济南西门子授权代理商CPU供应商

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为了实现生产工艺的控制要求,以提高生产效率和产品质量,在设计PLC控制系统时要遵循以下原则: 
1、 大限度地满足被控对象的控制要求。 
2、 在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用和维修方便。 
3、 保证控制系统的、。 
4、 考虑到生产的发展和工艺的改进,应适当留有扩充余量。 
PLC控制系统的软件设计就是针对生产工艺要求的控制程序的设计,也就是常说的用户程序设计。用户程序的设计需要分析工艺过程,明确控制要求,列出输入输出分配表的基础上进行。
在实际的工作中,软件的实现方法有很多种,具体使用哪种方法,因人因控制对象而异,以下是几种常用的方法。 
一、经验设计法 
在一些典型的控制环节和电路的基础上,根据被控制对象对控制系统的具体要求,凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果,需要进行多次反复地调试和修改,增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循,即具有一定的试探性和随意性,后得到的结果也不是的,设计所用的时间、设计的质量与设计者经验验多少有关。 
经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计时比较有效的,可以收到快速、简单的效果。但是,由于这种方法主要时依靠设计人员的经验进行设计,所以对设计人员的要求也比较高,特别时要求设计者有一定的实践经验,对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。对于比较复杂的系统,经验法一般设计周期长,不易掌握,系统交付使用后,维护困难。所以,经验法一般只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。 
二、逻辑设计法 
工业电气控制线路中,有不少都是通过继电器等电气元件来实现,而继电器,交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开,因此,用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路时可以的,PLC的早期应用就是替代继电器控制系统,因此用逻辑设计方法同样也适用于PLC应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后,实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。 
用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下: 
1、列出执行元件动作节拍表 
2、绘制电气控制系统的状态转移图; 
3、进行系统的逻辑设计; 
4、编写程序; 
5、对程序、修改和完善。

三、顺序功能图法 
顺序功能图法是根据系统的工艺流程设计顺序功能图,然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段,只需处理其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学,规律性强。设计出的控制程序结构清晰、可读性好,程序的调试和运行也很方便,可以大地提高工作效率。西门子S7-200 PLC采用顺序功能图法设计时,可用顺序控制继电器(SCR)指令、置位/复位(S/R)指令、移位寄存器(SHRB)指令等实现编程。 
顺序控制继电器(SCR)指令是基于顺序功能图(SFC)的编程方式,专门用于编制顺序控制程序。使用它依据顺序功能图进行编程。顺序控制继电器指令的SCR程序段对应于顺序功能图中的步,当顺序控制继电器S位的状态为“1”时,对应的SCR段中被,即顺序功能图对应的步被,成为活动步,否则是非活动步。SCR段中执行程序所完成的动作或命令对应着顺序功能图中该步相关的动作或命令。程序段的装换(SCRT)指令相当于实施了顺序功能图中的转换功能。由于PLC周期循环扫描执行程序,编制程序时各SCR段只要按顺功能图有序地排列,各SCR段活动状态的进展就能按照顺序功能图中有向连线规定的方向进行。 
依据顺序功能图用置位/复位(S/R)指令编制顺序控制程序。用置位/复位(S/R)指令编制顺序控制程序时,使内部标志位继电器与顺序功能图中的步骤建立对应关系。通过置位/复位(S/R)指令,使其某标志位继电器置位或复位,从而达到使相应步的和失励的目的。 
 
现以4台电动机的顺序启动为例说明用移位寄存器(SHRB)指令来编制顺序控制程序,启动的顺序为M1→M2→M3→M4,顺序启动的实践间隔为30s,启动后进行正常运行,直到停车。顺序功能图如下所示。 
控制系统设计的难易程度因控制任务而异,也因人而异。对于经验丰富的工程技术人员来说,在长时间的工作中,受到过各种各样的磨练,积累了许多经验,除了一般的编程方法外,有自己的编程技巧和方法,可采用经验法。但不管采用哪种方法,平时多注意积累和总结时很重要的。 
在程序设计时,除了I/O地址列表外,有时还要把在程序中用到的中间继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)和存储单元(V)及它们的作用或功能列写出来,以便编写程序和阅读程序。在编程语言的选择上,用梯形图编程还是用语言表编程或使用功能图编程,这主要取决于以下几点: 
1、有些PLC使用梯形图编程不是很方便,则可以使用语句表编程,但是梯形图总比语句表直观; 
2、经验丰富的人员可以使用语句表直接编程,就像使用汇编语言一样; 
3、如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务,则用顺序功能图来设计。

