6ES7334-0CE01-0AA0型号含义

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1 引言
传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的温度控制系统变的经济稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。

2 加热炉温度控制系统基本构成
加热炉温度控制系统基本构成入图1所示，它由PLC主控系统、移相触发模块整、流器SCR、加热炉、传感器等5个部分组成。该加热炉温度希望稳定在100℃工作（其它工作温度同样可以照此方法设计）。




图1 加热炉温度控制系统基本组成

加热炉温度控制实现过程是：传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为PLC可识别的数字量，然后PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行处理，给移相触发模块，再给三相整流电路（SCR）一个触发脉冲（既控制脉冲），这样通过SCR的输出我们控制了加热炉电阻丝两端的电压，也既加热炉温度控制得到实现。其中PLC主控系统为加热炉温度控制系统的部分起重要作用。

3 PLC控制系统
3.1 PLC控制系统的硬件配置
在加热炉温度控制系统中PLC采用日本三菱公司FX2N，其硬件采用模块化设计，配合了多种特殊功能模块及功能扩展模块，可实现模拟量控制、位置控制等功能。该系列PLC性高，抗干扰强、配置灵活、。本温度控制系统中PLC我们选择FX2N-48MR-001型，它与外部设备的连接如图2、表1所示。




图2 PLCI/O接线图
表1 PLC I/O地址分配表




3.2 流程设计
根据加热炉温度控制要求，本系统控制流程图如图3所示。




图3 加热炉控制流程图

3.3 控制算法
由于温度控制本身有一定的滞后性和惯性，这使系统控制出现动态误差。为了减小误差提高系统控制精度，采用PID控制算法，另外考虑到系统的控制对象，采用增量型PID算法。
△V(n)=U(n)-U(n-1)




+
[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]}=KP{△e(n)+
e(n)+
[△e(n)-△e(n-1)]}
式中e(n)、e(n-1)、e(n-2)为PID连续三次的偏差输入。△e(n)、△e(n-1)为系统连续两次执行的误差。KP为比例放大系数T、TI、TD分别为采样周期、积分时间、微分时间。
当加热炉刚启动加热时，由于测到的炉温为常温，sp-pv＝△U为正值且较大，△U为PID调节器的输入，此时PID调节器中P起主要作用，使SCR为大电压给加热炉加热。当加热炉温度达到100℃以上时，sp-pv＝△U为负值，经PID调节，使SCR输出电压减小，加热炉温度降低。当温度正好达到100℃时，△U为零PID不调节，此时SCR输出的电压正好平衡加热炉消耗的热量，系统达到动态平衡。
3.4 K型热电偶分度电压拟合
（1）根据具体问题，确定拟合多项式的次数为n。
（2）由公式
Sk=
(k=0,1,2, ……2n)
tr= yi
(r=0,1,2, ……n)
计数出Sk与Tr
（3）写出正规方程




（4）解正规方程组 求出a0，a1，…，an
（5）写出拟合公式多项式Pn（X）=
一次多项式也叫作线性拟合。由上述方法可拟合出K分度电压随温度变化公式为：V=0.04T（其中V为电压，T为温度）。此拟合公式是在温度从0℃到120℃之间变化的近似公式，因此正规方程只用到S0、S1、S2拟合的多项式次数为n＝1，电压随温度的变化可近似为线性变化。如果温度变化范围比较大，则电压随温度变化为非线性变化，上述电压随温度变公式需要重新拟合，拟合多项式的次数也必然大于2。
3.5 系统调试
系统调试分为两大步骤，一是系统软件调试；二是系统硬件调试。
（1）系统软件调试。系统软件调试是在PC机上进行，我们将PLC控制程序输入PC机后，根据运行要求，设定若干数字开关量，模拟量，对系统的每一个功能进行检测测试并在此基础上不断完善程序以达到系统要求。
（2）系统硬件调试。相应的系统硬件也是在实验室里进行，用一个设备来摸仪控制对象。检查设备的诸个单元是否合乎要求，其次将软件和硬件结合起来进行测试。并不断完善PLC软硬件的配置以达到优的结果。

4 结束语
加热炉温度控制系统采用成熟的PLC技术和电力电子技术，采用软硬件结合，较好的解决了传统加热炉温控系统中出现的问题。针对我国大部分的加热炉用户来说本系统将是一个比较理想的温控系统。

