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产品描述
西门子6ES7235-0KD22-0XA8详细
3 顺序控制指令实现控制系统的功能
因为整个流程是一个顺序控制过程，所以考虑用S7-200的顺序控制指令是合理的，每一步用一控制位S。图1中每一个框可看成一步，步与步之间是步的转换条件。
(1) 起始步
起始步利用其内部的特殊寄存器SM0.1(个扫描周期为高电平后变为低电平)来实现对整个流程的初始化。程序初始化时分别置两个S初始位，实现两个罐并行运行，每一组的两个罐可同时工作;
(2) 控制步
在每个LSCR 与SCRE 之间即是本步所要做的控制。罐的工作温度，每一步的工作时间、压力，通过触摸屏设定，存贮在PLC中相应的VW中。当执行到相关的步时，PLC将实时的压力与温度等与设定作比较，如温度未到设定值，则打开加热阀加热，到了则关闭。保压时间未到，则继续等待，直到符合设定值;
(3) 步的转换条件
步的转换条件就是指令SCRT的执行条件。整个流程分成许多步，实现从上一步到下一步的转换由图1中看出有许多条件，利用转换条件对应在PLC中变量或辅助寄存器作为SCRT转换命令执行的条件，就可实现步的转换。下一步，同时终止本步的操作。此例中转换条件有来自触摸屏的“程序启动”等按钮、设定的时间，实际罐的温度等作为步的转换条件;
(4) 步的其他功能实现
在控制要求中，要求在执行过程中，如遇特殊情况，要停止整个加工过程。所以系统考虑在触摸屏上提供“程序停止”，一旦按“程序停止”则程序停止运行回到初始状态。因此程序在每一步中多加了一个转换条件SCRT，由“程序停止”对应的辅助寄存器作为控制停止转换条件，实现转换到初始步，也就停止加工过程。
在控制要求中，要求在执行过程中，如遇断电则在上电后要有断电恢复功能，即恢复到断电前的加工状态。考虑系统对步进控制位S不提供断电保存功能，所以在程序公共部分(每次扫描都执行的部分)利用MOVEW指令把SW(即16个控制位S对应的字)存入系统提供断电保存功能的VW中，上电后按触摸屏的断电恢复按钮把VW的内容放至SW中实现了对步的断电恢复要求。
在控制系统中加了许多保护功能，如传感器的断线检测，热保动作的提示等提示功能在触摸屏上显示方便用户维护。用了顺序控制指令使整个程序的编制变得加，因为过程分割成许多步后，每一步要考虑的内容变得相对少得多，整个流程始终以顺序控制指令为脉络贯穿着，前后的关系随着顺序控制指令的应用而变得清晰。当然控制也可以用普通的编程方式来实现，比如用移位指令控制某个字的某一位作为流程中某一个环节执行的条件也可模拟顺序控制指令，但这时对移位指令的移位条件的编制变得很复杂，要考虑所有环节的转换条件，而不象顺序控制指令只要考虑本步到下一步的转换条件。而且步进指令不象移位指令受被移位字长度的约束，步到步的跳转、分支实现也很方便，但用移位指令来编会相当费力。可以看出步进指令其实是程序框架指令，是否应用它及对它应用是否合理直接影响程序的结构。与其他的PLC相比西门子的顺序控制指令比较灵活，简洁。
4 结束语
此系统应用顺序控制指令使得调试过程相当方便，因为每一步相对立，涉及的量不多，所以监测调试的工作量大大减少，只要每步调试通过，整个过程会很顺利。应用顺序控制指令与用户要求在触摸屏上显示每一步的加工状态正好吻合，也使得屏上显示界面控制变得简单，临时因用户要求改动也变得相当方便，体现出顺序控制指令的强大优势。系统的投入运行的时间去年10月，几乎是天天24小时运行，情况良好，满足用户的要求。
1 引言
进入21世纪以来，随着连铸机技术的不断进步，使得冶金行业对连铸的化也有了高的要求。连铸是紧凑型的控制，因此引入计算机是提高产量和质量的必要条件。小方坯连铸机主要为弧形渐进矫直型，铸坯半径R为8000mm，铸机作业率可达65%~85%。本文以四机四流小方坯连铸机为例介绍西门子S7 系列PLC在自动化控制方面的应用。
2 系统简介
根据小方坯连铸机生产工艺特点，该自动化控制系统由七套西门子S7系列PLC控制器和三台监控站组成。
铸流(四流)系统、公用系统、出坯系统各自一套立的S7-400 PLC，配水系统一套S7-300 PLC，通讯网络采用Sinec H1高速以太网络。利用H1网络扩展连接到热送辊道控制系统。
S7系列PLC的CPU具有高速的数据处理能力和逻辑运算能力，而且拥有梯形图、语句表和流程图三种编程语言和可视化窗口界面，易于使用，方便灵活。
所选用的模板类型如下:
(1) 数字量输入(DI)/输出(DO)模板
DI模板选用DC24×32，DO模板选用DC24V×32， 用于控制铸机在线及离线设备，使用I/O点数总和为 1100点。
(2) 模拟量输入(AI)/输出(AO)模板
AI模板可自由组态为各类信号输入，AO信号为 4-20mA主要用于结晶器。拉矫机速度给定及剪前辊道的速度给定，反馈以及各仪表显示等功能，设定工艺参数，检测及监控等。
(3) 处理器和通讯处理器
S7-400处理器为CPU413，S7-300为CPU315，控制程序的执行、运算和储存，通讯处理器为CP443以太网处理器，用于网络连接和数据通讯从而分担CPU的通讯负担，通过CP443与热送辊道及连铸机本地PLC和监控站进行通讯。
(4) 监控站
监控系统由3台PⅢ800工控机及相应的Sinec H1网卡组成。其中2台主要用于监控铸机生产在线设备系统，另1台监控配水系统、参数设置，水量及各有关参数。
由于铸机每的控制设备和控制时序相同，因此其硬件配置也都一样。
3 计算机控制功能
