西门子6ES7222-1BD22-0XA0诚信合作

西门子6ES7222-1BD22-0XA0诚信合作

1  引言 
                     
    　空气压缩机作为气动控制系统的气源设备，其在运行过程中的稳定程度和性直接关系到生产性。由于早期的电气控制多为继电器线路，长期运行容易老化，从而使灵敏度降低，在运行过程中会经常出现停机故障，给正常生产造成影响。采用可编程控制器技术改造空气压缩机的控制，克服了传统的纯继电器控制电路的不足，不仅可以完成对开关量控制，还能实现对模拟量进行控制。满足了系统对控制准确性和性的要求。
                     
    　本文采用西门子公司的s7-300可编程控制器，对两台柳州柳二空机械股份有限公司(原柳州二空气压缩机总厂)生产的zw-3/7型无油润滑空气压缩机及其气体干燥器进行控制。本控制系统是在原生产线控制基础上，进行i/o口扩展从而达到空压机的控制目的。

2  系统工作过程
    
 　   2.1 空气压缩机组的工作过程
                     
   　 在设备上电开机后，系统对空缩机的运行条件进行检查，当冷却水压力、空压机曲轴箱油压满足要求时，1＃机启动，2＃机作为备用，其启动方式均采用y-δ起动方式，y-δ起动延时为6秒。起动后，储气罐开始充气，在储气罐压力达到设定值0.7mpa时空缩机进气阀关闭，机器空运转。当储气罐压力下降到0.65mpa时，进气阀打开，再次进行充气。由于故障等原因使储气罐压力降到设定值0.55mpa时，且1#机处于停机状态，则2#机起动并正常运行，其运行原理同1#机相同，继续对储气罐充气。在储气罐压力降到0.55mpa时，且2#机处于停机状态，1＃机起动并正常运行。与此同时，两台机器的正常运行时间均为12小时，也就是说，一台机器运行到12小时时，无论其有无故障，或是储气罐压力是否0.55mpa，均要停机并启动另一台机器。
    
   　 2.2 气体干燥设备的工作原理
                     
    　两台压缩机共用一台气体干燥设备。该设备是采用柳州柳二空机械股份有限公司生产的gwu系列无热气体干燥器，其工作原理如图1所示。开机后，a塔先做吸附运行，b塔做再生运行。在设定的时序控制下，进气电磁阀a2打开a1、b1、b2均关闭，压缩空气经a2阀，从底部进入a塔，在向上运输过程中，气体中的水分被塔内吸附剂吸掉，干燥的气体通过梭阀c进入储气缺罐，与此同时，在a2打开后，经延时10秒b1打开，用b塔中的残余气体从上到下运动，将吸附剂中的小分从b1阀带出，经排空。其开启的10秒时间是进行b塔脱附工作。在a2打开后延时十分钟后b2电磁阀打开，同时a2阀关闭，b塔进行充气，十秒后，a1阀打开，a塔中剩余气体从上至下经a1阀，从d排出，并将a塔中水分带出，使a塔脱附，经延时十秒a1阀关闭。此时，由于a塔中的压力下降，b塔中的压力上长，梭阀c将a排气口关闭，将b排气口打开。同理，在b2阀开启十分钟后，a2阀打开，b2阀关闭，延时十秒，b1阀打开，使b塔进行脱附运行。就这样两塔交替运行，进行对气体的干燥。

3  系统的控制要求
    
    　3.1 空气压缩机的控制要求
                     
(1) 开机前按通电源，所有安装在中控室和现场的状态指示灯点亮，显示当前状态。
    
   　（2) 按下起动按钮，空压机按y-δ方式起动，进气口电磁阀打开，开始给储气罐充气。另外，在起动时，不要求两台机器同时运行，但可选任意一台先运行。

  (3) 正在运行的机器，运行时间过12小时或故障，备用机起动，并运行。
    
 　   (4) 在运行过程中，如果发生水压、油压不足，立刻停机，并发出指示。
    
    (5) 按下停止按钮，停机。
    
    3.2 气体干燥器的控制要
    
  　  气体干燥器的控制与空压机的运行同步，与空压机的电源一并打开，其起动受空压机的主接触器的控制。

4  系统硬件设计
    
   　 4.1 系统配置                    
    
 　   本设计所选用的是s7-300的标准型cpu，i/o口选用sm321和sm322数字量输入/输出模块及sm331模拟量输入模块在其三号扩展槽的二个sm口上依次进行扩展。
    
