6ES7216-2BD23-0XB8产品描述

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PLC的日常维护和保养比较简单，主要是换保险丝和锂电池, 基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器（RAM）、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约为5年，当锂电池的电压逐渐降低到一定程度时，PLC基本单元上电池电压跌落到指示灯亮，提示用户注意有锂电池所支持的程序还可保留一周左右，换电池，这是日常维护的主要内容。
调换锂电池的步骤为：
■在拆装前，应先让PLC通电15秒以上（这样可使作为存储器备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可对PLC做短暂供电，以保护RAM 中的信息不丢失）；
■断开PLC的交流电源；
■打开基本单元的电池盖板；
■取下旧电池，装上新电池；
■盖上电池盖板。
注意换电池时间要尽量短，一般不允许过3分钟。如果时间过长，RAM中的程序将消失。
此外,应注意换保险丝时要采用型号的产品。
I/O模块的换
若需替换一个模块，用户应确认被安装的模块是同类型。有些I/O系统允许带电换模块，而有些则需切断电源。若替换后可解决问题，但在一相对较短时间后又发生故障，那么用户应检查能产生电压的感性负载，也许需要从外部抑制其电流尖峰。如果保险丝在换后易被烧断，则有可能是模块的输出电流限，或输出设备被短路。
PLC的故障诊断是一个十分重要的问题，是保证PLC控制系统正常、运行的关键。本文对常用的故障诊断方法进行了探讨。在实际工作过程中，应充分考虑到对PLC的各种不利因素，定期进行检查和日常维护，以保证PLC控制系统、地运行。