  导言：为防止外电网突然停电而带来大影响及不便，许多高层酒店、小型医院门诊、写字楼等都备有应急发电机组。以往，应急发电机组大多采用继电控制系统进行控制，其性、稳定性、灵敏性较低。近年随着PLC技术的推广，我市的酒店陆续采用PLC改造传统的应急发电机继电控制系统，有效地提高了系统的性、灵敏性和稳定性。笔者在带电工培训班期间帮助我市一中小型酒店改造应急发电机组，良好效果，现结合该酒店的技改实例，谈谈PLC在应急供电控制系统中的应用。 
    一、应急发电机组的控制要求。该酒店应急发电机组为康明斯柴油机组，型号是：HNC-1200，发动机型号：KTA50-G8其自动启动控制系统的控制对象为135系列柴油机。其基本功能是在电网失电时，系统控制柴油机启动和运行，应急发电机发电，向酒店如消防、救生等重要设备及电梯、空调等供电。 
    控制系统应具有的功能当酒店主电网失电后，处于应急状态，则系统应在30秒钟之内启动5秒钟，间隔5秒钟，再启动5秒钟……，直到自动连续启动3次，其中任一次启动成功后，自动加速到额定转速。系统具有“启动失败报警”功能，在规定的连续启动3次仍不成功，发出声光报警。系统能对运行中柴油机的冷却水温、润滑油温度及压力进行监视，一旦限定值，报警电路发出故障报警。系统能根据故障开关设置为是否故障停机。应急机组运行时，一旦主电网恢复供电，系统能使机组自动停机，并恢复到起动位置，为下一次应急启动作好准备。另当主电网尚未恢复供电，也能自动或人工控制机组停机。装置上设有一个“试机”和“试报警”选择开关，置于“试机”位置时，可以进行各项功能试验。置于“试报警”位置时，报置立即声光报警。 
    二、控制系统技术改造的设计思路。应急发电机组原先的控制系统已有现场检测部件即传感部件、执行机构和信号指示部件。用PLC改造原控制系统，实质事实用PLC取代原系统的继电器等功能设置相关部件，保留传感部件和执行机构、信号指示部件。PLC是介于输入、输出之间起关键的功能指令作用的中间环节。根据控制要求编写PLC程序，传送到PLC内部进行存储，当控制系统运行时，PLC就不断从与之相连的输入设备收集现场信息，进行组合处理，发出对应的指令，通过输出端的执行机构来完成控制任务。在控制系统改造设计中，我们要从分析系统的工作原理开始，找出系统中的传感部件、执行机构及信号指示器件，分析各元件的工作方式和逻辑对应关系，作为构造一个PLC系统的依据。完成上面的工作后就可以大致选定原系统中的传感部件和功能设置元件分配到PLC的输入端，再把执行机构及信号指示元件分配到PLC的输出端，这就基本构造了一个PLC控制系统。 
    三、PLC控制系统的工作原理及部件说明。根据上述技改设计思路，我们设计出PLC控制系统基本线路图，作为工程施工的依据。PLC控制系统主要由三类部件组成，一是传感部件，即现场检测部件；二是功能设置部件，包括PLC；三是执行机构及信号指示部件，如系统电路图所示，现将各类部件的功能说明 
    1.传感部件的功能。(1)11ZJ（51-49）为主电网自动开关DW的常闭触点，如11ZJ（51-49）闭合，则电网失电。(2)线圈J3（54-56）接到充电发电机的两端，如充电发电机端电压达到额定电压值，J3动作，J3的常开触头闭合，则柴油机启动成功。(3)凸轮开关KK有5对触头，由伺服电动机YD驱动，对应有四种组合，停机位置：A闭合；启动位置：B、C、D、E闭合；额定转速位置：C、D、E闭合。高速微调位置：D、E闭合。(4)WYI、WY2、YLJ是柴油机运动行水温、油温、油压报警的继电器。 
    2.功能设置部件中各功能开关的功能。(1)K1为“遥控”与“应急”选择开关，当置于“遥控”与“应急”中间位置时，运行中的机组能直接或延时停机。(2)ZA、NA分别为手动“升速”、“减速”按钮，在K1置于“遥控”时，ZA或NA按钮有效。(3)K3为“故障停机”选择开关，可使机组故障停机；K5为“延时停机”选择开关。能使系统停机前在低速运行90秒钟后再退到停机位；K6为“试机”和“试报警”的选择开关。

