西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8产品

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初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。

如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。。

3.1用于开关量控制

PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。

所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的；即时的、延时的；不需计数的，需要计数的；固定顺序的，随机工作的；等等，都可进行。

PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。

用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。目前，PLC用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并地用于开关量的控制。

3.2用于模拟量控制

模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。

作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。

PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。

A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC。D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。

作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。可读写）交换信息等等特点。

这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA。有的还可处理正负值的。

这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。

A/D、D/A有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。

有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC并不难。中、大型PLC处理能力强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。计算机能算的它几乎都能算。

这样，用PLC实现模拟量控制是可能的。控制的单位值可小到212分之一的测量程值，多数也是足够的。

PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。

用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。

当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。这也是应当看到的。

3.3用于运动控制

实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有运动控制。如机床部件的位移，常以数字量表示。

运动控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，国家的金属切削机床，数控化的比率已过40％～80％，有的甚。

PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也可以用于数字量控制。

PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹。可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k。有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），则可以依NC的原理实现种种控制。 
 

高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若PLC配置了这种单元，则可以用NC的办法，进行数字量的控制。

新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为好地用PLC进行数字控制提供了方便。

3.4用于数据采集

随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如德维森公司的PLC，其数据存储区（DM区）可达到9999个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。

数据采集可以用计数器，累计记录到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去。

数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中去。

PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。

PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。

电力用户曾使用PLC，用以实时记录用户用电情况，以实现不同用电时间、不同计价的收费办法，鼓励用户在用电低谷时多用电，达到合理用电与节约用电的目的。

3.5用于信号监控

PLC自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。

其实，可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。

这里介绍一种用PLC定时器作，对控制对象工作情况进行监控的思路。

如用PLC控制某运动部件动作，看施加控制后动作进行了没有，可用办法实现监控。具体作法是在施加控制的同时，令定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，报警。

若时，说明不正常，可作相应处理。

如果控制对象的各重要控制环节，都用这样一些"看"着，那系统的工作将了如指掌，出现了问题，卡在什么环节上也很好查找。

还有其它一些监控工作可做。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的。它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的性。

3.6用于联网、通讯

PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。

PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的管理，使PLC用起来方便。

为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。

PLC与PLC也可通讯。可一对一PLC通讯。可几个PLC通讯。可多到几十、几百。

PLC与智能仪表、智能执行装置（如变频器），也可联网通讯，交换数据，相互操作。

可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或大。

可组成局部网，不仅PLC，而且计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置组织在一个网中。

网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。

联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点（Point）、到线（（Line）再到面（Aero），使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的面前。

以上几点应用是着重从质上讲的。从量上讲，PLC有大、有小。所以，它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说，工业控制的大小场合，都离不开PLC。 
 

一般讲，工业生产过程可分为两种类型；连续型生产过程（如化学工业）及非连续型，即离散型生产过程（如机械制造业）。前者生产对象是连续的，分不出件的；后者为离散的，一件件的。由于PLC有上述几个方面的应用，而且，控制的规模又可大、可小，所以，这两种类型的生产过程都有其用武之地。

事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，一些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它。

PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。

 本案例应用于上海宝钢集团上钢一厂连铸连轧项目的大型空压站。该站有6台每分钟供气200立方的螺杆式空压机，6台200立方处理量的冷冻式干燥器，另有两台80立方处理量的吸附式干燥器，采用母管制连接方式生产压缩空气。用户要求：

    1）每台设备应有自动控制和联锁保护装置，并配有触摸屏供现场观察各工艺参数和设备状态，可手动/自动切换操作及紧急停机；

    2）现场控制室应有计算机操作站，通过建立设备网络，监控整个生产过程；

    3）空压房的操作站应与厂区控制联网，由控制的控制器实时远程监控，实现空压站无人值守。

    2．系统构成

    2.1．控制网络结构的确立

    由于控制选用AB公司的PLC构筑自控系统，并采用DH+网络实施远程联网。为保持一致性，空压站自控设备选用AB公司的小型PLC——SLC-500系列可编程控制器，其带有DH+网络接口，支持DH+和DH-485网络协议。原设计为单一DH+网络结构，后仔细分析了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了分级控制网络的实施方案，如图1所示。其基本理由是：

    1）技术性考虑，单一结构网络在节点数量较大时性不够理想。因为各设备控制器均挂在同一网络上，任何一台出现通信故障都可能影响整个网络，严重时会引起网络瘫痪，无法实现远程监控。虽然本案例的设备总数并不算很多，但考虑到对无人值守的高标准要求，将设备网分为上层DH+和下层DH-485两级网络，以达到分散危险，提高网络有效性和性的目的。

    2）经济性考虑，满足基本要求的前提下，采用的微型PLC替代。干燥器设备的生产工艺相对较简单，控制点数不到10点，模拟量信号输入点数也不多，动态响应的时间常数相对较大，微型PLC——Micrologix1200可以满足要求。其成本可降低一半，每套约节省2万元，总计可达15万。

