西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0产品规格

西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0产品规格

在棉纺织企业广泛使用喷气织机的情况下，空压站建设是一项重要的辅助工程。在天津纺织园区所有空压站配备的主要设备为离心式空气压缩机、冷冻式空气干燥器，通过储气罐、连接管道和阀门等组成压缩空气供气系统，并配套冷却系统、仪表空气系统，计算机检测系统，以实现空压站为生产保证不同压力、不同负荷的用气需求。在此前提下确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气等是空压站自动控制的基本任务。随着自动化水平的不断提高，关于建设无人值守空压站的讨论，是一个发展过程中的必然的课题。

空气系统自动控制的必要性
应用在天纺控股有限公司棉纺一工厂的空压站，安装有4台70M3/min 4台，53M3/min 4台，48M3/min 2台，43M3 /min 4台离心式空压机和1台42.5M3/min螺杆式空压机，配有相应处理量的冷冻式干燥器。空压机设备自身带有的CMC控制器，能够自动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能自动根据用气量的大小加载或卸载，并配有LCD显示屏供现场观察各工艺参数和设备状态，具有RS422/485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。
目前，空压站的自控系统通过西门子S7-300可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进PLC控制系统，并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。
空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有重要的意义：
■ 单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。
■ 整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约多的能源，节省人力成本。
■ 可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。
■ 可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力等。
在已有的PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。
除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来，实现空压供气设备的自控。

空压站其他系统的自动控制
除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。
自动控制具有以下优点：
■ 操作简单，可以实现无人值守；
■ 良好的实时调节，防止了人为因素滞后；
■ 具有高性；
■ 减轻工作人员负担；
■ 节省人力成本。

需要控制的参数和可能的控制方式
空压站需要的控制需求；⑴高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）； ⑵系统自动排水控制； ⑶循环水液位控制和自动加药控制； ⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。
空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现：
⑴采用PLC系统进行通讯和控制。
⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。
种方法性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。
二种方法是通过控制系统的计算机进行单的分析运算进行控制，它具有较好的灵活性，但缺点是如果出现如计算机死机等故障时，有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。
除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制联网，由控制的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。

系统构成
对于以上讨论，如果需要实现空压站的整体自控，又许多成熟PLC自控系统可以选用，现以ZH公司的PLC自控系统为例。
该自控系统选用西门子S7-300系列可编程控制器，带有RS422/485网络接口，支持MODBUS等相关网络通讯协议。该系统可以采用工业通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立分级控制网络的实施方案，如图1 所示。
■ 硬件配置
现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等），PLC和监控计算机。
■ 软件功能
选用的工业组态软件（如WINCC或iFIX）用来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息，设备控制，故障报警，连锁保护，以及数据处理和通信传输。
在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够提高系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和性，通过优化调度策略，软件连锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到高层次，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得大的效益。

结论
总之通过自动化控制可以克服由于人为因素造成的调节滞后等不利因素，减少运行参数的波动，达到减少用工和节约能源的目的。对于提升天纺控股有限公司的整体技术水平是相当重要的。

1引言
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*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*，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。
2 PLC在安装和维护时应注意的问题
2.1 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*，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。
2.2 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。
2.3 接地
良好的接地是保证PLC可*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*近PLC。
2.4 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。
2.5 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开路的NPN管。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管，在串联二管上的电压应小于4V。若使用带发光二管的舌簧开关，串联二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。
2.6 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。
3 结语
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。

--- 本例说明如何以自由协议实现计算机与S7-200的通信，计算机作为主站，可以实现对PLC从站各寄存器的读/写操作。
---- 计算机通过COM口发送指令到PLC的PORT0（或PORT1）口，PLC通过RCV接收指令，然后对指令进行译码，译码后调用相应的读/写子程序实现指令要求的操作，并返回指令执行的状态信息。

通信协议

---- 在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）、接受指令（RCV）来控制通信操作。在自由口模式下，通信协议由梯形图程序控制。

指令格式定义

计算机每次发送一个33字节长的指令来实现一次读/写操作，指令格式见表1 说明：

起始字符
---- 起始字符标志着指令的开始，在本例中被定义为ASCII码的"g"，不同的PLC从站可以定义不同的起始字符以接收真对该PLC的指令。

指令类型
---- 该字节用来标志指令的类型，在本例中05H代表读操作，06H代表写操作。

目标PLC站地址
---- 目标PLC站地址占用指令的B2、B3两个字节，以十六进制ASCII码的格式表示目标PLC的站地址。

目标寄存器地址
---- 在PLC内部可以用4个字节来表示一个寄存器的地址（但不能表示一个位地址）。前两个字节表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。

00 00（H）：	-	I寄存器区
01 00（H）：	-	Q寄存器区
02 00（H）：	-	M寄存器区
08 00（H）：	-	V寄存器区


例如：


IB000的地址可表示为	-	00 00 00 00（H）
VB100的地址可表示为	-	08 00 00 64（H）




读/写字节数M
---- 当读命令时，始终读回从目标寄存器开始的连续8个字节的数据（转换为十六进制ASCII码后占用16个字节），可以根据自己的需要取用，M可以任意写入。
---- 当写命令时，M表示的是要写入数据的十六进制ASCII码所占用的字节数。例如要写入1个字节的数据，数据在指令中以十六进制ASCII码表示，它将占用2个字节，此时应向M中写入"02"。同理，如果要写入5个字节的数据，M中应写入"0A"。

