西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8多仓发货

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一、概述
本文介绍了艾默生公司EC20 PLC在老化房控制系统中的应用并着重介绍该产品的PID闭环功能在恒温控制上的实现和强大的网络通信功能对EMERSON EV2000变频器运行控制的实现。该老化房控制系统是家电，电子，电脑行业产品生产检测的重要设备，也是产品生产合格检查的重要环节。该系统采用EMERSON EC20 PLC和多台EV2000变频器，实现对室内温度和变频器运行的集中控制。

二、老化房控制系统工艺要求：
老化房结构如图所示：

具体要求如下：
1, 该系统所控制的老化房面积达16×30M，要求控制范围在20-55℃，控制精度达±　　5℃，能够在上位机对温度设定/显示/保存；（加湿控制采用单进行和PLC无关）
2, 该系统有3个风机，用于进风，回风和排风；有4个风闸：新风闸，回风闸，排风闸，防火闸；2个防尘过滤网；6个火灾报警点；
在正常情况下（温湿度），关闭进风阀和排风阀，停止进风电机和排风电机，打开回风阀和防火阀，启动回风风机，保持老化房内回风循环；
在高温情况下，排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出部分空气；
在火灾报警情况下，防火阀关闭，回风禁止循环，全部从室内抽出；同时排风阀和进风阀打开，启动排风电机和进风电机，抽出室内空气；
3，其他要求省略；

三、 工作原理：
PLC系统结构如下：

EC20PLC设备的I/0接线如图：

工作原理：
根据老化房工艺要求组成如上图控制系统：上位机采用闽台研华IPC（工控计算机）；监控画面采用亚控公司的KINGVIEW软件，该软件操作简单，元件形象丰富，性能稳定；控制部分采用EMERSON EC20-2012BTA类型的PLC和4个温度采集模块（EC20-4TC，接受K型温度信号）；传动采用EMERSON EV2000通用型变频器。
在设备连接方面，EC20 PLC充分体现了自身的优势，由于EC20 PLC本身带有2个串行通信口（1个RS232口，集成自由协议/编程协议/MODBUS从站协议，1个RS232/485口，集成自由协议/MODBUS主站/从站协议），EC20 PLC利用COM0口和IPC进行通信（EC20 PLC做从站，设置成MODBUS从站协议），利用COM1和多台变频器组成网络进行集中控制（EC20 PLC的COM1设置成MODBUS主站协议）。
IPC为整个系统的人机接口，IPC读取PLC采集的系统运行状态如各风机的运转状态，各测温点温度，报警状况并显示在监控画面上，IPC又把各种操作命令传给PLC以控制系统的运行，如温度的设定，PID参数设定，各种阀门的开闭，变频器的启动、停止等设定。并且可以实时监控整个系统的工作运行状态、动作过程及故障报警等，IPC还可以根据设定对采集的数据进行保存打印。
在系统设计中，EC20 PLC为整个系统的，执行各种系统操作及计算，EC20 PLC根据工艺要求和现场状况进行逻辑判断，开闭各种阀门和启停各风机；同时利用自身的PID功能对温度进行控制，具体方法后面描述。
EV2000系列变频器自带RS485接口的通讯单元，符合RS485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据MODBUS通讯协议，我们可以通过RS485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、性高，因此在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成，达到了经济的目的

一 系统介绍：
确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，自动调节供气等是空压站自动控制的基本任务。空压机设备自带的单片机控制器已经能很好的控制单台空压机，但不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，系统的整体联控具有重要的意义。
联控系统主要的功能是可以实现空压机机组（包括每台空压机的后处理设备）的联锁控制，能根据总管压力和空压机的运行状态智能地加卸载对应的空压机等以保证管网的供气稳定。
联控有两种模式：时间顺序模式、固定顺序模式。两者的联控原理是一致的。只是时间顺序模式中各台空压机每隔一个轮换时间就按顺序时间判断一次，具体工作模式参考《顺序控制与通讯协议手册》，而固定模式的启动顺序是保持不变的。
空压机联控系统图：

