6GK7243-1GX00-0XE0支持验货

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随着我国自动化控制水平的不断提高，PLC（可编程序控制器）、文本显示器、触摸屏已广泛应用于各行各业，现将它们作一简单介绍，并阐述其在瑞气公司制氮设备中的应用。

一、可编程序控制器

在自动化控制领域，PLC（ProgrammableLogicController）是一种重要的控制设备。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。目前，世界上有200多厂家生产几百个品种PLC产品，例如：美国AB，德国siemens，日本三菱、Omron，施耐德，GE等，在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。例如钢铁、机械、冶金、食品、饮料、包装、汽车、石化等行业。

从结构，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU是PLC的核心，起神经**的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

PLC系统的其它设备：

1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目**般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

2、人机界面：较简单的人机界面是指示灯、按钮等，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

3、输入输出设备：用于*性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

目前，国内PLC市场仍以国外产品为主，瑞气公司主要是采用德国SiemensS7-200系列（S7-200系列销售突破10万台，Profibus**节点**过1000万），它在PLC市场领域中占有率相当高。

瑞气公司根据工艺的要求、系统控制功能特点、用户的需要及变压吸附和再生的技术要求，确定分子筛吸附、再生、均压等各阶段的时间，用梯形图或指令语句方式编辑PLC控制程序，控制各阶段阀门的开关状态及有关相应的报警（如：纯度、碳位报警等）。如用户需要在线显示、修改参数（如纯度、压力、流量、温度、露点等）及提供预留给用户标准信号（如电流信号：4-20mA）作DCS系统。如需要在线显示、修改参数要增加模拟量扩展模块与显示部分（文本显示器TD200或触摸屏显示）。

碳位报警系统：当设备在长期使用过程中，吸附塔内分子筛逐渐下沉，当下沉到一定程度，PLC控制系统会发出间断声光报警，即提示用户应尽快添加分子筛，但系统仍然可继续运行，报警同时存在；这时候如果用户继续使用设备，分子筛继续下沉到另一个程度，这时制氮机会自动卸压后停机，同时发会发出连续声光报警，此时应立即添加分子筛，否则系统拒绝工作。

纯度报警系统：当产品气纯度达不到预先设定纯度值时（纯度设定值是通过二次仪表、TD200或触摸屏进行设定的），PLC控制系统会发出间断声光报警，并对不合格气体进行排空（有自动排空与手动排空，根据用户需求自选）。若不合格气体连续排空时间**过1小时（排空时间长短可通过TD200或触摸屏进行设置），则说明设备存在故障，不能制得合格气体。控制系统会自动卸压后停机，并发出间断声光报警。

由于压力、流量、温度及露点等（电流或电压信号）这些信号是模拟信号，因此必须通过EM231（模拟量输入模块）进行A/D转换，然后通过PLC编程在TD200或触摸屏上显示。根据这些数据再通过PLC编程进行与预置参数进行比较，**过或低于预置值将发出报警信号。报警信息详细内容可在TD200或触摸屏上查找。在纯化系统中通过PLC编程可以进行自动加氢控制与闭环控制；通过PLC编程对温度进行PID控制。PID控制精度高，波动小，响应快。PID调节中，用比例环节（P）来决定基本的调节响应力度，用微分环节（D）来加速对快速变动的响应，用积分环节（I）来残留误差。对PID进行整定时，总是先调节比例环节，然后一般是调节积分环节，最后调节微分环节。

二、文本显示器

目前国内市场上使用的文本显示器有西门子、HITECH、eView、台达等品牌。其中西门子TD200文本显示器较为普遍，它是所有SIMATICS7-200系列操作员界面问题的较佳解决方法。

TD200连接很简单，只需用它提供的连接电缆接到CPU22X系列PPI接口上即可。不需要单独的电源（如果TD200与S7-200系列之间距离**过2.5m,需接额外电源）。背光LCD液晶显示（即使在逆光情况下也容易看清）。

