西门子6ES7321-1FF01-0AA0供应

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西门子plc的立即写操作举例介绍

对于立即写（Immediate Write）功能，如下面举例所示，生成符号程序段。

对于有时间限制的应用，可以以比每OB1 扫描循环一次的正常情况快的速度，将一个数字量输出的当前状态发送到输出模板。立即写功能可以在扫描立即写逻辑程序级的同时，将一个数字量输出写入输出模板。否则，当 Q存储区使用 P存储状态新时，等到下一OB1扫描循环结束。

为了将一个输出立即写入输出模板，应使用外围输出（PQ）存储区，而不使用输出（Q）

存储区。外围输出存储区可以作为一个字节、一个字或一个双字读取。因此，通过一个线圈元素，不能新一个单的数字量输出。为了将一个数字量输出的状态立即写入输出模板， 包含相关位的Q存储器的字节、 字或双字可以有条件地复制到相应的PQ存储器中 （直接输出TPC1062K的模板地址）。

小心

• 由于 Q 存储器的整个字节被写入输出模板，当进行立即输出时，该字节中的所有输出位都将被新。

• 如果一个输出位在不应发送到输出模板中的整个程序中出现中间状态（1/0），立即写功能会造成危险情况（输出瞬时脉冲）。

• 作为一般设计规则，在一个MT6100I的程序中，外部输出模板只能认为是一个线圈。如果遵守该设计规则，可以避免使用立即输出时的大多数潜在问题。

举例

等效于立即写入外围数字量输出模板 5通道1的梯形逻辑程序段。

寻址输出Q字节 （5） 的位状态可以修改， 也可以保持不变。 Q5.1被赋给程序段1 中I0.1的信号状态。5被复制到相应的直接外围输出存储区（P5）。

字PIW1包含I1.1的立即状态。 PIW1与 W#16#0002进行与 （AND） 逻辑运算。 如果 PB1中的 I1.1（ 2位）为“1”，则结果非“0”。如果 WAND_W 指令的结果不等于“0”，则接点“A<>0”通过电压。

西门子PLC S7-200的程序结构

S7-200的程序有三种：主程序、子程序、中断程序。

主程序只有一个，名称为OB1。

子程序可以达到64个，名称分别为SBR0~SBR63。子程序可以由子程序或中断程序调用。

中断程序可以达到128个，名称分别为INT0~INT127。中断方式有输入中断、定时中断、高速计数中断、通信中断等中断事件引发，当CPU响应中断时，可以执行中断程序。

由这三种程序可以组成线性程序和分块程序两种结构。

一、线性程序结构

_线性程序是指一个工程的全部控制任务都按照工程控制的顺序写在一个程序中，比如写在OB1中。程序执行过程中，CPU不断地扫描OB1，按照事先准备好的顺序去执行工作，如图：

显然，线性程序结构简单，一目了然。但是，当控制工程大到一定程序之后，仅仅采用线性程序就会使整个程序变得庞大而难于编制、难于调试了。

二、分块程序结构

分块程序是指一个工程的全部控制任务被分成多个小的任务块，每个任务块的控制任务根据具体情况分别放到子程序中，或者放到中断程序中。程序执行过程中，CPU不断地调用这些子程序或者被中断程序中断，

分块程序虽然结构复杂一些，但是可以把一个复杂的过程分解成多个简单的过程。对于具体的程序块编写，调试。从总体上看，分块程序的优势是十分明显的。

原S5系统的构成和改造原因：
原生产线是93年进口的意大利设备，已运行15年。其中机械部分状态良好，但控制设备已经进入故障高发期。系统瓶颈有两处：一是控制主机PLC部分，二是HMI人机界面部分。
控制主机采用的是西门子S5-115U，控制机配有两个9槽机架，I/O配置共有数字输入132点，数字输出112点，热电偶64通道，标准信号模入16通道，模出8通道。此外还配有串口通讯卡CP524与HMI进行通讯。由于控制系统的主机是西门子八十年代末的S5系列产品，S5产品正逐步退出市场，模块备件供应周期很长，价格高、性差，某些部件甚至有价无市。为了满足稳定生产的需要，控制系统由S5升级到S7已经是迫在眉睫。
人机界面是硬件基于PC，软件基于DOS 6.22的SF（SUPER FLASH）系统，操作单元除了肩负设备的参数设置、选择、状态显示、报警反馈、故障确认等外，还通过C语言程序承担了大量复杂的计算，计算结果通过通讯下传给PLC参与控制。因此，HMI的异常将导致系统的崩溃。HMI系统其基础及原理与目前的主流技术及产品不兼容，相关的硬件通讯卡也没有备件。HMI系统已经进入高危期，且无法维护和维修。故根据生产线系统及工艺原理，为用户重新开发新系统的HMI。
挤出机的机械部分状态仍然良好。只是水加热部分故障率很高，主要原因是水垢严重、系统水泄漏、水加热对系统要求高。水加热部分的不导致设备的正常使用及效能的发挥被严重压制。