工控机选用研华工控机，软件为组态王。对现场各类数据及系统设定参数进行实时显示，为系统报警和远程数据监控提供一个数据信息交互平台；对机组各类运行控制要求进行命令触发，为介入系统实时改变系统运行状态提供一个控制命令操作平台。
1#EC20PLC和2#EC20 PLC分别为两个空压机站的控制完成组态与单片机的数据交换和存储以及工控机各类控制信号处理。主要的自动控制任务都由PLC自行完成，组态只能选择具体的机组运行方式，以及特定状态下对单台机组的单一运行方式改变。各台空压机的信号通过RS485总线连接至PLC；
由于空压机自带的单片机控制器提供了RS485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，在原有的控制系统基础上，增加2台PLC，改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制与连网监控。

二 设备工艺
PLC控制部分是系统的部分：而供气压力是系统各种运行状态改变与保持的指标。简言之：压力小于供气压力要求下限就要多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
就单台空压机而言，其可以自行进行供气量大小的调节。当一台机器运行时，它的供气量是一个从零到大气量之间浮动的值而不是一个额定输出的定值。所以在整个供气方案中我们用改变运行机组台数的方法来改变对管网的供气。每台机组有加载、满载、卸载、和停机四种状态。加载到满载之间，供气量的值是0到大值的过程；卸载是停止供气的状态但机组仍在运行；而停机是机组不供气也不运行。
一个正常的供气流程如下：

把确定在网机组数与机组中间运行状态结合起来就构成了控制思路的基本环节。即通过压力报警确定机组数目需要增加或减少，如果已经在中间状态了加载、满载、卸载任意一个，就按增气或减气的方向移动中间状态直到运行到边界状态；当到达边界状态时按增气或减气的方向移动到下一台。当然如要稳定下来是在中间状态，边界状态是不能稳定的。

三 控制程序
空压机联控系统主要是PLC与单片机交换数据并确定每台空压机的运行方式。
程序的编写主体两大部分：读数据部分和写数据部分，流程图如下，

（一）读取单片机的信息
根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

Modbus指令只需要一次上升沿作为发送使能，周期sm124没有开合的状态变化即没有上升沿，所以周期过后靠sm1的常闭上升沿作为Modbus指令的发送使能。每次发送的同时靠发送使能的上升沿把sm135、sm136清位。sm135、sm136与通讯程序没有任何直接关系，只是贯穿程序所的标志位。
（二）向单片机中写入相关信息
整个写信息部分分下面三块：
a.逻辑判断运算部分
供气压力是系统各种运行状态改变与保持的指标。压力小于供气压力要求下限就要多的供气机组运行以增加供气量，压力大于供气压力要求上限就要把当前运行供气机组减少以减少供气量。而处于上下限之间的压力值时就保持当前机组的运行状态不变。
按照工艺控制逻辑来构成逻辑判断运算部分，并且机组按照先开后停的原则顺序启动（1、2、3←→3、2、1）。
为保证数据的正确性，需要判断读信息子程序的站地址与写信息程序将执行控制操作的站地址是否一致，然后需要判断相应的故障信息寄存器是否为0，为0证明无故障或轻故障，不为0则不向该站发任何控制指令并马上对下一台操作。
由于我们对故障进行了分类，所以可以根据不同类别的故障进行不同的控制操作：
1类故障不读不写（相应的故障信息寄存器为1）
2类故障只读不写（相应的故障信息寄存器为2）
没有故障纪录（相应的故障信息寄存器默认值为0）
对故障分类的控制策略是很有的，在以后的控制过程根据故障类别或者可以作为运行态的类别，进行有所区分的控制。不管是通讯控制方式还是数字I/O控制方式，相信都可以在某种程度上采用这类简便有效的方法。
b.数据帧结构部分
在这个部分里主要是发送数据帧的整体架构。
c.Modbus通讯指令发送部分
指令发送部分和读数据子程序类似，就不再多介绍了。
客户还要求机组顺序可以乱，但是顺序号关联着整个控制流程又不能搭乱所以只能把放到依照固定顺序排列的寄存器里面去，打乱这些寄存器里面存放着的的顺序来实现机组顺序的任意性。主程序中加入了判断机组信息的部分，还是判断故障信息寄存器内的值，先根据这些值判断出有多少台机组在网，然后根据故障信息寄存器内的值判断哪台机组退网，退网的机组编号放在网内后一台机组寄存器的后面寄存器里面。进网的时候只需改写故障信息寄存器，相应的在网机组台数可自行判断出来。这样进网退网的顺序就变成了先退。