    分级网络的特点：

    a)远程控制网——DH+网络（增强型数据高速公路）连接控制控制器与空压站主控制器0#SLC，传输空压站系统的重要信息参数及各设备运行状态，并实现控制的远程控制操作。

    b)上层设备网——DH+网络，连接现场主控制器0#SLC，1#-6#空压机子站SLC，以及作为通信控制器的7#SLC。0#SLC除负责与远程控制网连接外，还承担所有子站的信息集成和控制信号的传递。

    c)下层设备网——采用DH-485网络，7#SLC通信控制器作为上下网的联接器集成各干燥器控制子站1#-8#M1200的数据信息，并传递远程控制信号。M1200和触摸屏均通过通信模块NET-AIC挂接到DH-485网上。

    DH+网络为AB公司推出的工业局域网之一，它是早为可编程序控制器提供远程编程支持的控制网络。它可以在可编程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC5/04）、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有RS-232-C/RS-422接口的设备之间提供点对点通信。一个DH+网络多可以连接99个DH+链路，每个DH+链路多可以连接64个节点（智能化设备）。它采用双绞线或屏蔽同轴电缆连接，每个链路的传输速率为57.6KBps，115.2KBps和230.4KBps三种可选，传输距离可达10,000英尺（3048米）。DH+网络支持从远程链路进行组态、编程以及故障查询等。

    DH-485是一种对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性的工业局域网络，主要用于车间级各种设备之间的数据传递；具有多主功能，在令牌传送协议下工作，网络的大长度为1219m。DH-485能够连接多达32个节点的设备，包括SLC500和Micrologix1200可编程控制器、操作员终端和个人计算机等。其大传输速率可达19.2KBps。

    图1分级控制网络示意图

    2.2硬件配置

    现场控制室——操作站计算机PC，主控制器0#SLC（SLC-504）带有标准RS-232C/DH+/8针圆形接口，共3个网络接口。配置模拟量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，共计128点，所有开关量输出均采用继电器隔离。0#SLC控制各设备子站以外的系统测点和阀门。

    空压机子站——1#-6#SLC可编程控制器（SLC-504），分别配有包括模拟量输入在内的64点I/O模块；通过DH+接口连接到上层设备网。

    干燥器子站——1#-8#M1200微型可编程控制器（Micrologix1200自带24点I/O），配接12点模拟量输入I/O模块，通过NET-AIC通信模块接入DH-485下层设备网。PV-500彩色触摸屏也由通信模块的9针插头连接到DH-485网。

    2.3．软件组成和工作程序

    网络连接软件RSLinx它在车间级设备与各种应用软件之间提供通讯功能，它可组态网络的通讯协议（即选择PLC控制网络的协议，如DH-485协议，DH+协议），传输波特率，驱动程序等，完成网络的初始化和令牌管理。

    编程软件RSLogix500可使用户在DH-485网或DH+网上对控制器（SLC500、Micrologix1200）进行编程，网络上的任一个工业终端可以用来对网络上的所有控制器编程。用户既可以将程序下载到有关设备中，又可以从设备上载已有的程序，调试程序，的运行。

    工作站组态软件RSView32设在现场控制室的操作站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，联锁保护，以及数据处理和通信传输。

    通信传输工作程序如图2所示。在本案例中，从控制控制器经现场控制室操作站到7#SLC通信控制器，均采用自上而下的方式读/写目标控制器的数据区数据，由数据传送指令完成数据通信，实现信息集成和远程控制。

    图2通信传输工作流程示意图

    3．难点问题和解决方法

    整个控制系统随同设备于2003年7月初步完成安装调试工作，进入试生产。2004年2月正式投产，满负荷运行，情况良好，达到设计的预期目标。期间出现过的主要问题为：

    1）通信故障引起远程监控失效两次（上层设备网）。分析可能的原因，通信电缆使用了带屏蔽的普通信号电缆而非控制设备规范要求的双绞线屏蔽电缆，易受现场干扰；软件方面对通信异常未设置必要的处理程序。

    解决方法——将原来115.2KBps通信传输速率降低到57.6KBps，以提高的性；软件方面做了相应的改动，此后未再出现过类似通信故障。

    2）通信传输延时，实时控制滞后（下层设备网）。经分析获悉，DH-485令牌总线网络结构的工作模式使得7#SLC通信控制器需要多个循环才能对下层网各设备控制器扫描一遍，加之网络传输速率相对较低，在传输数据量较大时，出现控制延时达7-8秒。

    解决方法——由于系统结构已定，硬件无法改变，所以在软件方面加以进。速率提高到上限19.2KBps；再软件程序，采用控制操作指令的策略，控制滞后的操作可得到改善。

    4．小结

    ·控制系统网络化可有效实现空压站远程监控，无人值守。本案例的成功实施是一个很好的示例。

    ·分级控制网络的实施，分散了故障危险，可提高网络运行的有效性和性。

    ·综合分析生产实际情况，以及评价控制设备的各项性能指标，有助于制订经济性的控制方案，从而降低投资成本，提高经济效益。

    改进方向：

    1）引入故障检测和故障诊断的处理程序，系统的智能化程度可得到提高，有利于进一步改善自控系统的有效性和性。

    2）优化调度策略，软件联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，并由此获得大的效益