西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0使用选型

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一．PLC发展的现状:

可编程序控制器(PLC)是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置,是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。进入二十世纪八十年代以来，随着微机技术和微电子技术的迅猛发展，大推动了PLC在世界范围内的发展，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，已广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中。

我国在七十年代末期开始对PLC进行研究、生产和应用。在近十年来，了非常好的成绩。特别是在应用方面，随着国力的增强和生产力的提高，PLC已经渗透到了各个领域。在生产方面，为了提高生产效率和工业的自动化，我们引进了许多在世界上都处于技术的成套设备，如上海宝钢集团上马的期工程中，就采用了250台PLC，二期工程中有采用了180台。再如，总部坐落在北京的神华集团，其下属神东公司，其煤的日产量在世界，所使用的采煤设备是当前世界的三家公司的新产品，因而大量地使用PLC等技术。还有三峡工程、秦川电站、天津开发区的康师傅方便面生产线等都用了PLC控制。现在PLC不但应用于冶金、矿业、机械、轻工等工业自动控制中，在其他领域它也有着广泛地应用。例如，**建设中的水处理，沥青、混凝土的拌和；日常生活中的电梯、车库的自动化管理等、货物存取等；商业中的自动售货机，啤酒罐装及酿酒等；另外还在环保、业中也有应用。

以前PLC应用得比较少时，只需要有较少的技术人员掌握即可满足生产要求，但是随着PLC应用范围的扩展、功能的日益强大，同时PLC在生产中的地位越来越重要，只有少数技术人员懂得PLC的现状再也不能满足企业控制技术发展的要求了。现在招聘维修电工不但基本技术要扎实，还要懂得PLC技术、变频技术及微机技术的原理和故障鉴别等。而对于在生产线上的普通操作也应该懂得一些关于PLC、变频器等方面的基本知识，这样既可便于生产操作，又可以对生产和维修有很多帮助，如帮助维修人员明确故障的范围和现象，缩短故障维修时间，好的保证生产的顺利进行。这也正好符合PLC当初的设计初衷，即：是操作人员使用方便，不存在计算机与传统电气控制间的“鸿沟”。

综上所述，针对目前，中技电类毕业生毕业后主要面向企业的电气维修及操作人员分配的现状，因此笔者认为在中技层次的电类教学中开展PLC等新技术的教学是非常必要的。

二．目前中技教育的现状：

目前在进行维电的天津市各中技学校中，一般都具有了PLC等设备，只不过数量不同而已。它们现阶段主要服务于“工”或“技师”等比较高层次的技能培训中。而对于中技层次的培训，一般由于以下三方面的顾虑，使学校不敢把这些设备投入到中技的教学中来。

，技校学生从初中开始学习底子较差，在技校的理论课学习中能容易形成抵触情绪，造成理论知识贫乏的恶性循环，而PLC的学习需要一定的电基础。如果基础太差会增加PLC教学的困难，影响教学质量，甚至造成高投入低产出的恶果 。

其次，技校学生电基础本质较差，自我约束能力较差，加上学习的劲头在不足，就易造成设备的损坏。而PLC等设备的价格较高，一般机型的单台价格均在2~3千元左右。一旦损坏必然要造成学校投入的不必要浪费。

再次，现阶段天津市中技学校按照劳动局的要求实施教学制为三年，一般为理论课一年，实习课一年，三年作为预分配和生产实践教学的模式。二年实习的主要任务是中级工的技术等级，在这一年里学生需要掌握电工基本操作技能，照明、电动机、电力拖动及机床维修、电子技术的课题，需要引导学生从入门到具备中级技能，时间比较紧张。各个学校能够达到基本要求都已经很不容易。

三．解决方法：

综上所述PLC等课程在中技教学中实施比较困难，但PLC等技术在社会中已达到广泛应用，社会需要具备此项技术的人才。因此我们采取一些方法解决实施的问题。笔者认为，我们应从以下几方面来着手解决：