    4.2 扩展单元i/ｏ分配及接线

 开关量信号的采集，空压机在高速运行时，有很好的冷却系统和润滑系统，以避免运行过程中产生的热量对机器造成损坏。所以水压、油压是要考虑的，采用压力开关进行这些量的采集，并连接到其数字量输入模块sm321上，起始地址为100.0-100.3。模拟量的采集主要是用于测试储气罐的压力，以控制空压机运行。这些量需要用压力变送器进行采集，并将0-1mpa的压力转换成4-20ma的电流信号送到模拟量输入模块sm331上，其起始地址为672-687。

  对于空压机的y-δ起动，虽然在软件程序设计中已经对其进行km2和km3、km5和km6的互锁，但为了其运行的性，所以在硬件连接中再一次对其进行互锁，确保起动时由于触点烧蚀或其它故障造成不能断开而产生短路情况。气体干燥器部分有四个电磁阀，这四个阀的在电源接通后，由ｋｍ1和ｋｍ4进行控制，无论是1＃机还是2＃一旦起动，气体干燥器就开始工作，其ａ塔下面的ａ2阀打开，a塔工作。然后按前述的工作原理进行工作。用ｋｍ1和ｋｍ2控制这一部分能保证气体干燥器与空压机的同步工作。

5  软件设计
    
    　5.1 空压机控制
                     
   　 依据空压机的工作原理设计其运行程序。开机，检查其水压、油压，在这些条件满足时1#机起动，并开始正常运转。在此要注意的是，在运动中2#机的起动，由于它一方面要受到定时器的控制，还要受到储气罐的压力控制，当储气罐的压力0.55mpa时，这说明1#机故障，所以2#机起动，但是这与1#机的初始条件相同，在开机时，储气罐的压力为0，两台机器都可以运行，因此在这里要求通过压力变送器和km1、km4共同对开机进行控制。km1、km4分别与压力变送器串接进行对两台机器的互锁运行控制。其主机和备用机的运行梯形图如图3所示，通过i672与q108.3控制1#机起动，i672与q108.0控制2#机的起动。这样就使得，当压力设定值0.55mpa时，两台机器不至于同时起动。

  5.2 气体干燥器系统控制

 空压机气体干燥器系统的梯形图如图4所示。对气体干燥器的控制，主要依据两台空压机的起动情况而定。作为共用部分，无论那一台机器起动都要求气体干燥运行，因此，在气体干燥的梯形图中不必设计起、停按钮，而是通过q108.0和q108.3即1#、2#机的km1、km4来完成其控制。

6  结束语
                     
   　 本次改造后，在空压机在运行过程中，减少了操作人员到现场的巡回次数，可以通过在中控室直接观察空压机的工作状况，对现场出现的异常情况发出的报警信号，可做出快速反应，而不是像以前那样，等到其它气动控制的设备出现气压不足报警时才发现空压机系统有问题。经过这一年多的运行，除了设备的机械故障外，基本上没有出现控制上面的问题，符合设计要求。采用可编程控制器对空压机的控制，使其操作简便，而且在运行过程中的性和稳定性也进一步得到提高。

1  引言
    
    　目前，一般常见plc型号都没有集成现场总线can-bus的通讯功能接口，因而不便于基于can总线多台plc控制网络的实现。随着应用技术的发展，工业经常会出现需要n台plc协同完成一个系统的综合控制。此时，原有集中控制的单一plc控制方案就显得力所不及，plc网络的集成工程需求也应运而生。
    
    　本文提出了一种基于现场总线can-bus的plc网络方案，能够对多台联网的plc实现远程配置、数据通信，并能够在投入较低硬件成本的基础上，实现良好的系统运行性能。这个方案不仅充分发挥了现场总线can-bus的通信特点：实时、、高速、远距离、易维护等，而且将现场总线技术与集中控制技术结合，联网后的plc网络可以构成一个性能优越的dcs系统；用户在同一个主控制器(pc机)上可以远程监控、改变任何一台联网plc的程序或状态。
             
2  组建plc网络的两种方式
    
    　通用plc一般提供1～2个rs-232或rs-485通讯端口，用于与其他控制设备通讯；这些通讯端口支持有限的通讯协议，实现plc设备的通讯与配置。本项目利用plc自身的通讯端口，将其扩展成为能够与多台设备联网，实现基于现场总线can-bus多台plc网络。根据网络中主控制器的不同，plc网络分为以下方式：多台plc联网，各plc地位平等，可外扩hmi人机界面；多台plc联网，由1台工控pc作为主控制器与操作界面。本文讨论两种基于rs-232或rs-485通讯端口plc的组网方法。
    
