，MODBUS-RTU将PLC同工厂监控相连，实现远程操作与监控。控制系统部分配置一块CPU2002（南大傲拓）、一块RTD输入模块2通道（南大傲拓）、触摸屏7寸（南大傲拓）。 4、系统的软件设计　　由图 1 可知，染色工艺可以分为几个曲线段，不同的曲线段对应不同的目的温度、升降温时间、保温时间。对染色过程的温度控制主要是对染槽升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温分为直接升温到指定温度和按斜率准确地升温到指定温度；同理，降温也分为直接降温到指定温度和根据斜率准确地降温到指定温度。因此温度控制分为五个子程序：直接升温、按斜率升温、保温、直接降温、按斜率降温。直接升温还是斜率升温、直接降温还是斜率降温根据实际需要通过中控机设定，而后由现场控制器PLC 的主程序调用相应子程序。由于染缸体积较大，加热管道相对较小，造成比较大的温度惯性，一般可将其认为是一种具有纯滞后大惯性的被控对象，因而在升/降温段采用趋势判断补偿法，如果是升温，则在温度到达T 设定值目标温度-△Ti 时停止升温，其中△Ti为补偿温度。PLC 的主程序中，根据接收到的来自触摸屏的数据进行判别，再执行相应的程序。在下传的数据中包括目标温度、斜率、保温时间等，因而PLC 可以根据这些数值判断升温、保温、还是降温。但是判断升温、降温、保温，光凭目标温度、斜率、保温时间不能得到jingque的判断，因而使用前一曲线段的目标温度辅助进行判断。 　　下面以斜率升温为例，说明 PLC 的温控过程。在斜率升温时，将升温段曲线按时间分成若干个相等的小间隔，因而工艺曲线的升温段可以用阶梯性表示。只要每一间隔的时间足够小，则计算的每一间隔的温度给定值与理想值的偏差就可忽略。由于温度的大滞后性，当实际温度T接近设定温度时，这个时候做一个余热升温设定，从而保证在升温到保温阶段不会出现温度超出过高的现象。另外由于PT100温度的测量只有染槽的一个点，导致了温度测量并不一定完全是终杯内染液的温度，所以设定了温度补偿△Ti，从而更好的满足工艺要求。升温曲线如下图所示：图5：不同的升温速率斜率如图所示（斜率为3℃/min和2℃/min）    图中也可以看到保温阶段的曲线。为了更好的保证系统的安全性，系统增加了权限设置，设定了多种权限：超级管理员（具备所有权限）、工艺人员等等，这些都可以根据您的要求自由定制。图6：用户登录界面而染色配方设计的内容，大大简化了您用染色机控制电脑界面简单粗糙，操作较难的问题，如下图所示，直接在触摸屏上自由定制您的工艺配方。图7：染色工艺配方编辑 5、结束语　　本系统不但可以实现温度控制，而且根据需要还可扩展其他染色工艺过程的控制如水位、液位等参数的控制，具有良好的发展前景。本系统采用PLC作为生产现场的控制器，完成温度控制，能及时准确地控制染色产品的质量，将产品的质量隐患消灭在现场，保证染色一致性和一次准确化；而与传统的染色机控制电脑相比，采用PLC控制优势主要体现在：PLC控制使得系统更加稳定，可靠；采用触摸屏来操作，操作性相当方便，效果更加直观，使您的整套系统更加灵活；染色工艺配方这块大大增强了操作性和直观性，节约了您宝贵的时间以及人力物力；PLC控制的优势还在于灵活性更大，使您如果需要改进或增加新的系统的工艺流程，只需要您维护程序，从而省去了您花高额的金钱去买新的染色机控制电脑！触摸屏的界面更加可以根据您的要求自由定制。南大傲拓将会为您提供全方面的服务和一体化的解决方案。

介绍了PLC三层通信网络在大型城市污水处理监控系统—青岛市污水处理监控系统中的应用，成功的实现了大区域的实时监控和管理。

1 污水处理监控程序概况
　　　青岛市污水处理厂处理工艺采用国际上比较先进的SBR活性污泥法﹑信息与自动化工程采用二级分布式计算机控制管理系统方案。这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作和管理；同时也可使生产过程中的控制危险系数降低，tigao系统的可靠性。
　　　整个系统分成两个管理级：上位管理级和现场管理级，具体为由中央控制室操控站(OPS)和上层管理计算机组成的上位管理级，和由现场各分控站PLC及分布式I/O控制系统与现场在线测量仪表组成的现场管理级。现场各种数据通过PLC及远程I/O采集，并通过现场高速数据总线传送到中央控制操作站进行集中监视和管理。中央控制室主机的控制命令也可通过高速总线传送到现场PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。