 3.执行机构和信号指示部件功能。(1)YD为伺服电动机，用于驱动凸轮控制器。(2)ZC为接触器，当ZC动作时，其触头接通柴油机的启动马达按钮。(3)J2为继电器，在ZC有输出时，J2也同时动作，其触头把J3接入充电发电机回路，当ZC断开时，J2也同时切断J3回路。(4)报警指示灯SGD1、SGD2、SGD3、SGD6亮和鸣音器W1鸣叫。 
    四 、PLC的选定及输入输出端的分配。PLC选用日本三菱的小型可编程序控制器：FX2N-48MR。具体输入-输出端的分配如I-O分配图所示。 
    　　       　系统电路图　　　　I-O分配图 
    五、PLC程序编写及梯形图的绘制。按照系统工作原理和电路逻辑功能，用FX2N系列的编程语言编写PLC程序，绘制梯形图。（梯形图可以在电脑上运用Fxgpwin软件在Sbopc-Fxgp/Win-E界面下编制）绘制出梯形图后，我们可以运用Fxgpwin软件在Sbopc-Fxgp/Win-E(ladder)界面下将编制的梯形图转化为指令表，然后通过接口设备将程序传到PLC内保存，以备调试试验。（因篇幅所限，梯形图及指令表等省略）。 
    六、新系统安装与调试。经过上述各项设计及准备工作后，我们就可以根据基本线路图，选择适用的电器元件，进行PLC控制系统的安装工作，在安装中要注意做好抗干扰和保护措施，安装工程完成后，进行现场调试，实现全部功能后验收合格即投入使用。 
    七、结束语。用PLC改装原来的控制系统，实质是将原系统的控制过程编写成PLC程序并存储于PLC中，当系统运行时，PLC不断的从与之相连的输入设备收集现场信息，进行组合处理，发出对应的指令，通过输出端的执行机构来完成控制任务，该酒店采用PLC改造原来的继电控制系统后，有效地提高了系统的灵敏性、性、稳定性，而且可以实现自动运行和远程监控。这一技改工程由笔者负责总设计，并指导电工培训班学员与酒店工程部人员合作进行安装、调试，投入使用2年来，证明符合设计要求，性能良好，灵敏度高，有报警及遥控功能。这是校企合作的又一成功实例

前言:

做好供配电工作，对于保证企业生产和社会生活的正常进行和实现整个国民经济的现代化具有十分重要的意义。在当今的电力系统中对供配电系统自动化程度要求越来越高，特别是现在供配电系统联网规模越来越大，基于传统的继电器控制存在多种弊端，在供配电系统中引入PLC等基于微电子技术、软件技术、网络技术的控制系统势在必行。这样的控制系统性高，易于安装维护，节能，占用空间少，动作。

一，供配电系统中PLC技术简介

（一）PLC及其网络被公认为现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、/CAM）之一。它是以单片机为，专门用于工业过程自动化控制的新型电脑器件。当今的电力系统中传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求。因此PLC技术就在供配电系统中得到了宠爱。

（二）常用的SIMATIC S7-300系列

SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司在 S5 系列 PLC 基础上于 1995 年陆续推出的性能价格比较高的 PLC 系统。其中S7-300由于其系统的优良特性，近年来，被广泛应用于电力自动化、机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、电器制造工业及相关产业等诸多领域。

