西门子模块6ES7313-5BG04-0AB0支持验货

西门子模块6ES7313-5BG04-0AB0支持验货

.1 系统结构及硬件配置 
根据控制需求，CPU模块采用CPU314、数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出(DO) 采用 SM322模块，模拟量输入(AI) 采用 SM331模块，模拟量输出(AO) 采用 SM332模块以及IM365等模块组成，IM365实现机架扩展，上位监控机采用SIEMENS公司CP5611网卡完成计算机与PLC之间的数据通讯。整个通讯网络采用MPI的通讯协议，从上位机上可对整个气体调节过程进行监控和操作。 
 
1．2控制系统的功能实现 
PLC程序的编制直接关系着供气系统能否正常工作，而程序设计的关键在于编程者对工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用。因此，在程序设计中考虑了供气压力调节系统的特点，将程序设计细化，分成多个程序模块，实行模块化编程。这样既可以方便的增加或删除程序模块，便于现场对工艺的调整，又可针对配套设备可控性对不同程序模块进行完善。 
PLC的编程软件采用SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V5.1软件平台用来完成硬件组态、地址和站址的分配以及编制整个生产过程的控制程序的。上位机软件采用国产软件组态王，全部采用汉化界面，便于系统的开发与操作，该系统运行于bbbbbbs2000中文平台，可实现对生产过程的监控，对重要参数形成历史记录，以报表或曲线的形式显示给操作人员。通过VB语言脚本，可以在主控室的上位机显示重要参数的历史趋势、实时趋势，实现压力调节的手自动切换、操作、压力的高、低限报警、流量数据的显示与累计，满足高生产率的调度需求。 
  
      1.3 现场显示 
现场采用TP27触摸屏进行参数显示、控制，触摸屏程序由组态软件来完成，人机界面采用中文菜单，界面友好，操作方便，功能较强，主要用于现场压力、流量、阀位的显示与操作。可作为操作人员现场操作的依据。 
 
1.4 工控机配置 
工控机采用研华IPC-610，通过CP5611卡，完成S7-300 PLC与工控机的通讯。主要完成下列任务：传送现场监控数据；运行监控；故障记录和排除提示；参数设置；生产数据管理和处理；图形化示教和离线编程。 
 
2 系统实现了供气系统的自动控制和监控，主要包括如下功能： 
1）灵活的操作方式以及强大的系统控制功能： 
系统可以实现上位机操作、控制柜触摸屏操作和就地手动操作； 
2）报警功能： 
 当压力过工艺要求，可在现场、就地实现高、低限压力报警； 
3）简单、方便的参数设定： 
压力调节阀的压力设定值、P、I、D等参数可以在上位机中设定。 
 
2.1 系统控制功能 
（1）过程控制的功能： 
1)系统对供气压力实现了PID自动调节控制； 
2)对所采集的模拟信号进行线性化、滤波、工程单位转换处理； 
3)实现了流量信号的温、压补偿，提高了仪表的测量精度。 
 
（2）逻辑控制 
联锁逻辑控制实现开/关的控制，逻辑控制及用户自定义功能块等。系统实现了电磁阀控制以及参数越限报警等功能。 
 
（3）人机接口 
HMI系统中包含主工艺画面，各系统送气压力、流量，供气压力调节等多幅画面，画面直观、丰富，具备PID在线调节、在线显示调节曲线功能，包括过程量变化趋势的实时趋势曲线、历史趋势曲线。 
 
（4）报表打印 
以报表形式绘制报警记录、历史记录画面，调节间数据报表。实时趋势曲线和历史趋势曲线可随意设定时间段，打印在线趋势，历史趋势曲线。 
 
3 软件设计 
根据该系统具体情况，PLC系统软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面：　　　　 
（1） 数据采集及工程量转换　　 
（2） PID算法　　 
（3） 温压补偿计算以及流量的累积计算 
对于系统中的逻辑控制选用梯形图（LADDER）编程，直观、方便；对于PID回路控制温压补偿计算以及流量的累积计算部分则采用语句表（STL）编程，结构紧凑而又灵活。  
PID调节是该系统中为重要的控制程序，因此特将PID算法作一介绍。 
 
