6ES7211-0AA23-0XB0参数选型

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1  引言
    cp-316h是安川公司生产的一种小型plc系统控制器，其本机i/o有8点数字型输入，4个数字型输出，2个模拟型输入，2个模拟型输出和一个脉冲输入，通信接口215和216及rs-232串口，从而实现i/o本地控制、plc主从站通信、变频器通信、变频器模拟量控制等功能。2个模拟型输出即有2个通道，输出范围一、-10v至10v(-31206至＋31205)，二、0至10v(0至＋31205)。通道0和通道1的范围可以(cp-717工程管理器中)改变。输出误差大±1%。而本文正是通过cp-316的上述功能特点，来说明如何用plc输出模拟量进行控制来实现g7变频器的速度调节。

2  硬件接线、软件及变频器的设定
    利用cp-316h 本机i/o cn5口输入/输出连接器 14接线端子和15接线端子为模拟量输出。14接线端子模拟量输出+0，15接线端子模拟量输出-0接地。变频器g7本机a3接线端子和ac接线端子为模拟量输入。将cp-316h模拟量输出14和15接线端分别和g7变频器的i/o口a3和ac连接(图1)。

图1  plc和g7变频器的硬件接线

    完成硬件电路连接后，我们要对其进行软件配置，打开cp-717工程管理器，建立组文件夹→定单文件夹→plc文件夹，在plc文件夹中选择机型cp-316h，并命名plc名。打开进入cp-316hcpu1的定义文件夹，选中打开模块构成(图2)。对cp-316h而言这些输入输出的都是默认的，不需要做任何的改。

图2  cp-316h的模块构成

    我们只需要对输出模拟量的状态进行变。在基本i/o内打开子画面，选中模拟量输出a1的下拉菜单选项内把原来的-10—+10变为0—+10，并由寄存器ow0001输出0到10v(图3)。

图3  基本i/o内的子画面

    cp-717工程管理器设置终了后，还对g7变频器进行参数的设定，如不进行变频器参数的情况下，是无法正常运行。具体参数设置如附表。

附表  g7变频器部分参数的设定

3  plc程序的应用编写
    在程序编写时，要充分考虑到设备工艺的要求，也就是说那一段工艺区需要那一种速度。下面我们来讨论一下速度是如何通过plc输出模拟量来调节的。我们在cp-717工程管理器中的机型cp-316h的plc项目里建立dwg h高速画面程序文件，编写速度设定数据传送程序(图4)。

图4  速度控制数值传送

    在图4中是一段速度控制值的传送程序，也就是把预先设定好的速度值#w常数表放到dw寄存器内，在程序中把速度设定为10种，即10%-**的速度(按输出频率50hz计算的话，即5hz=10%……50hz=**)。#w0000-#w0009的数值指向dw0000-dw0009。#w0000-#w0009寄存器的数值可在常数表中设置(图5)。

图5   #w常数表中的速度设定

    由于把速度细分为10种，所以要在每个的#w0000-#w0009寄存器中设置不同的数值，但通过上述得知，plc模拟量输出的范围我们已经设置为0至10v，但由于plc的数值范围是0至＋31205，也就是说当plc输出数值为0时，模拟量电压为0v，输出数值+31205时，模拟量输出为10v。10%速度时输出约1v，#w0000设定3120；20%速度时输出约2v，#w0001设定6240；30%速度时输出约3v，#w0002设定9360；40%速度时输出约4v，#w0003设定12480；50%速度时输出约5v，#w0004设定15600；60%速度时输出约6v，#w0005设定18720；70%速度时输出约7v，#w0006设定21840；80%速度时输出约8v，#w0007设定24960；速度时输出约9v，#w0008设定280280；**速度时输出约10v，#w0009设定31200。ow0001输出寄存器在模块配置中已经设置完成(即cp-316h 14接线端子和15接线端子的输出)，我们只需要设计模拟量的输出程序(图6)。

