西门子6ES7321-1BP00-0AA0千万库存

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【前言】

1969年台可编程控制器产生后，经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为重要、、应用场合广泛的工业控制微型计算机。可编程控制器应用于广播可实现广播的自动开关机及采集并监控的各个参数，出现异态时报警，有备用还能实现自动倒备份。这样便能实时发现的异常，及时处理，降低停播率，能很好的保节目的、播出，并能大大减轻的值班任务。

【关键字】自动控制可编程控制器 PLC siemence S7-200 V3.1 STEP 7 MicroWIN SP1

可编程控制器（Programmable Controller）简写成 PLC，其中 L为逻辑（Logic）的意思，台可编程控制器是1969年在美国面世的。经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为重要、、应用场合广泛的工业控制微型计算机。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；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、记数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入／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。可编程控制器具有诸多优点：（1）PLC的生产厂家都着力于提高性的指标。（2）PLC还具有编程方便、易于使用的优点。（3）PLC控制功能强，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远方设备。（4）PLC的扩展以及与外部联接为方便。所以可编程控制器应用于广播可实现广播的自动开关机，及采集并监控的各个参数，出现异态时报警，有备用还能实现自动倒备份。这样便能实时发现的异常，及时处理，降低停播率，能很好的保节目的、播出，并能大大减轻的值班任务。

要用PLC实现广播的自动控制，要考虑许多因素，以我开发过的“DX-600中波自动控制系统”为例，我将整个系统设计分为以下四个步骤。

要确定PLC的控制及监视范围。分析需要监视的指标，以及需要自动控制的操作，比如入射功率取样、反射功率取样、水位取样、电源取样、开机操作、关机操作、升功率操作、降功率操作等。采样点多少和控制范围的确定依的不同而不同。接着要选择适当的PLC，一方面选择多大容量的PLC；另一方面选择什么公司的PLC以及外围设备。对个问题，要对进行详细分析，把所有的I／O点找出来，包括开关量I／O和模拟量I／O以及这些点的性质。I／O点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，电压多大，是采样点还是输出控制点，输出是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型。知道这些以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么性质的PLC了。对于二个问题，则有以下几个方面考虑：a、功能方面。b、价格方面。可编程控制器的主机选定后，一般还要选择模拟量采集模块，模块的多少依据模拟量的多少而定。显示设定单元视需要选择与否。在本例“DX-600中波自动控制系统”中，经分析该系统需要17路开关量输出、11路开关量输入、6路模拟量采集，故采用了SIMATIC S7－226型PLC，两快EM－23模拟量采集模块。SIMATIC S7－226支持24路开关量输入，16路开关两输出，每块EM-231支持4路模拟量输入点，两块就相当于8路模拟量输入点，能满足系统需要，并且为日后的系统扩展升级留有了空间。

2、PLC的I／O地址分配

输入／输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对于软件设计来说，I／O地址分配以后才可以进行编程；对于PLC的外围接线来说，只有I／O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图。I／O地址的分配能将类似的信号点分配连续的I／O地址，同时把I／O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。初学者往往不会注重这些，开发过实际项目就会知道这将为以后的维护升级工作带来很大的方便。下图例出了本文实例《DX-600中波自动控制系统》中部分I/O点的表格，供大家参考。

3、监控系统的硬件和软件设计

系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计等。软件系统设计主要指编制PLC监控程序，有些系统还包括上位机程序的编写，比如在本例中就包括上位机程序。硬件系统设计主要是设计出电气控制系统原理图，电气控制元器件的选择等，在这里硬件设计不做详细阐述，主要给大家阐述软件设计的步骤和过程。在PLC程序设计时，除I/O地址列表外，还要把在程序中用到的中间继电器、定时器、计数器（PLC中的软元件）和存储单元以及它们的作用或功能列写出来，以便程序的编写和阅读。下面结合我开发过的“ DX-600中波自动控制系统”具体介绍广播自动控制系统PLC程序的编写及调试。

西门子S7－200CPU的编程软件为 V3.1 STEP 7 MicroWIN SP1。该软件是基于bbbbbbs的应用软件，它支持32位bbbbbbs95，bbbbbbs98和bbbbbbsNT操作系统。他支持STL编辑器、阶梯图编辑器和 FBD三中编辑器。你可以选择自己熟悉的编辑器。为端子号分配地址是编程的部，实际编程时为了增加程序的可读性，常用带有实际含义的符号作为编程元件代号，而不是直接用元件在主机的直接地址。例如编程中的“高功率开机”作为编程元件代号，而不用Q0.1。符号表可用来建立自定义符号与直接地址之间的对应，并可附加注释，有利于程序结构清晰易读，以及日后软件的维护新，在实际的开发中应该注重这点，它往往能起到事半功倍的效果。按监控系统要完成的任务PLC程序可分为三个主要部分：l、广播及附属设备（比如空调等）的自动开与自动关；2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控；3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等。

