兰州西门子模块代理商CPU供应商

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（一）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
 （二）确定输入／输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
 （三）选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章二节。
（四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
1.分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在２步中进行。
2.设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
（五）程序设计
1. 程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：
1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对立，一般在程序设计基本完成时再添加。
3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。
2. 程序模拟调试
程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
（六）硬件实施
硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：
1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
2)设计系统各部分之间的电气互连图。
3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。  
    （七）联机调试
联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
（八）整理和编写技术文件
技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等

1、引言

传统的远程监控只具备数据采集功能，在需要实时控制和数据处理时，会显得力不从心。PLC 作为工业控制的部件，其在网络、通信等方面的能力越来越强，具备远程监控要求的数据采集、实时控制和数据处理功能。随着国产 PLC 市场占有量的提升，PLC 的价格也比以前具优势，使用 PLC 做 DAS系统或者用 PLC 平台开发数据采集系统将是或者说相当有吸引力的选择。德维森公司的 V80 小型 PLC 在供热、交通监控、楼宇监控等行业有许多的成功应用.

下面以其在东北某供热网监控为例说明 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用。

2、远程监控系

V80 系列 PLC 采集现场每个换热子站的温度、压力、流量，并根据采集数据进行供热流量的控制，以达到节能的目的。根据室外气温的变化，通过调节一级管网电动阀门的开度来及时控制二级管网的回水温度，通过调度给定的控制曲线，保证每个换热站的运行参数始终在给定的范围内。同时，监控室根据需要调度和遥控子站的电动阀门，调整运行参数。系统配置 无线 DTU，可以实现温度的控制、泵变频的远程控制。上位机选用组态王组态软件，与数据库结合起来，对所有数据进行存储和分析，并可以配合优化软件进行控制。

3、PLC 特点

针对提到的各种问题，本文提出了一个为优胜的方案，其特点如下：

1、 网络通信功能

V80 系列 PLC 可同时支持 2 个以上的通信口，可利用 RS485 通信口组建控制网络，把多台 V80 小型 PLC 组进同一个现场总线网络内，主控 PLC 上连接一个 无线DTU 模块，为监控网络提供透明的上网通道。选用 无线 DTU 代替无线 RTU 可以大大降，在敷设了电话线的地方可选用 Modem，使整个系统的造价达到优。

2、CPU 模块功能

M32DT 模块是 16 路数字量输入和 16 路晶体管输出的 CPU 模块，本身带有两个通信口，一个 RS232 和一个 RS485，内部带 MODBUS 主从通信协议和 FREE 通信协议，可以与各种 HMI 或者各种组态软件通信，通信协议库文件使各厂商自行开发上位机软件提供了诸多便利。

M32DT 内带 FLASH 存储器，可将各种参数存储在本地，还带有掉电保持功能，从而保证使用的性和便利性。高速运算速度和完备数学运算能力使其适合通信和模拟量处理环境。

3、抗干扰能力强

整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在恶劣的环境中游刃有余，V80 系列产品已通过 CE 认证。

4、 编程简单方便

V80 系列 PLC 的编程语言支持 IEC61131-3 标准，可以方便编程。同时，支持在线编程，也就是在运行态下可以进行程序修改和调试，为监控现场的在线升级和扩展提供方便。

5、

V80 系列 PLC 比同样点数的数采模块具有价格优势，而且其图形化编程功能使其成为一个强有力的分布式监控平台。

4、结论

本文以供热网的远程监控为例，介绍了 V80 系列 PLC 联网、通信协议与三方产品集成特点，说明 V80 系列 PLC 在数据采集和远程监控行业中的应用，实际运行结果表明 V80系列 PLC 是客户将采集、控制、远程监控合而为一的理想选择。

OB73通讯冗余出错OB
当容错S7连接中发生冗余丢失时，H CPU的操作系统将调用OB73(只有在S7通讯中才会有容错S7连接。多信息，请参见“S7-400 H可编程控制器，容错系统。”)。如果其它容错S7连接发生了冗余丢失，则不会再有OB73启动。直到为具有容错功能的所有S7连接恢复冗余后，才会出现另一个OB73启动。如果发生了启动事件且OB73没有编程，CPU不会转为STOP模式。

OB80时间出错组织块
无论何时执行OB时出错，S7-300 CPU的操作系统将调用OB80。此类错误包括：
出周期时间、执行OB时出现确认错误、提前了时间而使OB的启动时间被跳过、在CiR后恢复RUN模式。例如，如果在上一次调用之后发生了某一周期性中断OB的启动事件，而同一OB此时仍在执行中，则操作系统将调用OB80。如果OB80尚未编程，则CPU将转为STOP模式。可以使用SFC 39至42禁用或延迟和重新启用时间出错OB。

