西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0详细资料

西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0详细资料

 　目前，PLC(可编程逻辑控制器)已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个，它具有高性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格的特点，在流量计量方面也有着广泛的用途，在用于流量累积时又有其编程的特之处，下面进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200CPU上编程的例子。

流量计输出的信号一般是脉冲信号或4-20mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时(也有用继电器输出累积量信号，原理一样，不再赘述)，我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号是，在计算瞬时流量的时候，按照一个严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性，因此，计算瞬时流量的时候用定时中断来进行，而且，在PLC系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断(即使是低级的中断也不允许运行)，以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量，再除以时间就是瞬时流量，对于4-20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量，而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来就是累积流量，在实际使用PLC编程的过程中注意以下几个问题：

1. 输入脉冲频率范围是否出PLC接收的范围;

2. PLC高速计数器在达到大计数值时如何保证计算正确;

3. 如何保证定时中断不受干扰;

4. 如何避免计算累积量的误差;

5. 累积量的大累积位数;

6. 如何复位累积量;

下面就关键的2，4，6问题进行详细的叙述，以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相大30kHz的高速计数器，但PLC内部没有提供相应的算法来计算频率，因此，需要自己编程计算，这就需要在PLC高速计数器在达到大计数值时要保证计算的正确性，实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如下：

注意：此段程序应该放到PLC个扫描周期执行的程序中执行。　对于高速计数器是否达到大计数值时需要判断，S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始的进行累计的，位为符号位，小值为7FFFFFFF，由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的的计数值小于上次的计数值，因此判断计数器当前值是否小于次的计数值，就可以判断计数是否达到大值的拐点(7FFFFFFF)，如果达到，则执行特殊的计算以便计算错误，如下列程序所示，当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上;当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值(用减法)，以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值(用加法)，然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对对累计计数值达到拐点时的正确计算。

注：此程序应放在定时中断子程序中执行。

实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制的，需要注意的是，系统中只保证这个中断是存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会由于其他中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。

通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值，再除以时间就是瞬时流量，另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了，在计算累积流量过程中需要避免累积过程的的计算误差，我们知道，流量累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而PLC内部的浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现，解决方法是采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用流量情况下，在周期中断时间间隔(250ms)内流过的流量乘以15作为个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到2个累积器中，并把个累积器清零，对于三个累积器也同样处理，4个累积器用于保存累积量小数部分数值，5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小树部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现，在实际工程中，需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累积器的整数位数达到9位，这样，在显示累积量时就可以多显示9位整数的累积量和6位的小数累积量。总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数简便。

对累积器需要在一定条件下复位，累积到大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到过大位数，当过大数值时，将各个累积器清零，另外清零的触发信号也可以是手动触发。

  1、引言 

电加热控制是工业中十分常见的控制项目。加热控制中以温度控制为多见，此外，一些设备需要调节加热器的功率来满足工艺要求。加热器的输出功率与通过其两端的电流和加热器本身的电阻有关。在许多应用场合，加热器的功率调节采用调节电源电压来实现，常见的有变压器方法控制简单，但增加了成本投入，不方便自动控制，而且在大量加热器功率需要单调节的场合就无法完成。另外采用在运行中通过改变加热器的电阻这种方式来调节功率在硬件上难以实现。

2、热弯炉加热的控制要求

在汽车玻璃深加工设备中，玻璃热弯炉加热控制就是加热器功率调节控制的典型案例。热弯炉为使平板玻璃加热弯曲成有球面的汽车前挡玻璃时，根据不同的需要对玻璃四周的加热功率通常要调得大一些，达到加热器额定功率的60%-**，以使玻璃四周弯曲弧度增大;而对玻璃中间的加热功率通常要调得小一些，达到加热器额定功率的0%-65%，使玻璃的弯曲弧度过渡变得平滑。

在不使用变压等其它装置的情况下，笔者通过试验，总结出利用plc晶体管输出通过固态继电器控制加热器的导通时间，来自由地调节加热器的输出功率的新的有效尝试。事实证明，这种方式不但节省了成本，而且控制简便。下面从理论析如何实现用plc对加热功率进行自由调节控制。

