西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8技据

西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8技据

可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。
可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。
一、工作量
这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的要条件，一般选择比控制点数多10%～30%的PLC。这有几方面的考虑：
1、可以设计过程中遗漏的点；
2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；
3、将来增加点数的需要。
二、工作环境
工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够
适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。
三、通信网络
现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统解决的问题，但各厂家的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：
1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；
2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；
3、是否有利于将来。由于各厂家的通信协议各不相同，上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。
四、编程
程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。
1、编程方法
一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。
2、编程语言
编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：
（1）梯形图
这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；
（2）顺序功能图
它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；
（3）功能块图
它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；
（4）结构化文本
这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；
（5）指令表
它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。
厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的Xbbb编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。
3、存储器
PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512～128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。
PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。
4、易于改
PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意改控制结构（或控制过程），这就要求改程序方便快捷。
5、是否有模块
部分生产厂家的PLC产品提供一些模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。
五、与监控系统的通信
1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，
仍能很好地控制现场。
2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点相应的控制方案，应该说仍以PLC为；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。
六、可延性
这里包括三个方面含义：
1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；
2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。
3、产品的新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。
七、售后服务与技术支持
1、选择好的公司产品；
2、选择信誉好的代理商；
3、是否有较强的售后服务与技术支持。
八、性价比
相对于自控系统性能的好坏于价格的选择。只是在几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。
在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是考虑的，而存在的问题也通过其它替代方式加以解决。
一般来说通过前5项的比较，已可确定2～3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情。

PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题

一、工作环境
1. 温度

   PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足

   够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境过55℃，要安装电风扇强迫通风。

   2. 湿度

   为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。

   3. 震动

   应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避

   免震动时，采取减震措施，如采用减震胶等。

   4. 空气

   避免有腐蚀和易燃的气体，例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。

   5. 电源

   PLC供电电源为50Hz、220(1±10%)V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示。

   FX系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器(如光电开关或接近开关)提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

   二、安装与布线

   1. 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。

   2. PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。

   3. PLC的输入与输出分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

   4. PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单敷设，以防止外界信号的干扰。

   5. 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

   三、I/O端的接线

   1. 输入接线

   (1)输入接线一般不要过30米。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)尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。

   2. 输出连接

   (1)输出端接线分为立输出和公共输出。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。

   (2)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。

   (3)采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。

   (4)PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

   四、外部电路

   为了确保整个系统能在状态下工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC外部应安装必要的保护电路。

   (1)急停电路。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PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。

   (2)保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。

   (3)可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在状态下运行，需设计外电路加以防护。

   (4)电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断过10秒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。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。

   (5)重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在状况下运行。

   五、PLC的接地

   良好的接地是保证PLC工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100Ω；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PLC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，也做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。

   六、冗余系统与热备用系统

   在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有高的性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。

   1. 冗余控制系统

   在冗余控制系统中，整个PLC控制系统(或系统中重要的部分，如CPU模块)由两套相同的系统组成如图2所示。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间在1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。

   2. 热备用系统

   在热备用系统中，两台CPU用通讯接口连接在一起，均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单。

印花段是由主电机带动一个辊子，辊子带动厚2mm多的脂导带转动。由直径较小的被动辊拉紧导带，使辊子与导带间无打滑，导带在两辊间形成一平面，坯布贴紧导带经由到后一。后进入烘房将布烘干。只要圆网与导带速度同步，且各圆网间相位没有误差，就能保在高速运动中达到较高的印花精度（0.1mm~0.05mm）。早期的圆网印花机是通过1：1的机械减速箱长轴传动方式来同步导带和网子，机械传动间隙和磨损对印花精度直接影响。

