6ES7232-0HD22-0XA0原装代理

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随着ＰＬＣ的推广普及，ＰＬＣ产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的ＰＬＣ产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。ＰＬＣ的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择ＰＬＣ，对于提高ＰＬＣ在控制系统中的应用起着重要作用。

１　机型的选择

ＰＬＣ机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择较可靠、维护使用较方便以及性能价格比的较优化机型。

在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的ＰＬＣ；其它情况则较好选用模块式结构的ＰＬＣ。

对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带Ａ／Ｄ转换、Ｄ／Ａ转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。

而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现ＰＩＤ运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全ＰＬＣ的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，表１列出了ＰＬＣ的几种功能选择。

表1 PLC的功能及应用场合

对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的ＰＬＣ模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台ＰＬＣ联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。

２　输入／输出的选择

ＰＬＣ是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过Ｉ／Ｏ接口模块来实现的。

通过Ｉ／Ｏ接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过Ｉ／Ｏ接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。ＰＬＣ从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，ＰＬＣ都有许多Ｉ／Ｏ接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

２．１ 确定Ｉ／Ｏ点数

根据控制系统的要求确定所需要的Ｉ／Ｏ点数时?应再增加１０％～２０％的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，Ｉ／Ｏ点数也应有所不同。

表２列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的Ｉ／Ｏ点数。

表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数

２．２ 开关量输入／输出

通过标准的输入／输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开／关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入／输出信号为２４～２４０Ｖ，直流输入／输出信号为５～２４０Ｖ。

尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。

在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。

２．３ 模拟量输入／输出

模拟量输入／输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为－１０～＋１０Ｖ、０～＋１０Ｖ、４～２０ｍＡ或１０～５０ｍＡ。

一些制造厂家在ＰＬＣ上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号?如ＲＴＤ、热电偶等?。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或ＲＴＤ混号。

２．４ 特殊功能输人／输出

在选择一台ＰＬＣ时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准Ｉ／Ｏ实现的Ｉ／Ｏ限定?如定位、快速输入、频率等?。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使ＣＰＵ从耗时的任务处理中解脱出来。

２．５ 智能式输入／输出

当前，ＰＬＣ的生产厂家相继推出了一些智能式的输入／输出模块。一般智能式输入／输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入ＣＰＵ或直接输出，这样可提高ＰＬＣ的处理速度并节省存储器的容量。

智能式输入／输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作**编码输人）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的ＰＩＤ调节器、ＡＳＣＩＩ／ＢＡＳＩＣ处理器、ＲＳ—２３２Ｃ／４２２接口模块等。表３归纳了选择Ｉ／Ｏ模块的一般规则。

表3 选择PLC的I/O接口模块的一般规则

３　ＰＬＣ存储器类型及容量选择

ＰＬＣ系统所用的存储器基本上由ＰＲＯＭ、Ｅ-ＰＲＯＭ及ＰＡＭ三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的较大存储能力低于６ｋＢ，中型机的较大存储能力可达６４ｋＢ，大型机的较大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

ＰＬＣ的存储器容量选择和计算的**种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。*二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表４的公式来估算。为了使用方便，一般应留有２５％～３０％的裕量，获取存储容量的较佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表４同时给出了存储器容量的估算方法。

表4 控制目的估算存储器容量的方法

４　软件选择

在系统的实现过程中，ＰＬＣ的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择ＰＬＣ产品的软件功能有所了解。通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。

５　支撑技术条件的考虑

选用ＰＬＣ时，有无支撑技术条件同样是重要的选择依据。支撑技术条件包括下列内容：

（１）编程手段

●便携式简易编程器主要用于小型ＰＬＣ，其控制规模小，程序简单，可用简易编程器。

●ＣＲＴ编程器适用于大中型ＰＬＣ，除可用于编制和输入程序外，还可编辑和打印程序文本。

●由于ＩＢＭ—ＰＣ已得到普及推广，ＩＢＭ—ＰＣ及其兼容机编程软件包是ＰＬＣ很好的编程工具。目前，ＰＬＣ厂商都在致力于开发适用自己机型的ＩＢＭ—ＰＣ及其兼容机编程软件包，并获得了成功。

（２）进行程序文本处理

●简单程序文本处理以及图、参量状态和位置的处理，包括打印梯形逻辑；

●程序标注，包括触点和线圈的赋值名、网络注释等，这对用户或软件工程师阅读和调试程序非常有用。

●图形和文本的处理。

（３）程序储存方式

对于技术资料和备用资料来说，程序的储存方法有磁带、软磁盘或ＥＥＰＲＯＭ存储程序盒等方式，具体选用哪种储存方式，取决于所选机型的技术条件。

（４）通信软件包

对于网络控制结构或需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用ＰＬＣ的主要依据。通信软件包往往和通信硬件一起使用，如调制解调器等。