3、控制原理

为说明其控制原理，我们先从交流电说起。一个周期内平均值为零的周期电流(或电压)叫做交变电流(或电压)，随时间按正弦函数规律变化的正弦交流电。我国和世界上大多数国家，电力工业的标准频率，即所谓“工频”为50hz。根据正弦的电频率公式f=1/t，可知，它的周期为0.02s，它的角频率为ω=2πf=100π，即工频每秒100次到达正弦量零值(正弦量一个周期内瞬时值两次为零，规定瞬时值由负向正变化之间的一个值叫做它的堆值)。也就是说，在1秒的时间内，相位每增加1πrad(弧度)，正弦量经历了半个周期，占整个1秒时间相位角的1%。这就可把1秒钟时间内经历的周期分为100等份，每半个周期为1份。这样，如果能有一种控制器，以1秒钟作为一个循环周期，在1秒钟的时间内使加热器只导通0.01秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的1%;如果在1秒钟的时间内使加热器只导通0.02秒，那么，它输出的功率就占整个加热器额定功率的2%，依此类推。由此可见，通过对加热器的导通时间控制，就可达到对加热器功率调节的目的。这种控制器可由plc晶体管高速输出实现。plc晶体管输出单元通过输出周期为1秒的脉冲，改变脉冲状态为1的时间，从而控制固态继电器的导通时间，来实现plc对加热器功率自由调节。

图1 组态“在线操作”界面

4、控制程序

热弯炉的加热分为若干段，某一段的加热丝分布如图1组态“在线操作”界面所示。图中每一矩形条代表一条发热丝，b1(bend1)段发热丝的数量达120余条。矩形条中间的数字为功率设定百分比，矩形条的颜色与设定的功率百分比相对应，越趋向**时颜色越接近红色，以使操作员能很直观地查看各功率设定的总体分布。

为使组态界面的加热功率设定能得以实现，为plc编写相应的控制程序。这里，我们以三菱q系列plc作为主控制器为例，来说明plc的控制过程。

三菱q系列plc是以大规模系统为对象，有很强的cpu模块处理性能和较大的程序寄存器容量。cpu与网络模块、编程用外围设备之间数据通信的性能优越，支持本地i/o大可达4096点，快指令仅需34纳秒。是适合大量加热器单进行功率调节控制的理想plc之一。由于plc与加热器之间的电路十分简单，这里不再祥述。需要说明的是，plc输出模块应选用晶体管输出类型的模块，以实现脉冲输出;使用固态继电器(这里不能用接触器代替固态继电器)接在输出模块的端口，控制加热器的导通。单条发热器的plc控制程序如图2所示，其它的程序与此类似。

 引言 

在一些混合液体物料生产加工过程中，除了正常生产过程的控制外，还需要对物料温度进行检测与控制，使得生产过程的控制要求加严格;若控制不当，将产生大量的废料，造成严重的经济损失。而采用继电器-接触器控制系统，存在使用大量的中间继电器，控制动作迟缓，度差，稳定性差。故障，操作复杂等缺点，易产生废料，导致加工成本提高，严重影响了企业的经济效益;若采用FX2N-48MR可编程序控制器进行控制，可达到预期的控制效果。

1 某一加工控制过程

下面叙述某一加工控制过程，工艺流程图如图1所示。

若将控制开关置于自动状态，按下启动按钮SB3即打开煮料进料阀门，向煮料器内加入生产所需的原料(进料);当液位传感器检测到进入煮料器中的液位到达规定位置时，其开关信号X25(SL)输入可编程序控制器控制关闭进料阀门，同时起动搅拌电机，对原料进行搅拌，并打开热气阀门Y4，通入热气对原料进行加热(煮料)，由温度传感器X24(STl)检测原料的温度，当原料温度达到90℃时，停止加热;此时打开冷却水阀门Y5，加快冷却水的循环速度，实现(冷却)，当原料的温度冷却到60℃时，温度传感器开关X26(ST2)动作信号输入可编程序控制器，控制冷却停止(完成煮料过程)。接着打开输料均质阀门，使煮料锅中的原料进入均质器中搅拌，设定均质时间10 min，时间达到后，打开老化工艺阀门Y3，原料进入老化器中，在老化器中再次进行温度冷却(老化)。在老化器内，由温度传感器检测原料的温度，当原料温度冷却到40℃时，开关X27(ST3)动作信号输入可编程序控制器控制冷却停止，此时加工完成，输出成品灌装。