四 总结
空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了多的能源，提高了监控系统的有效性，真正实现了无人自动化操作。

1、 开发可编程自动控制器（PAC）是发展的必然

10多年前当Internet处于起步阶段，基于PC的仪器还没有出现，那时PLC
了整个自动化领域。即使是今天，那些使用数字I/O进行简单控制的工程师虽然感到PLC是他们的选择。但如果考虑到要使PLC增加视觉、运动、仪器和分析功能等的自动化领域，那只有新一代可编程自动控制器（PAC -Programmable Automation Controlle）才有可能会逐渐。这是当今设计与建立控制系统发展的需要。

众所周知，设计与建立控制系统放时，工程师们总是希望能使用比较少的设备来实现多的功能。尤为当今，他们需要的控制系统不仅能处理数字I／O和运动，而且还可以集成用于自动化监控和测试的视觉功能和模块化仪器，同时还能实时地处理控制算法和分析任务，并把数据传送回企业。也就是说，工程师们希望同时拥有PC的功能和PLC（可编程控制器）的性，而可编程自动控制器（PAC-Programmable Automation Controlle）就是这样的平台，它能结合PC和PLC两者的优势（见图1所示），它提供了开放的工业标准，可扩展的领域功能，一个通用的开发平台和一些性能。是工业自动化领域中比较完善的新兴控制器。

那“PAC是什么？” 它有什么特征和优势， 值此本文将从PAC的多个方面特征与PLC对比中分折出优势。为此，先述PAC是什么。

PAC的含义

PAC这一术语，它定义了一种新类型的控制器。该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的性、坚固性和分布特性。PAC采用现有的商业化技术（COTS），非常适合于工业化环境，它具有可伸缩性，易于维护和具有较低的发生故障时间等特性。

2、 PAC的平台

快速增长的PAC平台是基于PXI。由于PXI结合了PCI总线的电路特性和Compact PCI坚固的欧罗卡机械结构，这种结构已在工业环境中成功使用了许多年，当今NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供应商现在可提供1，000多种特的I/O模块，包括模拟I/O、数字I/O、视觉、运动和数据采集。典型的有如下四种PAC硬件平台。

＊PXl对工业化PC做了改善，具有实时OS（操作系统），标准的散热，可选的不旋转固态硬盘和内置的模块间。PXl标准要求所有的机箱能为每个模块插槽提供25W的空气流制冷，这样甚至在使用高功率继电器，高速PXl或CompactPCI卡时也不会使工作系统过热或者缩短寿命。

＊Compact FieldPoint使用工业级的部件来抗强冲击和振动，其工作温度范围为-40ºC到70ºC，并且具有Class 1 Division 11部和Lloyd‘s认证。它也采用传导式制冷来代替旋转风扇，由于不使用活动部件而提高了性。

＊Compact Vision系统是为机器视觉而专门设计的坚固的控制器。它使用IEEE标准1394FireWire接口，可以在视觉应用中和16台摄像机通信。

＊CompactRIO是新型的可重复设置的嵌入式系统，它基于LabVlEWFPGA和LabVlEW实时技术。CompactRIO系统采用具有3百万门的FPGA芯片来控制模块化的数字和模拟I/O。这些FPGA芯片可以运行嵌入在芯片里的代码，它的数字循环的速达1MHz，模拟循环的速率为150kHz。FPGA可以把信息传回到运行LabVlEWRT的浮点处理器以进行计算和数据记录和通信。由于有金属外壳和传导式制冷，该控制器非常适合用于严酷的环境。

3、PACPLC的多种原因分析。

之所以PACPLC，将从成本，功能，外形结构，控制器，I／O和软件等六个方面的特征作分析。


3.1成本-为经济的选择

采用了单一的控制器节省了成本。它具有单一的控制器和机箱，可用于处理数字和模拟I/O，具有运动、视觉功能和模块化仪器，因此不再需要花钱购买多个控制器。正因为如此，如果需要控制系统具有多种功能，如视觉或模块化仪器，那么采用PAC将是为经济的选择。

