西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0质保

西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0质保

 计算机和网络技术飞速发展，引起了可编程控制器结构和性能变革，可编程控制器已经深深介入机械制造、电气控制以及生产过程控制等各个领域中。本文叙述可编程控制器压缩机联锁保护系统中应用，着重阐述了可编程控制器控制系统硬件和软件应用。
    引言：
    可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术新型、通用自动控制装置。它具有功能强、性高、使用灵活方便、易于编程及适应性强等一系列优点。近年来，它工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。其紧凑设计、良好扩展性、低廉价格、强大指令以及较高性和简便维护,近乎满足了小规模控制要求。压缩机组是动力，从避免事故和对机组保护角度考虑，对机组温度、压力、和防喘震等都设计了严密联锁程序，机组正常运转过程中，一旦有控制参数标或有危害机组因素，控制系统都要联锁保护程序做出相应处理。PLC处理功能强大、扫描速度快，抗干扰能力强，机组联锁保护系统中到了广泛应用。本文以聚丙烯生产中制冷降温冰机为例介绍PLC连锁保护设计和应用。
    一、联锁保护必要性和压缩机控制要求
    联琐保护主要作用是当机组启停和运行过程中发生危及设备和人身故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，保证机组正常启停和运行。是对设备工作状态和机组运行参数严密监视，发生异常情况时，及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。当发生重大故障而危及机组设备时，停止机组（或某一部分）运行，避免事故进一步扩大。上述压缩机控制中，当温度70℃、入口压力1Mpa、机组润滑油压力0.5Mpa、出口压力9Mpa操作员按下紧急停车按扭时，PLC启动压缩机联锁保护程序，机组停止运行。
    二、硬件配置
    １、ＰＬＣ硬件
    PLC选用西门子S7-300，S7-300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。冰机控制系统PLC硬件配置中，电源选用PS307电源模块，CPU选用标准型315-2DP。数字量输入模板选用SM321DI16x24VDC，数字量输出模板选用SM322DO8x24VDC/0.，模拟量输入模板选用SM331AI8×12位，模拟量输出模板选用SM332AO4×16位。
    2、人机界面
    操作界面上配置触摸屏。选用5.7″LCD显示屏，具有操作简单，显示直观特点，可直接触动屏幕进行操作。触摸屏内置通用端口，可串行通讯电缆直接与计算机及其它含有RS-232C端口设备相连。
    本套生产线实际应用中，为人机界面设置了生产线运行状态显示、I/O监控、手动操作、设备自动运行指示及故障报警和报警帮助等多个画面，并应用了操作人员等级密码设定等功能。
    三、软件设计
    1、软件运行
    用户写好程序并下载到PLC后，一旦开机运行，PLC就循环执行用户程序。
OB1是用于循环处理组织块（主程序），它可以调用别逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。起动完成后，不断循环调用OB1，OB1中可以调用其它逻辑块（FB,SFB,FC或SFC）。循环程序处理过程可以被某些事件中断。循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中输入址区和输出址区，访问CPU内部输入/输出过程映像区，批量输入、批量输出。
    ２、测量参数运算
    PLC从传统继电器回路发展而来，初PLC没有模拟量处理能力，PLC从开始就强调是逻辑运算能力。科技发展，控制技术突飞猛进，PLC发展到今天，已经移植到计算机系统控制上了，已经具备了强大模拟量处理能力。机组控制，前期PLC模拟量处理能力局限，大部分模拟量参数控制都采用开关，如压力开关、液位开关等。这些开关大部分是机械式，是设定器设定报警点，转换成数字量。这样往往控制精度相对较低，难免有误动作。PLC模拟量处理能力强大，模拟量处理模块产生，可以把测量变送器信号直接引入PLC处理模块，程序中写入联锁动作点。大大提高控制精度，减少了误动作。
    上述机组控制，压缩机出口压力控制，压力变送器传输4-20mA信号直接引入模拟量输入模板SM331AI8×12。CPU只能以二进制形式处理模拟量，模拟量输入模块用于将模拟过程信号转化为数字形式，模拟量输出模块用于将数字输出之转化为模拟信号。模块硬件配置和软件设置中写入相应参数，就可以写入处理程序。本压缩机控制要求，压缩机出口压力变送器量程是0～10Mpa，出口压力过8Mpa，PLC输出报警，蜂鸣器响，当出口压力达到9Mpa时，压缩机，就要打开泄压阀门，模拟量输入址为PIW256，PLC报警输出点址为Q2.0，泄压阀门控制输出址为Q2.1，程序如下：
    压缩机温度也是压缩机联锁保护中很重要参数，温度测量，直接采用热电阻，把测量欧姆信号引入模拟量输入模板SM331AI8×12，设置好相应硬件参数后，写入联锁动作程序，上述压缩机控制，温度达到70℃，防止事故发生，则停止压缩机，温度输入点址为PIW260,压缩机停机控制址为Q2.2。
    ３、连锁保护程序
    机组具备开机状态下，操作员按下开车按扭，压缩机自检没有报警信号后，启动运行。压缩机运行过程中，PLC程序循环扫描控制参数，严密监控压缩机状态，当温度70℃、入口压力1Mpa、机组润滑油压力0.5Mpa、出口压力9Mpa、操作员按下停止或紧急停车按扭时，压缩机自动进入联琐程序，调用联琐处理子程序或事故级别直接停止压缩机运行，实现设备自保和防止事故进一步扩大。下面是压缩机启停联琐运行一段程序。
    四、总结
    PLC内部资源其丰富，内部存储器（软继电器）数量往往数以千数。
    PLC采用“软器件”、“软触点”进行联锁，它并不改变PLC外部电路结构，不存使电路复杂化问题。而这种联锁本质上是增加PLC运算条件，使PLC进行输出之前需要进行多性判断，使系统性到提高。系统保护程序开发与运行，使PLC能及时感知系统故障或存事故隐患，并保护程序做出相应反应，止事故发生或扩大，好保护人身和设备。