（1）内置多种通讯协议：
Haiwell PLC各种型号的主机都内置Modbus RTU/ASCII协议、自由通讯协议以及海为公司的HaiwellBus高速通讯协议；

（2）通讯端口可扩展：
Haiwell PLC各种型号的主机均自带2个通讯口（一个为RS-232，另一个为RS-485），用通讯扩展模块可扩展至5个通讯口，与其它设备建立通讯连接时，再加任何附属设备；

（3）每个通讯端口均可用于编程和联网：
Haiwell(海为)PLC的每个通讯口（包括主机自带的两个通讯口或扩展的通讯口），在日后的维护工作中（如修改程序时），可在不停机的状态下进行一边监控当前系统的运行状态，一边对其进行维护，以减少系统的停机维护时间，提高生产效应；

（4）可非常方便地与三方设备建立通讯连接：
因内置有工业上普遍使用的Modbus通讯协议及便利的通讯指令，所以可很方便地与三方设备建立通讯连接，如：与计算机、文本、触摸屏、变频器、变送器、及其它有通讯功能的仪表等。即使对于不支持Modbus通讯协议的三方设备，也可用Haiwell PLC的自由通讯协议对其进行通讯；

（5）每个通讯端口相互立，主/从站可任意搭配：
Haiwell PLC所有的通讯端口均可作为主站也可作产从站，如：通常情况下，PLC与计算机、人机界连接的端口作为从站，而同时与现场设备如变频器等相连接的端口作为主站；这样的功能在实际应用中，组网灵活；

（6）通讯扩展模块的通讯端口网络类型可任意搭配：
Haiwell PLC所有的通讯端口均可作为主站也可作产从站，如：通常情况下，PLC与计算机、人机界连接的端口作为从站，而同时与现场设备如变频器等相连接的端口作为主站；除主机自带的两个端口外，这样的功能在实际应用中，组网灵活

（7）RS-485通讯地址由外部设定：
Haiwell PLC各种型号主机的485通讯站号均可由位于主机左上角的拨码开关中设定，一目了然，便于维护与编程调试；

（8）通讯的收发均采用中断的方式：
Haiwell PLC所有通讯的收发均采用中断的方式，编写再多的通讯指令也不会影响用户程序的执行周期及响应速度，而用户程序的执行周期（扫描时间）也不会影响通讯的即时收发，这样，在实际应用中保证了通讯的即时性与性，即使5个通讯口同时进行繁忙的通讯处理，PLC系统将对其进行快速统一地调度；

（9）一次性通讯容量大：
一次向Haiwell PLC读取或写入的数据容量大：开关量点（如X、Y、M、T、C、SM）可达255个或16位数据（如V、SV、CCV、TCV、AI、AQ）可到48个，有了如此大的数据读取容量后，三方设备(如计算机)在向PLC发读取实时数据或设定工艺参数的命令时，将所要监控或要设定的数据进行一次性地通讯操作，减少了通讯次数，可大地提高通讯效应，增强数据的实时性与控制的即时性；

（10）为便利的通讯指令系统：
使您无论使用何种通讯协议都只需一条通讯指令便可完成复杂的通讯功能，编程简单而程序简洁，无须再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼，可以在程序中混合使用各种协议轻松完成您所需的各种数据交换；

（11）组网灵活：
支持1：N、N：1、N：N联网方式，支持各种人机界面和组态软件，可与任何带通讯功能的三方设备（如变频器、仪表、条码阅读器等）联网；

（12）各种模拟量扩展模块均可通讯,可作为远程IO模块：

Haiwell(海为)PLC的各种模拟量扩展模块均有一个用于通讯连接的通讯口（RS232或RS-485），所以， Haiwell(海为)PLC的模拟量扩展模块支持并行总线（直接用扩展总线挂到PLC主机的扩展接口上）与串行总线（用模拟量扩展模块上的通讯口与PLC主机的通讯口进行通讯连接）两种方式进行对模拟量输入输出通道的扩展，当用串行总线进行扩展时，可作为远程IO模块，不受AI/AO点数的扩展限制；这一点对于有大量模拟量信号（温度、湿度、压差、风量、流量、风机转速、阀门开度等）需要进行采集及监控的控制系统为重要；轻松实现无限制点的扩展，大地提高了控制系统的配置灵活度及日后的控制扩展能力，减少了模拟量信号的布线量，同时也减小了因模拟量信号线过长带来的干扰问题，节省工程投资成本；