当手动/自动开关K置于手动位置时，可分别对各控制过程单进行立起动和停止控制。

2 编制输入/输出信号表

根据控制过程和要求，编制输入/输出信号表。输入信号地址表如表1所示，输出信号表如表2所示。

3 控制接线原理图设计

根据输入/输出信号表，可编程控制器的控制原理，设计出可编程序控制器控制接线原理图，如图2所示。

4 梯形图设计

根据控制接线原理图，工艺控制流程及FX2N-48MR可编程序控制器的编程规则，设计出梯形图程序，如图3所示。

程序说明：

(1)Y1～Y6输出开关信号分别控制驱动电路Q1～Q6的输出，用于驱动相应阀门电动执行器，当输出为高电平“1”时，控制相应阀门打开，输出为低电平“0”时，控制相应阀门关闭。

(2)阀门的打开和关闭是否到位的检测及控制，由电动执行器内部电路来完成。

(3)光电耦合器TLP521-4用于将PLC与阀门电动执行器电路隔离开，以避免阀门电动执行器和PLC在电路上的相互干扰。

(4)紧急停止按钮SBl9(X23)采用红色蘑菇型自锁按钮，同时它也是总停按钮。

5 结语

FX2N-48MR可编程序控制器，体积小，重量轻，性能稳定，价格，控制稳定性高，编程方便，特别是应用于阀类控制系统，节约了大量的中间继电器，提高了整个控制系统的响应速度，系统实时性好。该生产过程采用可编程序控制器控制后，生产过程工作稳定，操作方便，经过运行工作，提高了加工产品的自动化技术。既减少了废料的产生，降低了成本，也提高了生产效率，可谓“一次投资，终身受益”。

引言

离心式压缩机是一种利用叶轮的高速旋转将气体在压缩腔内进行压缩，使压缩气体具有一定压力的设备。它具有容量大、体积小、结构简单、运行平稳、供气均匀等特点，是冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等工业企业的关键设备之一，在生产过程中起着非常重要的作用。

某厂一台离心式压缩机仍采用常规模拟仪表控制系统，控制系统通用性差，控制电器多其监控系统和保护系统技术水平低下，整机抗干扰能力差，系统的故障，已发生多起误停车事故，严重影响了工厂的生产，扰乱了正常的生产秩序。

1 控制系统的总体设计

1.1控制系统的组成

从离心式压缩机工作原理来看，要保证其正常运行保证电机、润滑、冷却等多个系统的正常运行，因此可以把整个控制系统划分为压力控制、电机控制、润滑油控制、冷却水控制、各种保护控制和监测控制等六大子控制系统，其中，压力控制子系统主要用于调节进出口气体的压力和流量，是实现压缩机正常工作的主体系统;冷却水控制子系统采用的控制设备实现，提供恒定压力的冷却水。

1.2控制系统总体设计

PLC 具有抗干扰能力强、安装调试方便、功能完善、组合灵活等特点，已成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。根据离心式压缩机控制系统的要求，可以采用PLC 替代原有的控制系统。为实现方便快捷的自动控制，采用上位机与下位机配合控制，上位机用工业控制组态软件实现对离心式压缩机的工作运行状态进行在线监测和控制，下位机则选用日本三菱公司生产的FX2N 系列PLC 实现其控制功能。

考虑到离心式压缩机控制系统参数较多，其中有32个开关量信号和24路模拟量信号。模拟量信号可选用模拟量输入模块FX2N-4AD 和输出模块FX2N-4DA，传感器的信号不需要转换电路进行转换，就可以直接接到模拟量模块。经综合计算输入输出信号点数，选用FX2N-128MR 的PLC 作为控制基本单元，具体配置见图1所示。

下位机程序采用三菱P L C 编程软件GX-developer 进行程序开发，可以实现在线或离线梯形图编辑、故障诊断显示和监控，还可以完成串行通信接口参数设定以及一些算法功能。PLC 与上位机的连接用一根电缆，采用FX2N-422-B D 通讯模块实现工业控制组态软件与上位机的通信，上位机主要承担监察管理功能，同时兼备部分控制功能，如发出运行，停止命令等。