改造目的和预期
为恢复控制设备的可维护性、兼容性和可扩展能力，设备这些方面的不稳定对正常生产的影响和隐患，需要对现有控制系统进行改造升级。
控制系统的升级新改造不仅仅着眼于新，而且要将客户多年设备的使用和工艺经验反映到新的控制系统中去。因此，控制系统设备改造时，设计立足于原有系统的工艺和功能，采用西门子成熟的主流技术和产品，对原系统中局部进行合理的国产化改进。以期达到在合理的功能、经济的方式基础上，稳定地满足生产的工艺需求。
改造方案
改造主要集中在控制主机PLC、HMI和挤出机上。控制柜保留现有柜体和部分器件，只对PLC部分进行拆除，然后用替代的新产品在现场重新安装、配线成柜。局部升级尽量保留原有柜体和低压器件等元器件，虽然增加改造施工的工作量，但降低了改造费用和风险。
PLC采用西门子的主流高性价比的S7-300系列产品。根据原有技术要求和状态选型。保证了设备的可维护性、兼容性和可扩展能力。
原HMI操作终端选用西门子主品等效替换。人机界面仍除保留系统原有功能外，界面根据用户要求实施中文化，同时保留原来熟悉的英文操作界面。系统升级立足于用户的工艺原理进行程序的重新开发。同时提高系统的性，避免HMI的故障导致系统不必要的停机。

火力发电厂的锅炉给水泵，需要根据机组负荷的改变来调节给水压力和给水量。在几种调节方式中，因改变给水泵转速来调节流量具有明显的节能效果而被广泛采用。对于大容量机组的锅炉给水泵，通常以异步电动机为动力，几乎都是通过安装液力偶合器进行机械调速，并且这种调速方法具有空载起动电动机的良好作用[1]。 
液力偶合器属于电厂辅助设备，目前大多数都是采用分散仪表监控，有的甚至脱控运行，亟待运用测控新技术，对其运行状态参数进行自动监测和控制。西门子S7一200PLC是一个非常好的选择，它、系统组装和构建网络非常灵活、而且具有PID调节指令功能，编程和调试非常方便，因此，基于西门子PLC的控制系统将大地提高整机运行的性和经济性。 
1 调速原理 
液力偶合器安装于异步电动机和给水泵之间，它是一种利用液体通过泵轮和涡轮来传递功率的传动装置，主要由泵轮、涡轮、旋转外壳和勺管等部件组成，如图1.1所示。工作时，输入轴从电动机处获得能量，通过中间轴，泵轮将机械能转变为工作腔内的液体动能，推动涡轮转动，再变成机械能传给输出轴，带动锅炉给水泵工作。 

为适应机组工况的变化要求，在电动机转速恒定的情况下，调节勺管的开度，可改变偶合器工作腔里的充液量，不同的充液量可以得到不同的输出特性，因此，通过连续改变充液量既可实现输出轴的无级调速。 
调速机构中的勺管，由电动执行器通过简单的机械机构驱动。电动执行器接受标准电流信号，将其转换成相应的转角输出，因此，调节转速实际上是调节控制系统的输出模拟量信号，西门子S7一200PLC满足这一主要功能要求。 
2 测控对象 
1）转速调节系统 
该系统主要的测控对象是液力偶合器输出轴的转速。调速原理如图2.1所示，利用液位变送器，将反应锅炉水位的模拟量信号送给控制系统，同时利用测速变送器，将输出轴转速也反馈给控制系统，依据设定的PID控制算法计算后输出电流信号，电动执行器将之转换成相应的输出转角，通过调节机构驱动勺管移动，其开度对应锅炉水位要求的泵轮转速。 