1、广播及附属设备的自动开与自动关：要实现的自动开关机，向PLC提供的开关机时间表，该时间表的存储，应保证当PLC断电的情况下不丢失。所以把它放入数据快可确保数据的稳定。PLC内部有自己的系统日期和时钟，PLC可通过相应的指令读实时时钟和设定实时时钟。PLC内部用8个字节表示日期和时钟，他们都用BCD码表示，从低到高分别表示年、月、日、小时、分钟、秒，7个字节为0，8字节表示星期。值得注意的是系统不会检查、核实时钟各量的正确与否，所以在设置时钟和日期时确保输入的数据是正确的，还有，不能同时在主程序和中断程序中使用读写时钟指令，否则，产生非致命错误，中断程序中的实时时钟指令将不被执行。在编写自动开关机程序段时，程序应该不断的读取系统时钟，并与数据块中的开关机时间表进行比较，如果与时间表中的时间吻合则执行相应的操作如开机、关机等，在本例中我用READ_RTC指令读出PLC的内部时钟，接着用BCD_I将BCD码的PLC时钟转换为十进制PLC时钟，再拿它与数据区中的开关机时间表比较，如果吻合则执行相应操作。

2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控：模拟量的采集可通过EM231、EM232或EM235模拟量输入输出模块来实现。在本例中采用的是EM231，可通过DIP开关设置模拟量的输入范围，单性：满量程输入0到10V、分辨率2.5mV；满量程输入0到5V、分辨率1.25mV；满量程输入0到20mA、分辨率5μA；双性：满量程输入负5V到正5V、分辨率2.5mV；满量程输入负2.5V到正2.5V、分辨率1.25mV，根据实际需要设定响应的档位，如还不能满足则采样点要经过电路或仪器转换成合适的信号。要实现模拟量的监控就提供上限和下限，模拟量的上下限应该和开关机时间表一起放入数据快，程序应不断的取的模拟量的值并与数据块中的上下限比较，如果越限则报警或执行相应的操作。开关量的监控相对简单，不需要扩展模块，从PLC高低电位后直接可进行判断，有一点值得注意，为了防止干扰，模拟量应取多次的平均值，开关量的检测用延时接通电路。这样能很好的避免误报警和误操作。在本例《DX-600中波自动控制》系统中，模拟量由于开始没有取多次平均值经常出现误报警，开关量也偶尔出现误报警，通过对模拟量多次取平均值、开关量采用10毫秒延迟电路后得到解决。

3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等：PLC与上位机通信可采用自由通讯协议，自由通信口（Freeport Mode）方式是S7－200PLC的一个很有特色的功能。S7－200 PLC的自由通信，即用户自己定义通信协议，波特率为38.4KB/s。它使S7－200 PLC可以与上位 PC机进行通信。PC机的RS－232可通过PC/PPI电缆与 S7－200 PLC连接起来进行自由通讯。与PC连接后，PLC程序可以通过使用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV）对通讯口操作。在自由通讯口模式下，通讯协议由用户程序控制，协议的依系统不同而不同，在“DX－600中波自动控制”系统中为保证的正确无误，还采用了一种数据校验机制，把要传输的数据块中的各字节做“与”操作，得到的“和”作为校验字节。此种校验方法有简单实用等特点。通过SMB30（口 0）或SMB130（口1）允许自由口模式，而且只有在CPU处于RUN模式时才能允许。当CPU处于STOP模式时，自由通讯口停止，通讯口转换成正常的PPI协议操作。通过与PC的通讯，PLC把采集到的数据发送到PC上位机，这样上位机程序经过响应处理就能实现数据的图形显示。的开关机时间表、模拟量的上下限也能很方便的通过上位来修改，而不必修改PLC程序。PLC的时钟也能通过上位机来设置（校时）。另外，通过上位机还可以定时抄表、记录故障的发生时间、类型，停播的时间等等，方便技术人员维护。上位机程序的编写可通过任一款可视化编程软件如 VB，VC，C++Builder等，建议用C++Builder，它有功能强大，易学等特点。

4、监控系统的调试

系统调试分模拟调试和联机调试。模拟调试可借助于模拟开关和 PLC输出端的输出指示灯进行；需要模拟信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错
误则修改后反复调试。S7-200不但能在PC机上编程，还可在PC上直接进行模拟调试。联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有这一台，这时要把PLC安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电。只对控制电路进行调试即可。通过现场联机调试信号的接入常常还会发现软硬件中的问题，经过反复测试系统后，才能后交付使用。

本例“DX-600自动控制系统”投入使用后，的确大大减轻了值班任务，而且能及时发现一些人工值班不易发现的故障，通过上位机对的实时数据及故障记录都能很好的保存，供技术人员维护用

一、前言

在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。太原市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖太原市总采暖面积的60%，所有热力站均采用间连型热力换热站。

在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的调整均受到大限制。

太原热力公司自99年起，开始逐步对太原集中供的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统一增加自控仪表、PLC及变频设备；对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。

二、热力站自控系统构成

间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计，电动调节阀，循环泵及泵；按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。

在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及泵变频器转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。

三、系统控制思想

在集中供热工程中由于各用户的建筑面积、暖气片能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。

在太原各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的同时，对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度都加设了全网平衡系统，调度通过与个热力站进行通讯，热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。

各热力站从控制对应的二次网供回水平均温度，站内系统将立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。