     通常通过数字量或模拟量的输入，用以控制数字量或模拟量输出，达到控制现场的设备的工作。其的抗干扰设计使其在现场的复杂的干扰条件下也能够稳定地工作。但在工业现场中，存在着各式各样的干扰。如大电流浪涌、强磁场干扰、高电压浪涌、高频率脉冲串干扰、等等各种干扰使得PLC在现场的长期使用受到影响。一些大中型的系统都会设计一定的容错机制，但在现场中，这些干扰还是有办法去减低或的。以下主要讨论各种干扰的产生原因及相应的抗干扰措施
        PLC的干扰类型
        在工业环境中，可编程控制器所受的干扰主要分为传导型和辐射型二中。顾名思义，传导型干扰就是通过电气线路进入PLC系统的干扰信号；辐射型干扰是通过空间感应进入PLC系统的干扰信号。
1. 传导型干扰通过各种电气线路进入PLC系统，包括供电干扰、强电干扰和接地干扰。
1） 供电干扰 PLC系统本身一般都配备有的电源模块，用于给PLC系统提供直流稳压电源，如西门子公司的S7系列PLC，提供不同容量的电源模块给PLC提供稳定的直流电源。虽然如此，但从交流供电网络传来的干扰信号仍然可能影响电源电压的稳定性，并可能经过整流后传入PLC控制器，影响PLC的运行。此种干扰信号主要来源于附近大容量电气设备的开、停，负载的突然变化，供电系统中断路器对供电线路的开断和接通，雷击或雷电感应产生的冲击电流等，在严重时甚至使PLC控制器的RAM存贮器中的程序丢失或紊乱，造成难以估量的损失。
2）强电干扰
线路中继电器、接触器等感性负载，其控制电压一般是交流220V，感性负载在断电时会产生过电压和冲击电流，影响驱动电路，还会通过电磁感应干扰其它线路，甚至会进入PLC控制器，影响PLC的正常功能。
3）接地干扰接地方式不当，容易形成接地环路，产生接地干扰。如果接地点相隔较远时，则不同位置的接地点的电位不相等，从而形成接地电位差。
2. 辐射型干扰通过空间感应进入PLC系统的干扰。PLC控制系统一般安装于电气控制柜内，同时它的输入输出信号线常与动力线路在同一桥架内并排敷设，PLC系统和其输入输出信号线附近必定存在有较强的磁场、电场、静电场或电磁波辐射源，在安装中若未认真考虑干扰的问题，常会由于干扰的存在，影响PLC对控制信号的采集和其控制功能的正常发挥。特别是大功率感性负载的通断，引起磁场的急剧变化，接触器触点产生的电火花产生高频辐射对PLC系统的影响。
      PLC抗干扰的主要方法
1.供电方面主要的措施是稳压、滤波、隔离。
1）选用质量好、工作的电子交流稳压器，用以给PLC系统提供稳定的交流电压，稳压器不仅可以提供稳定的电压，同时可以脉冲的干扰。
2）增加低通滤波器，用来滤去交流电源中的高频分量或脉冲电流。对于直流供电，可用电容滤波，干扰对PLC系统的影响。
3）增加隔离变压器。在电源接入PLC系统前加装隔离变压器，其初级屏蔽层接中性线，二次侧屏蔽层与PLC系统共地，用以阻断干扰的传导通路，并抑制干扰信号的强度。同时配合使用低通滤波器.
4）选用稳定的交流电源。PLC系统的电源与动力线路分别引自不同的变压器，可以避免大感性负载的启停对供电电源的影响。实际中可能只有一台变压器，可以采用从配电母排上引线的方法，尽量减小干扰的影响。
2. 强电干扰方面主要采取以下措施：
1）在电感性负载旁并联一阻容吸收装置或二管、稳压管，用来吸收瞬时过电压。
2）采用光电耦合的办法进行隔离。
3.接地干扰通常采用单点接地，避免接相隔太远。在接地点相隔较远时，增加导线截面，以减小电阻。
4. 辐射型干扰
1）PLC系统安装于单的箱体中，制作箱体的材料使用薄铁板或钢板等导磁材料，可以防止外界磁场的干扰。
2）对于PLC模拟信号线和通讯电缆，使用屏蔽线，并将屏蔽层单端接地。
3）讲究布线方式。屏蔽线尽可能远离大功率，尽量避开动力线路单敷设，若与动力线路不能分开布设时，可使用镀锌管敷设，既可防止干扰，又可保护线路干扰的存在是多种多样的，干扰的方式也有很多方法。如以上的干扰的解决办法使得在现场的布线及安装中如能尽可能地考虑进去，那么你的系统的性将会得到大的提高。

1 引言

焦炉煤气回收系统主要由煤气柜和减压站组成，在实现了焦炉煤气的回收再利用的同时，还对节能环保及稳定用户管网压力起到了重要作用。基于西门子plc的回收控制系统主要包括气柜的油泵控制、柜内压力控制、柜容控制、活塞速度控制、减压站的自动减压、工艺参数显示等功能。

2 硬件配置

2.1 控制站

气柜控制站选用siemens s7-400h plc冗余控制系统。包括两个414-4hcpu，2块冗余电源模板，2块冗余cp443网卡。正常运行时一台cpu（主）参与控制，另一台cpu（备）通过模块与之，当检测到主cpu、机架、电源、通讯等故障发生时，备cpu立即投入控制而不影响生产控制的连续性。

气柜控制站采用了远程i/o模式，根据i/o点的实际数量配置了2个et200m智能远程i/o站，远程智能i/o站与控制器采用冗余profibus总线通讯。减压控制站选用siemens s7-200 plc控制系统，并安装人机界面用于本地操作和设置相关参数。减压控制站使用em277与气柜控制站实现网络通讯，气柜控制站为系统主站。

