石家庄西门子中国授权代理商交换机供应商

石家庄西门子中国授权代理商交换机供应商

可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。
可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。
一、工作量
这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的要条件，一般选择比控制点数多10%～30%的PLC。这有几方面的考虑：
1、可以设计过程中遗漏的点；
2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；
3、将来增加点数的需要。
二、工作环境
工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够
适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。 
三、通信网络
现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统解决的问题，但各厂家的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：
1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；
2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；
3、是否有利于将来。由于各厂家的通信协议各不相同，上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。
四、编程
程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。

1、编程方法
一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。
2、编程语言
编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：
（1）梯形图
这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；
（2）顺序功能图
它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；
（3）功能块图
它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；
（4）结构化文本
这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；
（5）指令表
它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。
厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的Xbbb编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。
3、存储器
PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512～128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。
PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。

4、易于改
PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意改控制结构（或控制过程），这就要求改程序方便快捷。
5、是否有模块
部分生产厂家的PLC产品提供一些模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。
五、与监控系统的通信
1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，
仍能很好地控制现场。
2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点相应的控制方案，应该说仍以PLC为；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。

六、可延性
这里包括三个方面含义：
1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；
2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。
3、产品的新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。
七、售后服务与技术支持
1、选择好的公司产品；
2、选择信誉好的代理商；
3、是否有较强的售后服务与技术支持。
八、性价比
相对于自控系统性能的好坏于价格的选择。只是在几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。
在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是考虑的，而存在的问题也通过其它替代方式加以解决。
一般来说通过前5项的比较，已可确定2～3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情

一、引言

给粉机是一种机、电、水、气一体化粉（粒）料定量分切式全自动加药装置，它是现代科技发展新兴的一种技术产 品。为达到全自动运转，采用了PLC控制，通过检测稀释罐中的液位高低来控制给粉机的工作，还控制计量泵将稀释罐中的液体药液送到凝集罐中，凝集罐中已有液体是来自高滤器的反冲洗水，药液使该反冲洗水的悬浮物凝集成大块 状絮凝物以便进行下一步的水处理工作。

二、控制内容和要求

控制内容和要求取决于工艺要求、资源、及可操作性等。给粉机涉及到的工艺流程如图1所示，将粉状凝集助剂倒入料斗，给粉机工作时，通过粉位计检测料斗中是否有料，如果有料，先将干燥空气经气源三联件和气阀吹入出料 口，延迟一段时间后，打开淋水器侧的水电磁阀，为送料作好准备，再延迟一段时间，启动给粉机运行。此时，给粉机 将药液定量的连续的注进稀释罐，在稀释罐中，有搅拌机不停的搅拌，搅拌均匀后待用。使用药液时，用计量泵来运送 ，从稀释罐中注入到凝集罐一类的设备中。

给粉机、水阀、气阀、搅拌机、计量泵的工作状况都与稀释罐中的液位密切相关，一般讲，液位控制采用电式的 开关量信号，将有关的4个位置的液位信号送到PLC中参与控制。但当用户的液位检测装置是液位变送器时，就需采用模 拟量模块，稀释罐中的液位是通过液位变送器来检测的，对应一定的液位，送出4-20mA电流信号（4-20mA对应着液位高度0-1M）。

液位距池底为120mm时，为L2液位，L2液位时，报警，不能启动计量泵。

液位距池底为120mm时，为L1液位，液位L1时要启动气阀、水阀、给粉机，当给粉机运行时，搅拌机也要运行。给粉机停止时，搅拌机也停止。

液位距池底为750mm时，为H1液位，H1液位，给粉机停。

液位距池底为850mm时，为H2液位，H2液位时，报警。

三、PLC选用和硬件配置

综合上述情况考虑开关量输入输出的数量，模拟量输入，定时及连锁等各方面情况，选用西门子S7-200系列可编程控制器，型号为CPU-212。这种PLC小型、紧凑，在CPU中配有1K的EEPROM，可性的存储用户程序和其他重要的系统参数；它还装有大容量的电容器，供长时间存储所有的数据，而不需要另外安装后备电池；外形尺寸小巧，塑料外壳紧凑坚固，可以直接装在电气控制常用的35mm标准导轨上；本机带有8个输入点和6个输出点，还可扩展2个模块，包括模拟量模块；机内有128个内部存储位，64个定时器，64个计数器，足够编程人员使用；内置24V直流电源，可供本机数字量、模拟量的输入使用，不必另设直流电源；指令执行速度快，每条指令执行时间为1.3us；编程可用小型手持式编程器，方便现场调试，也可用个人PC，方便在研制场所编制程序及归档文件和打印输出。