2 各控制子系统的设计

2.1润滑油控制子系统设计

润滑油系统在整个离心式压缩机控制系统中占有非常重要的作用，是设备实现正常工作的基本保证。离心式压缩机的润滑油控制系统由油泵、油箱、加热器、油冷却器、检测油温的传感器和与各供油点相连接的管路等多个部分组成。润滑系统中的检测参数有轴承温度检测、油箱温度检测和油压检测等。其中滑动轴承处的油温严格控制，以利于形成压力油膜;当油箱中的油温要求时则电加热器开始工作，使油温能达到系统所需温度，油温过高则立即停止加热。当油温5 7 ℃时，系统发出声光警报，当油温6 3 ℃时，系统自动跳机。图2 为油温15℃时发出报警的梯形图。

2.2电机控制子系统设计

主电机控制系统回路有电机电流、电机轴瓦温度、电机轴位移等模拟量输入。为保护离心式压缩机正常启动和停止，设置了离心式压缩机的启动条件和停止条件。考虑到压缩机由于油温、油压、气温、冷却水水压等因素的限制要求，会出现紧急停机的现象。因此，只有满足正常启动条件，主电机才可以启动，当电机达到额定转速后，再将压缩机的流量、压力逐渐调至所需的工况条件，投入正常运行状态。

当机组发生如转子的径向振幅达到或过停机限值;润滑系统油压过低或密封系统气压过低时以事故联锁停机。停机时，机组旁通阀快速开启，同时主排气路上的止逆阀强制关闭。

2.3保护控制子系统 

离心式压缩机系统的主要保护环节有轴位移、电机轴瓦温度(主电机)、各段进气温度、出口气体温度、出口气体压力、出口气体流量、轴承温度、各段振动等，这些参数通过设置在各个位置的传感器将采集到的模拟量信号输入PLC 的模拟量单元中，P L C 进行判断系统是否异常，当参数值达到规定限值时，就发出声光讯号报警甚至跳机，使离心式压缩机在运行时能合理地处理发生的相关问题。

2.4压力流量控制系统设计

离心式压缩机根据后续生产环节用气的需要，通过调节段入口处的入口导叶打开程度控制气体流量和压力。当压缩机进口流量与出口压力不匹配，气体部分回流或全部回流必然导致气体压力波动、温度增加，造成压缩机轴向出现低频大振幅周期性气流震荡。就是通常所说的“喘振”现象，喘振使压缩机的性能恶化，气流参数(压力、流量)产生大幅波动，噪声和震动加剧，严重时足以损坏压缩机。离心式压缩机的防喘振控制采用可变限流量法进行控制，它按照压缩机的喘振曲线，使之在任何一种转速下都有一个不同的流量来控制压缩机，以保证不发生喘振，由于对任何转速的都工作在喘振限位置，因此消耗能量较少，比较节能。图3 是防喘振控制的部分梯形图。

2.5PLC 与上位机的连接

PLC 与上位机的通讯是采用串行传输方式，由于传输距离较远，采用以平衡方式传输的RS-422 接口标准进行通信，即双端发送和双端接收，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。离心式压缩机的工作运行状态采用M C G S 工控组态软件进行在线监测和控制。M C G S 工控组态软件具有延续性强、扩充性好、封装性好(易学易用)、通用性、强大的数据处理功能和方便的报警设置等特点，根据离心式压缩机工作的实际情况，利用M C G S 工控组态软件提供的PLC 、开放式的数据库和画面制作工具，在组态环境中完成离心式压缩机的动画设计、流程控制、报警组态、报表设计、设备连接等组态工作，就完成了一整套基于MCGS 的离心式压缩机监控系统。压缩机运行时，通过运行环境实现动画显示、实时报表输出显示等，实现在线监控。图4 所示为控制动画界面。

3.结论

利用P L C 结合M C G S 组态软件对离心式压缩机监控系统进行改造后，完善了该压缩机保护措施，实现了压缩机运行状态的实时监控，大大改善了控制性能，降低了系统的运行噪声，减轻了维护工作量。目前该系统运行平稳，节能效果明显。