2.2 系统网络

整个系统网络分为现场级、控制级、监控级三级，系统网络结构如图1。现场级使用profibus dp冗余现场总线进行通讯，主要实现s7-400h主站和远程智能从站之间的，采用西门子双绞线传输速达12mbps。控制级实现s7-400 plc和s7-200plc之间数据交换，使用profibus dp总线进行通信，s7-400 plc冗余profibus dp总线与s7-200plc单总线使用y-bbbb转换模块进行总线自动转换，总线使用光纤介质传输，通讯速率快。监控级采用西门子sclancs交换机构成冗余的工业以太网环网，实现工程师站（es）、操作员站（os）与现场控制站（as）的连接通讯，通讯速率可达100mbps，2台操作站与as站共形成4条冗余iso协议连接，提高了系统网络。

2.3 hmi

hmi（人机接口）是生产操作人员对生产过程实施监控的窗口。本例使用两台热备方式的操作员站，其中一台同时作为工程师站，操作员站的热备提高了系统的性。hmi硬件系统采用研华工控机并配置了具有数据冗余功能的cp1613网卡，软件使用西门子wincc组态软件。hmi实现了对工艺参数的集中显示、故障报警、数据记录、设备操作。

3 控制系统原理

3.1 设计方案

本系统采用step7 v5.3和micro -win step7软件在bbbbbbs 2000平台下开发，编程灵活方便。软件采用模块化编程结构，整个控制系统包括煤气柜控制和减压站控制两大部分。煤气柜控制部分分别完成油泵、煤气管道电动蝶阀与煤气放散阀、煤气调节阀等设备的控制与联锁保护、工艺参数检测与报警功能。受控设备设计为现场手动和集中控制两种控制方式。集中控制包括设备单动和设备联动自动两种控制方式，在集中控制方式下操作人员在hmi画面上进行单动操作和联动自动方式选择。减压站控制通过调节三台压力调节阀，实现压力降压稳压功能，主要有手动、自动、远控三种操作模式。

3.2 进气调节阀pid控制

在煤气管道上设有一煤气调节阀，通过调节进气量实现对活塞速度的调节。本例的pid控制逻辑采用step7软件集成的系统块fb41实现。实践中以活塞速度为控制值以阀门开度为控制对象加以适当地调整p、i参数即可。

3.3 油泵控制

该煤气柜设有8台油泵用于密封油的循环。8台油泵分为4组，每组2台（1主1辅可选）。每台泵控制要求相同。在单动方式下，油泵的启停控制是操作员在hmi画面上完成的。在联动方式下，油泵的启停控制与油箱油位联锁，而操作员干预。

3.4 降压稳压自动调节

降压稳压自动调节起保证管网煤气压力稳定和将高压煤气转为低压煤气的作用。该功能使用s7-200plc完成，系统使用分程的pid自动调节，系统pid具有自整定功能。分程的pid对三台调节阀进行控制，根据工况三台调节阀按顺序开关。采用分程调节扩大了系统调节范围，提高了调节精度。

3.5 柜高自动调节

柜高自动调节主要起煤气柜在高度范围运行。系统采用模糊控制算法通过控制减压站的压力稳定值进行控制。模糊控制根据实际经验进行推导算出不同工况下的压力设定值，减压站根据模糊算法结果进行变参数pid调节。煤气柜柜体压力设计为11kpa，气柜高75米，气柜柜高正常控制在50米，此时远程站调压设定压力为11kpa。当煤气用户的煤气用量增大时，气柜柜高就会下降，当气柜高度下降到45米时，主站就会将设定压力改为11.6kpa，此时气柜高度就会随着管网压力的上升而上升。当气柜高度上升到50米时，主站就会将设定压力改为11kpa。当气柜高度继续上升到55米时，主站就会将设定压力改为10.5kpa，此时气柜高度就会随着管网压力的下降而下降。这样，柜高自动调节采用模糊控制既保证了煤气管网压力，使用户得到了基本稳定的煤气压力；又保证了煤气柜的柜高，使煤气气源不充足的时候，短时间缓解管网煤气量。这种控制有效的保证了生产的性。