OB81电源出错组织块
只要发生由错误或故障所触发的事件，而此错误或故障又与电源(仅在S7-400上)或备用电池(当事件进入和离开时)有关，则S7-300 CPU的操作系统调用OB81。在S7-400中，如果已使用BATT.INDIC开关了电池测试功能，则只有在出现电池故障时才会调用OB81。如果OB81没有编程，则CPU不会转为STOP模式。可以使用SFC 39至42禁用或延迟，并重新启用电源出错OB。

OB82诊断中断组织块
如果具有诊断功能的模块(已为其启用了诊断中断)检测到错误，则它会输出一个诊断中断的请求给CPU(当事件进入和离开时)。则操作系统调用OB82。OB82的局部变量包含逻辑基址和四字节的故障模块的诊断数据(请参见下表)。如果OB82尚未编程，则CPU转为STOP模式。可以使用SFC 39至42禁用或延迟，并重新启用诊断中断OB。

OB83插入/删除模块中断组织块
在下列情况下，CPU操作系统会调用OB 83：
• 插入/删除已组态模块后
• 在STEP 7下修改模块参数以及在运行期间将改下载至CPU后
可借助SFC 39至42禁用/延迟/启用插入/删除中断OB。

OB84CPU硬件故障组织块
在下列情况下，CPU中的OS将调用OB84：
• 已到并正了内存出错之后
• 对于S7-400H：如果两个CPU之间的冗余链接的性能下降
可以使用SFC 39至42禁用或延迟CPU硬件出错OB，然后再次启用它。

OB85级出错组织块
只要发生下列事件之一，CPU的操作系统即调用OB85：
• 尚未装载的OB(OB81除外)的启动事件。
• 操作系统访问模块时出错。
• 在系统新过程映像期间出现I/O访问错误(如果由于组态原因，未禁止OB85的调用)。

OB86机架故障组织块
只要在分布式I/O (PROFIBUS DP或PROFInet IO)中检测到扩展机架(不带S7-300)、DP主站系统或站故障(进入事件与离开事件时)，CPU的操作系统调用OB86。如果OB86尚未编程，当到此种类型的出错时，CPU将转为STOP模式。可使用SFC 39至42禁用或延迟，并重新启用OB86。

OB87通讯出错组织块
只要发生由通讯出错导致的事件，CPU的操作系统就会调用OB87。如果OB87尚未编程，CPU不会转为STOP模式。可以使用SFC 39至42禁用或延迟，并重新启用通讯出错OB。

OB 88处理中断OB
程序块执行被中止后，CPU操作系统将调用OB 88。导致此中断的原因可能是：
• 同步出错的嵌套深度过大
• 块调用(U堆栈)的嵌套深度过大
• 分配本地数据时出错
如果未对OB 88编程且程序块执行被中止，则CPU进入STOP模式(事件ID W#16#4570)。如果在级28下中止了程序块执行，则CPU进入STOP模式。可借助于SFC 39至42禁用、延迟和启用处理中断OB。

OB121编程出错组织块
只要发生同程序处理相关的错误所导致的事件，CPU的操作系统即调用OB121。例如，如果用户程序调用了尚未装载到CPU中的块，将会调用OB121。

OB122I/O访问出错组织块
只要在访问模块上的数据时出错，CPU的操作系统即调用OB122。例如，如果在访问I/O模块上的数据时，CPU检测到读取错误，操作系统将调用OB122。

一． 概述

在自动化控制领域中，相同功能有不同实现方式，针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现优的性价比。本文介绍的一种应用西门子S7-300 PLC的高速计数模块ET200S和70系列变频器通过PROFIBUS总线通讯的功能来实现的定位控制的实际应用。

二． 控制思路

横移车是钢管生产线中不可缺少的辅机设备，它主要完成将工序生产的钢管搬运到下一工序，或有序地暂放在台架的每个工位上。随着对生产线自动化程度要求的日益提高，减轻操作人员的工作量和操作失误。要求对横移车实现全自动准确定位控制。

其控制就是利用装在横移车车轮上的编码器采集的位置信号，通过PLC的高速计数模块读取，CPU经过运算处理与设定位置作比较，控制变频器的多段速度，从而实现横移车的准确 定位控制。因为考虑到控制成本和操作方便，采用PROFIBUS总线控制方式，减少了布线，控制方便，灵活。

三．系统的构成和特点

1．PLC作为控制的，主要用来接收编码器的反馈信号，与设定的位置信号作比较，通过通讯功能来控制变频器的输出频率减小，提前减速，到位前低速运转，到位时准确停止。为了实现定位还设有零位置传感器，到零位时将计数器的计数值清零，累积误差，保证定位的准确，使横移车能平稳地放下和举起钢管。