从用户软件功能上看软件可分为四大部分:设备控制功能、程序通讯处理功能、铸坯数据管理程序、监控和故障报警程序, 而控制功能又包括公用设备的连锁启停, 流系统的设备联锁控制及出坯系统联锁控制以及二冷段配水控制。
3.1 公用系统的控制
主要完成中间罐车自动定位和大包回转台的旋转定位，剪机液压站的自动控制以及蒸汽风机的自动控制。
3.2 铸流系统的控制
(1) 液压剪定尺切割;
(2) 结晶器.拉矫机变频调速控制;
(3) 送引锭/脱引锭控制;
(4) 剪切液压站的自动控制。
剪机液压站油泵的自动控制,故障切换,油压控制。
3.3 出坯系统
完成推钢机的自动推钢控制以及翻钢冷床的自动控制和冷床液压站的控制以及其他在线设备的联锁控制。
3.4 二冷段冷却水控制
完成铸坯的二次水冷却，经过二次冷却水的冷却后，使铸坯固化。
3.5 连铸机与热送辊道的数据通讯
该通讯的建立不仅实现了连铸机的热装热送功能，而且也能够进行铸坯的跟踪，从而保证每一支钢坯的各成分参数准确无误和生产钢坯的总数。
3.6 控制软件
整个连铸机生产控制的软件采用STEP7完成，具体内容如下:
(1) 确定模板的槽位以及各个模块的I/O地址
编程的要工作是对PLC的硬件配置，确定各个模板在S7-400站中的位置，对I/O模板分配地址，并确定以太网地址，以及网站间通讯作业的定义。
(2) 编制梯形图以及语句表程序，完成各种设备的控制
a) 采用模块化思想，将每套设备的动作情况以及有一定立性的动作顺序编写在立的程序块或功能块中，由组织块调用这些块。这样便于查找故障，也能了解设备的功能情况。
b) 可用梯形图完成开关量的动作，用语句表完成拉矫机变频器和结晶器振动变频器的动作。
(3) 操作界面组态设计
根据工艺要求编制工艺画面，包括各设备的画面，对主要数据:拉矫机的给定速度、实际速度、给水量等历史趋势，完成对各个设备的操作运行情况的监控，以便出现故障后能快速查找故障发生的时间，以及故障的原因。
4 自动化控制系统功能的实现
4.1 结晶器、拉矫机变频调速控制
拉矫机和结晶器振动装置采用变频器调速系统,拉矫机变频器的启动、停止以及调速由PLC发送给拉矫机变频器，拉矫机的实际速度FM经光电隔离后再反馈给PLC，然后由PLC传送给相应仪表显示实际值。结晶器振动采用同调方式，即振动频率随拉速变化而变化，即根据下面的公式，来控制结晶器振动频率f:
3.3 简单友好的人机接口功能
TD200文本显示器是功能比较简单的人机接口设备，如何把它的功能充分开发出来，并进行合理应用，是开发过程中考虑的问题。机械设备控制点的设定是在TD200文本显示器上进行的，使用MicroWIN STEP 7 V3.2E编程软件中的TD200向导，为TD200编程，根据控制点数量，设定文本显示的条目数。在每一条目中，输入相应控制点的汉语显示文本以及要求确认的提示。在S7-200中编制相应程序，在TD200上实时显示设备位置，如果用户认为某一点可作为一个控制点，只需在TD200上按“ENTER”键，PLC把该点的位置读数存入内存，作为控制点位置比较值，当机械运动过程中，位置检测值等于存储的比较值时，对应的Q点输出一个控制信号，控制机械的启停或速度。所有控制点均按上述方法设定。本系统可以根据需要增加控制点，只需选配相应的输出模块即可，如不扩展，本系统可支持8个控制点，对于一般运动机械的位控已经够用。
3.4 设备位置数据连续跟踪
运动机械在整个行程上，减速机可能转动若干圈,编码器也随动同样的圈数，PLC能够对圈数进行累计，以在整个行程上跟踪运动位置。现在采用的单圈编码器加软件圈数累计的方法,兼顾了成本和精度，但存在一个问题，如果在系统掉电时圈数的累计值不能保持，则一旦重新上电，定位就会产生混乱，设备可能误动作，不但不能发挥编码器掉电保持的优点，而且后果严重。问题的解决是基于S7-224一个重要功能:CPU224的内存掉电保持时间小为190小时，可以保证系统掉电后，圈数计数值不丢失，重新上电后，定位功能不受影响。
3.5 故障判定与保护
本系统可对系统本身和机械设备的故障类型进行判定，不同故障有相应的判定规则:
如PLC判断机械为正转，而从机械的电气控制回路反馈来的信号为反转，则判断为机械故障;如PLC的位置读数有变化，而从机械的电气控制回路反馈来的信号没有运转,则判断为机械故障;如PLC的位置读数没有变化，而从机械的电气控制回路反馈来的信号有运转信号，则判断为系统故障等。当故障出现时, 系统强制用户设定的个和后一个位置控制点对应的Q点输出高电平，强制设备停机。一般这两个点为上下限点。用户可以屏蔽这一保护功能。
4.1 解决机械主令缺陷
与传统机械主令控制器比较，数字化数据处理，无触点输出，解决了机械主令控制器噪音大、精度低、故障多的缺点，成为机械主令的替代产品。
4.2 系统具有可扩展性
机械主令控制器控制点数固定，无法扩展，智能位控系统点数可从8点扩展到256点。多可有7个I/O扩展模块。系列化产品可为设备量身定做，具有良好的通用性。
4.3 系统具有二次开发与应用的特性
系统软硬件均具有二次开发与应用接口，使用领域不仅局限于终用户，而且考虑到本系统用于与其他设备成套的特殊需求，预留了与其他机电设备的电气和机械接口。用户可以自主改变系统的应用机械。
结束语
该系统已在六项工程项目中使用，累计使用20套。系统性能稳定，工作，近于免维护状态。系统使用范围广，具有良好的可移植性和可扩展性。系统定位精度高，在替代机械式主令控制器后，生产效率和设备开机率明显提高;系统人机对话功能简单灵活，维护效率提高。该系统故障率少，所有信号处理及联锁控制均由PLC完成，系统结构紧凑，电气线路简捷、，查故障和解决故障的时间明显减少，减少了不因素，提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，了显著的社会经济效益
