6ES7221-1BH22-0XA8速发

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1、学生在实验室实训课前应该认真预习实验室实训内容，明确实验实训目的。

2、根据实验实训任务，拟定出切实可行的、条理清楚的实验实训步骤，准备好有关表格及文具。

3、做实验实训之前，自行检查所配备仪器、元件材料、工具等是否齐全。若发现缺件，应该立即向实验室指导老师声明，并请求解决。反复强调，须在得到实验室指导老师检查电路并许可后方可通电。

4、实验实训过程中，应严格按照仪器操作规程操作。实验实训中若发现设备故障，应立即断电，保护现场，并报告实验实训指导教师处理。

5、实验实训中，若发现损坏仪器，丢失材料、工具等，应填写仪器损坏报告，写明损坏（丢失）原因，分清性质，报告主任、主管主任处理。

6、实验实训结束，应将实验实训记录交指导教师审阅认可后，方可拆卸线路，整理工具。并将元件、材料、工具交实验实训指导教师查收，放回到场所。

7、将实验实训台和仪器设备擦拭干净，仪器连线整理好，摆放整齐。以上各项由实验实训指导教师检查合格后，在预习报告上签字，方可离开实验室。

8、实验实训完毕，每次安排实验实训班级数人值日，负责打扫实验室卫生，保持实验室干净、整洁。

9、按学校所发的统一表格，实验实训课后，认真填写实验实训报告；课程实训后，认真填写课程实训报告。

10、注意人身，未经实验指导教师许可，不得处理强电部分。

                  PLC实验室仪器设备管理制度

    根据教委及学校的有关精神，结合本实验室的实际情况，特“PLC仪器设备管理制度”如下：

1、仪器购置计划，有实验室主任提前提交系里，并在系务会上讨论通过后，由系主任向主管部门提出申请后，经批准之后，交器材科购买。

2、新购入的仪器设备，实验教师及时开箱清点验收，由器材科粘贴标签，办理入库手续；实验室办理出库手续后，立即登入仪器设备帐，填写固定资产卡片。

3、实验室有专人管理仪器设备及有关技术资料。

4、实验室的仪器设备一般不能外借，若校内其它实验室临时借用，经实验室主任同意后，应办理借用手续。

5、需要对外调拨、转让、出租和租赁的仪器设备，有学校器材科统一办理。

6、因故障损坏或时间长仪器老化而需要淘汰新的仪器设备，有实验室主任报告经系部同意后报经学校器材科处理。损坏（丢失）或维修的仪器应及时填写“仪器设备损坏及维修记录表”。

7、有关人员应定期核对实验室所有的仪器设备，做到帐、物、卡相符，核对日期由学校有关部门确定。

                    PLC实验室制度

1、实验实训中应注意人身。含有强电内容的操作，不经实验实训指导教师允许不得私自动手，以防触电。

2、实验室防火设专人负责，定期检查火灾隐情，及时排除火灾隐患，确保不失火，实验室中应该有灭火设备。

3、实验室不得存放自行车及生活用品。严格遵守实验室操作规程，不违章操作设备，确保仪器设备。

4、爱护实验室公物，不得以任何接口事项损坏公共设施。

5、离开实验室之前，务必关掉电源。

6、节日前后，实验室主任与系小组共同检查实验室的情况，防患于未然。

7、实验室实训指导教师、实验室主任应对实验室的做不定期的检查，认真填写“实验室检查记录表”。

8、本着对实验室高度负责的态度，实验室主任，实验实训指导教师应不定期参加学校有关会议或培训班，认真学习有关文件精神，掌握防患技巧。

1、系统概述
玻璃熔窑各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到玻璃的产量和质量。在玻璃生产过程中对窑压和温度的稳定有严格的要求，同时窑压和温度的写急定又涉及到其它环节和参数，比如燃油的压力和温度，雾化介质的压力以及换向过程等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配合有不同的方法可以实现。随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对玻璃熔窑的各个参数进行自动控制，包括提到的各种参数、熔窑的换向控制以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。系统投入使用以来运行状况良好。
2、系统构成

本系统上位机部分选用一台上位机配以FIX软件包，PLC部分选用的PLC，它具有、运行、功能较强的特点。执行机构主要有变频器、电磁阀、薄膜调节阀、三相异步电动机等。


3、PLC实现的功能

本系统大致可以分为三个部分；1、PID调节部分，2、熔窑的换向系统，3、PLC和变频器的通讯部分。其中PID调节部分包括油压、油温、油流（1-6号）、雾化介质、窑压等参数的控制。

3.1 PlD调节部分

PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性；1、l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制。2、数字滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统。3、多种输出规格可供选择。4、八组数据设置，八个数值（如设（SP）和报警设置值）可以预置在八个数据组中。5、可以用数据设定器输入和显示当前值。6、PID控制，利用PID控制器及自动调谐的特性获得稳定的PID控制。7、可以用PLC程序输入和检索数据。同时我们通过PLC的程序实现双PID控制，从而实现了窑压和油流的稳定运行。
PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
同时在上位机上可以很方便地修改油温、油压、油流、雾化介质、窑压等每个控制回路的PID参数，如设定值（SV）、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。

3.2 熔窑的换向部分

熔窑的换向分为手动、半自动、和自动三种方式，手动即在控制柜上进行操作；半自动和自动都是通过PLC进行控制的，正常情况下都是在全自动换向状态下运行，不需要进行人工干预，只要在上位机上设定换向时间，PLC就会按给定的时间进行自动换向。并且PLC能自动地识别方向，在上位机上显示。同时还能保证在于动/半自动/自动三种状态之间无扰动切换。

