西门子6ES7222-1EF22-0XA0厂家质保

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用来控制模拟量主要有三个特点：一是有误差，二是断续的，三是有时延。艾特贸易网简单介绍这三个特点，并对物理量在时间上、取值上的特点加以说明。

1．误差

模拟量在时间上、取值上是连续的。

对模拟量按一定时间间隔取值，称为采样。采样后得到的值即为离散量。显然，离散量在时间上是离散的，即只在采样的瞬间代表当时的模拟量值，其他时刻的模拟量的值不代表。但取值上是连续的。

用数值来逼近离散量，即求与实际的离散量接近的数字量，称为量化。量化后的离散量称为数字量。数字量在时间与取值上都是离散的。

plc只能处理数字量，而要用它控制模拟量，先要对这些模拟量进行采样与量化。

正是要量化，所以量化后的值总是与模拟量的原值存在误差，但这个误差是可控的。办法靠选用合适的输入、输出模块的位数。如用8位输入模块，其量化的值只能是0到255(16进制ff)之间的整数。故其分辨率为256分之一。如果选的位数多，分辨率也高。单位数多，模块也贵。高过16位时还要用双字指令处理，但这也将增加资源开销和处理时间。

误差可得到控制是一个重要的优点，只是这里也有一个合理的“度”，应在保证精度的要求下，力求减小位数。

2．断续

正是要采样，所以是断续的。只是在plc i/o刷新时，输入模块才把实际值读入plc；输出模块或输出点才把控制信号输给系统，并控制系统。只有在这时，才相当于它的采样开关合上，系统是闭合的。但这个闭合时间是很短暂的。而较长的时间是用在plc运行程序、对采集到的数据进行处理。而这期间系统闭环是断开的。可见，plc模拟量控制系统是典型的采样控制系统。

为了保证采样信号能较少失真地恢复为原来的连续信号，根据采样定理，采样频率一般应大于或等于系统频率的两倍。大频率是系统幅频特性上幅值为零时的频率。

3．时延

实际系统本身的惯性及动作传递也有个过程，有一定时延。用plc进行控制，采样、信息处理及控制输出也有个过程，有时延。在实施一个新一轮的控制作用后，不能指望立即就会有所反应。所以，不能因为一时不能得到所期望的反应，就一味地改变控制作用。那样，很可能使系统出现不稳定。再如，用pid控制，其运算间隔不应太短，如无特殊措施，其间隔起码要大于程序的扫描周期等。

以上三个特点，在确定控制算法、设计控制程序及选定控制参数时，要考虑

一般地讲，对模拟量控制系统的要求都是看在某种典型输入信号下，其被控量变化的过程。例如，自动调节系统，就是看扰动作用引起被控量变化的过程；随动系统就是看被控量，如何克服扰动影响，跟随给定量的变化而变化的过程等。对每类系统被控量变化过程的共同要求是稳定性、快速性和准确性。即：稳、准、快。

(1)稳定性

稳定性一般指系统的被控量一旦偏离期望值，则应随时间的增长逐渐减小或趋于零。对于稳定的自动调节系统，其被控量因扰动而偏离期望值后，经过一个过渡时间，应恢复到原来的期望值；对于稳定的随动系统，被控量应能跟踪给定量的变化而变化。反之，不稳定的控制系统，其被控量偏离期望值后，将随时间的增长而发散。

所以，稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。稳定是所有控制系统要满足的要求。不稳定，被调节量变化不定，以至于产生振荡，那是不允许的。

(2)准确性

准确性是指当过渡过程结束后，被控量的稳态值与期望值的一致性。实际上，由于系统结构、外作用形式，摩擦、间隙等非线性因素的影响，以及受模拟量控制与数字量相互转换分辨率的限制，被控量的稳态值与期望值之间总会有误差，称为稳态误差。在实际上．没有这个误差是不可能的。

这个稳态误差小，则精度高。这个误差尽可能小，这也是对控制的基本要求。精度当然越高越好。但也要有个合适的“度”。一般来讲，合乎要求就可以了。

(3)快速性

除了稳定性、准确性，在多数情况下，还对过渡过程的形式和快慢有要求，一般称之为动态性能。快速性是指系统实际值偏离要求（设定）值时，系统能很快（过渡时间短）而又平稳地回到设定值。

对于模拟量控制系统，主要有3个信息：①被调节量，或称被控量，也称调节量，是反映被控系统的状态、行为、性能或功能的信息；②控制量，也称控制，是经处理后产生控制作用的信息；③干扰量，它与控制相反，总是使系统的状态与行为产生所不希望的变化。干扰信息有时不好检测，而如采用闭环控制也可不检测。