站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及泵进行调速，

系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100％时还不满足要求，则启动二台泵。同时系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。

控制系统的二网供、回水压力是热网运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂；供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的方案是对泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不出某一范围即可，所以也可以采用开关控制方案。

四、热力站控制系统的实现

1、一网回路控制：

热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度；一网控制的对象为一次网调节阀；控制目的为提供热力站的供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。

在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。

热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果；当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能可观的效果。

3、二网定压控制：

二次网的控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的系统压力加大，频繁。而传统的工频泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。

在热负荷较大的系统中，我们采用泵变频控制，对系统进行的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制泵以一定的转速进行，泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。

4、现场人机界面

在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：一、二次网供回水温度及温差，变频器大小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。

五、热力站自控系统的优点

在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了。

通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。

1 引言

虹吸式离心机是一种特殊结构的离心机，它是在刮离心机的转鼓上增加了转动虹吸装置，从而具有普通刮离心机没有的优势，即提高了过滤推动力及过滤效率，增加了生产能力，延长了有效周期[1]。然而，虹吸式离心机优势的正常发挥是以准确操作控制离心机为前提条件。虹吸式离心机是连续运转、循环工作的，各工序间严格以时间或条件为控制依据，每个阀门的开、关控制及虹吸管的协调工作不能在一般的人工操作条件下达到要求。

可编程控制器（PLC）是常用于工业现场的计算机控制装备[2]，随着其扩展功能和通信能力的增强，越来越多的应用于复杂的分布式计算机控制系统。本文利用可编程控制器的通信功能，来控制多台虹吸式离心机的运行，不仅能够准确分散地控制每一台离心机正常、工作，而且能够通过上位机集中采集、显示、修改每一台离心机的运行参数，起到控制及风险分散，显示和操作集中的目的。

2 系统的组成

系统的组成如图（1）所示。

（一）PLC的功能模块

PLC作为控制系统的基本控制器。PLC向下采集信号以及控制工业现场的离心机。一台PLC控制一台虹吸式离心机。包括控制离心机的主电机的启停、各个电磁阀的动作、虹吸管的进退、显示和报警的控制等。PLC在每一个采样周期采集模拟信号，包括主电机的电流信号、主机前后轴承的温度、振动信号。PLC向上通过数据通道传输现场信号，并接收上位机来的信号。PLC作为整个控制系统的主体，它的性能及性起着关键的作用。我们选择光洋电子公司的S系列可编程控制器。它的模块组成如表（1）所示。

表（1） 可编程控制器模块的组成

CPU选用SZ-4，可安装128个输入输出点数，指令的平均处理速度为1-2.5µs，有2个通用的通讯端口。Z-4AD2是4通道电压型模拟量输入模块，输入DC0-5v分辨率为12位，主要采集电流、温度及振动4个模拟信号。Z-16ND2是16点DC24v输入模块，输入启停按钮及限位开关等的开关量信号。2个输出模块选用Z-16TD2，为16点集电开路输出，输出控制电机启停的接触器、离心机运行所需各电磁阀、指示灯及报警的开关信号。Z-01DM是通讯模块，便于与上位机进行信号传送。Z-05B是可装5个输入输出模块的电源框架，额定供给电源为AC100-200v 50/60HZ，输出电流为2.6A。通过计算框架上所有模块功耗的合计值，没有过电源框架提供的电源容量，可使用[3]。

（二）离心机的工艺流程

离心机主要由螺旋组件、门盖组件、转鼓组件、机座壳体组件、虹吸管组件、传动装置、液压系统和电气控制系统等组成。离心机的工艺流程图如图（2）所示。

离心机的每个循环的各个操作都是在电气-液压系统控制下自动完成的，在机器的调试阶段可以使用手动操作。

（三）通讯系统

上位通讯是通过数据通讯模块Z-01DM在CCM网络上进行。CCM协议使通讯主机保持通讯的主动权，从机只能响应对其的呼叫。而通讯的局号、传送方式、奇偶校验方式的设定由系统参数来定。连接时用变换器D-01CV转换连接上位机的RS-232C电缆和连接PLC通讯模块的RS-422电缆。

（四）上位计算机

由上位机对基本控制器PLC传达或收集离心机运行信息，由上位机对PLC进行维护和管理。上位计算机用工控机实现，用组态软件实现图形监控和人机界面。

3 控制流程图

PLC的控制流程框图如图（3）所示。

PLC上电后进行系统自检，包括对CPU模块的检查、运行状态的检查、电池系统的检查、I/O模块的检查、通讯功能的检查等。系统正常进行模拟信号的周期采样，过上限值输出报警。系统可以进行手动或自动操作，自动运行按照离心机工艺流程，按工序顺序执行，以时间或条件作为每一个工序的开始或结束。

4 结束语

由于可编程控制器在模拟信号处理、操作指令、控制规律、通讯功能等方面的发展，拓宽了它在工业强电现场控制中的应用领域。虹吸式离心机作为一种具有特结构的分离设备，考虑它的工艺的特点及操作控制要求，可编程控制器非常适用于作为它的控制装备，以充分发挥虹吸离心机的优势。