1 引言
某供水调度系统始建于1994年，当时只有4个管网测压点，终端机采用8031系列的单片机。1999年，系统进行了升级，终端机采用了8052系列的单片机。在单片机应用的程序主要完成数据采集、数据的临时存储和通信功能。结这几年的使用情况，认为采用以单片机为CPU的终端机能够满足管网测压的基本要求，特别是价格低廉，使用简单，降低了系统的一次投入成本。同时，也发现以单片机为主的终端机有一些缺陷，比如防干扰能力差，不能扩展。特别是随着社会和科学技术的快速发展，有些元器件停产或者升级，这对的产品维护和系统运行提出了难题，需要开发出一种既可以满足当前“三遥”系统功能要求，而且使用简单，又能满足将来“三遥”系统升级要求的产品。经过认真研究和论证，决定采用西门子S7-200 PLC(可编程控制器)为，开发了新一代终端机。
2终端机硬件设计
2.1 PLC可编程控制器选型
S7-200 PLC可以满足多种多样的自动化控制需要，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的通信和联网能力，使得它可以近乎地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性，可以在非常恶劣的环境下工作。S7-200 PLC已经形成了各种系列化、标准化的产品，其开发编程工具简单易用，一般的电气工程师容易掌握，通用性好，升级换代、扩充维护方便，非常适合做“三遥”系统的终端机。
2.2 终端机硬件设计
终端机由PLC、直流开关电源、进口数传电台、天线等几部分组成。S7-200 PLC易于扩展，根据用户需求可以选用不同扩展模块以实现各种功能。终端机可以应用于管网监测、井制等场合，需要实现的功能有:
(1) 模拟量/脉冲量输入，开关量输入(输入点数根据扩展I./O模块数量决定);
(2) 实时接收调度室的命令(随机点测、定时自动巡测、补调数据等)，将相应的数据(流量、压力、开关状态等)发送回调度室;
(3) 定时存储数据(30min/15min存一次，至少存)，定时将数据通过无线数传电台传送至调度室;
(4) 自报功能，开关量状态转换可以自报，模拟量上下限自动报警;
(5) 遥控/遥调功能，接收到调度室的命令，可以启动或停止电机，可以调节阀门开度大小;
要实现以上功能，特别是数据存储功能，需要考虑CPU的存储器大小和是否具有实时时钟。因此，终端机CPU选用了S7-224，模拟量输入模块则采用EM231。
S7-224 CPU提供一个RS-485接口，而数传电台一般均为RS-232接口，所以需要配置一个485-232转换器。对于有的数传电台发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题的方法是，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传电台发射，延时一段时间后(电台建立载波时间)，再发送信息。这一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
为提高系统的性，数传电台、PLC、直流稳压电源及部分变送器装于一个控制箱内，各部分相对立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间加继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。
3 终端机软件设计
3.1 功能化模块设计
PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。
(1) 初始化程序:设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。
(2) 数据采集子程序:对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
(3) 定时存数子程序:每15min存储数据一次;
(4) 累计运行时间子程序:对泵机等设备的运行时间进行累计。
(5) 遥信子程序:检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
(6) 置初值子程序:由监控对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
(7) 故障自检子程序:检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控。
(8) 控制子程序:根据监控的命令，或现场自控条件输出相应的操作。
(9) 通讯子程序;完成与监控的各种通信功能。
3.2 技术关键
(1) 在编写调试终端机程序的过程中，我们发现通信子程序难度大一点，需要多费些时间和耐心去调试。因为相对于有线通信来说，无线通信需要考虑的因素多，比如通信干扰、RTS时间延迟处理等。
