西门子模块6ES7331-7PF01-0AB0安装调试

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PLC、人机界面及其在制氮设备中的应用

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，起神经中枢的作用，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位控单元在精密磨削控制中的应用

今世界上精密加工技术发展很快，新的加工方法和设备层出不穷，计算机的广泛应用使精密加工技术更为普及和多样。实现精密和超精密切削加工有三种方法:(1)采用和研制高精度加工设备;(2)采用新的切削工具材料;(3)利用加工与测量控制一体化技术。前两种方法成本较高，而后一种方法成本较低，具有广阔的前景。在后一种方法中，除了要保证的精度、夹具的精度以及测量精度外，还有一项重要内容就是微进给机构的精度及其控制精度。笔者在控制精密磨削的研究中，利用步进电机带动滚珠丝杠作为进给机构，在滚珠丝杠确定后，步进电机的控制精度成为了主要矛盾。

1、步进电机的控制

步进电机在不失步的正常运行时，其转角严格地与控制脉冲的个数成正比，转速与控制脉冲的频率成正比。可以方便地实现正反转控制及调整和定位。由于步进电机和负载的惯性，它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动，指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行。因此，必须实现步进电机的自动升降速功能。为了实现速度的变化，输入的位移脉冲指令相应地要升频、稳频、和降频这些脉冲序列，可以由脉冲源加**逻辑电路来产生，也可以由微型计算机产生。对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说，控制逻辑是固定的，即控制电路一经固定，其控制逻辑也就固定了。

如果要改变控制逻辑和控制方案，必须改变电路结构和元件参数，而使用计算机控制，不必改动硬件电路，只要修改程序，就可以改变控制方案。且可以从多种控制方案中，选取一种较佳方案进行控制和调节。也可以用同一套系统对不同控制方案的多台步进电机同时控制。利用计算机控制的形式也很多，本文介绍PLC位控单元对步进电机的控制。

2、PLC系统组成及位控单元的工作原理

本研究所利用的PLC系统的组成包括如下七大模块:电源，CPU，位控单元，I/O单元，A/D，D/A单元，如图1所示。其中位控单元的主功能是当步进电机(或伺服电机)与电机驱动器联结时，输出脉冲序列控制电机的转速与转角。进给机构可以是2轴型，也可以是4轴型。本文采用的是前者，即滚珠丝杠的横向进给与纵向进给，如图2

所示。具体地说，位控单元实现速度以及位置的控制方法有多种，如E点控制(单速度控制)，如图3(a)所示;P点控制(多级速度控制);线性加/减速和S型加/减速，(a)，(b)为线性加/减速，S型如。除此之外还有**位置控制和相对位置控制等。表1给出了E点控制不同模式的控制码(P点与其相同)。

1.分析被控对象并提出控制要求

详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对plc控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

2.确定输入／输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种等）和输出设备（如：、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与plc有关的输入/输出设备，以确定plc的i/o点数。

3.选择plc

plc选择包括对plc的机型、容量、i/o模块、等的选择。

4.分配i/o点并设计plc外围硬件线路

1.分配i/o点

画出plc的i/o点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第２步中进行。

2.设计plc外围硬件线路

画出系统其它部分的线路图，包括主电路和未进入plc的控制电路等。

由plc的i/o连接图和plc外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

5.程序设计

1. 程序设计

根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计plc程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统*的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：

1）初始化程序。在plc上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。

2. 程序模拟调试

程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台plc或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到plc系统的输入端，其时效性较强。

2）软件模拟法是在plc中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

6.硬件实施

硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：

1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

2)设计系统各部分之间的电气互连图。

3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此plc控制系统的设计周期可大大缩短。

7.联机调试

联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从plc只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。

全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到eprom中，以防程序丢失。

8.整理和编写技术文件

技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、plc程序以及使用说明书等。

1．分析原有系统的工作原理

了解被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据分析和掌握控制系统的工作原理。

2．的i/o分配

确定系统的输入设备和输出设备，进行plc的i/o分配，画出plc外部接线图。

3．建立其它的对应关系

确定继电器电路图中的、等各器件与plc中的辅助继电器和定时器的对应关系。

以上（2）和（3）两步建立了继电器电路图中所有的元器件与plc内部编程元件的对应关系，对于移植设计法而言，这非常重要。在这过程中应该处理好以几个问题：

1）继电器电路中的执行元件应与plc的输出继电器对应，如交直流、电磁阀、电磁铁、指示灯等；

2）继电器电路中的主令电器应与plc的输入继电器对应，如按钮、位置开关、选择开关等。的触点可作为plc的输入，也可接在plc外部电路中，主要是看plc的输入点是否富裕。注意处理好plc内、外触点的常开和常闭的关系。

3）继电器电路中的中间继电器与plc的辅助继电器对应；

4）继电器电路中的时间继电器与plc的定时器或计数器对应，但要注意：时间继电器有通电延时型和断电延时型两种，而定时器只有“通电延时型”一种。

4．设计梯形图程序

根据上述的对应关系，将继电器电路图“翻译”成对应的“准梯形图”，再根据梯形图的编程规则将“准梯形图”转换成结构合理的梯形图。对于复杂的控制电路可划整为零，先进行局部的转换，较后再综合起来。

5．仔细校对、认真调试

对转换后的梯形图一定要仔细校对、认真调试，以保证其控制功能与原图相符。