６　ＰＬＣ的环境适应性

由于ＰＬＣ通常直接用于工业控制，生产厂都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种ＰＬＣ都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。

一般ＰＬＣ及其外部电路（包括Ｉ／Ｏ模块、辅助电源等）都能在表５所列的环境条件下可靠工作。

表5 PLC的工作环境

７　结束语

随着科技的不断进步，ＰＬＣ的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用ＰＬＣ的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的控制系统。

 目前，实现对机动车排放污染进行有效控制已成为我国环境保护一项刻不容缓的任务，需要在生产中对汽车尾气污染物进行检测。本文就一种符合EU-2标准，基于嵌入式bbbbbbs CE操作系统和组态王6.0组态软件的集工况模拟、样气采集、样气分析于一体的汽车尾气污染物智能检测系统进行介绍。

一、系统综述

    整个系统由中央控制单元、底盘测功机、尾气取样单元、分析仪器单元以及相关辅助设备组成。首先底盘测功机模拟汽车的工况，然后尾气取样系统对样气进行精确的定量采集，最后由分析仪器单元对样气中的污染物浓度加以定量检测，中央控制单元实现对整个系统的自动控制。其中中央控制单元采用嵌入式系统作为核心控制单元，系统操作站为运行bbbbbbs CE嵌入式操作系统和组态王6.0嵌入版组态软件的工控机，负责发布命令给作为现场控制及命令执行元件的PLC。同时工控机与远程上位PC之间采用TCP／IP协议进行通讯。

    精简的bbbbbbs CE嵌入式操作系统使运行于该操作系统上的嵌入版组态王6.0组态软件的执行效率很高，完全可以满足设备现场运行的需要。

打开引擎的汽车在底盘测功机上模拟各种行驶工况，其尾放的污染物在鼓风机作用下经环境空气滤清器后进入尾气取样系统采样器，进行定容稀释取样（CVS）。分析仪器分别从背景气袋中、稀释排气气袋取样气进行分析，测量得出污染物的体积浓度。汽车尾气中污染物的排放值由以下公式进行计算：

mi=1/S*V*di*ci/106 （i for HC、NOx、CO）

    式中：mi一排出的污染物的质量；S一行使距离；V一温度为273K，大气压力为101.33KPa的基准条件下稀释排气总容积，单位：m3；di—各种污染物在温度273K，大气压力101.33 KPa时的密度；dco=1.25kg／m3；dHC=0.619kg／m3；dNO2=2.05kg／m3（排气中NOx的浓度用NO2当量表示）；ci —稀释排气中污染物的容积浓度，10-6。

（二）控制系统的工作过程

    工控机通过CVS系统和分析单元的传感器获取测量数据，通过数据采集模块转换为符合RS-485规范的数字信号，传送给触摸屏，触摸屏将测量数据通过TCP／IP协议传送给PC机（上位机），完成数据处理工作。同时，触摸屏根据采集信号的数值判断目前的工作状态，将控制指令发送给分析单元和CVS系统的PLC。分析单元的PLC主要完成对分析仪器进行一系列气路切换、量程转换的操作，CVS系统PLC主要对CVS进行流程控制，实现自动清洗、采样等一系列功能。控制指令经PLC处理后，转换为直接的继电器开闭信号，实现打开和关闭CVS系统电磁阀、取样泵的任务。另外，配电箱还为风机提供了380V动力电的开关，可手动控制风机的启动与停止。

二、系统硬件组成

    为了确保系统的准确性和可靠性，本文选用了工控领域中稳定可靠的bbbbbbs CE嵌入式操作系统作为工控机的控制核心。数据采集模块、PLC、继电器等元件性能稳定，采集和控制精度高，响应速度快。

（一）工控机

    作为操作站的工控机基于嵌入式操作系统bbbbbbs CE和嵌入式组态软件组态王6.0（128点）开发的客户端应用程序。bbbbbbs CE嵌入式系统的优越性在于其设备管理简单，支持不同类别的设备，支持即插即用的管理模式和设备节能控制；处理系统的输入输出具有实时响应能力。

    组态王嵌入版6.0提供了基于嵌入式操作系统的开发平台，由于组态王嵌入版6．0的稳定性较高，占用系统资源较小，组态软件本身提供大量通用设备的驱动程序，开发，故选用组态王嵌入版6.0作为开发工具。