3．1 ＰＩＤ算法　　 
STEP7提供了两种常用的PID算法：连续型PID（FB41）和离散型PID（FB42），根据实际要求，选用的是FB41。并在组态王中使用画图功能模拟一个PID调节器的操作面板，完成PID调节控制中的手/自动切换、给定值输入、手动输出值输入、PID参数（比例系数、积分时间）输入等功能。 
PID算法的输出实际上是比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分作用之和： 
Ｍｎ＝ＭＰｎ＋ＭＩｎ＋ＭＤｎ　　 
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）　　 
ＭＰｎ ＝ ＧＡＩＮ  ＴＳ／ ＴＩ（ＳＰｎ－ ＰＶｎ）＋ ＭＸ　　  

ＭＤｎ ＝ ＧＡＩＮ  ＴＤ／ ＴＳ（ＰＶｎ－１－ ＰＶｎ）　　 
Ｍｎ：ｎ次采样时刻的输出值。 
ＭＰｎ：ｎ次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。 
ＭＩｎ：ｎ次采样时刻的积分作用，可以静差，提高控制品质。 
ＭＤｎ：ｎ次采样时刻的微分作用，根据差值的变化率调节，可抑制调。　　　　ＳＰｎ：ｎ次采样时刻的设定值。 
ＰＶｎ：ｎ次采样时刻的过程值。 
ＭＸ：ｎ－１次采样时刻的积分作用，每次采样计算后自动刷新。 
ＧＡＩＮ：回路增益，P参数。 
ＴＩ：积分时间常数，即I参数。 
ＴＩ：微分时间常数，即D参数。 
ＴＳ：采样时间。 
从上面的公式中可以看出，参数P（GAIN）与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢；Ｉ参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，的衡量标准就是被控参数（压力）的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到的控制效果。  
4 采用该系统的意义 
 （1）计算机化管理使得系统信息储存量大，数据采集与反馈及时、准确，系统的生产数据可实现长期保存，有利于生产数据的历史查询和故障的即时排除； 
 （2）该系统投入运行后，通过计算机显示与控制，提高了过程自动化的程度，可实现无人调节操作，减少了操作环节，降低了运行成本，使系统的管理和控制上了一个新台阶。 
 
     5 结束语 
该系统自2005年7月投入运行后，工作稳定、，成功地实现了全部控制功能，了比较好的控制效果，达到了预期的控制指标。 

1、 引言
序批式活性污泥法简称SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺，是近十几年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。自20世纪80年代起，国外将此工艺逐步应用于工业化生产。近年来，国内对SBR工艺的应用也日益增多。从我国及美国、日本、加拿大等国家的应用情况看，SBR是一种、经济、、管理简便、适合于中小水量污水处理的工艺，是符合我国国情的活性污泥法，有广阔的应用前景。 
2、 工艺流程说明
SBR废水处理技术是一种废水回用的处理技术。本设计采用的技术可对校园生活用水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。
废水经隔油池去除油脂后经格栅进入调节池，经提升泵进入水解池酸化水解后进入SBR反应池。污水进入反应池前，该池处于闲置状态，此时池内留有沉淀下来的活性污泥。污水注满后进行曝气操作，该池能有效地调节污水水质。曝气后，停止曝气动作，使混合液处于静止状态，进行泥水分离，沉淀时间为6-8h，沉淀效果良好。反应池中沉淀后的上清液经泵到清水池，留下活性污泥，作为下一个操作周期的菌种。当反应池内活性污泥过多时，排放污泥进入污泥浓缩池，污泥经浓缩后定期运走，进行干化处理。浓缩池内上清液回流至废水入口。
SBR废水处理技术是一种废水回用的处理技术。本设计采用有时仅技术对校园生活用水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。
在设计SBR废水处理系统方案时，充分考虑到现实生活中校园生活区较为狭小的特点，设计中力求达到设备体积小，性能稳定、工程投资收的目的。由于在废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响了废水处理效果，故设计中采用地埋式砖混结构的处理池来降低温度对处理效果的影响。同时由于SBR废水处理技术具有工艺参数变化大、硬件设计选型与设备调试比较复杂的特点，因此在处理系统中采用了的PLC控制技术作为系统的控制，以提高SBR废水处理的效率，方便操作和使用。
SBR废水处理系统分别由废水处理池、清水池、中水水箱、电气控制箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成。在废水处理池、清水池、中水水箱中分别设置了液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。
污水处理的阶段，当污水池中的水位处于低水位或无水状态（又称为待纳水状态）时，电动阀会自动开启纳入污水。当污水池纳入的污水执政长水（高水位）时。电动法自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。
在污水处理的二阶段，采用了能将解大分子污染物的曝气法，可是无水脱色、除臭、平衡菌群的PH值并对污染物进行除污，即好氧处理过程。整个好氧时间一般需要2-3h（曝气时间）。在曝气管路上设计了安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开启，、罗茨风机延时启动（空载），排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当爆气处理结束后，排空电磁阀再次开启，罗茨风机停机（空载），排空电磁阀延时关闭。曝气风机须在无负荷条件下启动和停止，能起到保护电机和风机的作用。一般经过0.5h的水质沉淀，PLC下达启动清水泵（1#泵）指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常液面（高水位）时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自行启动向中水箱泵水，当水箱内达到高水位时（正常液面），2#清水泵自动停止运行，这是中水箱内的水全部完成处理过程。
如上所述，当中水箱内水位降至低水位时（正常液面），2#清水泵又自动启动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低水位时(正常液面)，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。
由于SBR废水处理技术针对污水的水质不同而选用的生物菌群不同，工艺要求也有所不同，因而要求的电气控制系统应具有参数可修正的功能，以满足废水处理要求。SBR废水处理系统示意图如下。