其一：劳动局直管部门协调，对一年级理论课教学大纲进行适当的调整。目前中技理论课教材中虽有PLC方面的课本，但一般学校就不作教学安排了。可以本着发展的眼光由劳动局直管部门协调，将PLC课程加入一年级理论的教学中，并对开展的学校予以适当鼓励。

其二：根据PLC课程教学的规律，可针对PLC教学实施一体化的教学方式。各学校可聘请PLC教师或相关实习教师担任PLC课程的教学工作。由于PLC课程本身就是微机原理的一门应用学科，因此决定了其理论教学与实训不可分割的特性，边学边练，只有这样才能有利于PLC知识的掌握，从而达到好的教学效果。

其三：根据中技学生的特点，在教学中多注意理论联系实际。为了引起学生的学习兴趣，我们可以在教学初期组织学生们到一些现代化的企业中进行参观活动，让他们了解PLC在实际生产生活中的应用，使他们知道学习PLC的重要性。在教学中也要尽可能多地联系实际，比如做一些霓红灯、交通工具控制、电梯控制等实际应用的课题，全力提高他们学习的积性。

其四：在鼓励学习的同时，严格加强设备的管理，建立健全的实践设备管理制度。在实训开始阶段就应帮助学生树立爱护设备的意识，逐步形成良好的设备使用习惯。严格要求学生，损坏东西应及时报告老师，老师可根据损坏情况帮助维修。否则发现损坏不报者就严格处罚。即实行“严格要求，人性化管理”的方法。

其五：努力培养学生的立操作能力，注重能力的培养。笔者一直认为对于中技学生的教育不应只片面看重成绩。关键是一种能力的培养，使之具备一种能力，来满足未来社会的发展和自身生存的需要。在教学中加大实验实训的分量，力争使理论与实践的比例达到1:1， 甚至实践过理论。同时在学习中注意鼓励每个学生都动手去做，动脑去想。

以上是我关于在中技培训中开展PLC教学的一点想法。值得欣慰的是我们学校在这方面走在了天津市中等职业教育的。我们学校由于比邻工程师范学院自动化系，众多教师是自动化系的毕业生，在源峰公司对PLC教学产品研发阶段就对PLC有了接触。经过教研组调研，一致认为PLC在未来几年中一定会成为工业设备控制的主流，同时企业对PLC操作控制和基本编程的人员的需求将大幅度增加。另外从开发新课题，扩宽学生就业渠道，提高学生技能水平来讲也是有利无害的。校及实训在听取教师汇报后马上意识到了PLC在未来工业控制的重要性，同时也认识到PLC不只是大专院校的，也会在中等职业技能培训中占有一席之地。因此我校从2002年开始着手PLC课题和设备的建设，到2004年已拥有松下FP0 30余台OMRON C28及C60十余台，基本满足实训教学的要求，且在天津市中技学校中处于较的地位。

我想只有通过大家一起努力才能逐步提高天津市技术工人的水平，使天津市工人素质与发达的社会生产力及的设备相配套，从而大限度地发挥设备的潜能，为我们生产力和综合国力的进一步提升创造有利条件。  

引言：

PLC（Programmable Logic Controller）是将微机技术与继电器常规控制方式相融合，以微处理器为，专为工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子学系统。自从1969年台PLC面世以来，其产品不断新换代，性能逐渐提高，控制领域也进一步扩大。PLC的高性到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到，PLC对环境的要求较低，与其它装置的外部连线和电平转换少，可直接接各种不同类型的接触器或电磁阀等。

PLC的工作过程一般可分为输入采样，程序执行和输出刷新三个主要阶段。PLC按顺序采样所有输入信号并读入到输入映像寄存器中存储，在PLC执行程序时被使用，通过对当前输入输出映像寄存器中的数据进行运算﹑处理，再将其写入输出映像寄存器中保存，当PLC刷新输出锁存器时被用作驱动用户设备，至此完成一个扫描周期。PLC的扫描周期一般在100毫秒以内。