要写入的数据
---- 要写入的数据在指令中以十六进制ASCII码的格式表示，占用指令的B14-B29共16个字节。数据区填满，但只有前M个字节的数据会被写入目标寄存器。一条指令多可以写入8个字节的数据（此时M中应写入"10"，代表十进制的16）

BCC校验码
---- 在传输过程中，指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令当然是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的。
---- 在本例中，bcc为指令B1到B29的异或和，BCC为bcc的十六进制ASCII码。
---- bcc=B1 xor B2 xor B3 xor B4 xor …… xor B29

结束字符
---- 结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为ASCII码的"G"，不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收真对该PLC的指令。

PLC在接到上位机指令后，将发送一个21字节长反馈信息，格式见表2
说明：

起始字符
---- 起始字符标志着反馈信息的开始，在本例中被定义为ASCII码的"g"，不同的PLC从站可以定义不同的起始字符，这样上位机可以根据信息的起始字符来判断反馈信息的来源。

状态信息
---- 该字节包含指令执行的状态信息，在本例中

01H	-	代表	-	读取正确
02H	-	代表	-	写入正确
03H	-	代表	-	BCC校验码错误
04H	-	代表	-	指令不合法




数据区
---- 反馈信息的B3到B18为读指令所要读取的数据，以十六进制ASCII码表示。

BCC校验码
---- 与上位机指令中的BCC校验码类似，它是反馈信息B3到B18的异或和。

结束字符
---- 结束字符标志着反馈信息的结束，在本例中被定义为26H。

指令中为何要使用ASCII码
---- 一条指令除包含数据外，还包含必要的控制字（起始字符、结束字符、指令类型等）。如果指令中的数据直接以其原本的形式传输，则不可避免的会与指令中的控制字发生混淆。
---- 例如本例中，指令的起始字符为"g"，其ASCII码值为67H，结束字符为"G"，其ASCII码值为47H。设要写入的数据中也有47H，并且数据直接以其原本的形式传输，则PLC会因为接收到了数据中的47H而停止接收，这样PLC接收到的指令将是一个不完整的非法指令，很可能造成PLC的误动作。
---- 为了避免这种情况的发生，可以用文本来传送二进制数据。通过以16进制ASCII码的格式描述数据，每个二进制的字节都可以表示成一对ASCII编码，这对编码表示这个字节的两个16进制字符。这种格式可以表示任何的数值，仅仅使用ASCII代码的30H到39H（表示0到9）和41H到46H（表示A到F）。ASCII码的其余部分可以用作控制字（起始标志、结束标志、指令类型等）。这样，数据中的47H以ASCII码的形式进行传送就变成了34H 37H 两个字节，从而避免了PLC因接收到数据中的47H而停止接收的错误。
表1 上位机指令格式

PLC程序执行过程
---- PLC在次扫描时执行初始化子程序，对端口及RCV指令进行初始化。初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接受状态。
---- RCV会将以"g"开头"G"结尾的指令保存到接收缓冲区，并同时产生接收完成中断。
---- RCVcomplete中断服务程序用来处理接收完成中断事件，它会将接收缓冲区中的十六进制ASCII码还原成数据并保存，同时置位Verify子程序的触发条件（M0.1）。 ---- Verify子程序复位本身的触发条件以防止子程序被重复调用，然后求出接收缓冲区中指令的BCC校验码并与指令中的BCC校验码进行比对。如果相等则置BCC码校验正确的标志位（M0.0）为1；如果指令格式正确（指令的结束标志在接收缓冲区中特定的位置VB133）而BCC码不相等，则发送代表BCC校验码错误的反馈信息；如果指令格式不正确（VB133中不是指令的结束标志），则返回代表指令格式错误的反馈信息。
---- Read子程序的触发条件为：指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为读指令、BCC检验码正确。当条件满足时，Read子程序被执行。Read子程序禁止RCV，然后将指令所要读取的数据转换成十六进制ASCII码并写入发送缓冲区、计算BCC检验码、后发送反馈信息。
---- Write子程序的触发条件为：指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为写指令、BCC检验码正确。当条件满足时，Write子程序被执行。Write子程序禁止RCV，然后将指令中的数据写入目标寄存器，后发送代表写入正确的反馈信息。
---- PLC每接到一条指令后都会发送一条反馈信息，当反馈信息发送完成时，会产送完成中断，XMTcomplete中断服务程序用来处理发送完成中断事件。在XMTcomplete中断服务程序中所要执行的操作包括：复位BCC校验码正确的标志位（M0.0）；允许RCV；bcc码寄存器清零；重新装入用于计算BCC校验码的地址指针；接收缓冲区中存放指令结束字符的字节VB133清零（用来判断下一条指令格式是否正确）。