3.2有多功能实时控制的功能

＊过程控制进行优化的控制

由于能源或材料的成本很高的，对过程控制来说，工程师往往要对PID控制算法要进行优化，以地减少浪费。这些算法常常采用如模糊逻辑或神经网络等控制设计技术，从而可以大限度地降低过程控制的稳定时间。传统的PLC所能实现的PID控制算法并没有为特定的过程控制进行优化，若采用的控制算法不仅需要强大的浮点处理器，而且还要占用大量的内存，但若使用PAC平台则可以满足过程控制进行优化的要求。

＊监控的实时分析

对机器运行进行监控的系统中，需要实时采集来自模拟或数字I/O通道的数据，从而能有效地检测故障状态。则可能需要进行实时的阶次跟踪和振动分析等复杂工作才能有效地检测机器的状况。然而对于这些应用，则可以使用PAC的平台来进行实时地分析工作。

＊控制系统与数据库和网络连接

利用来自厂房内的实时数据，操作人员可以在控制室内根据所得的信息决策。然而，要使控制系统具有输出现场数据的功能是很困难的。企业系统一般采用标准的ODBC，ADO和XML以获得来自自动化系统的数据。PLC
只能通过标准的OPC进行通信，这意味着需要增加一台PC来采用OPC数据并使用如ODBC（开放数据厍互连）、ADO（数据自动化设计）和XML（可扩充描述语言）这样的标准把数据传送给企业。为了能有效地把现场数据传送到ERP系统中，控制系统能直接和外部数据库通信，据此，可以使用PAC来完成这些工作。

＊网络传送数据对数据加密

在把控制系统与数据库和网络连接时，是需要考虑问题的。出于的利益，许多厂商选择不把自动化系统和企业数据库相连，但是对于大多数厂商而言，连接所带来的好处要远大于方面的顾虑。尽管可以对PLC加锁来防止他人入侵工厂的网络，但是由于PLC通过以太网发送非加密包，所以它并不适合用于防止入侵。PAC在通过网络传送数据时，可以对数据加密。尽管目前这还不是需要考虑的因素，但是在将来它将是厂房内分布式系统采用PAC的主要原因。

＊多种速度与多个循环的确定性应用

PLC只能以固定的速度运行，而且它并不是为能以不同循环速率立进行处理所设计的。但如今，复杂的控制系统中常需要多种速率的确定性应用，它需要有多个循环，每个循环以不同的速率运行。这就要求能进行并行处理，而只有在PAC上运行的操作系统才具有这样的特性。

3.3灵活坚固的结构

＊适合于工厂环境

选择PLC的一个常见原因是它能在工厂的环境下正常工作。然而，绝大部分PLC是安装在向列箱内。然而在这样的环境里，PXI平台附加的冷却装置，坚固的外表面和增强的抗冲击和振动指标都使系统具有和PLC相同的性。

＊很强的扩展功能

工程师很希望使用柔性的自动化系统来满足不断新的要求，所以他们需要控制系统具有模块化、灵活性和伸缩性。PLC系统由于受到了I／O的限制，只能在数字和运动方面具有伸缩性，而PAC不仅具有PLC的伸缩性，而且您还可以在系统上增加视觉，模块化仪器或高速模拟I／O。也可以通过以太网来使用多个PC并根据需要增加或减少PC的数目。

＊新或换模块方便

对于现场工程师而言，大限度地减小故障时间是非常重要的。在对控制系统进行新或换I/O模块时，需要能地减少换或增加模块的工作量。PAC的模块化特性满足这方面的要求。

3.4控制器

＊具备Pentium4处理器与G字节容量的RAM

由于采用了现有的硬件来构建基于PAC的系统，所以PAC控制器可使用Pentium4处理器并具备G字节容量的RAM，这样可满足对机器高速状态进行监控时需要高速的处理器和大容量内存的要求。

