西门子6ES322-1BH10-0AA0

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● PLC的配置
       本控制系统选用的是系列90-30 PLC 的可编程序控制器。该产品不仅质量高、而且性能可靠。系统已在国内外诸多工业现场长期、稳定运行。系统组件的设计符合真正的工业等级， 满足国内、国际的安全标准。系统易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，可适应恶劣的工业环境。所有部件均可带电插拔、更换。提供了先进的功能特性，易于组态便于安装。
       本控制系统的分布式I /O选用GE Fanuc 的VersaMax I/O产品。该产品在局部水平建立控制，真正实现了用分散的处理器就地实时控制，同时保留主处理器的资源，用于数据管理和监控。分布式控制是一种有效的，节省资金的解决方案，可减少现场总线网络的开销，增加主机的应用性能。
       由于烧结机的控制设备比较分散，而且彼此间的距离较远，因此从站是根据所控制的设备所在依据地域来划分的；由于电磁站从站所控制的设备较多，一个机架不能满足需求时，根据经济实用原则，添加两块扩展机架。
● HMI人机接口系统
       本控制系统的HMI 由两台操作员工作站（P933/128M/40G/19寸纯平彩显/逻辑球鼠标）构成，各自独立地对整个系统进行监控。两台操作员工作站均可独立完成正常生产所需的监控及操作，以便于任意一台出现故障时，不影响生产。
       HMI 系统采用基于Microsoft bbbbbbs NT 和bbbbbbs 98的CIMPLICITY HMI软件编制。CIMPLICIT 运行在bbbbbbsNT/98 的平台上，通过各种串行的、网络的通讯方式采制器中的资料，并利用计算机的强大图形功能动态地显示生产资料。
采用CIMPLICITY HMI 软件的WebView选件实现厂级局域网站点登录访问功能。
● 通讯网络
        采用快速工业以太网和GENUIS 总线构成了3#烧结机基础自动化控制系统的通讯网络。操作员工作站和PLC主站之间的通讯采用快速工业以太网。
       VersaMax I/O通过Genius现场总线与系列90-30建立通讯链路。采用屏蔽双绞线，通过多点连接将每个从站接入，构成总线型网络拓补结构。因此一个站设备出现故障，并不影响整个总线的通讯。

三、系统功能

● 电控部分
电控部分为顺序控制，采用VersaPro软件用梯形图进行编程。实现以下功能：
[1] 单机控制：在机旁操作箱上对单台设备进行操作，并在HMI上进行监控。只完成单台设备单独启动，不进行联动控制。
[2] 单系统集中控制：在HMI上对某个系统进行操作，只完成单个系统的联动控制。
[3]全系统集中控制：在HMI上对整个系统进行操作，实现整个系统的自动控制。
[4] 联动功能：从画面按启动按钮，所有设备的起动顺序起动。按停止按钮，所有设备的停止顺序和起动顺序相反。一旦联动的设备有故障，从这设备开始按起动的方向一直停到圆盘给料机电子称小皮带机。中间停机延时一秒。
[5] 实际的工艺要求：正常生产时一般要求6、7系统连锁，而5系统因有大矿槽，在正常生产时如有故障，6、7系统连锁停，而5系统可以正常运行。

● 仪控部分
仪控部分主要实时显示与烧结工艺有关仪倥信号（如压力、流量、温度等），并且通过画面操作对点火温度、风箱负压进行控制。
[1] 点火温度控制：点火温度控制是通过控制煤气和空气的流量来实现的。采用串级双交叉控制和非串级双交叉控制的控制方法。串级双交叉控制是一种非常先进的控制方法，是以维持合适的空气，煤气比值为手段，达到燃烧时始终维持低过剩空气系数，从而保证了较高的热效率，同时减少了排烟对环境的污染。串级双交叉控制以点火温度调节为主回路，以煤气流量和空气流量为副回路的串级调节回路。串级双交叉控制分为自动控制和手动控制；非串级双交叉控制分为PID手动、PID自动和远程手动控制。
[2] 煤气切断阀控制：当煤气或空气的压力低时自动关阀。分手动控制和自动控制。
[3] 风箱负压控制：1#、2#、13#、14# 风箱有调节阀，需要调节风箱负压。分为PID手动、PID自动和远程手动控制。
● 上位机画面
      上位机画面是在HMI 中完成的。到达任何一幅画面的按键操作不**过两次，画面弹出的时间不**过1秒。主要包括工艺流程、趋势曲线、参数报表、棒图显示、报警、设备状态、回路调节等窗口。

