太原西门子PLC代理商DP电缆供应商

太原西门子PLC代理商DP电缆供应商

1  前言

    目前在工业控制中大量使用的DCS系统在实际应用中逐渐显示出许多不足，工业生产过程中采用一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为"信息孤岛"，而且这些不足对DCS来讲是无法从根本上得到解决。所以有必要考虑一个全新的控制系统，以解决目前DCS系统存在的问题，而现场总线控制系统，即FCS（Field Bus Control System）,将是的选择。

2  现场总线的优点

    现场总线是将智能化现场设备、自动化系统通过"总线"连在一起，实现互操作。它的出现，促进了现场设备的数字化和网络化，并且大的加强了现场控制的功能，使过程控制系统具有开放性，并成为兼具测量、控制和过程诊断等综合能力的控制系统。

    现场总线控制系统是基于底层控制网络、开放式、数字化、多点通信的控制系统。与传统的DCS系统相比，现场总线系统主要具有以下6个特点:（1）信号传输数字化;（2）标准统一开放;（3）控制功能分散;（4）系统性高、可维护性好;（5）对现场环境的适应性;（6）降低了系统及工程成本。上现场总线标准群雄并起，说明了这一技术的性及其良好的发展前景。

    除此以外，现场总线还有如下优点:，一条通讯线连接N台控制设备或仪表，减少了安装费用，缩短了工程工期，易于维护，性高，抗干扰能力强，精度高;二，互换性、互操作性好，不同制造厂生产的仪表可以互连;三，控制分散，现场控制仪表不仅有检测功能还有运算和控制功能，使控制回路分散。

3  PLC与主站

    PLC是以微处理器为，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，它既能改造传统的机械产品成为机电一体化新一代产品，又适用于生产过程控制，凭借其的性、抗干扰性和可编程性，目前已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。本文主要介绍如何通过PROFIBUS-DP适配卡CP5611完成作为一类主站PLC与二类主站PC间的通信及PLC与从站间的连接问题。

PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站能控制总线，当主站得到总线控制权时可以主动发送信息。主站又可分为一类主站和二类主站。一类主站是可决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权时，没有外界请求也可以主动发送信息。二类主站是操作员工作站、编程器、操作员接口等，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。从站为简单的外围设备，典型的从站为传感器、执行器及变送器，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予回答，或者主站发出请求时回送给该主站相应的信息。典型的从站包括:输入输出装置、阀门、驱动器和测量发送器。主站之间使用令牌环方式通信，主站与从站之间采用主－从方式通信。本文中的一类主站是指PLC，二类主站是通用PC机。其通信原理如图1所示。

PROFIBUS协议基础为OSI/ISO网络参考模型，它仅使用了层物理层、二层数据链路层和用户层，三到七层没有使用。

若选用PLC作为一类主站存在两种情况:其一是处理器CPU带内置PROFIBUS接口（这种CPU通常具有一个PROFIBUS-DP和一个MPI接口）;其二是PROFIBUS通信处理器（CPU不带PROFIBUS接口，需要配置PROFIBUS通信处理器模块）。

PC机加PROFIBUS网卡可作为主站，这类网卡具有PROFIBUS/DP/PA/FMS接口。选择与网卡配合使用的软件包，软件功能决定PC机作一类主站还是二类主站。本文选择CP5611网卡，软件选择Step7软件包，因此PC机仅作为编程监控的二类主站。

CP5611自身不带微处理器，是短PCI卡，可运行多种软件包，9针D型插头可成为PROFIBUS－DP和MPI接口。它具有以下功能:

（1） DP功能

PG/PC机成为一个PROFIBUS-DP一类主站，可连接DP分散型I/O设备。主站具有DP协议诸如初始化、数据库管理、故障诊断、及控制等功能。

（2） S7 FUNCTION

实现SIMATIC S7设备之间的通信。用户可使用PG/PC对SIMATIC S7/S5编程。

（3） 支持SEND/RECEIVE功能。

（4） PG FUNCTION

使用STEP7 PG/PC支持MPI接口。

4  PLC与从站

4.1 信息内容

PLC与从站之间的数据传送由一个串行通信请求启动，发出请求的从站叫做源，接受请求的从站叫做目标，该串行通信请求设置在用户程序中，包含下列信息:

（1） 接收通信请求的目标或从站的标识号;

（2） 数据传送的方向（数据可以双向传送）;

（3） 数据传送的目标地址;

（4） 数据传送的源地址;

（5） 传送的数据数量。

4.2 格式要求

当源从站的用户程序启动通信请求后，上述通信请求信息被传送给通信控制，通信控制将这些信息转换成适用于串行线接口发送的适当格式，该格式有如下要求:

（1） 根据标准信息码，对需要的信息是进行编码还是解码;

（2） 根据通信协议，对通信请求信息和发送的数据文本是进行汇编还是反汇编;

（3） 对传送过程中出现的错误的检查方法。

一旦启动了通信请求，且数据已进行了正确的格式转换，串行接口将通过串行通信线把数据发送出去。在图2中，主计算机通过启动以一个查询序列开始的通信请求来和远方从站建立通信，为保持该通信，被请求的从站在适当的时间确认该查询。

通信建立以后，主计算机向PLC发送一个传送数据文件块所的标题语言，一旦PLC接收了这个标题信息，则数据文件就可以在主计算机和PLC之间进行传送。

当PLC接收到数据信息以后，就按照数据传送的相反顺序对这些数据信 
息进行处理。将它们从串行方式转换为并行方式，然后从协议中抽取字符以一定的方式对它们进行处理，后，这些数据信息通过用户程序从PLC的一个存储器送到另一个存储器。

