西门子模块6ES231-7PD22-0XA8原装代理

西门子模块6ES231-7PD22-0XA8原装代理

可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣，干扰源众多，如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰，电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等通过电磁耦合产生的工频干扰等，都会影响PLC的正常工作。
尽管PLC是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可靠，还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件， 并采取必要的抗干扰措施。
PLC在安装和维护时应注意的问题
1 PLC的安装
PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所：
（1）环境温度**过0 ~ 50℃的范围；
（2）相对湿度**过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；
（3）太阳光直接照射；
（4）有腐蚀和易燃的气体，例如、等；
（5）有打量铁屑及灰尘；
（6）频繁或连续的振动，振动频率为10 ~ 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；
（7）**过10g（重力加速度）的冲击。
小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可靠，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境**过55C，要安装电风扇，强迫通风。
为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。
当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至*损坏。
2 电源接线
PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。
FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。
如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断**过10ms或电源下降**过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。
对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
3 接地
良好的接地是保PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC。
4 直流24V接线端
使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。
PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。
如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。
每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。
FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。
5 输入接线
PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。
输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。（信息来源：//www..cn）输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。
输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。
若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关，串联二极管的数目不能**过两只。
另外，输入接线还应特别注意以下几点：
（1）输入接线一般不要**过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
（2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。
（3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。
6 输出接线
（1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。
（2）输出端接线分为独立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
（3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
（4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。
（5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。
此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。
交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
PLC以其显著的优点而广泛用于工业控制，其实际应用涉及的问题很多，本文只是就其现场安装和维护问题提出了一些注意事项，供从事PLC设计及应用人员参考。

1 系统组成及设备之间的通信方式

1.1 系统组成

系统由昆仑通态TPC7063E 触摸屏、西门子S7-300 模块， 以及用于两者之间数据转换的PCAdapter 等组成。TPC7063E 不仅具有与众多硬件交互功能，它可以方便地读写各种PLC、智能仪表、智能模块、变频器等工控设备的数据，而且还具有强大的网络通信功能，支持串口通信及以太网通信方式。西门子S7-300 模块用来完成数据采集、处理以及输入输出控制功能。PC Adapter 完成将MPI 通信信号转换为RS232 串口信号，从而完成MPI 数据通信功能。

1.2 触摸屏与PLC 之间的通信方式

触摸屏与S7 300PLC 之间采用MPI 通信方式。

MPI 是多点接口（Multi Point Interface）的简称，是西门子公司开发的用于PLC 之间通讯的保密的协议，它的物理层是RS-485。MPI 通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI 网络的通信速率为19.2 Kbps~12 Mbps，较多可以连接32 个节点。MPI 网络有一个网号，在组建MPI 网络前，要为每一个节点分配一个MPI 地址和1 个较高MPI 地址，使所有通过MPI连接的节点能够相互通信。PLC 通过此接口建立与触摸屏TP7063E 通信。STEP7 的用户界面提供了通信组态功能，使通信的组态比较简单。
 

MCGS 嵌入版组态软件支持TPC7063E 触摸屏。其内的提供的S7300_400MPI 构件用于MCGS软件通过MPI 适配器读写西门子S7-300/400 系列PLC 设备的各种寄存器。驱动类型为串口子设备，须挂接在“通用串口父设备”才能工作，通信协议为MPI， 通信方式为一主一从通令方式。驱动构件为主，PLC 设备为从。

1.3 系统设计与验证

为了验系统运行的可靠性，本方设计了一个控制系统。它由3 部分组成，

①现场级设备。包括温度、压力、水位传感器以及水泵运行控制柜；

②PLC处理级设备。它们完成数据的下载、处理及通信功能，主要包括电源模块1、CPU 模块2、以太网模块3和模拟模块4；

③管理级设备。主要是采用昆仑通态的TPC7063E 触摸屏， 主要负责现场级设备数据的监测和控制。

通过S7-300PLC 与昆仑通态TPC7063E 触摸屏的MPI 通信，控制系统方案要求实现以下基本功能：

（1）触摸屏上的仪表可以显示温度、压力、及水位值；

（2）通过操作触摸屏上的开阀、关阀命令，实现对水泵的控制；

（3）通过操作起停按钮，触摸屏能正确反映各点的变化情况；

（4）在触摸屏上输入设定的水位值，如果**过设定水位，开泵，反之关泵；

（5）可以设定系统时间，并启动时间，以便正确显示年月日时分秒。

1.4 系统实现

（1）硬件连接

MCGS 软件与设备通讯之前， 必须保证通讯连接及适配器正确。通讯时， 要使用标准西门子MPI适配器与上位机RS232 口通讯。工程中常用的西门子MPI 适配器有2 种型号， 分别为6ES7 972 -0CA23-0XA0 和6ES7 972-0CA20-0XA0。适配器的串口通讯的波特率可通过适配器上的DIP 开关进行设置，且必须与上位机Set PG/PC 中PC Adapter 的本地连接设置一致。在与TPC7063E 通讯前，根据需要附加通讯电缆与适配器的连接。