1:小型PLC和单片机  
目前在很多中，尤其在低端OEM中，继电器或单片机的应用还非常普遍。单片机一般用于工控产品或民用产品大批量的开发，但是单片机从底层硬件做开发，对普通用户难度大，周期长，无法在使用过程中修改功能，难以达到工业环境应用，所以在一些应用环境相对较好的场合有大量应用相对单片机自行开发的系统而言，在软件上多了一套可编程逻辑语言，方便将梯形图转换为控制指令，其次在硬件上集成了电源电路，加强了抗干扰措施，适合工业环境使用。   

和单片机相比的优点：使用简单，运用开发；经过长期的系统验具有高性；功能改方便。  

相对为通用机械设备控制需求几近定制的PLC产品，单片机系统则为某一个类产品定制开发，所以功能裁剪，。但随着用户开发新机型的周期越来越短，以及价格在电控系统选择中的重要度的降低，PLC的应用将越来越普遍。而单片机将继续固守控制要求简单，价格敏感和批量大的应用   

2:小型PLC技术发展趋势 

小型PLC从产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；如今的小型PLC在编程，IO扩展，通讯借口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。但随着应用需求及关联产品技术性能的提升（如步进驱动的脉冲响应频率及精度，HMI及关联系统的通讯功能），PLC将继续得已完善和发展。未来几年，各厂商会应客户要求，对小型PLC的以下功能进行强化.   

（1）运动控制功能用户对PLC提出高的运动控制功能要求，主要是控制性能和功能方面。这种需求在机床工具，电子制造和包行业加未来的发展方向将是1）脉冲频率的提高，从10KHZ，20KHZ发展到目前的100KHZ甚2）功能强，如FP-X，FX-3U，CP1H，EH+SV等产品都具备插补功能，同时脉冲路数有所增加。   

（2）通讯功能

有很多厂家认为网络通讯是未来PLC的发展方向，这样可以从系统结构上得到简化，从而降。很多之前只支持一种现场总线的产品供应商，都在考虑推出支持多总线和工业以太网的PLC产品。

合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要作用。本文就PLC的机型、I/O、存储器类型及容量和编程器、外部设备几个方面来说明选择PLC应该考虑的因素，并给出了两个PLC应用的实例。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的工业控制系统。

随着PLC在工业控制中的推广普及，PLC产品的种类越来越多，其结构型号、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择 PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要作用。

一、机型的选择

我国市场行的有如下几家PLC产品：

1．施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum等产品；

2．罗克韦尔公司（包括AB公司）PLC产品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等产品；

3．西门子公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品；

4．GE公司的产品；

5．日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品，其中使用较多的是三菱公司F1、F2、FX2等系列产品。

PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择、维护使用方便以及性能价格比优的机型。通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则选用模块式结构的 PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或机（其中机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等）。根据不同的应用对象，表1列出了PLC的几种功能选择。





应该注意的是，同一企业应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各立系统的多台PLC联成一个DCS系统，这样便于相互通信，集中管理。

二、I/O的选择

PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为微型PLC（32I/O）、小型PLC（256I/O）、中型PLC（1024I/O）、大型PLC（4.69I/O）、巨型PLC（8195I/O）五种。

PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

（一）确定I/O点数

根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加 10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。

表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数





二）开关量I/O

开关量I/O接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。

（三）模拟量I/O

模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10～+10V、0～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混号。

（四）特殊功能I/O

在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从繁重的任务处理中解脱出来。

（五）智能式I/O

当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的I/O模块。一般智能式I/O模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。

综上，表3归纳了选择I/O模块的一般规则。

表3 选择PLC的I/O接口模块的一般规则





三、存储器类型及容量选择

PLC系统所用的存储器基本上由PROM、EPROM及RAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的大存储能力6kB，中型机的大存储能力可达64kB，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

PLC的存储器容量选择和计算的种方法是：根据编程使用的节点数计算存储器的实际使用容量。二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，存储容量的方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。

表4 控制目的估算存储器容量的方法





四、编程器和外部设备的选择

在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能及编程器有所了解。通常情况下，小型控制系统一般选用价格的简易编程器，如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强、编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏RAM中的用户程序，可以选用EEP-ROM模块作为外部设备。