5  结束语

PLC与现场仪器的通信，完成了DP网络的功能，使控制分散化，降低了系统的工作风险，将在现场应用中起到不可忽视的作用。PLC在DP网络中与二类主站的通信，不仅可以满足调试和监视程序运行的功能，而且可以在二类主站上编写一段人机界面，方便工作人员直观方便的监视现场仪器的工作状态。

功能强，性能价格比高

    一台小型内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

    2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

    可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

    3 性高，抗干扰能力强

    传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

    PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为的工业控制设备之一。

    4系统的设计、安装、调试工作量少

    PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

    PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

    PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

    编程方法简单

    梯形图是使用得多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

    梯形图语言实际上是一种面向用户的一种语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。

    维修工作量少，维修方便的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据上的发光二管或编程器提供的住处的查明故障的原因，用换模块的方法可以地排除故障。

    体积小，能耗低

    对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服。

    随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。
变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的连续调速控制、实现速度的控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。
 PLC特点：，性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。三，设计安装容易，维护工作量少。四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。
在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。
（1）大限度地满足被控对象的控制要求；
（2）系统结构力求简单；
（3）系统工作要稳定、；
（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；
（5）人机界面友好。
本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司的ABB ACS800变频器，系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。
1 本设计的控制要求：
 1)系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化；
 2)要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；
 3)用户可自行设置水位的高低，以控制变频器的起停；
 4)变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；
 5)具有水位过高、过低报警和提示用户功能；
2 本设计控制结构:
由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC进行单个对象的控制，只要适当的选用的PLC,能够胜任此功能。
PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有率、宽范围、的调速性能。
3 设备的选型
（1）PLC及其扩展模块的选型：
目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足各种工业控制的需要。另外，新的PLC产品还在不断的涌现，那么，如何选择一个合适PLC？
本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器，共有十八个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，终选西门子公司的S7系列PLC。
由于CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点，能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。26K字节程序和数据存储空间。6个立的30kHz高速计数器，2路立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有多的输入/输出点，强的模块扩展能力，快的运行速度和功能强的内部集成特殊功能。
根据上述分析，参照西门子S7-200产品目录，选用主机为CPU226 PLC一台、另加上一台模拟量扩展模块EM235。
（2）变频器模块的选型：
目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采用ABB公司的ABB ACS800变频器。ACS800系列传动产品大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。内含启动引导程序，令您调试易如反掌；自定义编程：内置可编程模块，犹如PLC令您发挥自如；体积小巧：内置滤波器，斩波器及电抗器、性能。
4 系统的控制流程：
（1）程序设计前准备工作：了解系统概况，形成整体概念，熟悉被控对象、编制出高质量的程序，充分利用手头的硬件和软件工具。
（2）程序框图设计：这步的主要工作是根据软件设计规格书的总体要求和控制系统具体要求，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，然后在根据工艺要求，绘制出各功能单元的详细功能框图。
（3）编写程序：编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的部分。
（4）程序测试和调试：程序测试和调试不同，软件测试的目的是尽可能多地发现软件中的错误，软件调试的是进一步诊断和正软件中的错误。
（5）编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结。
5 程序结构：
本程序分为三部分：主程序、各个子程序、和中断程序（见四章）。逻辑运算及报警处理等放在主程序中。系统初始化的一些工作及液位显示放在子程序中完成，用以节省时间。利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。在本系统中，只用比例积分控制，确定增益和时间常数为：增益Kc=0.25；采样时间Ts=0.1S；积分时间Ti=30S；微分时间Td=0S。
6 PLC编程软件。
本设计使用的是软件是STEP7-Micro/WIN,该软件主要协助用户开发应用程序，除了具有创建程序的相关功能，还有一些文档管理等工具性功能，还可直接通过软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。
该软件可以工作于联机和离线两种工作方式，所谓联机是指直接与PLC连接，允许两者之间进行通信，如上装或下载用户程序和组态数据等。离线则是指不直接与PLC联系，所有程序及参数暂时存入磁盘，联机后再下载至PLC。

另一条生产线( 以下简称4 线) 设有生料配料现场控制站( 下挂石灰石破碎远程控制站)、生料磨现场控制站、窑尾现场控制站、窑头现场控制站、煤磨现场控制站5 个现场站，控制式设有2 台服务器和4 个操作员站。由于3 线与4 线的自动化系统基本相似，这里仅仅以3 线作简单说明。现场测控信号除了常见的数字量、模拟量等还有一些PROFIBUS-DP、PA信号，所以在系统的选型过程中需要充分考虑与这些信号的通讯问题。

控制层
控制室中的数据服务器通过环形工业以太网与系统总线层连接，现场操作员与工程师站通过冗余的标准以太网与服务器连接。
系统总线层
系统总线层采用了SIMATIC NET光纤环形工业以太网，通讯速率为100M，系统具有很高的扩展能力，系统各现场站通过OSM TP22工业交换机接入工业以太网，同时，OSM工业交换机采用了冗余电源供电。控制器硬件全部采用了德国SIEMENS公司的S7-400系列产品，每个现场控制站由以下各部分组成：
•UR安装机架。
•PS407电源模块。
•S7-400CPU。
•CP443-1工业以太网通讯模块。
•SM信号输入、输出模块。
现场总线层
现场变频器、软启动器等设备通过S7-400 CPU自带的的PROFIBUS通讯口接入系统。
现场信号中的PA智能仪表通过CP443-5 EXT模块以及IM157接入系统。