（2）通信参数的设置

在硬件组态时，通过点击CPU 的属性按钮来设置MPI 属性，包括站地址和通信速率， 主站驱动构件的站地址为0，从站PLC 站地址为2，较高站地址为31，通信速率为187.5 kbps。运行STEP7 编程软件， 选择主菜单的选项->设置PG/PC 接口。选择PC Adapter（MPI），弹出通讯接口参数配置框，选择“本地连接”选项卡。设置本机串口的通讯参数，需要与MPI 适配器的DIP 拨码开关设置对应。此处设置连接到COM1，传输速率19 200。

上位机组态时，需要设置“通用串口父设备”和“西门子S7-300/400 子设备”参数。父设备的通讯波特率为19 200，数据位数为8，停止位为1，奇偶校验位为奇校验。子设备中需将PLC 站地址设置为2，PLC 槽号为2，PLC 机架号为0， 通信响应时间为800 ms。通讯所用帧格式为格式A，本站地址为0，网络传输率为187.5 kbps。较高站地址仍为31。

对于系统的通讯状态，用户可以在采集通道中查阅通讯状态值找出通信失败的原因，这样对于维护系统作用重大，当通信状态值为0 时，表示当前通讯正常。

（3）程序部分

本系统PLC 中包括模拟量采集程序、系统时间的设置和显示程序以及控制程序。模拟量采集程序实现水位、压力、温度信号的输入、转换及采样记录。

传感器由于输出的是模拟信号，比如说4~20 ma，0~5V 或者0~10 V。输出模拟量送到PLC 模拟量输入口中，通过数模转换，完成数字量的转换，实现程序。

根据实际情况，微调传感器，通过PLC 中的存储器将模拟数据送到触摸屏上显示。系统时间设置和显示时间程序通过调用PLC 内部的时钟函数SFC0 与SFC1，实现在触摸屏上完成系统时间的设定，并显示出来。控制程序通过触摸屏对电磁阀进行远程操作。

（4）上位机部分

在该系统中触摸屏主要用于设置系统参数、显示数据、控制外设运行。用户可以通过在触摸屏上设置系统参数， 然后通过MPI 接口将数据传递到PLC 中，PLC 就会记忆设置的数据并按照给定的参数运行程序，实现系统的可调可控，并将设备的运行反馈信号传输到显示屏上。触摸屏将传感器采集的数值读回到交互画面上，主要包括水泵电机的温度值， 出水口的压力值以及水仓水位的液位值，系统会以此数据作为水泵运行的条件。用户可以通过触摸屏实现对水泵的操作，系统也会依据水位高低变化，完成高水位自动起泵和低水位自动停泵的功能。

1.5 系统应用

MPI 接口是西门子S7 300 PLC 通用通信接口，RS232 接口是触摸屏上常用接口。实现两者的通信，对于完成系统自动化控制意义重大。该通讯方式已在大中型煤矿的主井排水项目中得到广泛应用。

2 结语

本系统组合应用了触摸屏TPC7063E 与西门子S7-300PLC，通过MPI 实现数据的可靠通信。这样做不仅减少了电器元件的数量，省去了复杂的电气接线，使设备的检修更加方便，而且操作界面更性化，更容易实现电动设备监测控制

通过对喷淋式除尘系统采用的常规模糊控制器在实际应用中存在的问题进行分析，提出一种分段线性插值的设计方法，并将该方法在模糊控制器中应用。该设计采用PLC及其常规DI／DO模块组成的模糊控制器，用STL指令实现其控制功能。最后在喷淋式除尘系统中进行应用，并和常规模糊控制器的控制效果进行比较。实验结果证明：分段线性插值模糊控制器能缩短系统调节时闻，提高模糊控制器的控制精度，具有一定的实用价值。
关键词：STL指令；模糊控制；PLC；分段线性插值

    模糊控制器指的是应用模糊集合理论，统筹考虑控制的一种控制方式，它具有不需要建立控制对象的数学模型、能够很好地克服控制系统中模型参数变化和非线性等不确定因素等优点，得到广泛的应用。模糊控制是利用输入输出数据和人们的控制经验来实现控制，适用于高度非线性系统，且对过程和参数的变化有较强的抗干扰性能，鲁棒性好。但是由于常规模糊控制器只能实现有差调节，在控制精度要求较高的控制过程中，很难满足实际工业生产的要求。
    大气污染是随着现代工业的发展、煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。为了达到控制污染的目的，需要采取措施使粉尘等颗粒状污染物在排放到大气中之前就被除去。湿式除尘是现代工业中重要的空气净化手段之一。随着我国工业迅猛发展和工业部门排放标准提高，传统湿式除尘系统难以满足现代工业过程的需求。对湿式除尘器采用的常规模糊控制器进行改造，势在必行。本文设计的线性插值模糊控制除尘系统就是针对以上情况研发设计的。