图6  模拟量输出程序

    程序(图6)初始状态下，由于sb0004是系统寄存器常时on，把0000传送给dw0010寄存器，再由dw0010寄存器的送给ow0001输出寄存器，所以ow0001的数值为0，无输出电压，变频器无输出。当mb006000接通为on后，会覆盖ow0001的原有数据0000变成dw0010的数据，这是把dw0000寄存器内3120传送给dw0010得到的，ow0001输出为1v(cp-316h14和15接线端有电压输出)，变频器接受到10%(5hz)的速度，开始输出去驱动马达。mb006000-mb006009轮流接通都有一个dw0000-dw0009寄存器中的数据通过dw0010传送给ow0001，产生不同的速度给定，大速度值使用limit指令限制。值得注意的是即使sb0004和mb006000同时为接通on的情况下，数值大的会自动覆盖数值小的，就变成mb006000为on的3120。要是mb006001为on，也一样覆盖了3120，变成了6240(20%(10hz)速度)。当sb0004、mb006000、mb006001同时on，ow0001的输出数值也会自动的取决大的即6240。所以说，不管每段的数值怎么样(或全部为on)，终还是取决数值大的哪个。在程序设计中使用sb0004一直保持接通是为了防止当mb006000或其它mb006001-mb006009给定数值断开后写入一个0000数值，ow0001寄存器变为0000，保变频器无输出，如果不写入0000数值的情况下，例即使mb006000断开off后，在ow0001输出寄存器内仍有3120的数值，而变频器依旧有输出，所以要写入0000。以上是一段应用程序，可以在学习中作为实践的程序使用，稍加修改后也可在实际中应用，但在实际中使用时终还是要取决用户设备在实际生产工艺的要求进行设计。

4  结束语
    当g7变频器设置为数字控制器的话，要按面板上的run键，才能运行。切换正反转，按面板上的fwd/rev键实现。设置为控制回路端子输入的话，只要通过硬件接线来接通或断开多功能端子(可在变频器参数内设定输入功能)即可以实现远程控制方式。通过cp-316h对变频器实施模拟量控制进行速度调节后，电气控制的自动化程度有了明显的提高，可满足速度频繁多变的场合中。

 监控层借助工厂主干网，通过交换机和光纤双环网进入控制层ethernet，控制层通过控制器i/o接口和现场仪表及执行器与现场层交换信息。包括工厂信息管理和生产管理，管理数据交换通过工厂主干网实现。主干网采用tcp／ip-ethernet网络协议标准。操作站终端通过监控界面，直接查看现场监控画面和生产过程数据，并进行管理。
    控制层包括plc控制站和交换机，用于控制室、现场控制设备和各现场控制装置间的连接。通信网采用ethernet。具有高性、高使用性、实时性强、有自诊断功能、容易接入新站等。
    现场层用于连接过程控制中的传感器、执行器、智能仪表等。
    现场控制室控制系统设备包含操作员站、工程师站、schneider quantum plc控制器等系统设备。控制系统采用dcs现场总线结构实现。上位机选用研华工业控制计算机，操作系统为bbbbbbs 2000 professional+sp4，并用unity pro软件进行组态,上位机与下位机schneider quantum plc通讯使用modicon modbus tcp/ip 驱动，数据库与下位机通讯采用port server 方式，server 与下位机进行数据交换，两台client 读取server的状态数据，以提高上位机与下位机的通讯速度。
    操作站基于vijeo citect7.0，对系统操作和监视系统运行。监控站通过100m以太网与各子系统控制器schneider quantum plc建立数据传送的物理链接。运行阶段可实现整个控制系统的动态实时监控，数据，数据查询等。
    工程师站配置基于unity pro的开发、调试、工程工具，完成对球团厂控制系统的硬件组态、软件编制、软件调试等系统开发工作。
    数据处理器承担生产数据备份、分析、报表生成、数据报表打印等生产数据管理任务；同时承担生产数据浏览服务器功能。
    基于schneider quantum plc控制器完成精矿粉和膨润土配料控制、混合料的干燥控制、造球系统给料控制、造球机转速控制、链篦机温度压力控制、回转窑高温带温度控制、窑尾负压控制、环冷机温度控制、环冷机冷却风风速控制、回热风系统风压风速控制等。各plc控制器通过modbus现场总线与变频器进行通讯。
    测控现场控制系统设备主要包含现场测量仪表和执行器等仪器。现场控制仪表通过i/o直接接入到plc控制站。基于现场执行设备，完成开关量设备起、停、调速控制，实施设备状态、故障报警等监测，完成数字和模拟量输入输出处理。