模拟量是连续量，多数是非电量。而plc只能处理数字量、电量。为此，一般来讲，要有，把模拟量转换成电量；如果这电量不是标准的，还需要有变送器，把电量变换为标准的电信号，如4～20ma等；要有模拟量(a)到数字量(d)转换的模拟量输入单元（模块），把这些标准的电信号变换成数字信号；要有数字量(d)到模拟量(a)转换的模拟量输出模块，把plc处理后的数字量变换成模拟量；要有执行器，根据模拟量的大小执行相应的模拟输出控制动作。

当然，如同处理逻辑量一样，plc的cpu、内存、相应的程序等也是必需的。只是，这里多了以上提到的信号的采集、转换、变换及执行等环节。

所以，一个完整的模拟量plc控制，一般来讲，其过程是用传感器信息，并把它变换成标准电信号，进而送给模拟量输入模块；模拟量输入模块把标准电信号转换成cpu可处理的数字信息；cpu按要求对此信息进行处理，产生相应的控制信息，并传送给模拟量输出模块。

模拟量输出模块得到控制信息后，经变换，再以标准信号的形式传给执行器；执行器对此信号进行放大和变换，产生控制作用，施加到受控对象上。模拟量控制过程如下：信息→信息变换→信息处理→信息反变换→控制输出。

(1)短路保护

当输出设备短路时，为了避免plc内部输出元件损坏，应该在plc外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。在每个负载的回路中都装上熔断器。

(2)互锁与联锁措施

除在程序中保证电路的互锁关系，plc外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统地运行，如正、反转控制，要利用km1、km2常闭触点在plc外部进行互锁。在不同电机或电器之间有联锁要求时，也在plc外部进行硬件联锁。采用plc外部的硬件进行互锁与联锁，这是plc控制系统中常用的做法。

(3)失压保护与紧急停车措施

plc外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮plc的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载，而与plc毫无关系。

有时硬件措施不一定干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高plc控制系统的抗干扰能力和性起到很好的作用。

(1)开关量输入信号抖动

在实际应用中，有些开关输入信号接通时，由于外界的干扰而出现时通时断的“抖动”现象。这种现象在系统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成什么影响，但在plc系统中，由于plc扫描工作的速度快，扫描周期比实际继电器的动作时间短得多，所以抖动信号就可能被plc检测到，从而造成错误的结果。因此，对某些“抖动”信号进行处理，以保证系统正常工作。

(2)故障的检测与诊断

plc的性很高且本身有很完善的自诊断功能，如果plc出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。

大量的工程实践表明，plc外部输入、输出设备的故障率远远plc本身的故障率，而这些设备出现故障后，plc一般觉察不出来，可能使故障扩大，直至强电保护装置动作后才停机，有时甚至会造成设备和人身事故。停机后，查找故障也要花费很多时间。为了及时发现故障，在没有酿成事故之前使plc自动停机和报警，也为了方便查找故障，提高维修效率，可用plc程序实现故障的自诊断和自处理。

现代的plc拥有大量的软件资源，如fx2n系列plc有几千点辅助继电器、几百点定时器和计数器，有相当大的裕量，可以把这些资源利用起来，用于故障检测。

●时检测：机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此，可以以这些时间为参考，在plc发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。例如，设某执行机构（如电动机）在正常情况下运行50s后，它驱动的部件使限位开关动作，发出动作结束信号。若该执行机构的动作时间过60s（即对应定时器的设定时间），plc还没有接收到动作结束信号，定时器延时接通的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。

●逻辑错误检测：在系统正常运行时，plc的输入、输出信号和内部的信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为on状态，就应按故障处理。例如，某机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时为on状态，若它们同时为on，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。

(3)预知干扰

某些干扰是可以预知的，如plc的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使plc接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件plc的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。

分析被控对象就是要详细分析被控对象的工艺流程，了解其工作特性。此阶段一定要与用户进行深入的沟通，确析的而准确。在控制系统设计时，往往需要达到一些特定的指标和要求，即满足实际应用或是客户需求。在分析被控对象时，考虑这些指标和要求。在的分析之后，就需要按照一定的原则，准确地用工程化的方法描述被控对象，为控制系统设计打好基础。

1.系统规模

根据被控对象的工艺流程、复杂程度和客户的技术要求确定系统的规模，可以分为大、中、小三种规模。确保硬件资源有一定裕量而不浪费。

小规模控制系统适用于单机或小规模生产过程，以顺序控制为主，信号多为开关量，且i/o点数较少（128点），精度和响应时间要求不高。一般选用s7-200就可达到控制要求。

