西门子6ES7223-1PH22-0XA8库存

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合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要作用。本文就PLC的机型、I/O、存储器类型及容量和编程器、外部设备几个方面来说明选择PLC应该考虑的因素，并给出了两个PLC应用的实例。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的工业控制系统。 

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PLC在控制系统中的应用有着重要作用。 

一、机型的选择 

我国市场行的有如下几家PLC产品： 

1．施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum等产品； 
2．罗克韦尔公司（包括AB公司）PLC产品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等； 
3．西门子公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品； 
4．GE公司的产品； 
5．日本欧姆龙、三菱、富士、松下等，其中使用较多的是三菱公司F1、F2、FX2等系列产品。 

PLC机型选择的基本原则是：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比优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的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工程项目中，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；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视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）。根据不同的应用对象，表1列出了PLC的几种功能选择。

表1 PLC的功能及应用场合 

表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数 

表3 选择PLC的I/O接口模块的一般规则 

表4 控制目的估算存储器容量的方法 

在正常生产情况下．负压下降了近4kPa，功率节约了近600kW，对生产工艺和节电产生了重要作用。

    试验和实践均充分证明，烧结主风机应用变频调速足可行，而且是非常成功的。

    2）大型同步电动机应用变频调速是否可行?通过我们的实践。得到了充分的肯定。同步机应用变频调速后，抛弃了原来的异步起动的方法，由A-B高压变频系统配套，采用同步起动方法，随着电动机转矩和转速的变化，自动调节运行参数，整个过程十分平稳，对电网冲击力。A-B高压变频器可做到同步机定、转子电流及功率因数等各参数匹配，从而使运行效果达到。

    3）主引风机系统润滑在直动前由副油泵负责．起动完毕后，是由与同步机同轴的主油泵供油的。这样，在风机变频调速后，主油泵可能运行在低速状态，所以，供油系统就考虑油量的问题：怡得公司在完成这个工作时，采用了付油泵变频PID调节方式，用较少的投资，保了主风机低速时，润滑系统的正常供油。这也对主风机变频调速的实施起到了重要的保证作用。

    4）由于同步电动机的冷却是自循环风冷，当电动机转速下降时，冷却效果也会下降，但由于风机的特性所致，低速时电动机负载成立方倍下降，所以发热量也大大减少，实践明，电动机低速运转时，温度反而下降了。

    3具体方案的选择及设计框图

    大功率、高电压的变频器，在国内使用尚不普遍，因此，进行这样大的投资，认真地选择合理的方案。中高压变频器，目前从主电路的结构型式可分为交-直-交和交-交两种。交一交型变频器由于控制方式决定了其输出频率只能达到l/3～182原频率，故不能满足我们的要求，而交-直-交型变频器不受电源频率的限制，频率调节范围宽，且元件少，利用率等能满足我们的需要。交一直一交变频器由于直流部分不同，又可人为电压型和电流型。电压型变频器的输出电压为方波，当负载出现短路时或在变频器运行时投入负载，都易出现过电流，动态响应较慢，有较大的谐波分量：电流型变频器由于电流控制性好、可限制逆变装置换流失败或负载短路所引起的过电流，其运行性高，当负载为电动机时，电压近似正弦波．还能实现发电制动，把机械能变为电能回馈电网，线路结构简单，动态响应快。通过分析比较，我们选择了A-B1557型电流型高压变频器，它能保证电网电压在5.9～6.8kV范围变化时正常工作，电流谐波畸变频≤3％，cos@≥0.98，n≥97％，变频器能与大型PLC接口实现烧结工艺闭控制。   

    通过实际运行，总结出该系统具有如下特点：

    1）A-B公司的电流型1557高压变频器，运用于烧结主风机调速系统，调速范围大，运行平衡，具有良好的控制精度。

    2）同步起动电流小、没有任何电气与机械的冲击。

    3）励磁电流自动跟踪负载与转速变化，系统运行点优化。

    4）自动化通信能力强，便于上网控制。

    5）系统调试方便，运行，电动机噪声低，发热量降低30％以上

    4运行效果分析

    1）从主风机变频器投入后的情况看，用变频调速与接工频运行情况不一样。应用变频调速之前，电动机转速为1500r/min，风门不能开完，否则电动机将过载。一般正常生产时，风门开度在80％～90％之间，因此相当部分电能消耗在风门上。2000kW电动机经常运行在满载状态，同时由于我们的网路电压偏高（一般在6.3～6.7kV），电动机工作磁通接近饱和区，激磁损失增加工作电流上升。按运行记录，变频器投入后，电动机只需运行在42Hz就能满足生产要求，生产典型参数。

    电动机在正常运行情况下，年节电为

    685.9kW×24h×360d×0.904=5357263kW.hm904为其他因素系数）电费按0.46元/kW.h，可节支246万元/年。

    2）由于变频器系统起动性能非常理想，使大电动机的开停可随心所欲。一些短暂的停产，都可将风机停下，节约了这部分电耗，还减少了机械和电动机的损耗，此项每年又可节支约20万元。