TD200具有下列用途：

1、显示信息——-显示较多80条信息，每条信息较多可包含4个变量。

2、在控制系统中起设定和修正参数的作用，例如：改变动作、报警等的设定值。

3、可以提供8个由用户自定义的功能键。

4、提供密码保护功能。

瑞气变压吸附制氮、制氧设备及纯化设备中，一般均配有TD200文本显示器，它可以方便用户进行设备运行参数、状态查询，并能在授权的状况下对系统参数进行适当的修改，较大地满足了用户对产品操作使用简单有效的要求。

典型使用情况如下：

1、显示制氮设备换热器出口气体温度，**温时自动跳出文字报警信息。

2、低压故障报警处理

当压力低于设定值时，文本显示器有文字提示。一旦压力满足条件，系统恢复正常，并对故障报警自动复位。

3、**温故障报警处理

当系统由于硬件损坏而引起不正常的加温，如SSR（固态继电器），CPU继电器的接点、热电偶等器件的损坏而引起，这些故障须用户特别小心注意，发现此故障应立即检查维修。故障有指示灯闪烁报警，并有文字提示。

4、显示设备运行的累计时间

三、触摸屏（人机界面HumanMachineInterface）

在工业控制领域，随着生产方式和技术的进步，人机交流的工具已从机械的操作杆、按钮开关和指示灯等发展到了友好的触摸屏和信息面板等。由于人机界面（HMI）产品的应用越来越广，HMI产品和供应商也越来越多，从技术、产品到市场等各环节看，融操作监控、数据存取、参数修改功能于一体的HMI已逐渐成为一个相对独立的产业门类。目前，世界上触摸屏的品牌很多，例如：SIEMENS、OMRON、施耐德、三菱、A&B、闽台EVIEW，HITECH、日本HAKKO、富士等等，其中，PRO-FACE是世界上为数不多的HMI专业供应商。据有关报告显示，Pro-face在中国的HMI市场中表现出色，成为其中的领牌。

Pro-face是***的日本Digital电子有限公司的主要成员之一，公司主要产品包括：可编程触摸屏（GP系列、ST）、平板式工业计算机（PL系列、PS系列）、图形逻辑控制器（LT系列、GLC系列）以及IT产品信息终端等各类人机界面。

日本Digital电子有限公司成立于1972年，是**HMI行业**。20多年来以其精湛的技术，优良的品质和严格的管理****，Pro-face这一品牌已成为优质人机界面的代名词。Pro-face它以其出众的外观、紧密的结构设计、的运算能力、**的控制体系、**的品质和完善的服务，令众多高端机械设备生产厂商和各大型项目工程单位对Pro-face的产品爱不释手。尤其是他们的可编程触摸屏，可连接世界上200多个品牌PLC，为我们提供了更大的操作空间。

上图是瑞气制氮设备运用Pro-face的（GP37-W2型）触摸屏示意图。从这幅画面上我们可以了解到设备的工作状态（设备处于停止。。）、累计运行时间（245小时12分12秒）、工作流程及阀门的开、关状态，还可以通过上面按钮开停机、参数设置、查看系统故障信息等。例如还可以显示气体进出口压力、出口流量、纯度、温度、露点及其它们的记录曲线等。它也可以作为用户中控室的实时监控装备。