2）工作油系统 
液力偶合器工作腔内介质油的工作温度为60°～70°C，油温高虽然有利于能量的传递，但过高反而有害无益，因此要限制工作油温度范围为35～100°C，采用铂电阻温度传感器，当油温110°C时报警，当油温130°C时停止主电机运行。另外在工作油冷却器入口和出口分别设置温度传感器，将入口油温度控制在60～100°C，将出口油度温控制在35～75°C。 
3）润滑油系统 
高转速、大功率液力偶合器带有滑动轴承，其润滑油系统立于工作油系统，因此在输入轴、中间轴、输出轴等处设置6个铂电阻温度传感器，测量滑动轴承温度，避免温度过高使润滑性能变差，烧坏轴瓦。限定润滑油温度范围在35～85°C，当油温90°C时报警，当油温95°C时停止主机运行。另外在润滑油冷却器入口和出口分别设置温度传感器，将入口油温度控制在45～65°C，将出口油温度控制在35～55°C。 
为防止压力过低供油不足而造成润滑情况恶劣，限定润滑油压力范围在0.2～0.3Mpa，监测母管油压，当油压0.1Mpa时报警，并且启动辅助油泵，0.05Mpa则停止主电机运行。另外还要限定滤油器进出口压力差不过0.6Mpa 。 
3 硬件组成 
反映系统状态的主要参数是水位、转速、油温、油压等物理量，选用各类变送器转换为4～20mA的标准电流信号，共计14路模拟量;各电机、阀门、报警指示灯等开关量输入输出共30点，因此系统的配置不甚复杂。采用西门子S7一200系列小型机控制，一旦发生故障影响面小、查找。 
选用CPU226模块，具有24点输出/16点输入，可连接7个扩展模块，提供1000mA的总线电流，并且具有32位浮点运算功能和内置集成的PID调节运算指令，非常适合液力偶合器调速的锅炉供水系统。 
其次扩展EM231模拟量输入模块（4路模拟量输入，消耗DC5V电流为10mA）3块;扩展EM235模拟量输入输出模块（4路模拟量输入/1路模拟量输出，消耗DC5V电流为10mA）1块，通过DIP开关进行设置，输入输出端口时能够自动完成A/D和D/A的转换，即标准电流信号与一个字长（16bit）的数字信号的自动转换。系统总扩展模块数为4，CPU226的电源能满足所有扩展模块消耗DC5V总线电流的能力。 
另外，CPU226本机集成了两个通讯口，其中一个使用 MPI协议，使液力偶合器作为从站，完成其控制系统与主站的通讯;另一个用于TP070显示器接口，作为本机系统的显示界面[2]。 
4 控制程序 
控制程序采用主程序、子程序以及中断程序来编写。主程序完成电机、油泵启停等开关量逻辑控制以及温度、压力等主要模拟量监控和报警;子程序SBRO～SBR11传递工作油温控制参数、润滑油温度、压力、压差控制参数;主程序允许定时中断，进入中断服务程序执行含有PID指令的一段程序，对输出轴进行调速控制。 
1）主程序 
为了保证液力偶合器正常工作，控制系统满足严格的的启动、运行和停止条件。既开机顺序为先启动辅助润滑油泵、开冷却水闸，再启动主电机;停机顺序为先停主电机，再停润滑油泵、关闭冷却水闸;运行工作条件为勺管调速构控制功能正常、油温和油压监测系统正常等[3]。 系统主程序流程如图4.1所示。 

2）数字PID控制程序 
根据液力偶合器的结构特性可知，机械-液力传动系统惯性较大，输出轴速度调节响应有一定的滞后性。正可运用S7-200PLC中的PID控制子程序，与EM235模拟量输入输出模块一起，提高系统的速度调节响应，改善系统的动态特性[4]。 
PID控制器的设计是以连续的PID控制规律为基础的，sp（t）是依据锅炉水位确定的输出轴给定速度值, pv（t）为输出轴速度反馈量，e（t）=sp（t）-pv（t）为误差信号， c（t）为系统的输出量。PID控制算法的输出量如下式所示: 
 
 
Mintal为输出的初始值，Kc为系统比例系数， Ti, Td为PID的积分、微分时间。 
输出轴转速的PID闭环控制系统如图4.2所示，将上式数字化，写成离散形式的PID方程，则程序中实际的PID算式如下式所示: 
 

上式包含九个参数，存储在36字节的PID回路参数表内，见表4.1。CPU226提供的PID回路指令， 其操作就取决于这九个参数，内存区内该参数表的地址。在应用于PID指令之前，需要将参数转换为标准化的浮点数表示形式，转换的步是把实际值从16位整数数值转换为浮点数数值，二步是将转换后的浮点数再转换成位于0.0～1.0之间的标准化数值。 
表4.1 PID回路参数表 


由于机械-液力传动系统惯性较大，本系统仅采用比例和积分控制，100毫秒中断一次，做PID计算，通过工程计算初步确定其增益和时间常数为Kc =2.5、Ti =60s、Td=0s、Ts=0.1s,进一步计算后可达到优控制效果。 
5 结论 
基于西门子PLC的控制系统，实现了对液力偶合器主要运行参数的实时监控。通常，电厂锅炉配备两台以上的给水泵，结合蒸汽锅炉运行状态的自动监测，可以实现整个机组的在线监控、故障诊断和报警等,西门子PLC具有丰富的网络构建功能，因此液力偶合器控制系统尚有很大的可扩展性。 
本文作者点在于：利用PLC的PID调节功能取代了原来电动执行器必需配备的勺管伺服放大器，加快了系统的响应速度。