乌鲁木齐西门子中国一级代理商通讯电缆供应商

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引言

对CAST污水处理工艺的研究，以可编程控制器为控制主体，以计算机为系统编程、组态、维护、监控和管理的一体化平台，实现了污水处理生产现场与计算机控制系统的集成，建立一套完整的城市污水处理系统。

本文的主要内容是在对污水处理工艺分析基础上，开发西门子S7-300的城市污水处理控制系统，完成STEP7编程和人机界面地开发，并进行模拟和现场调试。

控制系统的结构 

根据全集成自动化 (Totally Integrated Automation)的思想，将污水厂控制系统分为管理级、控制级和现场级。

该系统中主要工艺设备采用三种控制模式，即就地设备控制箱手动控制、自动控制和远程PLC控制。现场的泵类和设备开启、关闭等开关信号、曝气池的溶解氧和PH等模拟信号，全部经过PLC在上位机上显示。现场各监控点的物理参数，均通过 Profibus总线与PLC主站相连，PLC通过Profibus总线采样各个模拟量、数字量信号；控制信号同样由PLC输出，以 Profibus总线送到各控制站控制从站通过各种模块来控制执行机构的动作。

通常PLC上位机与下位机有三种连接方式：MPI通信、MPI卡和以太网信。当系统只有一个PLC站点时，采用MPI通信，构造简单、成本较低，缺点是为半双工通信。当系统有多个PLC站点时，可采用MPI卡，在上位机上安装MPI网卡，下位机安装通信模块；也可采用工业以太网，也需要在上位机上安装以太网卡，下位机安装通信模块。在本系统中只有一个PLC站点，综合考虑采用MPI通信。

控制系统硬件设计

硬件配置

根据系统工艺控制点数的要求和PLC的基本概述，西门子S7-300 PLC总体配置如下：

• 电源模块PS307

• 处理模块(CPU)选用CPU315-2DP

• 数字量输入模块（DI）选用SM321(DI16XDC24V)，共16块（16点/块），处理16点输入信号。

• 数字量输出模块（DO）选用SM322(DO16XDC24V/ 0.)，共7块（16点/块），处理16点输出信号。

• 模拟量输入模块（AI）选用SM331(AI8X12bit)，共5块（8点/块），处理8点输入信号。

• 模拟量输出模块（AO）无模拟量输入信号，因此不选择AO模块

STEP7 V5.2编程软件

STEP7编程软件用于SIMATIC S7 M7 C7和基于PC的WI，是供它们编程、监控和参数设置的标准工具。为了在个人计算机上使用STEP7，应配置MPI通信卡或PC/MPI通信适配器，将计算机连接到MPI网络来下载和上载PLC的用户程序和组态数据。STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。

PLC程序块有1个OB块、9个FC块，分别是FC2块（格栅机、调节池、CAST池、中间水池、生物曝气池、回用水池的阀和泵运行和故障状态）、FC3块（格栅机、调节池、CAST池、中间水池、生物曝气池、回用水池的阀的开关和泵的启停）、FC4块和FC11块(流量计、液位差、在线PH仪、在线温度计、在线DO仪、在线硝氨仪、污泥浓度计、余氯测定仪、电压力表量程转换)、FC5块(格栅机、调节池、CAST池、中间水池、生物曝气池、回用水池运行周期计数器清零、复位、数值转换)、FC6块(栅机、调节池、CAST池、中间水池、生物曝气池、回用水池低液位判断)、FC7块(CAST池运行周期、进水时间、滗水时间、沉淀时间、曝气时间、回流泵运行时间、剩余污泥泵运行时间、曝气生物滤池反冲总时间、降水位时间、气反冲时间和水反冲时间)、FC9块(栅机、调节池、CAST池、中间水池、生物曝气池、回用水池高液位判断)、FC105块（模拟量输入转换模块）。

力控6.0监控组态软件设计

力控6.0对历史数据库、人机界面、I/O驱动调度等主要部分进行了大幅提升与改进，重新设计了其中的构件，力控6.0面向NET开发技术，开发过程采用了软件工程方法 ——“测试驱动开发”，产品品质将得到充分保证。

通过分析该污水处理工艺流程可知，上位机人机界面应包括以下内容：登陆界面、用户管理界面、工艺流程总界面、格栅机和调节池界面、CAST池A界面、CAST池B界面、CAST池C界面、CAST池D界面、中间水池界面、生物曝气滤池界面、回用水池界面、参数设置界面、帮助说明界面、历史报表界面、历史趋势界面。

在本次设计设计了13个界面，将整个污水处理中的格栅井、调节池、CAST池、中间水池、生物曝气池、回用水池全部表达出来。软件的运行与调试

系统搭建完成后，在STEP7和人机界面里分别。

STEP7的模拟

打开STEP7软件，将所有程序下载到程序中

人机界面的模拟

运行工程，打开污水处理的人机界面，进入登陆界面后登陆系统，按照污水处理工艺要求，开启CAST池A/B/C/D的自动按钮，按下开启按钮，系统按照CAST污水处理工艺要求自动运行，