    硬件选用的是ADVANTECH-研华TPC064触摸屏（嵌入式一体化工控机），其主要系统参数如下：

    液晶显示器尺寸：5.7"TFT；CPU主频：ARM9266MHz；内存：64M；CF卡：64M。

    触摸屏对外接口主要有四个RS232接口、两个RS485接口、一个USB接口，1个10／100M网络接口。

    采用工控机的方式，可多串口输入，处理速度快、效，而且触摸屏有良好的人机对话界面，操作简便、直观，满足了检测设备实时操作和实时显示的功能。

（二）PLC

    本文选用SIMATIC S7-200系列PLC，主模块与工控机通过RS-232串口通讯，用step7-Microwin实现软件编程。PLC作为一种专门用于工业生产过程控制的现场设备，具有可靠性高、适应性强、通讯和编程方便、结构模块化的特点。

    PLC执行操作站发出的指令并进行报警处理等简单的运算。整个系统中PLC控制的硬件开关量共有24个，其中分析仪器单元有5个三通电磁阀和一个取样泵，CVS单元有7个两通电磁阀、8个三通电磁阀和三个泵。

（三）传感器与数据采集模块

    系统中分析仪器单元测量浓度值经后面板的输出端子以模拟量输出，CVS单元的流量计量单元测量数据由传感器以模拟量输出，具体的传感器包括：

    标准长径喷嘴流量计：BYW-S-80，4 m3／min～8 m3／min，喷管直径80mm，用于主流道恒定流量测量；

    数字压力变送器：BYD-8，标准长径喷嘴流量计压力测量，输出信号4 mA～20mA DC，24V；

    电容式压差变送器：1151DP3E22M183，标准长径喷嘴流量计、后端压力差测量，输出信号4-20mA DC，24V；

    防爆型数字温度变送器：BWD-8，标准长径喷嘴流量计后端温度测量，输出信号4 mA ～20mA DC，24V，量程0～50℃；

    压力变送器：CS20FUCIIIERC3Lm（3）A，用于控制样气取样袋压力并保护之，输出信号4 mA ～20mA DC，供电范围15 V ～28VDC。

    数据采集模块：研华16通道A／D PCL-818数据采集卡。

（四）通讯模块

    系统通讯方式分为两种：串口通讯和TCP／IP协议通讯。PLC和数据采集模块与工控机之间为串口通讯；工控机与PC机之间采用TCP／IP协议进行通讯。硬件参数如下：工控机网卡：1个10／100M网络接口；PC机网卡-TP-bbbb，100M。

三、系统软件设计

    本嵌入式控制系统的编程分为两部分，一是PLC软件编程，实现对工作单元的现场控制；二是操作站触摸屏的编程，触摸屏根据传感器获取的测量数据判断目前的工作状态，然后将控制指令发送给各单元的PLC，同时生成交互式的人机对话界面。

（一）PLC编程

1．控制流程描述

    分析仪器单元的PLC负责气路和量程切换的操作，CVS单元的PLC主要对CVS系统进行流程控制，实现自动清洗、自动采样等一系列功能控制。以CVS系统为例，PLC首先控制CVS单元排气过程，将气囊中的废空；然后控制清洗过程，进行管路清洗；最后控制自动采样，将背景气体和稀释气体分别抽到两个气囊，为分析仪器的气体分析做好准备。上述过程主要包含对泵、阀开关和定时延时的控制。

2．控制程序

    整个控制程序我们采用程序代码编程，它较之梯形图、功能模块灵活、方便，结构紧凑。主程序模块为：

LD  SM0.1    ／／初始化，调用子程序0

CALL  SBR_0

S    M2.0，4  ／／设置程序执行标志位

LD    M0.1  ／／启用等待程序

A    M2.0  ／／M2．0设为1

LPS

LD    M8.1  ／／有复位请求

ALD

CALL  SBR_I／／调用子程序1

／／SBR_0：

LD    SM0.0

…．．    ／／初始化泵阀状态

CRET

，，SBR_I：

LD    SM0.0

LD    M3.0

…．．    ／／控制CVS工作流程

CRET

（二）触摸屏控制程序设计

    系统中操作站我们采用触摸屏实现交互式人机对话。包括5个主要界面：系统主界面、CVS界面、分析仪器界面、报表和历史数据查询打印界面、手动界面。设计以按钮形式简便、直观地来控制PLC运行，有显示操作状态和数据、故障报警以及报表查询等功能。

四、结束语

    整个系统完全满足汽车生产厂家现场监测汽车尾气污染物含量的要求。通过简单直观的人机对话界面实现复杂的操作，克服以往监测系统可靠性低、故障、操作复效率低等缺点，从而有效地提高了我国汽车生产厂家生产管理水平