二、技术分析

导带由一台伺服电机驱动主辊（也可用变频+电机，视成本要求定），并用一个编码器采集主辊的角速度。由的运动控制器控制。

12个网头由12台伺服电机单驱动，由的运动控制器控制同步，通过编码器采集的主辊角速度跟踪布速。

12个网头，可自动调整相位实现对花。（但用户要求在每个网头配有按钮操作，控制电机的起停用于选择哪些电机投入运行和以及实现手动对花）。

进布、烘房、落布的传动采用变频器+电机。

整个工艺中的温度、压力、机械、电气部分结合起来。包括进布导带速度，印花时的刮浆，烘房导带速度、烘房温度控制等。系统中会需要较多的I/O控制，所以需再选择PLC。

人机界面。实时监测各网头工作状态、故障及导带速度，以便操作人员随时掌握印花效果及时处理。运动控制器和PLC各配一个彩色触摸屏。

三、电气配置

4、坯布贴紧导带以设定速度前行，被与坯布保持同速度的带有不同图案或色彩的圆网依次滚过，逐次印上12种图案或色彩。后形成了具有12种色彩的花布。然后送入烘房加热吹风干燥，落布，卷布。完成。

系统由操作员工作站，工程师工作站，工业以太网交换机，多台T9系列可编程控制器，T9系列以太网远程模块构成。
操作员工作站采用标准的PC兼容机，运行XP系统，软件采用标准组态软件，构成控制画面和人工监视控制接口，保存实时数据，历史数据。工程师工作站主要完成系统的组态，网络组态，以及PLC的程序编制。
多台工业以太网交换构成环网，既降低了成本又保了网络的性。也可以选用的商用以太网交换机。一般每台交换机有16个10M/100M接口就足够了，也可以选用8口的交换机。T9系列可编程控制器和T9系列以太网远程模块的以太网口接入以太网交换即可。
腾控T9系列可编程控制器和T9写了以太网远程模块是腾控科技开发的宽温以太网一体化控制器，其工作温度范围宽达-40~85摄氏度，每个产品都有以太网接口，都支持腾控科技的ENET协议。通过ENET协议，腾控PLC，腾控以太网远程模块间可以共享数据，实现互相操作。
T9系列产品与操作员工作站，工程师工作站通过MODBUS TCP进行通信，可以显示实时数据，历史曲线，历史趋势，调整控制策略等。
T9PLC间通过ENET协议，实现客户/服务器模型的通信，一般来说，我们遵循如下的编程原则，数据的提供者是服务器，数据的使用者是客户端，输出者运算的原则。

T9系列可编程控制器支持IEC61131-3标准，其编程调试口就是以太网接口，可以非常方便的实现程序的下载和调试，跟踪等，而且支持动态改变下载。每台PLC可以支持高达16个MODBUS TCP的链接，可以支持多台主机的同时访问，在ENET协议中，可以支持不限个数的客户端访问，每个PLC多发起8个ENET客户端，可以同时与多8台PLC进行通信。
T9系列PLC和远程IO模块共包括如下型号
T910  1个10M/100以太网接口，8路16位模拟量输入，2路12位模拟量输出，12路开关量输入，其中2路可以作为高速计数，8路继电器输出，3个串口。
T910S  1个10M/100以太网接口，8路16位模拟量输入，12路开关量输入，其中2路可以作为高速计数，8路继电器输出，3个串口。。
T920   1个10M/100以太网接口，1路10位模拟量输入，18路开关量输入，其中2路可以作为高速计数，12路继电器输出，2个串口。
T912   1个10M/100以太网接口，12路16位模拟量输入，4路12位模拟量输出，15路开关量输入，其中2路可以作为高速计数，6路继电器输出，3个串口。 
T901    1个10M/100以太网接口，32路开关量输入，其中2路可以作为高速计数，2个串口 
T902    1个10M/100以太网接口，24路继电器输出。2个串口
T903    1个10M/100以太网接口，32路16位模拟量输入。2个串口
T906    1个10M/100以太网接口，8路四线制PT100/PT1000输入，16位AD。2个串口
T907     1个10M/100以太网接口，16路热电偶输入，16位AD。2个串口