    3）从工艺角度看，变频调速后，风机负压从原来的14kPa降到了10kPa左右，正好满足了烧结生产的低负压要求；同时，由于风门全打开，减少了风门损失，这部分能量在电动机不换的情况下，相对地能使风量有所增加。另外，由于变频调速能方便地与工艺参考量联系起来调控，为均质烧结技术和提高烧结矿的生产质量创造了有利的条件，这方面的效益也是非常显著的。

    5结论

    根据格钢烧结厂主引风机2000kW同步电动机使用美国A-B公司1557电压变频调速控制应用看，系统设计合理，安装、调试方便，运行十分，节能效果明显．对生产工艺有良好的促进作用，是一个成功的范例。

一、概述
造纸工业是我国的基础工业之一，国内纸浆造纸企业数量大，分布广。 旧的造纸机传动系统多采用单台普通异步电机通过皮带轮，齿轮及离合器带动各传动辊轴，以机械有级调速的方式变速驱动，机械结构复杂，运行不，维护工作量大。 而现在多数造纸企业采用多台直流电动机带动各传动辊轴的传动方式，可做到无级调速，但由于碳刷的存在使维护相当麻烦。 随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，交流变频传动系统在新型造纸机上的应用越来越广泛，交流调速范围宽、调速性能好、节能效果好、操作简便。 现代化的造纸机系统采用上位机、PLC、变频器交流电机构成的系统，完成纸机的监控、运行及生产管理。

二、造纸机变频传动系统的构成
造纸机结构上大致有流浆箱、网部、压榨部、干燥部、压光、卷曲几部分组成。传动系统是由多分部传动点组成的速度链式协调系统。 要求控制系统：
1、各分部传动点之间应保持一定的传动比，使各传动辊线速度保持一致。
2、连续平稳地拖动纸机运行。
3、具有平滑加减速，点动、爬行运行功能。

PLC通过RS485和变频器通讯，控制主传动点的起停、运行控制。同时把从变频器的运行参数及故障信息传递给上位机。上位机将的信息进行处理、图形显示、监控，数据报表的生成等工作。

三、TD系列变频器在造纸系统中的优点：
现场面板、端子控制及远程通讯控制切换操作，点动、爬行、运行切换控制。
可接入脉冲编码器反馈构成速度闭环，满足的控制要求。
对薄型纸种可考虑在卷曲级加张力传感器，确保不断纸，卷好纸。
和PLC进行RS485串口通讯，实现单主多从的数字化的速度链式同步运行，可进行单台微调及系统联调，控制精度高，确保各分部间同步运行。

1. DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC (可编程控制器) 只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC装置只实现本单元所具备的功能。

    2. 在网络方面，DCS网络是整个系统的神经，它是双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性好。而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与标准不符。在网络上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源，CPU，网络双冗余。

    3. DCS整体考虑方案，操作员站都具备工程师站功能，站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制， 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。

    4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

    5. DCS性：为保证DCS控制的设备的，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其性上高一个等级。

    6. 系统软件，对各种工艺控制方案新是DCS的一项基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量其庞大，需要确定所要编辑新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，后再用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

一、 引言 

数控技术是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制与自动检测等现代科学技术成就而发展起来的，目前在许多领域尤其是在机械加工行业中的应用日益广泛。 

数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时，数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上（例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床），其特点是，机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹，在移动过程中不切削工件。 

实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种：一是采用全功能的数控装置，这种装置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；二是采用单板机或单片机控制，这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路，特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。 

由于可编程控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、性高、体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点，因此通过实践与深入研究，本文提出了利用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的有关见解与方法，介绍了控制系统研制中需要认识与解决的若干问题，给出了控制系统方案及软硬件结构的设计思路，对于工矿企业实现相关机床改造具有较高的应用与参考。 

二、控制系统研制中需要认识与解决的若干问题 

1. 防止步进电机运行时出现失步和误差 

步进电机是一种性能良好的数字化执行元件，在数控系统的点位控制中，可利用步进电机作为驱动电机。在开环控制中，步进电机由一定频率的脉冲控制。由PLC直接产生脉冲来控制步进电机可以有效地简化系统的硬件电路，进一步提高性。由于PLC是以循环扫描方式工作，其扫描周期一般在几毫秒至几十毫秒之间，因此受到PLC工作方式的限制以及扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作。例如，若控制步进电机的脉冲频率为4000HZ，则脉冲周期为0.25毫秒，这样脉冲周期的数量级就比扫描周期小很多，如采用此频率来控制步进电机。则PLC在还未完成输出刷新任务时就已经发出许多个控制脉冲，但步进电机仍一动不动，出现了严重的失步现象。若控制步进电机的脉冲频率为100HZ，则脉冲周期为10毫秒，与PLC的扫描周期约处于同一数量级，步进电机运行时亦可能会产生较大的误差。因此用PLC驱动步进电机时，为防止步进电机运行时出现失步与误差，步进电机应在低频下运行，脉冲信号频率选为十至几十赫兹左右，这可以利用程序设计加以实现。 