PLC采用模块化设计，其运行程序也可如此。PLC程序的易修改性、性、通用性、易扩展性、易维护性可和计算机程序相，再加上其体积小、重量轻，安装调试方便，使其设计加工周期大为缩短，维修也方便，还可重用。我们选用了SIEMENS的S7-300型可编程控制器，主控模块为CPU314，需参与控制的对象有高频发生器，电子的灯丝电流，扫描幅度等；此外，还有输出能量调节，束流调节和各种连锁信号，总共有60路开关量和14路模拟量，它们分别由各自的传感器产生并被连接至PLC输入接口电路板。

地那米的控制主要有开机﹑关机和换件过程，以及各种模拟量的处理过程；我们选用的人机界面软件为SIEMENS的PROTOOL/PRO V5.22版本。根据控制过程的要求，地那米的控制界面主要分为登录画面﹑主控画面﹑开机画面﹑关机画面和菜单画面，

登录画面主要是完成操作人员的确认，只有正确输入用户名和密码的人方可操作。开机和关机界面的主要功能是提供给使用者正确的操作步骤，用醒目的标记显示当前的操作对象以及相关提示。主控界面用于显示当前系统的工作状态，包括输出能量和束流的大小及其变化趋势图，各主要工作部件的运行参数值，各主要接触器或电磁阀的工作状态等；主控界面还可显示出现故障的部件及其类别。换件画面只是为了在辐照物件时，中途停下来换物件之用。菜单画面中包含有消息(故障消息和报警消息)查看，运行参数的历史趋势图，打印消息，步进马达测试等辅助功能。

PLC的控制流程图

地那米的PLC控制。程序设计采用结构化编程和分部编程相结合的方法进行，可简化程序，方便调试，编程语言为SIEMENS PLC销售商提供的编程软件STEP7 V5.12运行版。编程时注意以下几个方面：

1.       PLC控制输出的终执行元件为接触器或电磁阀，在控制其开或关的过程中，留有足够的动作时间，以便其地接通或断开。如在束挡板的开关过程中，由于其采用气动控制，需给出至少2秒的动作时间。

2.       各部件之间的连锁关系，任一部件出现故障终都导致高频封锁，因此，可用输出信号及其回馈触点信号来判断是否有故障产生，至于是何部件故障，由其相应的传感器信号显示出来。

3.       扫描幅度随输出能量的变化，可采用查表方式进行，但扫描幅度不能为零，即使能量为零。

4.       除了束流大小的输出外，其余的模拟量输出都具有RAMP的功能，变化时间可调，以满足不同模拟量的需要。另外，各模拟量应有缺省值设定功能。

5.       正常工作时，地那米要求输出束流在能量输出稳定以后进行；束流降为零后方可降低能量至零。

6.       束流大小的调节是由两只步进马达控制两只电位器实现的，分为粗﹑细调。正常开机时，先动作粗调，再调节细调电位器至所要求的束流大小；关机时，先退回细调电位器到底，再退粗调电位器。

结束语

安装在山东曲阜电力电缆厂的地那米是台应用PLC进行控制的，现场调试结果令人满意。所有的控制电路经受住了打火的考验，实现了能量输出的稳定控制(其稳定度好于1%)，各种基本控制得以顺利地实施，对提高和改善地那米的性能迈出了坚实的一步。但是，对地那米PLC控制需改进的方面还很多，如束流输出稳定加PID调节功能，地那米运行的自动控制，地那米的远程监控或故障诊断等等。

由于PLC的和高性，目前已广泛应用于工业控制领域，并从单纯的逻辑控制发展为集逻辑控制、过程控制、伺服控制、数据处理和网络通信功能于一体的多功能控制器。由于PLC本身并不配置显示功能，因而实现其内部数据显示就变得很重要了，而且成为PLC控制系统设计的一个难点。