CAST池A进入曝气阶段，CAST池A进气电动阀打开。CAST池B正处于进水阶段，此时调节池中提升泵B打开给CAST池B供水，

CAST池A处于进水阶段，可观察到此时运行周期时间为22，副区搅拌机、主区搅拌机A/B、回流泵均处于运行状态。

总结

在这次设计中，通过理论的学习和现场的实践，对所做的课题基于S7–300PLC的城市污水处理工艺流程控制系统设计有了一个比较且清晰的认识。了解了如何运用STEP7编程软件、建立系统人机界面，怎样连接上下位机，现场接线等，通过这次的课题设计，使我们熟悉了已有知识和了解的动态，为以后的工作奠定坚实基础。

1 引 言

目前，工业机器人关节主要是采用交流伺服系统进行控制，本研究将技术成熟、编程方便、性高、体积小的SIEMENS S-200可编程控制器 ，应用于可控环流可逆调系统，研制出机器人关节直流伺服系统，用以对工业机器人关节进行伺服控制。

2 工业机器人关节直流伺服系统

工业机器人关节是由直流伺服电机驱动，通过环流可逆调速系统控制电机的正反转来达到对工业机器人关节的伺服控制的目的。

2.1 控制系统结构

系统采用SIEMEN S7-200型PLC， 外加D/A数模转换模块，将PLC数字信号变成模拟信号，通过BT—I变流调速系统(主要由转速调节器ASR、电流调节器ACR、环流调节器ARR，正组触发器GTD、反组触发器GTS、电流反馈器TCV组成)驱动直流电机运转，驱动机器人关节按控制要求进行动作。

2.2 系统工作原理

可控环流可逆调速系统的主电路采用交叉联接方式，整流变压器的一个副边绕组接成Y型，另一个接成△ 型，2个交流电源的相位错开30°，其环流电压的频率为l2倍工频。为了抑交流环流，在2组可控整流桥之间接放了2只均衡电抗器，电枢回路中仍保留一只平波电抗器。

控制电路主要由转速调节器ASR、电流调节器ACR、环流调节器ARR， 正组触发器GTD、反组触发器GTS、电流反馈器TCV组成，其中2组触发器的同步信号分别取自与整流变压器相对应的同步变压器。

系统给定为零时，转速调节器ASR、电流调节器ACR被零速信号锁零。此时，系统主要由环流调节器ARR组成交叉反馈的恒流系统。由于环流给定的影响，2组可控硅均处于整流状态，输出的电压大小相等、性相反，直流电机电枢电压为零，电机停转，输出的电流流经2组可控硅形成环流。环流不宜过大，一般限制在电机额定电流的5%左右。正向启动时，随着转速信号Ugn的增大，封锁信号解除，转速调节器ASR输正， 电机正向运行。此时，正组电流反馈电压+Ufi2反映电机电枢电流与环流电流之和; 反组电流反馈电压-Uril反映了电枢电流， 因此可以对主电流进行调节。而正组环流调节器输入端所加的环流给定信号-Ugih和交叉电流反馈信号-Ufil对这个调节过程影响小。反组环流调节器的输入电压为(+Uk)+(-Ugih)+(Ufi2)，随着电枢电流的不断增大，当达到一定程度时，环流自动消失，反组可控硅进入待逆变状态。反向启动时情况相反。另外，可控环流可逆调速系统制动时仍然具有本桥逆变，反接制动和反馈制动等过程。由于启动过程也是环流逐渐减小的过程， 因此， 电机停转时，系统的环流达大值。环流有助于系统越过切换死区，改善过渡特性。

3 系统程序设计

程序设计方案为手动输入一个角度值，让电机转动，通过与电动机相联的光电码盘来电动机转的角度，将转动角度变成脉冲信号。由于电动机的转速非常快，所以只能把脉冲信号送往PLC的高速计数器。然后将计数器的脉冲记录与手输入的进行比较，如果两者相等说明电动机已经到达角度位置，否则继续进行修正。值得注意的是，由于电动机从转动突变到停止会有一定的惯性， 因此在进行信号比较时应允许有一定的误差，不然电动机就会始终处在修正位置状态。

4 结 论

基于PLC研制的直流伺服系统，利用PLC扩展能力强的特点，添装手动输放装置，实现工业机器人关节直流伺服系统的可视操作

0 引言
    随着经济的发展，车辆急剧增多，城市道路交通堵车现象日益严重。因此，许多城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了其交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门有待解决的主要问题。
    鉴于当前实际中，一般在主干道是行车道而次道是人行横道和一些非机动车通行的十字马路处的交通灯仍然采用固定通行的一般的交通灯系统。这样的系统，不利于提高道路的利用率，也不利于主要车道的通行，在没有行人需要通过人行横道的时候，主要车道上的行人也在停止线以外停车侯本车道绿灯亮。本文提出了一种全新的思路来解决此类问题，在有行人请求的情况下才会使主要车道的红灯点亮，禁止机动车通行，给行人通过的时间。而平时则主干道上一直绿灯亮，允许车辆快速通行，这样可以大大提高主干道利用率，缓解日益严重的交通拥堵。文中采用PLC来实现带有人行横道请求的十字马路交通灯控制系统的设计。