中等规模控制系统适用于复杂逻辑和闭环控制的生产过程，i/o点数较多（128点到512点之间），需要完成某些特殊功能，如pid控制等。一般选用s7-300等。

大规模控制系统适用于大规模过程控制、系统和工厂自动化网络控制，i/o点数较多（512点），被控对象的工艺过程较复杂，对于精度和响应时间要求较高。应选用具有智能控制、高速通信、数据库、函数运算等功能的，如s7-400等。

2.硬件配置

根据系统规模和客户的技术对控制系统i/o点数进行估算。分析被控对象工艺过程，统计系统i/o点数和i/o类型。按照设备和生产区域的不同进行划分，明确各个i/o点的位置和功能。再加上10%～20%的备用量列出详细的i/o点清单。

3.软件配置

根据控制系统设计要求选择适合的软件，包括系统平台软件、编程软件。

上位机软件的选择。需考虑监控的点数限制；是否有报警显示、趋势分析、报表打印以及历史记录功能。

4.控制功能

要正确的进行控制系统的规模选择，要了解各家控制器的特性，比如性能参数、应用场合、行业解决方案，以及性和通用性等。如何选择一个控制系统，一般遵循以下几点：

控制系统是否需要冗余、i/o信号模块是否需要冗余、通讯是否需要冗余。

控制点数有多少，包括数字量输入和输出点数、模拟量输入和输出点数。

被控对象工艺是否复杂，是否需要实现特殊功能，比如防喘控制等。

系统正常运行时，控制器的负载率是否有足够的工作裕量；i/o信号点是否需要一定的余量。

针对数字信号，是否需要隔离；考虑输入信号的电压和电流等级；输出信号是否需要固态继电器输出。

针对模拟量信号，是否需要隔离栅；信号的类型，电压型还是电流型；电压和电流的测量范围。不一样的信号类型，需要选择不一样的i/o信号模块。

用于温度测量的信号模块，考虑是热电阻还是热电偶。

信号模块是否需要在线带电插拔换。如果需要，还需考虑附加特殊的背板插槽。

当系统和外部出现故障时，比如信号短路或锻炉，这时信号模块是否需要将输入输出信号自动切换到预先设置的值。如有要求，需考虑选用故障型的控制器和信号模块。

当需要和三方设备通讯时，需考虑通讯距离的长短，以及相应的通讯接口协议等，选用不同的通讯模块。

针对系统中的重要连锁信号，是否需要特殊的soe模块，来记录信号变化的时间先后顺序。

熟悉被控对象是设计控制系统的基础。只有深入了解被控对象以及被控过程，才能够提出合理科学的控制方案。

1）分析被控对象。详细分析被控对象的工艺流程，了解其工作特性。此阶段一定要与用户进行深入的沟通，确析得而准确。

2）画出工艺流程图。经过步，应对被控对象的整个工艺流程有了深入的了解，为了直观、简洁的表示，画出工艺流程图，为后面的系统设计做准备。

3）分析并明确控制任务。根据已经做好的工艺流程图，工程师可以把用户提出的控制要求转换为术语，对其逐一进行分解，并从控制的角度将其中的要求转化为多个控制回路。对于过程控制系统可用p&id图来表示其中的控制关系

2、系统概述：

该系统由四台大泵(22kw)与一台小泵(5.5kw)组成;plc部分由西门子可编程控制器s7-200系列的cpu226，文本显示器td200组成;变频器采用三菱fr-a540系列，功率22kw。

用户所需的生活用水压力、消防用水压力、运行方式等参数在td200文本显示器上设定，压力把用户管网压力转换为0-10v标准信号送进 plc模拟量模块em235，plc通过采样程序及pid闭环程序与用户设定压力构成闭环，运算后转换为plc模拟量输出信号送给变频器，调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。

该系统有各个泵的运行时间累计功能，通过plc的数据区保持可以断电记忆。每次起动时先起动1#小泵，当用水量过一台泵的供水能力时，plc 通过程序实现泵的延时上行切换，切换原则为当前未运行的大泵累计运行时间少的先投入;当压力过时，plc通过程序实现泵的延时下行切换，切换原则为当前正在运行的大泵运行时间多的先撤出。直到满足设定压力为止。追求的终目标为压力恒定。

当供水负载变化时，变频器的输出电压与频率变化自动调节泵的电机转速，实现恒压供水。

系统还可通过plc的实时时钟自动定时供水，用户在td200上设定每天多6段(段数也可设定)定时供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

系统可动态显示各种参数，如设定压力，运行压力，水位高度，运行方式，实时时间，日历，各个泵的运行时间累计(到秒)，运行状态，故障信息等等。为了不使系统中td200画面显得死板，在plc程序中控制td200中的画面定时切换，动态显示;