    在PLC控制系统中，需要显示的内容主要有计时器值、计数器值和数据寄存器值，数据显示方法可归纳为两种基本类型:一类为基于PLC数据通信接口，如RS-232,RS-485/422，显示装置也具有此类接口，通过数据通信方式实现数据显示。

    基于通信的数据显示技术

    利用数据通信接口进行数据传送和显示，是实现PLC数据显示的有效途径。目前主流PLC均提供标准的RS-232或RS一485/422接口，或者通过模块扩展增加此类接口。

    三菱FX2N的通信模块232ADP,232BD,485BD和48DP均可作为数据接口。显示装置可选用智能显示屏和通用计算机(PC).直接选用和PLC配套的显示屏或触摸屏，可实现PLC内部多个数据的集中显示，并可利用编辑软件编辑屏幕图形，提高显示界面的可视性。FX系列可配套的显示屏有F93000T一BWD,F940GOT一LWD和F940GOT-SWD。智能显示屏通过通信接口读取PL的寄存器，数据显示效，同时可简化控制系统的设计。但由于显示器的高成本，限制了大尺寸显示屏的应用，因此该方法适合于紧凑型的PLC控制系统。随着计算机性能和性进一步提高，"PC+PLC”模式的控制系统在工业控制领域得到广泛应用，PC机凭借丰富的软硬件资源，可实现PLC的在线监测，集中显示大量的PLC内部数据，能以图形化的方式显示控制设备的动态工艺流程和数据趋势曲线，使系统的人机界面直观友好。

    PLC与组太王的通信连接

    1：1一个站，距离〈15米,用编程口驱动

    通过编程口通信(plc不需要进行编程)

    1：N多个站（多16个站），50米>距离>15米,用FX485驱动

    1：N多个站（多16个站），500米>距离>50米,用FX485驱动

    1：N多个站（多16个站），1200米>距离>500米,用FX485驱动（加485中继）

    RS485的连线可以是一对或两对导线。根据用途来决定连线的方法，本设计采用的是两对导线连接方式。

    为了建立PLC与组太王的通信连接，可以在PLC编程软件的菜单“PLC／串行口设置”中设置通信地址和通信参数，也可以在软件中直接用编程(MOV指令)来实现，按RS485规定具体设置是：

       波特率设为9600bit／s，数据位设为7位，l位起始位，2位停止位，偶校验，采用协议1。用编程软件设置,其中在D8121中设置通信地址。

我现在有一台S7-200 CPU224CN，准备和smart700触摸屏进行通信。我用winccflexible2008来组态，我看见西门子视频中说，为了保持通信参数一致，需要先在用micro-win编写PLC程序时，将系统块中的通信端口波特率设置为187.5kbps，然后用这种波特率将程序下载到PLC中，可是我设置完后一开始下载，micro-win就会报错并提示“此系统快将PLC的波特率改动到现存附属设备不支持的波特率，请取消和改动系统块配置，选择一种支持的波特率。”请问这是怎么回事，问题出在哪？
答：1、建议应用西门子编程电缆
2、S7-200CPU的通信口通信速率可设为19.2K，187.5K。
3、smart700触摸屏与 S7-200 的通讯是在 Wincc flexible 的连接里面设置，波特率、站址要与 S-200 系统块里的设置一样。