五、实例

（一）利用三菱PLC实现对印刷机的控制

印刷机的一套电气设计属于系统设计，为了使产品性能稳定，易于维护，采用以PLC为主控器的控制方案。印刷机要求易于操作，精度高，输入、输出点较多，因此采用双机通讯。上位机采用三菱的FX2N-80MR、FX2N-80MR自带I/O接口，可以接40点输入，40点输出，主要负责主传动的控制，各机组离合器的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱FX2N-64MR、FX2N-64MR可以接32点输入，32点输出，主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。上位机与下位机采用RS485, 通讯，通讯方便，。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次。

（二）欧姆龙（OMRON）PLC在石油加工工业中的应用

在石油加工工业中，大型旋转机组是装置设备的重要组成部分，重油催化裂化气压机组的联锁-自保系统从满足工艺生产需求出发，考虑到性、性、经济性、可扩展性等因素，采用了OMRON公司生产的CPM2AH型PLC进行系统构建，CPM2AH自带I/O接口，可以接36点输入，24点输出，输出形式是继电器，并且通过RS232C串口与PC机通讯，使生产过程表现稳定，动作，在事故状态下对机组及生产装置实行了自我保护，杜绝了恶性事故的扩大和蔓延，了显著的效果。

六、结束语

随着科技的不断进步，PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的工业控制系统。

1 概述

随着机电一体化技术的发展，对系统的性要求越来越高，PLC具有控制、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好、维修方便等特点，在机床电气控制中获得了广泛的应用。本文简要介绍了采用F1—40MR型PLC改造卧式镗床电气控制线路的应用实例。

2 卧式镗床继电器控制工作原理简介

图1是卧式镗床继电器控制电路图。ZQA、FQA分别是正转、反转起动按钮,ZSA、FSA分别是正转、反转点动按钮；TA是主轴停止按钮。卧式镗床的主轴电机是双速异步电动机，中间继电器ZJ和FJ控制主轴电机的启动和停止，接触器ZC和FC控制主轴电机的正反转；接触器1DSC、2DSC和时间继电器SJ控制主轴电机的变速，接触器DC用来短接串在定子回路的制动电阻。1JPK、2JPK和1ZPK、2ZPK是变速操纵盘上的限位开关，1HKK、2HKK是主轴进与工作台移动互锁限位开关。SDJ为速度继电器，GSK控制主轴高速运转，热继电器RJ在电机过热时断开供电线路。




图1 卧式镗床继电器控制电路图

3 用PLC改造卧式镗床的电气控制线路

根据原有的继电器控制电路图来设计PLC控制梯形图，以实现卧式镗床的PLC控制改造。这种方法没有改变系统的外部特性，但却克服了机械动作时中间继电器性低、困难等缺点。对于操作人员来说，除了控制系统的性提高以外，改造前后对系统的操作没有什么区别，它们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面板和它上面的器件，因此可以减少硬件改造的费用和工作量。

图2和图3分别是实现与图1相同功能的PLC电气控制系统的外部接线图和梯形图






 

图2 PLC电气控制系统外部接线图




图3 PLC电气控制系统梯形图

在控制主轴电机正反转的继电器电路中，为了防止控制正反转的两个接触器(如图1中的ZC和FC)同时动作造成三相电源短路，设置了接线复杂的连锁电路，即将某一接触器的常闭触点与另一个接触器的线圈相串联，在梯形图中也设置了相应的连锁电路，但是它只能保PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不同时动作。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊，使其线圈断电后主触间仍然接通，这时如果另一接触器的线圈通电，仍将会造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况，图2中在PLC外部增设了连锁电路。设接触器ZC主触点被电弧熔焊，这时与FC线圈串联的ZC辅助常闭触点断开，因此FC的线圈不可能得电，进一步从硬件上提高系统的性。

图1中ZC、FC、1DSC、2DSC都要受TA、1ZPK、1JPK、ZC和FC的触点并联电路的控制，在梯形图中设置了与上述并联控制电路对应的辅助继电器M202，它类似于图1继电器电路中的中间继电器。

4 结束语

本例在用PLC改造卧式镗床的电气控制线路中，从硬件和软件两方面增加了连锁电路，避免了误动作；同时为减少电流干扰，采用隔离变压器，由单回路双绞线给PLC供电，从多方面考虑，提高了系统工作的性。

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