S7-300提供了多种性能递增的 CPU 和丰富的且带有许多方便功能的 I/O 扩展模块，各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，使用户可以根据实际应用选择合适的模块，而且当控制任务增加并且愈加复杂时，可随时附加模块对 PLC 进行扩展，系统扩展灵活。其主要功能

(1) 高速的指令处理。0.1～0.6 μs 的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
① 浮点数运算：用此功能可以有效地实现为复杂的算术运算。

② 方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具可以给所有模块进行参数赋值。

(2) 人机界面(HMI)。方便的人机界面服务已经集成在 S7-300 操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC 人机界面(HMI)从 S7-300 中数据，S7-300 按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300 操作系统是自动地处理数据传送的。

(3) 诊断功能。CPU 的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件(例如时、模块换等)。

(4) 口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。S7-300 的操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。

二，PLC技术在在供配电系统中的应用

可编程控制器（PLC）是一种新型微电脑式配电控制器。其主要特点是用内部已定义的各种辅助继电器（每个PLC可有多达上千个内部继电器）代替传统的机械触点继电器，又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线。正因为这一特点，如果将PLC引入继电保护装置中，一方面可以克服使用传统继电器所带来的种种弊端；另一方面，又可兼容基于传统继电器的设计思想和技术方案，尤其是对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理及操作出口控制，采用PLC编程能使方案设计工作变得加简单方便，下面介绍低频减载和备用电源自动投入的PLC程序设计

    这基本上与微机保护典型图相同，稍有区别的是，该装置将通常的计算机继电器逻辑电路分解成保护功能继电器组和PLC 2个部分。根据不同保护对象（主变压器差动保护、母线保护、电容器保护、线路保护等），由不同保护功能继电器群组合，使装置分成若干个标准型号，其中所有的单个功能元件均遵循正逻辑法则，在PLC中定义动作节点。例如，一个过电压元件动作，在PLC中就有一个相应的常开节点闭合（0→1），而一个失压元件动作，反映在PLC中也是一个相应的常开节点闭合（0→1）。PLC编程使用的是与传统二次电路图相似的梯形图法，存放程序的EEPROM为外插接式，便于随时修改设计方案。
需要说明的是，PLC中的保护功能继电器F561、F562节点动作值以及时间继电器T1、T2、T3和内部开关KP1，均可通过手持编程器在系统运行时进行整定设置；开关量信号输入节点I2、I3的状态仅取决于装置的信号输入接口与电源小母线之间的连接片是否连通，运行人员只需通过合上相应的连接片就可决定负荷是接入低频基本段还是低频后备段。用PLC内部开关代替外部连接片具有同样效果，采用外部连接片仅仅是为直观起见。

在编制低频减载程序时，传统继电器的动作时间和返回系数概念在梯形图中被理想化了，之所以能这么处理，主要得益于PLC的微电脑属性。PLC中的程序是循环执行的，每2次执行之间的时间间隔（循环周期），由整个装置从采样到滤波到数据处理等各环节的时序配合决定（SEPAM装置为13.3 ms），但程序本身执行1次的时间以微秒计，是可以忽略的。显然，如果在梯形图中将继电器节点放在相应线圈的后面，节点动作时间可理想化地认为是零。这一点也是使复杂的低频减载功能得以简单实现的重要因素。

内置PLC的继电保护装置在变电站的设计安装调试过程及随后1a多的运行情况表明：PLC所具有的高度灵活性能为及时解决调试过程中出现的问题提供方案；PLC的运行稳定性和动作准确性高，使继电保护；PLC编程技术容易掌握，而程序本身与传统的继电保护设计图十分吻合，使设计人员能充分发挥专长；应用PLC的继电保护设备加标准化，选型和使用方便。

三、结束语

随着全社会对机械自动化程度要求的不断提高，各种智能型的系统设备也不断出现，而电力企业中供配电系统是一切自动化系统设备的基础。因此采用PLC总线的智能型供配电系统，符合未来供配电系统的发展方向！