1 将CPU打到STOP位置试试
2 关闭所有的软件，尤其是占用通讯口的软件，只保留200PLC编程软件。
3 要与西门子新推出的 S7-200 CN CPU 正常通信，满足以下条件：
使用编程软件 STEP 7-Micro/WIN V4.0 SP3 以上版
将编程软件的工作环境设置为中文状态。
如果不满足上述条件，会在下载通信时遇到 82 号错误。如果已经满足上述条件而仍然遇到错误，请检查是否其他原因。
4 使用USB/PPI电缆，需要将编程软件升级到当前发布的新版本，并且在设置PG/PC接口的时候要选择USB，非USB电缆需要正确选择COM口（电脑-属性-硬件-设备管理器-端口）
5 在“Set PG/PC”通信属性时，COM口的符号前为什么会有一个星号“*”？COM口的星号说明它被其他软件占用，Micro/WIN不能使用。
6 非USB电缆实际上是COM电缆，是USB-COM电缆加上COM电缆，所以设置应该根据COM口来设置。
7 安装了USB-COM驱动后，一定要将电缆重新启动。
另参考：
检查编程通信的主要步骤
如果有时能够通信但不正常，请检查如下“1－4”项，如果根本不通，请检查全部项目：
1 检查STEP 7-Micro/WIN与bbbbbbs操作系统是否兼容
2 检查是否使用西门子的编程电缆，以及电缆是否符合编程PC机或笔记本电脑的硬件条件
3 检查编程电脑上的COM通信口设置
鼠标右键单击“我的电脑”，选择“属性”
打开“设备管理器”标签（对于bbbbbbs2000，选择“硬件”标签，按“设备管理器”按钮）
双击“端口（COM和LPT）”
双击所使用的通信口，如COM1
在端口设置标签，选择“”
在对话框中把接收和发送缓冲区都设置为小值，并保持选中“FIFO”选择框
重新启动计算机使设置有效
4 检查编程电缆的DIP开关设置，是否与Micor/WIN的通信速率设置相同
在Micro/WIN左边的浏览条中鼠标单击Communication（通信）大图标，检查通信参数设置。鼠标双击PC/PPI电缆图标可以改通信属性。 CPU出厂的缺省设置是通信口地址为2，波特率为9.6K。
使用新的SMART（智能）RS-232/PPI电缆的用户，如果配合Micro/WIN32 V3.2 SP4以上版，可以将DIP开关5设置为“1”，选中通信界面的“bbbbbb all baudrate”（搜索所有波特率）选择框，可用于搜索网络上所有相关设备。
对于普通编程电缆，搜索速率为19.2，因此如果CPU通信口速率被设置为187.5K，则不能被找到。
5 如果仍然不通，请检查CPU右下角的传感器直流电源输出电压（测量L+/M），电压应当22V
6 使用wipeout.exe程序，恢复CPU的出厂设置。缺省情况下CPU通信口地址为2，通信速率9.6K。

（1）工艺分析

深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。

（2）选择合适的PLC类型

在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：

1 功能的选择。 对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能（如中断、PID等）。

2 I/O点数的确定。 统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%～20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。

3 内存的估算。 用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。一般可按下式估算：存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8+模拟通道数×100+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。

（3）分配I/O点。 分配PLC的输入/输出点，编写输入/输出分配表或画出输入/输出端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

（4）程序设计。 对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出控制流程图或功能流程图，然后设计出梯形图，再根据梯形图编写语句表程序清单，对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。

（5）控制柜或操作台的设计和现场施工。 设计控制柜及操作台的电器布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气互锁图；根据图纸进行现场接线，并检查。

（6）应用系统整体调试。如果控制系统由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可行分段调试，然后连接起来总调。

（7）编制技术文件。技术文件应包括：可编程控制器的外部接线图等电气图纸，电器布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和说明。

1.在西门子S7-200PLC中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例-积分-微分数据，计算出控制量。
2.PID功能块通过一个PID回路表交换数据，这个表式在V数据存储区中的开辟，长度为36个字节。因此每个PID功能块在调用时需要两个要素：PID控制回路号，以及控制回路表的起始地址（以VB表示）。
3.由于PID可以控制温度、压力等等许多对象，他们各自都是由工程量表示，因此需要有一种通用的数据表示方法才能被PID功能块识别。S7-200中的PID功能使用占调节范围的百分比的方法抽象地表示被控对象数值大小。
4.PID功能块只接受0.0-1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID功能块编辑，保证数据在这个范围之内，否则会出错。
西门子S7-200PLC可以有三种方式实现PID控制：
1.PID向导：（1）控制回路数：8  ；（2）PID调节面板：软件支持；（3）PID自整定：软件支持
2.PID指令：（1）控制回路数：8  ；（2）PID调节面板：通过HMI的趋势控件实现 （3）PID自整定：不支持
3.自己编程实现：{1）控制回路数：可多于8路，由CPU运算能力决定；（2）PID调节面板：通过HMI的趋势控件实现 （3）PID自整定：不支持