由于放置主站CPU和变频器的控制柜与横移车比较远，在横移车上放置了远程I/O模块和高速计数器模块ET200S，通过 PROFIBUS总线相连，将现场的传感器，编码器信号直接连接在远程I/O和计数模块上，减少了现场的走线和故障的发生，维护方便。通讯速率可过 1.5M，整个系统的系统框图如1。

由于使用通讯功能，可以省去用于控制变频器的几个输出点，PLC的输出点也减少了。

2．高速计数器模块ET200S的应用

控制系统中所选的编码器分辨率为2048P/R，轮径φ250，齿轮比3，可计算出脉冲精度：250×3.14/2048×3=0.127mm/脉。能满足横移车的准确定位精度。

定位过程如下：

设定好横移车运行的一个方向为正方向（加脉冲），当横移车向设定的位置运行时（工作运行速度），高速计数器自动进行加/减速计数，在距离设定位置300—400mm时，控制变频器的输出频率，以低速运行，在到达设定的位置时，停止变频器的输出，同时实施机械抱闸，完成了准确定位。

读取高数计数模块的程序段如下：

L PID 272 //模块开始地址，将计数器模块状态值存放到MD20~MD27

T MD 20 //当前计数值

L PID 276

T MD 24

L 123 //装载比较值

T MD 30

SET

= M 34.0 //打开软件门

A M 10.0 //使能传送比较值功能

= M35.2

L MD 30

T PQD 272

L MD 34

T PQD 276

3．PLC和变频器通讯

在CPU进行硬件配置时，对挂在总线PROFIBUS 站点都分配了物理地址，PLC与变频器进行通讯也有相应的物理地址，CPU内部有通讯功能块SFC14，SFC15，使用内部的寄存器DB块存放数据，当PLC对变频器进行数据的写入和读出时，就需知道PLC和变频器定义的相关功能的地址，然后依据这些地址进行数据的写入和读出，才能实现对变频器的控制。

此控制系统变频器需设定的参数介绍如下：

P60=1，P53=6，P554=3100，P571=3101

P572=3102，P443=3002，P566=3107

P734.1=32,，P734.2=148

其它的参数可以按出厂默认值即可

一．结束语

通过这次的电气改进，现场布线减少，自动化程度提高了，人为参与减少了，加强了生产。生产效率有了很大的提高，通讯控制替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，面且操作方便，性价比优异。也证明了西门子PLC和变频器的通讯功能非常强大和好用。

一、 引言
数控技术是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制与自动检测等现代科学技术成就而发展起来的，目前在许多领域尤其是在机械加工行业中的应用日益广泛。 数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时，数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上（例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床），其特点是，机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹，在移动过程中不切削工件。 实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种：一是采用全功能的数控装置，这种装置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；二是采用单板机或单片机控制，这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路，非凡是要考虑工业现场中的抗干扰问题。 由于可编程控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、性高、体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点，因此通过实践与深入研究，本文提出了利用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的有关见解与方法，介绍了控制系统研制中需要熟悉与解决的若干问题，给出了控制系统方案及软硬件结构的设计思路，对于工矿企业实现相关机床改造具有较高的应用与参考。

  二、控制系统研制中需要熟悉与解决的若干问题
1、防止步进电机运行时出现失步和误差 步进电机是一种性能良好的数字化执行元件，在数控系统的点位控制中，可利用步进电机作为驱动电机。在开环控制中，步进电机由一定频率的脉冲控制。由PLC直接产生脉冲来控制步进电机可以有效地简化系统的硬件电路，进一步提高性。由于PLC是以循环扫描方式工作，其扫描周期一般在几毫秒至几十毫秒之间，因此受到PLC工作方式的限制以及扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作。例如，若控制步进电机的脉冲频率为4000HZ，则脉冲周期为0.25毫秒，这样脉冲周期的数量级就比扫描周期小很多，如采用此频率来控制步进电机。则PLC在还未完成输出刷新任务时就已经发出许多个控制脉冲，但步进电机仍一动不动，出现了严重的失步现象。若控制步进电机的脉冲频率为100HZ，则脉冲周期为10毫秒，与PLC的扫描周期约处于同一数量级，步进电机运行时亦可能会产生较大的误差。因此用PLC驱动步进电机时，为防止步进电机运行时出现失步与误差，步进电机应在低频下运行，脉冲信号频率选为十至几十赫兹左右，这可以利用程序设计加以实现。
2、保证定位精度与提高定位速度之间的矛盾 步进电机的转速与其控制脉冲的频率成正比，当步进电机在低频下运行时，其转速必然很低。而为了保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角时或工作台移动的距离又不能太大，这两个因素合在一起带来了一个问题：定位时间太长。例如若步进电机的工作频率为20HZ，即50ms走一步，取脉冲当量为δ＝0.01mm/步，则1秒钟或工作台移动的距离为20x0.01＝0.2mm，1分钟移动的距离为60x0.2＝12mm，如定位距离为120mm，则定位时间需要10分钟，如此慢的定位速度在实际运行中是难以忍受的。 为了保证定位精度，脉冲当量不能太大，但却影响了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同时又能保定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。
3. 可变控制参数的在线修改 PLC应用于点位控制时，用户显然希望当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数能作相应的修改，例如步进电机步数的改变，速度的调整等。为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用；虽然利用PLC的输入按键并配合软件设计也能实现控制参数的在线修改，但由于PLC没有提供数码显示单元，因此需要为此单设计数码输入显示电路，这又将大地占用PLC的输入点，导致硬件成本增加，而且操作不便，数据输入速度慢。所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。
4. 其他问题 为了实现点位控制过程中数字变化的显示及故障输出代码的显示等要求，另外还得单设计PLC的数码输出显示电路。由于目前PLC I/O点的价格仍较高，因此应着重考虑选用能压缩显示输出点的合适方法。此外，为保证控制系统的与稳定运行，还应解决控制系统的保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。