   随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。
    变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的连续调速控制、实现速度的控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。
    PLC特点：，性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。三，设计安装容易，维护工作量少。四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。
    在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。
    （1）大限度地满足被控对象的控制要求；
    （2）系统结构力求简单；
    （3）系统工作要稳定、；
    （4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；
    （5）人机界面友好。
    本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司的ABBACS800变频器，系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。
    1本设计的控制要求：
    1)系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化；
    2)要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；
    3)用户可自行设置水位的高低，以控制变频器的起停；
    4)变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上;
  5)具有水位过高、过低报警和提示用户功能；
    2本设计控制结构:
    由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC进行单个对象的控制，只要适当的选用的PLC,能够胜任此功能。系统控制结构如图1所示。
   
    PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有率、宽范围、的调速性能。
    3设备的选型
    （1）PLC及其扩展模块的选型：
    目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足各种工业控制的需要。另外，新的PLC产品还在不断的涌现，那么，如何选择一个合适PLC？
   
    本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器，共有十八个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，终选西门子公司的S7系列PLC。
    由于CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个立的30kHz高速计数器，2路立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有多的输入/输出点，强的模块扩展能力，快的运行速度和功能强的内部集成特殊功能。
    根据上述分析，参照西门子S7-200产品目录，选用主机为CPU226PLC一台、另加上一台模拟量扩展模块EM235。
    （2）变频器模块的选型：
    目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采用ABB公司的ABBACS800变频器。ACS800系列传动产品大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。内含启动引导程序，令您调试易如反掌；自定义编程：内置可编程模块，犹如PLC令您发挥自如；体积小巧：内置滤波器，斩波器及电抗器、性能。
    4系统的控制流程：
    （1）程序设计前准备工作：了解系统概况，形成整体概念，熟悉被控对象、编制出高质量的程序，充分利用手头的硬件和软件工具。 （2）程序框图设计：这步的主要工作是根据软件设计规格书的总体要求和控制系统具体要求，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，然后在根据工艺要求，绘制出各功能单元的详细功能框图。
    （3）编写程序：编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的部分。
    （4）程序测试和调试：程序测试和调试不同，软件测试的目的是尽可能多地发现软件中的错误，软件调试的是进一步诊断和正软件中的错误。
    （5）编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结。
    5程序结构：
    本程序分为三部分：主程序、各个子程序、和中断程序（见四章）。逻辑运算及报警处理等放在主程序中。系统初始化的一些工作及液位显示放在子程序中完成，用以节省时间。利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。在本系统中，只用比例积分控制，确定增益和时间常数为：增益Kc=0.25；采样时间Ts=0.1S；积分时间Ti=30S；微分时间Td=0S。
    6PLC编程软件。
    本设计使用的是软件是STEP7-Micro/WIN,该软件主要协助用户开发应用程序，除了具有创建程序的相关功能，还有一些文档管理等工具性功能，还可直接通过软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。
    该软件可以工作于联机和离线两种工作方式，所谓联机是指直接与PLC连接，允许两者之间进行通信，如上装或下载用户程序和组态数据等。离线则是指不直接与PLC联系，所有程序及参数暂时存入磁盘，联机后再下载至PLC。

提高PLC自动控制系统性的方法,如下：
一、控制系统性降低的主要原因
虽然工业控制机和可编程技术'>控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：1、造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，连接处松脱等），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。2、机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制。3、现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有：
1、控制负载的接触不能动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。
2、控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。
3、各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。
 
二、设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平。

三、输入信号性研究
要提高现场输入给PLC信号的性，要选择性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。数字信号滤波可采用如下程序设计方法，在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。
模拟信号滤波可采用如下程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉大和小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。
在实际应用之中，工具情况还以延长采样的次数，以达到较好的效果。提高读入PLC现场信号的性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。
又如各储罐有上下液位限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在限位置，判断可能是液位限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的。
四、执行机构性研究
当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否吸合，停止时接触器是否释放，这是我们关心的。
我们设计了如下程序来判断接触器是否动作。X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。
当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如下所述。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。另外，一般的开关输出都有中间继电器，多于比较重要的控制可以使用中间继电器的其他辅助触点向PLC反馈动作信息。