1 常规除尘系统控制精度差的原因分析
    在工业过程控制领域中，被控对象不同程度地存在纯滞后环节。由于纯滞后环节的存在，使控制系统**调量变大，调节时间变长，影响控制系统的稳定性。纯滞后环节产生的原因有：物料在管道或容器中传输及运送时间较长、调节器与执行机构反应慢且动作时间长、测量装置(传感器)的时间滞后、各类控制设备串连在一起等。由于纯滞后环节的存在使得被控量不能及时反映控制信号的动作，控制信号的作用只
能在延迟之后，才能反映到被控量；另一方面，当对象受到外界干扰而引起被控量改变时，控制器产生的控制作用不能及时对干扰产生抑制作用，导致系统产生波动，严重时甚至影响整个生产过程。因此，含有纯滞后环节的闭环控制系统必然存在较大的**调量σ％和较长的调节时间ts，对工业控制系统具有较大的危害性。
    常规喷淋式除尘系统是工业过程中常见的大滞后系统，其产生纯滞后环节的原因有：水在管道及储水池中传输及运送的时间较长，压力变送器信号传输时间较长，变频器、水泵与除尘器动作时间长等。由于纯滞后环节的存在，使得系统的**调量变大，调节时间变长，在实际应用过程中很难满足实时性的要求。临汾热电有限公司输煤控制系统采用的喷淋式除尘系统，在实际应用过程中造成除尘器喷水量过大，导致煤粉湿度较大，产生堵煤、皮带溢水等问题，影响电厂的整个发电过程。目前电厂的除尘系统普遍采用常规模糊控制器控制，

  常规除尘系统将实际测量压强e、压强给定值与压强测量值偏差△e的精确量进行尺度变换(分别乘以量化因子ke、k△e)，使其变换到各自的论域范围，再由模糊语言变量的赋值表，确定输入量的模糊化结果E、△E，并用相应的离散模糊集合来表示。该方法在离散的有限域上进行模糊控制器的设计，离散论域定义为：{-n，-(n-1)，…，-1，0，1，…，(n-1)，n}。一般来说离散论域划分为7个等级，即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。
    常规模糊控制器采用离散论域范围，导致其在控制上容易产生死区，进而造成稳态误差。另外常规模糊控制器查表法将输出△u离散化，导致其控制作用不连续，造成稳态误差和较大的**调量。通过对临汾热电有限公司喷淋式除尘系统在实际应用中存在的缺陷分析得知：1)调节时间ts过长，ts≈30 min；2)系统**调量σ％较大，结果是σ％≈5％。
    为了减小喷淋式除尘系统调节时间和降低系统**调量，以提高该系统的控制速度和控制精度，对其采用的常规模糊控制器进行改造，非常重要。

2 分段线性插值提高模糊控制稳态精度
    由以析得知，控制点附近的控制死区并使其控制作用连续是减小模糊控制器稳态误差的关键。为了使算法简单，易于在PLC上实现，本文采用分段线性插值计算全部离散论域范围内控制输出的方法，即保持常规模糊控制器的设计方法不变，在线运行时不再进行量化处理后直接查表，而是对所有的输入信号都以查询表为基础进行分段线性插值计算，得出相应的控制输出量u’。对于二维模糊控制器，

3．2 模糊控制查询表程序设计
    为了简化程序设计，对输入量加一个偏移量6，使得输入量论域从[-6，6]转换到[0，12]。将模糊控制查询表中的元素按从左到右、从上到下的顺序依次置入PLC的VW200～VW369存储区中。寻址方式采取基址+偏移地址寻址的方式，求得较终控制量地址是200+E+△E。

  系统结果表明：分段线性插值算法的控制**调量σ％趋近于0％，达到很高的控制精度；系统的上升时间、调节时间均明显优于常规模糊控制算法。

 改造前与改造后的喷淋式除尘系统的各项性能指标对比如表1所示。在实际应用中改造后的除尘系统模糊控制输出比较平稳，系统上升时间tr、调节时间ts和**调量σ％均明显优于改造前的喷淋式除尘系统。在电厂试运行阶段，除尘系统性能稳定，未出现输煤皮带溢水、输煤管道煤等现象，运行效果良好，与系统结果一致。