一、实验目的 
用PLC构成飞锯自控系统。 
二、实验设备 
YX-80系列PLC实训装置， 
FX-20P手持编程器，或个人计算机(bbbbbb ), SC-09编程线缆、FX-PCS/WIN编程环境 
自控飞锯实验板 
连接导线一套。 
自控飞锯实验板的板的输入输出端子为特殊设计的端子，其功能为，当输出端M1为ON时，自动产生脉冲信号，模拟测量电动机转速的光码盘信号。当SQ1给出信号(发光管亮)表示允许飞锯切割钢管，SQS发光管亮表示飞锯完成了钢管的切割，飞锯抬起。SQ2发光管亮表示钢管的夹具可松夹，SQ3发光管亮表示小车可返回，液压阀SYA作用(发光管亮)使小车返回。SQ4亮表示小车没有返回，系统出现故障给出报警信号，即对应的报警发光管亮，整个系统出现停止状态。故障排除后，重新启动系统时，必须先按复位按钮，使电路从锁住状态恢复恢复正常状态。电磁阀4YA发光亮表示夹具紧钢管，3YA发光管亮表示夹具松夹，电磁阀lYA发光管亮表示下锯，2YA发光管亮表示飞锯抬起。电动机M1发光管亮表示送入钢管，电动机M2发光管亮表示飞锯旋行。 
三、实验内容 
1、控制要求 
(1)初始状态 
电动机M1和M2为OFF，电磁阀3YA和4YA为OFF,夹具处于松开状态，lYA和2YA为OFF，飞锯处于抬起状态，液压阀SYA为OFF,小车处于原始位置。 
(2)启动操作 
按下启动按钮，开始下列操作: 
    ①电动机M2运转后M1运转，即飞锯旋转后再送入钢管。 
    ②当钢管长度达到预定要求时(例如6m)，电磁阀4YA为ON，夹具夹紧钢管，带动小车和飞锯一起向前运行。 
    ③当小车运行到SQ1位置时，SQ1为ON，电磁阀lYA为OFF，下锯切割钢管，完成钢管切割时，SQS为ONo 
    ④当小车到达SQ2位置时，SQ2为ON，同时lYA为OFF,  2YA为ON飞锯抬起，随后2YA为OFF o 
    ⑤当到达SQ3的位置时， SQ3为ON，同时电磁阀4YA为OFF,  3YA为ON夹具松开。同时液压阀SYA为ON使小车返回到原来位置，随后3YA,  SYA又恢复为OFF。 
⑥如果小车没有返回继续向前运行，当到达SQ4位置时，SQ4为ON，表示系统出现故障发报出报警信号，同时整个系统停止在当前状态下。 
⑦如果不是按着上述控制要求运行，都要发出报警信号停止运行。例如3YA,4YA同时为ON,  4YA,  SYA同时为ON,  S04为ON等。 
(3)停止操作 
按下停止键后，所有的输出均匀为OFF，停止操作。 PLC的编程语言与一般计算机语言相比具有明显的特点，它既不同于一般高级语言，也不同于一般汇编语言，它既要易于编写又要易于调试。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。
    目前，PLC为用户提供了多种编程语言，以适应编制用户程序的需要，PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图
    1、梯形图
    梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，但是在使用符号和表达式等方面有一定区别。
    梯形图具有形象、直观、简单明了，易于理解的特点，特别适合开关量逻辑控制，是PLC较基本、较普遍的编程语言。
    2、语句表（STL）
   语句表是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，也是较为广泛应用的一种编程语言。使用语句表编程时，编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象。一般可以与梯形图互相转化，互为补充。目前，大多数PLC都有语句表编程功能。
    3、顺序功能图(SFC)
    顺序功能图编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。它的编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。采用顺序功能图编程，可以使具有并发、选择等复杂结构的系统控制程序大为简化。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令，它是一种效果显著、深受欢迎的编程语言，目前国际电工**（IEC）也正在实施并发展这种语言的编程标准。
    4、 功能块图（FBD）
逻辑功能图是一种由逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。对每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的来说，使用非常方便。

 PLC以微处理器为核心，具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
   微机一般采用等待命令的工作方式工作。
   PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次循环扫描所用的时间称为一个扫描周期。
   对每个程序，CPU从**条指令开始执行，按顺序逐条地执行指令做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从**条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至结束又返回**条指令，如此周而复始不断循环。
   PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、输入采样、通信服务、程序执行、自诊断、输出刷新等工作。PLC工作的全过程包括三个部分，即上电处理、扫描过程和出错处理。PLC工作的全过程可用图4所示的运行框图来表示。
   PLC通电后，CPU在系统程序的控制下先进行内部处理，包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。
    PLC有很强的自诊断功能，PLC每扫描一次执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。如检查出异常时，CPU面板的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成STOP状态。
   PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户应用程序的长短、CPU的运算速度、I/O点的情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令执行时间是不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。PLC周期性循环扫描工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。

 PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。
    （1）系统存储器
    系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。
    （2）用户存储器
    用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同（可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器），其内容可以由用户修改或增删。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。
    为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。
    工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。
    由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。
    存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。