在FXGP中把程序编辑好之后，要把程序下传到PLC中去。程序只有在PLC中才能运行；也可以把PLC中的程序上传到FXGP中来，在FXGP和PLC之间进行程序传送之前，应该先用电缆连接好PC-FXGP和PLC。

1、把FXGP中的程序下传到PLC中去

若FXGP中的程序用 指令表 编辑即可直接传送，如果用梯形图 编辑的则要求转换成指令表才能传送，因为PLC只识别指令。

点击菜单“PLC”的二级子菜单“传送”→“写出”：弹出对话框，有二个选择〈所有范围〉、〈范围设置〉

选择： 1）所有范围

即状态栏中显示的“程序步”（FX2N-8000、FX0N-2000）会全部写入PLC，时间比较长。（此功能可以用来刷新PLC的内存）

2）范围设置

先确定“程序步”的“起始步”和“终止步”的步长，然后把确定的步长指令写入PLC，时间相对比较短。

程序步的长短都在状态栏中明确显示。(见图（4）界面下方)

在“状态栏”会出现“程序步”（或“已用步”）写入（或插入）FX2N等字符。选择完[确认]，如果这时PLC处于“RUN”状态，通讯不能进行，屏幕会出现“PLC正在运行，无法写入”的文字说明提示，这时应该先将PLC的“RUN 、STOP”的开关拨到“STOP”或点击菜单“PLC”的[遥控运行/停止[0] ]（遥控只能用于FX2N型PLC），然后才能进行通讯。进入PLC程序写入过程，这时屏幕会出现闪烁着的“写入Please wait a moment”等提示符。

“写入结束” 后自动“核对”，核对正确才能运行。

注意这时的“核对”只是核对程序是否写入了PLC，对电路的正确与否由PLC判定，与通讯无关。

若“通讯错误” 提示符出现，可能有两个问题要检查。

，   在状态检查中看“PLC类型”是否正确，例：运行机型是FX2N，但设置的是FXON，就要改成FX2N。

二，  PLC的“端口设置”是否正确即COM口。

排除了二个问题后，重新“写入”直到“核对”完成表示程序已输送到PLC中。

2、把PLC中的程序上传到FXGP中

若要把PLC中的程序读回FXGP，要设置好通讯端口，点击“PLC”子菜单“读入”弹出[PLC类型设置]对话框，选择PLC类型,[确认]读入开始。结束后状态栏中显示程序步数。这时在FXGP中可以阅读PLC中的运行程序。

注意：FXGP和PLC之间的程序传送，有可能原程序会被当前程序覆盖，如不想覆盖原有程序，应该注意文件名的设置。

三菱公司PLC网络继承了传统使用的MELSEC网络，并使其在性能、功能、使用简便等方面胜一筹。Q系列PLC提供层次清晰的三层网络，针对各种用途提供合适的网络产品。

1、信息层/Ethernet（以太网） 信息层为网络系统中层，主要是在PLC、设备控制器以及生产管理用PC之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据，信息层使用普遍的Ethernet。它不仅能够连接bbbbbbs系统的PC、UNIX系统的工作站等，而且还能连接各种FA设备。Q系列PLC系列的Ethernet模块具有了日益普及的因特网电子邮件收发功能，使用户无论在世界的任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监视管理系统。同时，利用因特网的FTP服务器功能及MELSEC协议可以很容易的实现程序的上传/下载和信息的传输。

2、控制层/MELSECNET/10（H）  是整个网络系统的中间层，在是PLC、CNC等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络。作为MELSEC控制网络的MELSECNET/10，以它良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念，以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价，被采用的设备台数在日本达到，在世界上也是的。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10的特点，还使网络的实时性好，数据容量大，进一步适应市场的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列 PLC才可使用。

3、设备层/现场总线CC-bbbb  设备层是把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为整个网络系统层的网络。采用CC-bbbb现场总线连接，布线数量大大减少，提高了系统可维护性。而且，不只是ON/OFF等开关量的数据，还可连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信，到终端生产信息的管理均可实现，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-bbbb的功能好，而且使用简便。

在三菱的PLC网络中进行通信时，不会感觉到有网络种类的差别和间断，可进行跨网络间的数据通信和程序的远程监控、修改、调试等工作，而考虑网络的层次和类型。

MELSECNET/H和CC-bbbb使用循环通信的方式，周期性自动地收发信息，不需要专门的数据通信程序，只需简单的参数设定即可。MELSECNET/H和CC-bbbb是使用广播方式进行循环通信发送和接收的，这样就可做到网络上的数据共享。

对于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-bbbb网络，可以在GX Developer软件画面上设定网络参数以及各种功能，简单方便。

另外，Q系列PLC除了拥有上面所提到的网络之外，还可支持 PROFIBUS、Modbus、DeviceNet、ASi等其它厂商的网络，还可进行 RS-232/RS-422/RS－485等串行通信，通过数据专线、电话线进行数据传送等多种通信方式。