在使用PLC的过程中，我们经常遇到输入点不足问题，如何妥善解决这个问题呢？较简单的方法莫过于通过扩展输入模块来实现。但是模块的价格可是不菲的，动辄数千元，而且一扩就是8点、16点或32点，如果您仅仅缺一个点，这岂不是太不划算了！？有没有更经济的解决方案呢？
      根据实践中的摸索，我总结出两种解决办法：其一是把多个要输入的信号，先通过外部元件的逻辑组合，然后再接入到PLC的一个输入点上；其二是不需要增加任何元件，通过运用PLC内部的逻辑组合，把连接到输入端的开关变成双稳态开关，来实现我们节省输入点的目的。

下面以工业控制中常见到的电动机的启动停止控制为例，具体来探讨这两种方案的实现方法。为了叙述的方便，我先做这样的定：PLC系统采用西门子公司的S7-200系列；电动机启动按钮为SB1,定义号为I0.0；停止按钮为SB2，定义号为I0.1；控制电动机的接触器定义为KM1;控制接触器KM1的PLC输出点定义为Q0.0。
    方案1：启动、停止按钮SB1和 SB2不是单独接到PLC的输入端，而是先把SB1与 SB2进行串联再连接到输入模块，这样就节省了一个输入点。控制流程是这样的：按下启动按钮SB2，I0.0输入高电平，Q0.0有输出信号，带动接触器KM1吸合，启动电动机旋转，同时接触器的辅助触点吸合，维持I0.0的高电平，从而电动机的旋转得以保持；按下停止按钮SB1，I0.0变为低电平，Q0.0便由高电平变为低电平，从而使KM1失电，电动机停止旋转。

另外一种解决输入点不足的方法是通过软件来实现，这种方案的接线非常简单，直接把一个按钮连接到PLC输入端，我把它定义为I0.0,但按下这个按钮，可以启动电动机旋转；若再按下这个按钮，又可以使电动机停止，即这个按钮是双稳态的。我们来看它是如何实现的：按下按钮，I0.0为高电平，由于初始状态下M0.0是逻辑0，只有网络1中有电流流过，M0.1置位，从而在按钮释放后，Q0.0点输出，Q0.0激励KM1，使电动机旋转；同时M0.0变为逻辑1，为M0.1复位做好准备。如果此时再按下按钮，又只能使网络2中有电流流过，M0.1复位。它的复位使Q0.0失电，电动机停止，同时使M0.0复位，又为M0.1置位做好准备。再按下按钮，又会重复上述循环。之所以在网络3支路中串入I0.0，是为了取一个瞬时信号，保证按下按钮并等释放了以后，才使状态发生改变。如果您持续按着按钮不释放，PLC仍维持原来的状态不改变。

以上两套方案都是切实可行的，具体采用哪一种，那还要根据您实际的使用条件来决定，切莫盲目套用。

PLC控制系统的结构和故障类型
 
PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成。输入部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的核心，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，由输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。
因为PLC本身的故障可能性较小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：
1、输入故障，即操作人员的操作失误；
传感器故障；
执行器故障；
PLC软件故障
这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
2、PLC控制系统的故障诊断方法
故障的诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：
a、是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。
b、如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。首先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障：然后检查PLC的I/O模板是否有故障：最后检查PLC的CPU是否有故障。
c、在检查PLC本身故障时，可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。