3、选用动力设备要求
再SBR废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电动机。电动机应选配Y型系列防潮型，电磁阀（220VAC）的选配也应符合要求。
(1)1#清水泵：立式离心泵LS50-10-A,扬程10m，流量29m2/h,1KW。
(2)2#清水泵：立式离心泵LS40-32.1,扬程30m，流量16m2/h,3KW。
(3)曝气风机（罗茨风机）：TSA-40,0.7m3/min,1.1KW。
(4)电动阀：阀体D97A1X5-10ZB-125mm 电动装置LQ20-1,380V/60W（三相），转矩200N•m ,转速1r/min.
4、 总体设计
5.5.1.总体设计方案说明 
（1）本方案中的控制对象电动机均有交流接触器完成开、停控制，只有电动阀电机需采用正、反向控制。
（2）污水池、清水池、中水水箱中的水位检测开关，在选型和安装硬件以及编程时应考虑抗干扰性能。选用的电还应考虑耐腐蚀性。

   如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的PLC产品已经无法满足加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式PLC产品。

一、嵌入式PLC 
嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组
1、嵌入式PLC系统软件
嵌入式PLC系统软件将PLC语言（梯形图语言）、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。
该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式PLC内核：　它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
②二次开发驱动程序　通过系统软件提供的外挂，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；
③终端应用程序　指面向工艺流程控制的梯形图语言程序 
2、嵌入式PLC芯片组
EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式PLC系统软件的芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和PLC。
1）芯片组基本性能：
①供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。
②CPU： C8051F040。
③嵌入扩展能力
·32 I/O：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。
·4 AD： 12位精度，100 KPS。
·2 DA： 12位精度，100 KPS。
④ 通信接口
·CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。
·UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
·UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持三方设备互连。
2）芯片组原理框图：

二、应用开发
      基于加载了系统软件的芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计
硬件整体结构图如下：
AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。

（1）信号采集电路
用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。

（2）信号选择电路
选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即个AD转换通道。

2、软件开发
嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。【1】由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。
（1）程序规划
T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序
USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。
AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的AD转换。
PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。
（2）程序代码
INIT_AD: ;AD初始化
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE
MOV REF0CN, #07H ;内部参考电压/输出到VERF
;启动内部温度传感器
MOV AMX0CF, #00H ;单性输入
MOV ADC0CF, #0B8H ;D7——D3=SYSCLK/采样时钟-1
;采样转换时钟=1US
;D2——D0=GAIN
;000 GAIN=1
MOV ADC0CN, #90H ;启动AD采样
MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0
MOV AD_COUNT, #00H ;16次采样次数计数。初值为0 
RET

SAMPLE_AD: ;AD采样开始
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页 
MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL
RL A

MOV DPTR, #XAI ;XAI存放16次采样值的累加和
ADD A, DPL ;低字节相加
MOV DPL, A
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0L
CLR C
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A

INC DPTR ;高字节相加
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0H
ANL A, #0FH
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A ;#XAI中存放格式为低字节、高字节

MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV ADC0CN, #090H ;启动下次AD采样 

INC AD_COUNT
MOV A, AD_COUNT
CLR C
SUBB A, #16 
JNC FILL_XAI_XAD ;当16次采样完成后,把XAI中16 ;个采样和（2字节）存放到XAD
RET
3、驱动程序的嵌入
在KEIL C51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。
三、功能介绍
基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。
嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。

四、结束语
笔者利用嵌入式PLC芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。