3.6 数据组织与报警

系统实现了包括co浓度、压力、温度、柜容、柜高、管网压力等模拟量的数据转化与显示；油泵运行、阀位状态、油箱液位开关状态等数字量的采集与显示；与其他控制系统的通讯数据组织；重要参数声光报警；重要数据的历史（实时）趋势。

4 结束语

本控制系统以plc为，实现了煤气回收生产工艺的自动控制。该系统经过调试运行证明，系统自动化程度高，控制稳定，操作直观方便，得到了用户的。具有很好的应用前景。

1 引言

随着plc在工业控制中的推广普及，plc产品的种类越来越多，其结构型号、性能、容量、指令系统，编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择plc对于提高其在控制系统中的应用有着重要作用。应用plc要详细分析被控对象、控制过程与要求，熟悉了解工艺流程后列出控制系统的所有功能和指标要求，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。plc适合于控制对象的工业环境较差，而性、性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，用常规的继电器接触器难以实现，工艺流程又要经常变动的对象和现场。其次要确定控制范围，一般讲，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数；用人工进行控制工作量大，操作复杂容易出错或操作过于频繁，人工操作不容易满足工艺要求的往往由plc控制［1］。

2plc的选择

2.1 机型选择

机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。选择机型前，要对控制对象进行下面估计：有多少开关量输入，电压分别为多少，有多少开关量输出，输出功率为多少；有多少模拟量输入和模拟量输出；是否有特殊控制要求，如高速计数器；现场对控制器响应速度有何要求；机房与现场分开还是在一起等。

在功能满足要求的前提下，选择、维护使用方便以及性能价格优的机型。通常的做法是：在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，选用整体式结构的plc；其他情况则选用模块式结构的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，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；而控制比较复杂，控制功能要求比较高的（如要实现pid运算、闭环控制、通讯联网等），可根据控制规模及复杂程度来选用中档或机（其中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）。

应该注意的是，同一个企业应尽量做到机型统一，这样同一个机型的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，因此配上计算机后即可把控制各立系统的多台plc联成一个dcs系统，这样便于相互通信，集中管理［2］。

2.2i/o的选择

plc与工业生产过程的联系是通过i/o接口模块来实现的，plc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他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

（1）确定i/o点数。不同的控制对象所需要的i/o点数不同，一些典型的传动设备及常用的电气元件所需plc的i/o点数是固定的，如一个单线圈电磁阀用2个输入点，一个输出点；一个按纽需一个输入点；一个信号灯占用一个输出点等，但对于同一个控制对象，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。根据控制系统的要求确定所需的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。

（2）开关量i/o。开关量i/o接口可以从传感器和开关（如按纽、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机启动器等）接收信号。典型的交流i/o信号为24～240v，直流i/o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没有可选的隔离电路。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［3］。

（3）模拟量i/o。模拟量i/o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。其典型量程为-10～+10v、0～+11v、4～20ma或10～50ma。一些制造厂家在plc上设计有特殊模拟接口，因而可以接收低电平信号，如rtd、热电偶等。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。

（4）特殊功能i/o。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。此时应考虑供销厂商是否提供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从耗时的任务中解脱出来。

（5）智能式i/o。大型plc的生产厂家相继推出了解决典型工艺过程的智能式的i/o模块，例如pid控制模块等。这些智能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，这样可以提高plc的处理速度并节省存储器的容量。

2.3存储器类型及容量选择

plc系统所使用的存储器由rom和ram组成，存储容量则随机器的大小变化，大存储能力：一般小型机大存储能力6kb，中型机的大存储能力可达64kb，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可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的存储器容量选择要受到内存利用率、开关量的i/o点数、模拟量的i/o点数和用户的编程水平这四个因素的影响。存储容量计算的种方法是：根据编程使用的节点数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来估算，总存储字数=（开关量输入点+开关量输出点）×10+模拟量点数×150，然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量。存储容量的方法是生成程序，即用了多少字，知道每条指令所用的字数，用户便可以确定准确的存储容量。