＊信息存储功能

PAC则可以根据的时间、方式和数据格式来记录数据。如果无法保存和查看历史信息，那么信息还有什么用呢？而PLC传统上就缺乏数据记录的功能。

＊数字I/O可以提供24V的电压，高达500mA的驱动电流和光学隔离

传统上，PLC平台的数字I/O只能为工业传感器和激励器提供标准的电压
驱动电流。然而，新的如N1 651x系列模块的数字I/O则可以提供24V的电压，高达500mA的驱动电流和光学隔离，并且它还具有定时器，可编程电源启动状态，用于提高性和性的输入滤波器等特性，而成本只有每通道5美元。

＊模拟输入速率可高达每秒200M

目前某些PLC也具有模拟I/O模块，但是它们的编程十分复杂而且不适合用于高分辨率和大数据量的应用。而PAC所提供的模拟输入速率可高达每秒200M并具有24位的分辨率，这主要由于PCI总线技术速度快的原因，故可采用基于PC平台来提供模拟I/O。

＊高达8轴的运动方式

在各种平台中，特别是当您需要两轴运动方式时，软件起着主要的作用。在PXI平台上的运动控制器可以提供高达8轴的运动方式，而且可以使用NI运动助手对系统进行轻松地配置。

＊视觉应用

速率是在PLC平台上提供视觉功能的大障碍。目前，无论是要自动监测零件还是检验的包装，都可以在PXI平台上使用用于视觉应用的模拟、数字和FireWire摄像机。可以在控制程序中集成多种视觉算法，如模式匹配，光学字符识别，颜色匹配，规格和颜色检测。

＊通过各种工业化的现场总线提供互联

和PLC类似，PAC可以通过各种工业化的现场总线提供互联，如FOUNDATION Fietdbus，DeviceNet，CAN，Modbus，Ethernet，Profibus，串口等。PAC不仅能作为分布式I／O模块的主控设备，而且也可以作为从属设备添加到已有系统中。

3.5软件

＊实时操作系统

在PAC平台上可以使用如RTLinux，PharlapETS，QNX和VxWorks这些实时的操作系统（RTOS）。一般来讲，实时系统的编程很困难，但是使用如LabVIEW RT这样的软件可以变工程师开发实时系统的方式。现在工程师可以把bbbbbbs上开发的程序下载到实时运载平台上，如PXl控制器。

＊HMI（人机接口）的图像显示

特别是在混杂和过程控制工业中，大多数控制系统需要一个能连接控制系统的人机界面。一个HMI（人机接口）由一个触摸屏组成，它可以包含一个嵌入式控制器也可以没有。由于基于PAC的系统考虑到了用于I/O的相同控制器的使用，所以也就不需要添加额外的嵌入式控制器来实现HMI的图像显示。

＊容易的开发环境

虽然传统的梯形逻辑编程非常适合于数字I/O的编程，然而对于处理模拟I/O、运动或视觉这种编程方式则十分麻烦。PAC可以用通用的语言编写控制程序，为您提供了很大的灵活性，这些通用语言包括C，C++，VisuaI Basic，LabVIEW甚至是传统的梯形逻辑。

4、从上看出PAC与PLC功能之差异，其PAC可执行较多的任务:

＊实时的振动分析、图像处理．运动控制和CAN；

＊执行自动调节的PID控制，或可调增益的PID控制．模糊逻辑；

＊使用内置Web服务器、FTP服务器和e-mail功能进行通讯。

5、结束语

PAC是新一代PLC，其优势可概括PAC有五大特点：

＊多种功能，在一个平台上至少有两个逻辑，运动，PID控制，驱动和处理功能；

＊单一的多规程功能开发平台，采用通用的标记和单个数据库来访问所有的参数和功能；

＊软件工具允许通过多台机器或处理单元处理流程来进行设计，可以结合IEC 61131—3，用户手册和数据管理；

＊开放的模块化结构，反映了从工厂机器布置到加工车间中单元操作的工业应用；

＊采用实际标准的网络接口、语言等，如TOP／IP，OPC，XML和SQL查询。

由于PAC能为您增加所需的PC功能以用于控制，实时分析或连接企业数据库，而且同时保持了PLC的性。如果您不只是需要集成数字I/O和运动控制，或者需要快的计算机处理能力的话，PAC可能是非常好的选择。为此，当今的工程师除了PLC控制外，其PAC不失为是一种选择，它正自动化领域。而PAC概念将在当今和未来的工厂自动化中发挥重要的作用