d、采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计

自动化系统所使用的各种类型 PLC, 大多处在震动大、 灰尘多、 电磁干扰强等恶劣环境中, 要提高 PLC 控制系统可靠性, 一方面要求 PLC 生产厂家提高设备的抗干扰能力, 另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中多方配合解决问题, 有效地增强系统的抗干扰性能是关系到整个系统可靠运行的关键。
一、PLC 及硬件电路
控制系统的可靠性在很大程度上依赖于硬件电路的设计, 其中包括 PLC 的使用环境、 安装、 电源、 输入、 输出电路等。
(1)PLC 的接地
良好的接地是保证 PLC 运行的重要条件, PLC 系统接地的基本原则是单点接地, 即将整个装配表面接到低阻抗地的参考点, 这个连接应具有较低的直流电阻(<100 欧姆)和高频阻抗。 为了抑制附加在电源及输入线、 输出线的干扰, 应给 PLC 接**地线, 并且接地点要与其他设备分开。此外, 接地线要足够粗,接地电阻要小, 接地点应尽可能靠近 PLC。
(2)PLC 的安装环境
PLC 在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施, 可直接在工业环境中应用。目前 PLC 的整机平均无故障工作时间一般可达 5～10 万小时。但工作环境过于恶劣或安装使用不当时, 可靠性会降低。PLC 使用环境温度通常在 0～55℃范围,应避免阳光直射, 安装位置应远离发热量大的器件, 保证足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于 85%, 以保证 PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、 浓雾或粉尘的场合, 需将 PLC封闭安装。如果 PLC 安装位置有强烈的震动源, 应采取相应的减振措施, 避免有过度的振动和冲击。
(3)PLC 的输入设备
开关量输入信号, 常用的有按钮、 选择开关、 行程开关、 限位开关、 接触器或继电器的常开、 常闭触点等, 其器件质量的优劣、接线方式以及是否牢固可靠是影响控制系统可靠性的重要因素。器件触点接触要保持在良好状态, 接线要牢固可靠。设计时, 应尽量选用可靠性高的元器件。模拟量输入信号常用的有 4～20mA、0～20mA直流电流信号;0～5V、 0～10V直流电压信号。电源为直流 24V。 在布线时, PLC 的交流线与直流线应分开走线。 开关量与模拟量的输入 / 输出线也要分开敷设, 后者较好使用屏蔽线。此外 PLC 基本单元与扩展单元之间的传送信号易受干扰, 其传送电缆不能与别的线敷设在同一管道内。输入 / 输出线与系统动力线更要分开布线, 并保持一定距离。PLC 的开关量和模拟量输入信号, 由于噪声的干扰、 开关的误动作、 模拟信号误差等因素的影响, 会形成输入信号的错误, 严重时将引起程序判断失误, 造成误动作。 所以应选择可靠性高的电路设计,并在软件编程时采取措施来抑制错误信息, 提高系统的可靠性。
(4)PLC 的输出电路
对于开关量输出来说, PLC 的输出有继电器输出、晶闸管输出、 晶体管输出 3 种形式, 具体选用哪种形式的输出,应根据负载要求来决定。选择不当会降低系统可靠性, 严重时可能导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载, 晶体管输出只能用于直流负载。此外, PLC 的输出端子带负载能力是有限的, 如果**过了规定的较大限值, 必须外接继电器或接触器, 才能正常工作。PLC 输出电流的额定值是与负载性质有关的。额定负载电流还与温度有关, 当工作环境温度高时, 额定负载电流相应减小。
二、利用软件编程提高系统工作可靠性
PLC 内部具有丰富的软元件, 如定时器、 计数器、 辅助继电器等, 利用它们来设计一些程序, 可有效的提高控制系统的可靠性、 安全性, 例如为了确保 PLC 动作的可靠, 在软件设计时根据需要使用动作**程序。PLC 程序设计的好坏, 直接影响控制系统的性能和可靠性, 完善的程序不但要满足现场工艺流程和系统控制的要求, 而且还要根据需要选用软件编程的方法进行信号相容性检查, 其中包括: 开关信号之间的状态是否矛盾, 模拟值的变化范围是否正常, 开关量和模拟量信号是否一致, 以及各个信号的时序是否正确等。采取时间故障检测法、 逻辑错误检测法、 联锁控制等方法, 充分利用 PLC 的软、 硬件资源,精心设计电路和编写程序, 能较大的提高系统的可靠性。
三、外围电路和执行器件
PLC 本身的可靠性很高, 故障率较低。而继电器、 接触器、 电磁阀等执行器件的故障率相对较高, 这些元件本身发生故障时,PLC 不会自动停机, 直到故障造成了后果时才会被发现, 对系统可靠性的影响很大。所以, 一方面必须选用高质量的元器件来提高可靠性, 另一方面, 要充分考虑到故障发生的可能性, 在电路设计和软件编程时对故障率较高的外围器件的工作状态进行反馈和检测, 当有故障发生时, 根据故障部位的重要性和对控制系统的影响, 及时采取给出报警信息、 自动停机等措施, 避免造成严重后果。同时, 变频器在近几年中已大量被采用, 变频器对模拟量信号的干扰十分严重, 在同一环境中使用时, 应对变频器单独接地,合理布线, 避免或减小干扰的影响, 提高系统控制的可靠性。