    　2.1 plc串行联网  
    
   　 通过rs-232/rs-485转can-bus网关进行信号转换使plc具有can-bus通讯接口。多台具有can-bus通讯接口的plc之间相互连接，即可以组建plc网络。每台连接plc单元的rs-232/rs-485转can-bus网关都可以设定一个立的设备id号，长度为11位或29位，用作为该plc单元的地址。

   　 通过上述方式组建的plc网络，任何一台plc均可以主动发起数据通讯，由can-bus网关起硬件自动仲裁作用，每一次通讯的数据不丢失；网络中的plc数量不受限制，数百、上千台plc都可以连接在同一现场总线can-bus网络中。同时，plc网络中可以连接具有can-bus通讯接口的hmi人机界面。
    
   　 2.2 多台plc与工控pc并行联网  
    
 　   工控pc机内插pci-can板卡(如研华的pci1680、周立功的pci5110等)，可以组建can-bus网络，通过连接在can-bus网络中的网关rs-232/rs-485转can-bus转换器，借助于can-bus网络配套的“虚拟串口”软件，建立多达2047个标准的串行通讯端口，从而连接多达2047条串行网络。即在一条普通双绞线上连接多达2047台plc设备，工控pc机访问连接在can-bus网络上的plc设备，与操作标准串口一致。这种方式可以充分发挥工控pc机的作用，通讯效率比较高，是一般plc网络建设的主流方向。本文采用此种方案组建plc网络。

3  plc网络的硬件组成与连接
    
   　 建立plc网络，除了plc设备，还需要建立现场总线can-bus网络的设备，主要有rs-232转can-bus网关、pci-can接口卡等。
    
   　 rs-232转can-bus转换器可以方便地连接到plc设备的rs-232标准通讯端口，使plc设备具有与现场总线can-bus网络通讯的能力。转换器通过modbus协议转换，可以支持不同通讯协议的plc设备。对于只集成rs-485/422通讯端口的plc设备，可以选择rs-485转can-bus转换器。rs-232转can转换器和rs-485转can转换器读者可以自行设计，也可以购买目前市场成熟的产品，如研华的亚当模块、周立功的智能转换模块等。
    
   　 工控pc机内插pci-can接口卡，可以令工控pc机具有现场总线can-bus通讯接口，从而成为can-bus网络中的一个主要功能节点。根据与pc连接方式的不同，pc-can接口卡可以分为很多种不同的类型，常见的型号有pci-can接口卡、isa-can接口卡、pc104-can接口卡、usbcan接口卡、以太网转can接口卡等。
    
   　 pci-can接口卡一般都提供有can-bus测试工具、api开发例程、opc服务器软件等。利用“虚拟串口服务器”软件可以开发基于串口通讯的软件项目，组建基于can总线的plc网络。

4  三菱－西门子can网络集成案例
    
    　4.1 原理设计
    
    　在某印染厂的印染控制系统中，有两台瑞士布赛5v型平网印花机、三台闽台奇正平网印花机、2台日本东升平网印花机以及2台两台德国的mbk圆网印花机，这些设备的主控制器是西门子的s7-200以及日本三菱的fx系列的plc。为了使印染厂的印染控制系统能够在一台上进行监控以及控制，单台plc进行现场设备信号的采集和控制，由于各个现场plc工作点距离较远远，工控机pc不可能实现每一台plc设备的单电缆连接。因此，将各台plc设备通过现场总线can-bus网络连接，组建一个地区范围内的plc网络，从而实现plc远程维护、数据实时监控，既能够大大提高系统的管理效率，也可以有效地降低网络建设成本。
    
  　  每台平网印花机plc设备集成有1个rs-4852串行通讯端口，通过can转rs-485转换器连接到现场总线can-bus网络。工控机pc内置1块pci-can接口卡，型号为pci-1680接口卡，可以使工控机成为can-bus网络中的节点，能够同时管理九台平网印花机。
    
   　 plc串行通讯协议实现，不同厂家，plc的串行通讯协议不同，本就以本项目所用的s7-200为例说明其通讯方法。s7-200系列plc配有rs-485标准串行接口，可实现下列四种网络的连接：
    