PLC配置见表1： 

表1 PLC配 置

输入输出分配见表2。

四、软件编程和模拟量处理

各个开关量控制、定时、计数、连锁等常规控制用顺序控制方式编在主程序中，这里不赘述。下面描述模拟量的处理问题。

作为一个主要控制条件，稀释罐液位，是通过液位传感器送出4-20mA模拟信号进到控制系统中，CPU通过模拟量扩展模块EM232读取该值，并分析、处理该值，在几个的液位高度时，输出信号去控制相应设备或发出报警信号。和该模拟量有关的几个基本数据：

对于EM231和CPU212的规定，输入0-20mA对应数据为0-32000， 每1mA增量，数据为1600。

稀释罐液位0-1000mm对应着液位传感器输出4-20mA。液位增量62.5mm，输出为1mA。

考虑到液位的波动情况，设定大波动在5mm（即增128个数），上升时取上限值，下降时取下限值。 编好软件后，输入到PLC中，接上开关、信号发生器等，开始调试程序。在调试中发现，模拟量的输入值变化太大，观察AIW0，随着信号源从4-20mA变化，应该从0-32000变化，观察时看到，AIW0的后三位数字都在跳动，这种情况无法参与控制。经分析和试验，从硬件和软件两方面着手解决。

1、硬件接线

从S7-200的安装手册中可以看出，模拟量模块A/D转换间无隔离，这样模块本身抗干扰能力弱。但没有该模块的详细电路，考虑从信号输入端着手，如果输入以参考端接到适当位置，可以减小干扰。后作了3种接法实验： 

（1）A_端立。

（2）A_接到M，而M又接地。

（3）A_接到M，而M不接地。

实验比较以上3种情况后，发现3种情况结果，如图2所示。1种情况，A立，因EM231是单端输入，所以A如果悬空，信号没有基准，可能干扰大；2种情况，A接M而又同时接地，但在这种水处理现场一般不设为仪表专做的地线，因而接地后，各种强电杂波信号都可以通过地线串进来，使干扰增强；3种情况，A接M又不接地，形成了浮地输入，这种接地常被称为模拟地或小信号地，在一定情况下可以抑制某些干扰，实验证明使用这种处理方法有一定效果。从编程器读取AIW0值，基本上是后两位数字在跳。由于EM231的数据位是12位，而AIW0取值范围是0-32000，是16位，因此，在12位的8421码中，后一位的一次跳变就是8，这样，后两位在跳变也属正常。

图2 EM231接线的改变

2、软件编程

针对上述情况，从软件入手，进一步调整了模拟量输入的稳定状况。方法是从AIW0取输入值，求多次采样的平均值 依据计算出的平均值输出，去控制给粉机的运行。即：由于S7-200的指令处理较快，模数转换时间也短，在几十us，且模拟量读数灵敏度较高，而在本控制系统中，对转换时间要求不高，所以可以采用多次采样的平均值方法，来处理输入值。例如10次采样值如下： 16848、16832、16808、16840、16864、16856、16872、16880、16824、16848，这些值大为16800，小为16808，差为72，如果10次采样为128次，求平均值后放到VW20中，这样VW20的每次读取时间还在ms级，满足实际要求。（实际观察结果为AIW0的变化：164616-14672；VW20的变化：14647-14651）。经过上述软件的处理后，当AIW0中的值在后两位跳变时，经处理后的模拟量VW20中的值只是个位在跳变，且是一个一个跳变，通过调试证明，采集数据又提高了一个数量级。

五、结束语

在实际使用中发现，这种机型的模拟量模块的抗干扰性能还不尽人意，但近，西门子公司又推出了S7-22X系列的小型机，据说模拟量的隔离性能好于S7-21X系列，待下次选用时在作了解。但软件的这种处理模拟量输入的方法可以采用。