2 OMRON三层通信网络的结构
　　　与传统的工厂控制体系相比，OMRON公司自动化系统提供了高效的﹑开放的网络体系结构，将以前工厂到设备的五层机构简化为三层：管理层﹑控制层和设备层。管理层网络采用Ethernet网络；控制层网络采用Controller bbbb网络；设备层网络采用DeviceNet网络，形成了具有优异通信功能的三层网络，如图1所示。

图1 OMRON PLC网络的三层体系结构

　　　DeviceNet网络用于实现现场设备（开关﹑I/O和人机界面等）与PLC之间的通信；Controller bbbb网络处于三层网络的中间，它主要负责对处在中间层的各个控制器（PLC等）之间进行数据的传送和控制；Ethernet网络（以太网）实现PLC﹑工作站﹑个人计算机以及第三方Ethernet之间的数据通信。

3 污水处理监控系统中的网络拓扑结构与功能配置
3.1网络拓扑结构
　　　根据青岛市污水处理工艺的控制要求，OMRON网络系统，以OMRON公司高性能的CS1系列可编程序控制器为核心，构建污水处理自动化控制信息网络：管理层网络﹑控制层网络和设备层网络。如图2所示。

图2 污水处理自动化控制信息网络

3.2功能配置
3.21管理层
　　　管理层是系统的核心，完成对污水处理过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理层还提供系统人机交互界面并与厂管理层沟通，是整个系统与外界信息交换的窗口。管理层的各台计算机具有相互通信的功能，实现数据交换和共享，以及共享一些昂贵的硬件和软件资源。
　　　管理层采用客户/服务器的体系结构。服务器配有大型网络关系的数据库，如Oracle、Sybase等，实现开放、分布式数据库管理方式的要求。中央控制室的服务器具有远程控制操作功能、显示功能、数据管理功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通信功能和冗余功能。
　　　管理层采用双冗余的Ethernet网络，负责中央控制室的服务器、操作站和工程师站与四个主控站PLC的通信，以及各主控站之间数据的传输。
3.22控制层
控制层是实现系统功能的关键，其主要功能是接收管理层设置的参数和命令，对污水处理生产过程进行控制，将现现场参数如压力、liuliang、温度、PH、等数据上传，输送到管理层。
　　　控制层采用Controller bbbb网络，用于主站PLC与各分站PLC之间的通信。OMRON公司的Controller bbbb网络采用N:N令牌总线或光纤环网，从而tigao了对网络故障的处理能力，不会因网络节点故障而使整个网络停止运行。它的通信速率恒定为2Mb/s，大节点数为62个，采用光纤通信时大距离为30千米。
　　　在各个节点，PLC主站的控制任务具有相对独立性，但又需要与其它主控站任务联系。选用数据链接和报文服务方式来实现PLC间的通信。
3.23设备层
　　　本系统在初沉泵房与分控站之间少量的采用了Composbus/D的现场总线，构成了远程I/O系统。Composbus/D采用公开的DeviceNet总线协议，通信速率为500kb/s、250kb/s、150kb/s可切换，无中继的通信距离为500m。现场仪表直接连到DeviceNet网络。
PLC的选择
　　　根据需要，四个主控站选择OMRON公司的CS1或CJ1系列。各现场控制站也采用了OMRON公司的CS1或CJ1系列。PLC的输入输出控制点均留有20℅以上的容量，为tigao抗干扰能力，PLC柜内装有隔离变压器。此外每个PLC都连接了一台图形方式的人机交互触摸屏，便于工人在现场对设备进行操作。

4 上位机管理控制系统
　　　中央控制室的上位计算机和现场控制站组成了一个环形光纤网络系统，它负责监控全场污水处理过程和设备运行状况。上位机可以调用各现场站的全部运行信息，在中央控制室可以控制现场主要设备的停止和启动。
　　　上位计算机管理控制系统设置工程师站和操作站，工程师站的专用计算机以流行的SCADA软件作为系统控制软件，内部集成VBA，可离线或对整个监控系统进行组态和参数修改等来实现对工业控制系统的检测和控制。能体现良好的通用性、灵活性、开放性、可靠性和高性价比。系统采用了图形用户界面（GUI）为操作人员和系统开发人员提供监视环境。在这个环境可以实现数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、数据登陆和生成报表等基本功能。另外工程师站可以安装PLC编程软件，通过网络通信，程序可以方便地通过控制网络Controller bbbb网络分别下载到制定地现场控制站PLC，以便在调试过程中随时修改程序。操作员可以通过操作站的计算机实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，并进行多种模式操作，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。

5 结束语
　　　本信息网络在实际运行过程中基本上没有出现大的故障，在满足检测和控制功能的基础上实现了数据监控、信息共享和数据库的管理。tigao了自动管理水平和经济效益。实现了管理和控制的一体化，取得了期望的结果。