2.4编程器和电源模块选择

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产品的软件功能及编程器有所了解。小型控制系统一般选用价格的简易编程器，如果系统较大或多台plc共用，可以选用功能强，编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏ram中的用户程序，可以选用eeprom模块作为外部设备。

对于结构为模块式的plc，电源模块和额定电流大于或等于主机、i/o模块、模块等总的消耗电流之和。当使用机架时，从主机架电源模块到远一个扩展机架的线路压降小于0.25v。

2.5程序设计和总装统调

在确定控制对象的控制任务、选择好plc的机型后，就可以进行控制系统的流程设计，画出流程图，进一步说明各信息流之间的关系，然后具体安排i/o的配置，并对i/o进行地址编号。i/o地址编号确定后，再画出plc端子和现场信号联络图表，进行系统设计即可将硬件设计和程序编写二项工作平行进行，编写程序的过程就是软件设计过程。

用户编写的程序在总装统调前需要进行模拟调试。用装在plc上的模拟开关模拟输入信号的状态，用输出点的指示灯模拟被控对象，检查程序无误后便把plc接到系统里，进行总装统调，如果统调达不到指标要求则可对硬件和软件作调整，全部调试结束后，一般将程序固化在有长久记忆功能的eprom盒中长期保存。

3plc的抗干扰措施

由于plc是专为工业环境而设计的控制装置，应该具有很强的抗干扰功能，但是如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或安装使用不当都不能保证系统的正常运行，干扰会造成plc误动作或使plc内部数据丢失，甚至使系统失控，所以在系统设计时，应采取硬件措施再配合软件措施，以提高plc的性和抗干扰能力。

3.1硬件措施

（1） 屏蔽：对电源变压器、cpu、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

（2） 滤波：对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，以或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

（3）电源调整与保护：对cpu这个部件所需的+5v电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

（4） 隔离：在cpu与i/o电路间，采用光电隔离措施，有效隔离i/o间的电联系，减少故障误动作。

（5）采用模块式结构：这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查处某一模块出现故障，就能换，使系统回复正常工作，也有助于加快查找故障原因。

3.2软件措施

故障检测：plc本身有很完善的自诊断功能，但在工程实践中，plc的i/o元件如限位开关、电磁阀、接触器等的故障率远远plc的本身故障率，这些元件出现故障后，plc一般不会察觉出来，不会立即停机，这会导致多个故障相继发生，严重时会造成人身设备事故，停机后查找故障也要花费大量时间［4］。为方便检测故障可用梯形图程序实现，这里介绍一种逻辑组合判断法：系统正常运行时，plc的输入和输出信号之间存在着确定的关系，因此根据输出信号的状态与控制过程间的逻辑关系来判断设备运行是否正常。

信息保护和恢复：当偶发性故障条件出现时，不破坏plc内部的信息，一旦故障条件消失，就可以恢复正常继续原来的工作。所以，plc在检测故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储器信息被冲掉，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作。

设置警戒时钟wdt：机械设备的动作时间一般是不变的，可以以这些时间为参考，当plc发出控制信号，相应的执行机械动作，同时启动一个定时器，定时器的设定值比正常情况下机械设备的动作时间长20%，若时间到，plc还没有收到执行机构动作结束信号，则启动报警。

提高输入信号的性：由于电磁干扰、噪声、模拟信号误差等因素的影响，会引起输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故，例如按纽的抖动、继电器触点的瞬间跳动都会引起系统误动作，可以采用软件延时去抖。对于模拟信号误差的影响可采取对模拟信号连续采样三次，采样间隔根据a/d转换时间和该信号的变化频率而定，三个数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。

在硬件和软件方面采取各种措施后，大大提高。

4 结束语

随着各种技术的发展，plc的种类日益繁多，功能也逐渐增强，在产品规模上向大小两个发展。在实际工作中还要根据实际情况对plc的选用做出适当调整，以便满足期望的工业控制系统