(2) 笔者利用了中断来编写通信部分子程序，用到中断有:通信口0接收字符、通信口0传输完成，定时器0中断。在通信接收中断服务子程序中，一定要注意判别接收到的字符数。因为调度室发送过来的命令中的字符数是一定的，如果PLC接收到的字符数过某个数目，则PLC需要初始化通信接收有关的变量、标志，重新开始接收。而对于PLC发送响应信息时，如果需要RTS控制信号，则要控制好RTS延时的时间，RTS时间太短，则可能使得调度室接收到的信息不完整，造成通信失败;RTS时间太长，又有可能与调度室通信冲突，也造成通信失败。总之，无线通信程序调试时，需要与上位机软件紧密结合，耐心调试，才能确保在现场实际应用中，达到系统设计要求的功能。
4 结束语
本终端机在软、硬件方面采取了多种措施，特别是选用了S7-200 PLC，提高了终端机的性，在“三遥”供水调度系统中系统了较好的应用效果。特别是在我公司去年投入运行的十多口水源井中，采用了此终端机，公司调度室能够随时监测各水源井设备状态，并且可以控制水泵的开停，真正实现了无人看守，对水厂的运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。“三遥”系统将无线通信与S7-200 PLC的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。
1 引言
发动机装配线PLC控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。
整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200eco从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。
2 系统结构及功能
系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场I/O站等几个部分。
系统各部分功能:
操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能(操作、显示、报表、报警、趋势)，并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。
工程师站:用于系统的组态和维护。
自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。
现场I/O站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。
现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。
本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由22个ET200S和22个ET200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
3 目标控制系统
3.1 系统设计
汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为构成的计算机控制系统，各立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都具备高性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为的数据量，通过速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制下传给ET200S，实现各工位的控制流程。PROFIBUS是应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制等领域。除了安装简单外，它有高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
(1) 计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高性、高稳定性。
(2) 从站作为相对立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2 系统控制要点
(1) 该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用Simatic Manager编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其分配的参数范围为0.0~127.7。因此在进行硬件配置时, S7~300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0~127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O无论处在哪个范围中,都采用间接寻址方式。
(2) 关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制)，接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。如图2所示，当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，保程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，如图2所示，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。
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