3.3 PLC与变频器的通讯（现场总线Device Net ）

现场总线是近年来进入工业现场控制领域的一项的技术，在本项目中我们采用了Device Net开放式的现场总线来实现PLC与变频器之间的通讯。Device Net有很多特点；1、它为开放式现场总线网络，符合Device Net总线标准的国内外各生产厂商的机器均可连接。2、它支持广泛的数据处理操作，从通常的ON/OFF数据处理到条形码读入器的数据位操作。3、Device Net保证了波特率为125kbps，节点间大500m的距离，因而在较长的生产线上应用简单方便。当采用某种PLC机型时它可以使用多达2048个I/O点和63个从站。过去我们都是利用一个模拟量信号（4-2OmA或0-10v）来控制变频器的输出频率，从而实现节能或调速的要求。但是模拟量信号不管是4-20mA的电流信号或者是0-l0v的电压信号，即使采用数字化处理，但在传输过程中仍然是以模拟量信号进行传输，容易受到干扰，同时模拟量信号精度较低，只能用于精度要求不高的系统中，在精度要求较高的系统中，模拟量信号还易受干扰，造成系统的不稳定，而我们采用通讯的方式来控制变频器的输出频率，是一种纯数字化的控制，即数字的处理采用数字化处理，传输是纯数字化的传输，精度很高，这就能够使变频器的输出频率非常稳定。同时还可以把变频器的运行状态，故障信息在上位机上显示出来。

4、结束语

该系统应用于某玻璃生产线后运行稳定，也降低操作者的劳动强度，受到生产分厂的。由于该系统在改造前，油流量的控制一直不能技入自动，长期处于手动控制状态，需要很频繁地调节流量阀的开度大小，工作量很大。改造后能实现自动控制。而且该系统的操作也非常方便，凡是需要修改的参数都可以在上位机上直接输入，如变频器的起/停、基准频率、每个PID控制回路的参数值等。另外，该系统价格低，投资少，降低了产品成本，效益显著。

1．柴油机控制系统由带有Profibus DP通讯总线接口的新S7-CPU 315-2DP控制器替换现有的S5-115U控制器；
2．由带有Profibus DP通讯总线接口的新远程I/O站ET200M替换辅机系统现有的ET100U；
3．系统和发电机系统的S5-95U控制器都替换成新的CPU313-2DP控制器；
4．S7-300PLC以及ET200之间通过Profibus-DP总线进行通讯，保持和现有系统网络结构的一致性；
5．安装WinCC操作站替代原有的COROS站，未改造的S5控制系统采用SIMATIC S5 PROGRAMMER PORT AS511通讯协议与WinCC之间通过RS232串口通讯，改造的S7系统采用PROFIBUS通讯协议，实现了在一台WINCC操作站上监控所有柴油机组；
6．WINCC操作站同时作为WINCC 服务器，通过电厂内部局域网连接了若干台远程监控站，实现办公室的远程生产监控；
7．监控功能：操作员站作为监视、控制、维护和事故处理的HMI（人机界面），可以调出系统任何一个信息画面进行集中监视和控制。操作员、维护人员和系统工程师在操作站上根据口令等级进行常规控制、复杂控制、系统维护、控制环节的建立和扩充。为了实现对生产过程的监控，我们通过组态主要提供以下操作画面：
A． 操作菜单画面
B． 系统总貌画面
C． 用户流程图画面
D． 趋势显示画面
E． 测点总览画面
F． 报警查询画面
G． 打印功能

8． 主要监控界面

四 使用效果分析
通过本次改造实现了原有的全部控制功能，而且在原有操作监视功能的基础上实现了诸如历史趋势、报警查询等用户定制的实用功能，为厂方进行生产管理和事故分析提供了强有力的工具。同时由于S7相对于S5强大的功能，使得无论是系统响应速度还是维护调试都较之以前都有很大的改观。系统改造完成到现在已经稳定运行2年，得到了厂方运行人员和管理人员的普遍。
五 结束语
西门子的S5系统作为S7系统的上一代产品，曾经是非常的控制系统。但是随着S7系统的推出，老的S5系统诸如配件短缺、相关技术支持资源缺乏等问题日益，导致系统的维护难度日益增大。将S5系统升级为S7系统不失为一个理想的解决办法，不仅可以保证系统功能的保留，而且备品备件、调试维护等问题都得以解决。

可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

 一. PLC的由来

在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：

1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可*性继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可*性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。

PLC的基本概念 - PLC的定义

 二. PLC的定义

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”

以后电工(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案稿，二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

 三. PLC的特点

PLC的主要特点

1、高可*性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可*性进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过换模块的方法，使系统恢复运行。

PLC的功能

1、逻辑控制

2、定时控制

3、计数控制

4、步进(顺序)控制

5、PID控制

6、数据控制：PLC具有数据处理能力。

7、通信和联网

8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

 四、PLC的发展阶段

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，大规模集成电路技术的发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也发展，其发展过程大致可分三个阶段：

1、早期的PLC（60年代末—70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2、中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。

3、近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于大规模集成电路技术的发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了变化。

 五、PLC的分类

1、小型PLC 小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。

2、中型PLC 中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能强，指令系统丰富，内存容量大，扫描速度快。

3、大型PLC 一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能强。具有强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可*性高。

 六. PLC的基本结构

PLC实质是一种于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，

1、处理单元(CPU)是PLC的控制。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

 PLC常用的存储器类型

（1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度快，由锂电池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。

 PLC存储空间的分配

虽然各种PLC的CPU的大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：

（1）系统程序存储区

（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）

（3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。

系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。

（1）I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。

（2）系统软设备存储区 ：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。

1）逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。

2）数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16 bits)。 另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。

3）计时器

4）计数器

用户程序存储区

用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。

3、电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。