4  设备冗余设计
    为了提高系统的性，减少停机时间，提高生产效率，整个控制系统都基本采用了冗余设计。在图2中，主控制系统包括总线为全冗余式设计，一共设立五台监控站，其中两台用于备份。光纤双环网采用全双工介质冗余结构，通行介质为光缆，保证了整个项目的通讯系统高速，共设六个结点，其中两个结点用于连接监控站和备份监控站。其余四个结点分别连接焙烧冷却系统、混配系统、造球系统、主引风系统。对于四个系统包括立的制煤系统的五个plc控制站全部启用冗余设计，即modicon quantum双机热备系统[3]。
    双机热备系统与unity pro软件相兼容，并通过quantum cpu提供关键过程所需要的高度性。系统结构的部分是两个quantum plc 机架，即通常意义下的“主机”和“备机”。它们的硬件配置相同 ( 每个本地机架上安装的模块一致)。每个机架配置的部件是 140 cpu 67160 处理器，专门设计用于 unity pro 软件下的双机热备架构。该处理器是一个双槽模块，同时包含处理单元和一个冗余协处理器。
    “主”plc执行应用程序并且控制输入输出 (i/o)。“备”plc 驻留在后台，必要的时候取代“主”plc。“备机”和“主机”之间通过一个集成在cpu当中的高速光纤链路 (100mbps) 相连接。此光纤链路 (62.5/125多模光纤 )可以扩展2公里远，中间任何附件设备。“备用”plc当中的用户应用程序数据正是通过此光纤链路被周期性地新。 
    在“主”plc意外发生故障时，备用系统自动切换，由“备用”plc使用新的数据内容执行应用程序并新i/o。一旦系统发生切换，“备用”plc 就将变为“主”plc。在发生故障的 plc 修复并重新连接到系统当中时，它将承担“备用”plc的角色。 使用unity pro软件的双机热备系统能够实现主备机之间平稳、无缝的切换。切换对于过程而言是透明的，系统对过程的监控不会中断，并且不会因为发生硬件故障而受到不利影响。使用unity pro 的双机热备系统因此能够减少停机时间，从而提高生产效率。

5  软件结构与设计
    为提高球团烧结生产的自动化控制技术，系统设计时，在原有的dcs集散控制系统和mes生产过程制造执行系统上，加入了智能控制系统软件设计，为解决复杂系统优化控制提供了有力工具。基于软件系统应具有较好的可修改性和维护性，设计了数据库层-监控层-优化控制层三层结构软件

1  引言
    rockwell controllogix作为allen-bradley 下一代的控制系统之一，不仅具有的通讯和输入/输出能力，而且能同时提供顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制。controllogix模块化的系统，使得用户可以有效地设计、建立和改其应用平台，大地节省时间和费用，保控制系统的稳定运行。

2  rockwell controllogix的特点
    (1)controllogix平台通过背板提供高速，提供了一种模块化的控制方法；
    (2)可以带电插拔系统中的任何模块，而不会对模块造成损坏。因此可以在维持系统运行时换故障模块；
    (3)可通过ethernet、controlnet、 devicenet等多种方式实现控制器分布式处理；
    (4)可根据需要，增加或减少控制器和通讯模块的个数，可在一个机架内同时使用多个控制器；
    (5)能适用于机械振动大、环境温度高以及电气干扰繁杂等各种恶劣的作业环境；
    (6)结构紧凑，适用于控制高度分散并且配电盘空间有限的应用场合。

3  系统设计
3.1 连铸机控制系统概述
    连铸机自动化控制系统设计采用“三电”一体化的设计原则。公用系统与各分流之间互相立，其中任系统发生故障，不影响其它各流的生产。整个自动化控制系统采用基础级自动化控制系统，采用了两层控制结构：一层由plc组成控制站，进行过程回路控制、电气设备的顺序与联锁控制，并进行生产工艺过程的数据采集等；另一层由计算机组成操作站，将plc控制站收集的信息集中，使操作人员能实时监视控制生产工艺过程和设备运行状态，构成一个集中管理、分散控制的自动化系统。
3.2 硬件构成
    公用系统及各分流的控制器选用rockwell controllogix55m12，plc主机架还包括ethernet、devicenet通讯模块、数字量i/o模块、模拟量i/o模块。为减少线路敷设，本系统还采用远程i/o站，远程i/o站采用1794 flex i/o，与plc主站之间采用了devicenet网络通讯。每个远程i/o站包含一个适配器、若干基座和若干i/o模块，每一个适配器多可以支持8个基座，并且可以用一个flex电源或者任何其它兼容性电源为该远程i/o站供电。上位操作站、公用系统plc与各分流plc及触摸屏之间用以太网环网连接在一起。火切系统和出坯系统的操作采用panelview触摸屏。信号正常情况下，火切系统和出坯系统自动控制，人员操作。信号异常时，台下操作工可通过panelview触摸屏介入进行手动操作，完成铸坯切割及出坯操作。振动台、拉矫机等需要调速设备的传动采用rockwell变频器1336plus-ii, 可以很方便地采用devicenet网络方式与plc之间相连，而通过硬线将它们与i/o模块连接。通过网络有利于采集这些设备的运行信号，及时监控设备的运行。另外该型号变频器采用了新igbt(绝缘栅双型三管)功率模块和的控制算法，在工作要求的任意速度下，均能提供平稳的性能和常的转矩，使电动机低噪声、率地运行。采用面板式人机接口模块，只需几个按键，就能提供非常简单的参数设定和操作，可以实现1336 plus ii变频器的编程和运行控制，满足连铸机的应用需求。连铸机控制系统的系统结构如附图所示。

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。