   一.逻辑阶段
   所谓的逻辑阶段就是可以实现继电系统中的一般逻辑性设计，既然是继电系统所以电力拖动知识就是该阶段的基础。我个人总结学习继电系统的根在于一个字“抢”，继电系统之所以能实现逻辑控制就在这个字上。继电系统中主要就有那么三个东东A常开；B常闭；C线圈。这就对应了PLC中的基本元素了，只不过是阅读的方法不一样罢了。
    那么是不是就可以把原来的继电系统照搬呢？不行！二者的工作方式是不一样的。继电系统中的所有硬元素同一时态开始竞争的，而PLC中的所有软元素是通过PLC的CPU来进行扫描计算处理后计算出该时态的,这便是PLC的扫描循环工作方式。(随便找一本PLC的书都有介绍)
    ：该阶段就是学习电力拖动，对应于PLC梯形图中的常开；常闭；线圈。可以完成简单的系统设计
    二．顺控阶段
    顺序控制在工业中的应用相当广泛，例如一般性的自动机床它就是一个顺序控制过程。PLC设计当中能实现顺控的有两种方法：一 PLC中的顺控指令如三菱 STL ；二 起保停控制方式。不管哪种控制方式在设计的开始我们要完成的是流程，它是系统构成的脉络主要有三个方面：一 “步” 二 “活动步” 三 “转换条件”。
    ：1.掌握系统脉络设计系统流程
                2.掌握“起保停”控制方式，把流程图转换成梯形图可以完成一般性的系统设计
    三.汇编阶段
    该阶段是本质上区别于继电控制系统，是继电控制系统无法实现的，也是提高PLC控制系统功能的根！我之所以称之为汇编阶段，是因为它很相象于单片机的汇编语言编程，例如单片机中的传送指令MOV，在PLC中的指令中也是一样的功能。这一阶段难度比较大，要学习计算机基础；二要充分了解PLC的内部功能和资源；三熟悉所有的指令的功能（不用死记硬背）。如果不了解计算机基础的话在学习指令和PLC内不资源的时候根本理解不了 ，在设计上的思路和继电系统有很大区别例如：I0.0 和IB0 个是“位”也就是逻辑设计的“点”，二个是“字节”在逻辑设计中没有涉及到。
    ：1. 计算机基础
          2．PLC资源
          3．指令功能
          4．适应单片机的程序设计思维
    可以完成复杂的系统设计
    四.特殊阶段
    特殊阶段就是对特殊功能的系统而言的，例如运动控制，PID温度控制，网络连接等等。不同的PLC能实现的功能不一样，有些功能PLC内是集成的而有些是需要外加扩展的，那么就要根据不同的控制对象去选用了。掌握好该阶段是可以大大提高PLC的程序，但是还需掌握PLC以外的其他自动化知识，如伺服，变频器等等。
    ：1. 了解系统构成需要
                2．合理选择扩展单元
                3．学习扩展单元使用方法
    可以完成特殊的系统设计
    该阶段的学习学要一定的实际条件才能完成
   五．网络阶段
    随着自动化技术的发展由PLC做下位机的应用也十分多见。该阶段组要学习是不同PLC通信协议和一些通讯指令，如PLC通过编程口控制变频器如西门子的USS协议与变频器进行信息的交换。还有工业以太网和现场总线等如西子的PROFIBUS;AS-i; 等等。
    网络中MODBUS比较重要，例如通过PLC和变频器建立MODBUS协议来控制变频器。
    在网络中有时候有些产品通讯协议非标准，这是就要用到自由通讯了，相当的灵活，但要一定的计算机网络基础。