系统还有故障自诊断功能，各泵发生过载、缺相、短路、传感器断线、传感器短路、水位下限、水压高、水压低、变频器故障等，都会有声光报警，td200上同时显示故障类型，通知设备维修人员处理，并可记忆故障发生时间及班次，以便追查原因及相关责任。

3、工作原理：

3.1 自动手动方式

(1)手动运行时，可按下按钮起动停止水泵在工频状态下运行，脱离开plc及变频器的控制，该功能主要用在检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。

(2)自动运行时，全部泵的运行依程序自动工作。

上行过程：当在自动运行方式时，按下td200上的起动软健，系统先起动1#小泵，plc程序控制模拟量模块em235给定变频器一固定频率输出，此时若用 pid运算输出直接控制变频器则(设定压力大，运行压力为零，所以运算输出大)变频器依设定的上升时间运行，升速太快，系统冲击很大。等泵运行一会儿，管网压力积累后，再用pid运算输出控制变频器。具体时间和频率与管网系统有关，在现场调试时这两个参数在td200上设定调整。管网越大，时间越长。

当 1#小泵到达50hz后，系统压力仍偏低，则延时一段时间后，系统靠plc程序把1#泵切换到工频运行，同时由plc输出一个开关量给变频器的mrs端子，变频器瞬间禁止输出，此时plc把运行时间少的泵变频接通后，撤掉禁止输出，相应的泵变频起动运行;延时切断1#小泵，系统中相应的一台大泵变频运行，压力自动调节，若系统压力平衡，则频率稳定在一个相对的范围，若频率到达50hz后压力仍然偏低，则再投入一台大泵，比较剩下的泵的累计运行时间，时间少的投入，以此类推。注意，上行中，只要有一台大泵运行，则1#小泵要断开，大泵与小泵同时运行时，小泵的效率很低。

下行过程：当系统压力偏高，变频器运行在18hz左右(18hz以下泵的效率很低，经验值)时，plc程序判断运行在工频状态的泵累计运行时间 (若只有一台泵不作判断)，运行时间多的泵延时撤出，在撤出的瞬间，plc控制变频器运行频率在50hz，要不系统冲击过大，有水垂现象，延时一会儿后，再把 pid运算输出投入即可;以此类推。注意：下行过程中，到后一台大泵运行时，频率在18hz左右，系统压力仍然偏高时，则把1#小泵切换到变频运行。这种情况在夜间可能发生，当供水管网很大时，也许没有这个可能性。

三、注意事项：

1、该系统中有泵的工频变频上行切换，为了系统的快速响应，切换时间越短越好，切换时时间差很小，所以各个泵的变频接触器与工频接触器用可逆接触器，线路与plc程序中也要有互锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器造成危害。

2、变频器上行下行切换时间设定，如果设定值过大，则系统不能对管网的用水量做出反应;如果设定值过小，则可能引起系统频繁的投入泵，撤出泵的动作;为此，plc程序中增加判断设定压力与运行压力在临界切换状态时，只要不过允许的误差范围内，不做泵的切换。

3、变频器在上行切换时，要有瞬间禁止输出功能，变频器没有此功能可用自由停车功能;所以选择变频器时要注意这点

存储器按照存储方式可以分为随机存储器( ram)和只读存储器(rom)。plc内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。

(1)系统程序存储器用来存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数等。这是plc正常工作的基本保证。系统工作程序是由plc生产厂家编制、安装并固化的。

注意：系统程序存储器直接关系到plc的性能，不能由用户直接存取。出于这种性方面的考虑，plc的系统程序存储器都采用rom、eprom等用户不能进行修改的存储器。

(2)用户程序存储器是用来存放用户程序的。用户程序由用户编制，通过编程器输入。所谓“编程”就是编写plc用户程序。用户通过编制用户程序，控制生产过程。

通常plc产品资料中所指的存储器容量就是用户程序存储器。部分plc用户程序存储器盼存储容量是以“步”为单位进行计算。plc中的一步，指的是plc一条基本逻辑运算指令所占用的存储器容量。不同的plc，每步对应的实际存储器字节数是有所不同的。

用户程序一旦调试完成，除非设备的控制要求发生改变，才需要重新设计编写plc程序，否则使用者一般不需要改程序。

(3)内部数据存储器是用来存放plc程序执行的中间状态与信息的。plc程序的中间处理结果等信息均存储在存储器中。内部数据存储器的存储容量与plc规模和指令系统有关。plc的规模越大，指令系统越复杂，内部数据存储器的存储容量也就越大。

内部数据存储器的状态在plc程序执行过程中发生动态改变，所以采用动态ram进行存储，其内容在关机时自动。但由于设备连续工作或断电恢复的需要，部分内部数据存储器可以用电池保持。