 此文章献给想要了解一些PLC硬件常识的人。基础性的问题 
 

       一、 问：PLC的硬件结构是怎样的？ 
        答：PLC的硬件组成与微型计算机相似，其主机由CPU板、存储器、输入／输出（I／O）接口、电源等几大部分组成；可配备如编程器、图形显示器、通信接口等外部设备。
        二、 问：CPU是什么？有什么作用？ 
       答：CPU也称*处理器，是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的，相当于人的大脑，是PLC的核心部分；CPU的作用是可通过接口及软件向系统的各个部分发出各种命令，同时对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制运算、报警处理及逻辑判断等，实现对整个PLC的工作过程进行控制；目前大多数小型PLC都用8位或者16位单片机作CPU。
        三、 问：RAM、ROM、EPROM、EEPROM都是存储器，各自特点是什么？
        答：RAM为随机存储器，一般都是CMOS型的，耗电极微，在PLC中通常用锂电池作后备，失电时也不会丢失程序；ROM为只读存储器，系统程序固化在其中，用户不可更改，失电不受影响；EPROM为可擦除存储器，其写入和擦除时都必须要用**的写入器和擦除器，用户很不方便；EEPROM为电可擦除只读存储器，其内部的程序可通过编程器的写入和擦除。
        四、 问：PLC中的I／0口是什么？有什么特点?
        答：I／O接口是输入（IN）／输出（OUT）接口的简称，是PLC主机与被控对象进行信息交换的纽带；PLC通过I／O接口与外部设备进行数据交换，PLC的输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种类型，所有的输入输出信号均经过光电等隔离，大大增强了PLC的抗干扰能力。
        五、 问：PLC常见的输出形式有几种？有何特点？
        答：常见的输出形式有继电器输出、晶闸管（SSR）输出、晶体管输出。特点是：继电器输出型：CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms），可带较大的外部负载；晶体管输出型：CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms），可带外部负载小；可控硅输出型：CPU通过光耦合使三端双向可控硅通断，以控制外部交流负载,开路漏电流大,响应时间较快(约1ms)。
         六、 问：什么是可编程控制系统? 由哪些部件组成？
         答: 可编程控制系统指以可编程控制器为核心单元的控制系统，一般由控制器（PLC）、编程器、信号输入部件、输出执行部件等组成，见PLC控制系统组成图（以FX2型PLC为例）。可编程控制系统可在不改变系统硬件接线的情况下，通过改变PLC的用户程序来改变被控对象的运行方式，大大地提高了控制系统的灵活性。

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