2. 保证定位精度与提高定位速度之间的矛盾 

步进电机的转速与其控制脉冲的频率成正比，当步进电机在低频下运行时，其转速必然很低。而为了保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角时或工作台移动的距离又不能太大，这两个因素合在一起带来了一个问题：定位时间太长。例如若步进电机的工作频率为20HZ，即50ms走一步，取脉冲当量为δ＝0.01mm/步，则1秒钟或工作台移动的距离为20x0.01＝0.2mm，1分钟移动的距离为60x0.2＝12mm，如果定位距离为120mm，则定位时间需要10分钟，如此慢的定位速度在实际运行中是难以忍受的。 

为了保证定位精度，脉冲当量不能太大，但却影响了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同时又能保定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。 

3. 可变控制参数的在线修改 

PLC应用于点位控制时，用户显然希望当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数能作相应的修改，例如步进电机步数的改变，速度的调整等。为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用；虽然利用PLC的输入按键并配合软件设计也能实现控制参数的在线修改，但由于PLC没有提供数码显示单元，因此需要为此单设计数码输入显示电路，这又将大地占用PLC的输入点，导致硬件成本增加，而且操作不便，数据输入速度慢。所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。 

4. 其他问题 

为了实现点位控制过程中数字变化的显示及故障输出代码的显示等要求，另外还得单设计PLC的数码输出显示电路。由于目前PLC I/O点的价格仍较高，因此应着重考虑选用能压缩显示输出点的合适方法。此外，为保证控制系统的与稳定运行，还应解决控制系统的保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。 

三、控制系统方案 

1. 将定位过程划分为脉冲当量不同的两个阶段 

要获得高的定位速度，同时又要保定位精度，可以把整个定位过程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。这两个阶段均采用相同频率的脉冲控制步进电机，但采用不同的脉冲当量。粗定位阶段：由于在点位过程中，不切削工件，因此在这一阶段，可采用较大的脉冲当量，如0.1mm/步或1mm/步，甚。例如步进电机控制脉冲频率为20HZ，脉冲当量为0.1mm/步，定位距离为120mm，则走程所需时间为1分钟，这样为速度显然已能满足要求。精定位阶段：当使用较大的脉冲当量使或工作台快速移动至接近定位点时，（即完成粗定位阶段），为了保证定位精度，再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段，让或工作台慢慢趋近于定位点，例如取脉冲当量为0.01mm/步。尽管脉冲当量变小，但由于精定位行程很短（可定为全行程的五十分之一左右），因此并不会影响到定位速度。 

为了实现上述目的，在机械方面，应采用两套变速机构。在粗定位阶段，由步进电机直接驱动或工作台传动，在精定位阶段，则采用降速传动。这两套变速机构使用哪一套，由电磁离合器控制。 

2. 应用功能指令实现BCD码拨盘数据输入 

目前较为的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。如果说基本逻辑指令是对继电器控制原理的一种抽象提高的话，那么功能指令就象是对汇编语言的一种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。拨盘共有0~9+个位置，每一位置都有相应的数字指示。一个拨盘可代表一位十进制数据，若需输入多位数据，可以用多片BCD码拨盘并联使用。 

笔者选用BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统，这样再设计数码输入显示电路，有效地节省了PLC的输入点，简化了硬件电路，并利用的功能指令实现数据的存储和传输，因此能方便地实现数据的在线输入或修改（如计数器设定值的修改等），若配合简单的硬件译码电路，就可显示有关参数的动态变化（如电机步数的递减变化等）。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动，设置一输入键，当确认各片拨盘都拨到位后再按该键，这时数据才被PLC读入并处理。 

3. “软件编码、硬件解码” 

为满足压缩输出点这一前提条件，采用“软件编码、硬件解码”的方法设计PLC的数码输出显示电路。例如，对于9种及其以下的故障状态显示，可采用8-4软件编码，4-8硬件解码，使显示故障的输出点压缩为4个，硬件电路包含74LS04、74LS48、共阴数码管等器件。 

4. PLC外部元件故障的自动检测 

由于PLC具有高的性，因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障，应不仅具有声光报警功能，而且能立即显示故障代码，以便用户据此判断出故障原因。为节省篇幅，此项内容的程序设计思路见参考文献。 

四、控制系统的软硬件结构 

1. 软件结构 

软件结构根据控制要求而设计，主要划分为五大模块：即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。 

由于整个软件结构较为庞大，脉冲控制器产生0.1秒的控制脉冲，使移位寄存器移位，提供六拍时序脉冲，通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y430、Y431、Y432按照单双六拍的通电方式控制步进电机。为实现定位控制，采用不同的计数器分别控制粗定位行程和精定位行程，计数器的设定值依据行程而定。例如，设或工作台欲从A点移至C点，已知AC＝200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量快速移动，利用了6位计数器（C660/C661），而BC段为精定位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量定位，利用了3位计数器C460，在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动接通电磁离合器输出点Y433以实现变速机构的换。 

五、结束语 

系统试验表明，本文提出的应用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的方法能满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。所研制的控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可应用于工矿企业的相关机床改造。