  三、控制系统方案
1、将定位过程划分为脉冲当量不同的两个阶段 要获得高的定位速度，同时又要保定位精度，可以把整个定位过程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。这两个阶段均采用相同频率的脉冲控制步进电机，但采用不同的脉冲当量。粗定位阶段：由于在点位过程中，不切削工件，因此在这一阶段，可采用较大的脉冲当量，如0.1mm/步或1mm/步，甚。例如步进电机控制脉冲频率为20HZ，脉冲当量为0.1mm/步，定位距离为120mm，则走程所需时间为1分钟，这样为速度显然已能满足要求。精定位阶段：当使用较大的脉冲当量使或工作台快速移动至接近定位点时，（即完成粗定位阶段），为了保证定位精度，再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段，让或工作台慢慢趋近于定位点，例如取脉冲当量为0.01mm/步。尽管脉冲当量变小，但由于精定位行程很短（可定为全行程的五十分之一左右），因此并不会影响到定位速度。 为了实现上述目的，在机械方面，应采用两套变速机构。在粗定位阶段，由步进电机直接驱动或工作台传动，在精定位阶段，则采用降速传动。这两套变速机构使用哪一套，由电磁离合器控制。
2、应用功能指令实现BCD码拨盘数据输入 目前较为的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。如说基本逻辑指令是对继电器控制原理的一种抽象提高的话，那么功能指令就象是对汇编语言的一种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。拨盘共有0~9 个位置，每一位置都有相应的数字指示。一个拨盘可代表一位十进制数据，若需输入多位数据，可以用多片BCD码拨盘并联使用。笔者选用BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统，这样再设计数码输入显示电路，有效地节省了PLC的输入点，简化了硬件电路，并利用的功能指令实现数据的存储和传输，因此能方便地实现数据的在线输入或修改（如计数器设定值的修改等），若配合简单的硬件译码电路，就可显示有关参数的动态变化（如电机步数的递减变化等）。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动，设置一输入键，当确认各片拨盘都拨到位后再按该键，这时数据才被PLC读入并处理。
3、“软件编码、硬件解码” 为满足压缩输出点这一前提条件，采用“软件编码、硬件解码”的方法设计PLC的数码输出显示电路。例如，对于9种及其以下的故障状态显示，可采用8-4软件编码，4-8硬件解码，使显示故障的输出点压缩为4个，硬件电路包含74LS04、74LS48、共阴数码管等器件。
4、PLC外部元件故障的自动检测 由于PLC具有高的性，因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障，应不仅具有声光报警功能，而且能立即显示故障代码，以便用户据此判定出故障原因。为节省篇幅，此项内容的程序设计思路见参考文献。

  四、控制系统的软件结构
软件结构根据控制要求而设计，主要划分为五大模块：即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。 由于整个软件结构较为庞大，脉冲控制器产生0.1秒的控制脉冲，使移位寄存器移位，提供六拍时序脉冲，通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y430、Y431、Y432按照单双六拍的通电方式控制步进电机。为实现定位控制，采用不同的计数器分别控制粗定位行程和精定位行程，计数器的设定值依据行程而定。例如，设或工作台欲从A点移至C点，已知AC＝200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量快速移动，利用了6位计数器（C660/C661），而BC段为精定位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量定位，利用了3位计数器C460，在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动接通电磁离合器输出点Y433以实现变速机构的换。

  五、结束语
系统试验表明，本文提出的应用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的方法能满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。所研制的控制系统具有程序设计思路清楚、硬件电路简单实用、性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可应用于工矿企业的相关机床改造。