  　  (1) simatic s7-200网络(ppi协议)；
    
    (2) 用户可编程接口协议(自由口模式)采用可编程自由口通信模式(free port mode)；
     
  　  (3) profibus-dp网络。
    
    　4.2 系统通讯
    
  　  本项目采用自由口通讯的模式，与自由口模式有关的特殊寄存器及相关的位：
    
   　 (1) 控制字寄存器smb30：s7-200plc的通信模式由smb30设置，当mm=01时plc工作于自由口模式。
    
    　(2) 通信接收字符缓冲器smb2：smb2是一个暂态寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的当前字符，用户在下一步应从这里取走其中的内容，通过编程控制将接收到的字符一个一个由smb2移入接收缓冲区。
   
(3) 通信校验结果标志位smb3.0：plc按smb30规定的奇偶校验方式对所接收到的数据作校验。如果校验有错，plc自动将smb3.0置1，sm3.0=0表示奇偶校验正确。根据这个标志，可决定对当前信息的取舍，还可以在出错的情况下，将此错误位发送给对方，以便要求它重发。
    
  　  (4) 工作方式标志位sm0.7：s7-200系列plc只有处于运行(run)方式时才能进行自由口模式通信，而在停止(stop) 方式时只能以ppi模式通信。当plc处于run方式时sm0.7=1，否则sm0.7=0，因此可通过判断sm0.7的状态来打开或关闭自由口通信。
    
  　  (5) 发送器空标志sm4.5及收发指令：s7-200plc有专门的发送指令：xmt  table  port table为发送数据的字节数即数据长度，大为225；port通信口，自由口模式下为0。当正发送数据信息时，特殊存储器位sm4.5=0，当发送完成后，sm4.5=1，因此可通过判断sm4.5的状态来进行发送后处理，也可直接用发送中断来处理。cpu215 cpu216还提供了接收控制指令：rcv table port与smb86 smb94 smb 186 smb 194寄存器配合，用以改变(初始化或终止)接收信息。
    
    　plc串行通讯程序执行时，在每一个扫描周期的开始，都要检查sm0.7的状态，若plc处于run方式即sm0.7=1，则打开自由口模式并设置其它相关的波特率、奇偶校验等参数，否则置自由口模式无效。
             
5  结束语 
    
    本文介绍的基于can总线多台plc组网系统的实现，在系统的实际运行中，现场总线can-bus的稳定性、抗干扰能力得到充分的体现。工程项目不需要改变原有的现场设备控制平台，可以将现有控制设备无缝地嵌入的现场总线网络，构成新一代的纺织自动化集成网络系统，为纺织工程mes和erp提供现场信息自动化平台。方案以较低的成本投入,使现场自动化网络的大跨度提升。具有很好的应用前景。

从PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；而是靠信息过程，用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。

信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息还可重用，等等。正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。

下面介绍PLC的四个特点：

2.1功能丰富

PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。

它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。

它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。

它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！

它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。

而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。

它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。

PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。

PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的大的、地域广的控制系统。

PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。

丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。

像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；是传统的继电控制电路所无法比拟的。

2.2使用方便

用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。编程序比接线，改程序比改接线，当然要方便得多！

其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。

正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。

具体地讲，PLC有五个方面的方便：

（1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。

（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。

（3）编程方便：PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。……总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。

PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。

PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。

（4）维修方便：这是因为：

①PLC工作，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的三个特点时，还将进一步介绍。

②即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以，PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。

（5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。

2.3工作

用PLC实现对系统的控制是非常的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能工作。事实上，如果PLC工作不，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。

(1) 在硬件方面：

PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。

PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其工作提供了物质基础。

在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。

有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。

还有进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，终输出取决于三者中的多数决定的。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。

（2）软件方面：

PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能地工作。

为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了""（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清""定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若时（一般不过100ms），则报警。严重时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个""监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的性。

PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其工作。

PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。

正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的性措施，才确保了PLC具有工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。

曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作作为选用它的主要原因，即把PLC能工作，作为它的指标。

2.4经济合算

的使用必将带来的社会效益与经济效益，这是科技是生产力的体现，也是生命力之所在。PLC也是如此。

尽管使用PLC投资要大些，但从及长远看，使用PLC还是经济的。这是因为：

使用PLC的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；使用时省电，运行费少；工作，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加等等，从中可得大的回报。所以，在多数情况下，它的效益是可观的。