1 可编程控制器简介
    PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列优点。特别是它的高性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因此在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。
    PLC实质是一种于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近。从结构，PLC分为固定式和模块式两种。固定式PLC包括CPU板、I／O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I／O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
    当PLC投入运行后，其工作过程一般分为输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

2 带人行横道过马路请求的交通灯控制系统硬件设计
2．1 交通灯控制整体框图设计
    主干道是行车道而次道是人行横道和一些非机动车通行道，在马路通行及人行横道通行方向均有红、黄、绿交通灯，按照交通情况依次点亮交通信号灯。

论文中设计的交通灯控制系统主要实现检测和控制两大功能。检测次道上有没有行人请求通过；控制主干道与次干道的红、黄、绿灯的协调自动工作。

 没有行人请求过马路时，主干道交通一直通行，次道一直禁止通行；有行人请求过马路时，要有一个过程的等待，才能得到通行许可。根据控制系统的要求，考虑了性、准确性与经济性后，选用西门子S7-200系列PLC来做主控制器。

  启动按钮用于整个系统初次上电工作的启动或者掉电不工作的重新启动，采用一般的带锁点动按钮。街左请求按钮安装在主干道的左侧，当街道左侧有行人请求通过人行横道时，只需要按一下这个按钮就可以得到系统的响应，采用一般的点动式按钮，按下一次，系统响应一次，不按则系统不响应。街右请求按钮安装在主干道的右侧，当街道右侧有行人请求通过人行横道时，只需要按一下这个按钮就可以得到系统的响应，采用一般的点动式按钮，按下一次，系统响应一次，不按则系统不响应。
    次干道上的交通灯平时一般显示红色，只有当这一方向上有人请求通过并且得到PLC主机响应后，信号灯才会变化。主干道这个方向上的交通灯平时一般显示，只有当人行横道上有行人请求通过并且得到PLC主机响应后，主干道上的信号灯才先变黄然后变红，当行人及非机动车通过以后再变绿。
2．2 交通灯控制系统的I／O分配

3 带人行横道过马路请求的交通灯控制系统软件设计4 结束语
    基于西门子PLC的快速路交通灯控制系统充分利用了PLC的性高、抗干扰强、可编程设计灵活的优点。应用此系统可以充分提高主干道的利用率，缓解交通拥堵的现状，方便人民生活，提高经济效益。

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。

随着经济和技术的发展，电梯的使用领域越来越广，电梯已成为现代物质文明的一个标志。由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

PLC是一种专门为工业环境设计的通用控制装置，可以完成大型而复杂的控制任务，以性高、通用性强、体积小、着称，成为工业自动化的技术支柱之一，在工业自动控制领域占有十分重要的地位 。本文将可编程序控制器（PLC）应用于三层电梯进行逻辑控制，设计了一套完整的电梯控制系统方案并通过三层电梯模型实现了其基本功能，大大提高了电梯性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以容易的完成为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

1 控制系统总体设计方案

程序总体设计时，需要充分考虑到乘客乘坐电梯时的随机性、突发性和不确定性：也需充分考虑到乘客的思维方式与习惯动作等因素，采用智能逻辑控制策略，实现电梯的全数字化控制，其目的是使电梯的运行能反映人的智慧。整个控制系统的设计遵循如下原则：

1）电梯由乘客控制执行；

2）行车方向由内选信号和外呼梯信号决定，顺向执行；

3）无论电梯运行于何种状态，只要有内选信号时，响应内选行车方向；

4）停层时有自动开门信号；

5）平层定位控制；

6）楼层自动控制与显示；

7）上、下行自动控制与显示。

2 硬件系统

硬件系统主要包括PLC、三层电梯模型。

2.1 三层电梯的输入点

三层电梯的输入点如下：

1）内选召唤按钮：位于轿厢内，对应每层各有一个；

2）外选召唤按钮：一层只有上呼，二层有上呼和下呼，三层只有下呼；

3）平层电磁传感器检测：位于井道内每一层的相应位置上，每层各有一个； 用于选向、选层、指层，内选召唤、外选召唤的消号；

4）电梯启动和停止按钮各一个。

共12个输入点。

2.2 三层电梯的输出点

三层电梯的输出点如下：

1）正反向继电器：共两个，用于控制电机的旋转方向；

2）内选指示灯：对应内选召唤按钮，共两个；

3）外呼指示灯：对应外呼召唤按钮，共四个；

4）楼层显示：每层一个，共三个；

5）上下行显示：共两个，表示电梯的运行状态。

共14个输出点。

本文采用的PLC 为S7- 200 CPU226,I /O 点数为：24 输入/16输出。满足要求。

软件系统的整体思路为：对电梯的运行状态控制进行分类：上行，下行，停车以及各个指示灯的控制。文中采用模块化控制，将启动/停止，上行，下行，停车，指示灯，定时器以及临时变量的存储，分别做成对应的梯形图网络，这样做的优点是：结构清晰，可维护性强，调试简单易行。

3.1 启动/停止控制网络

该网络为系统的上电控制网络。当系统上电时电梯为停止状态，按下启动按钮系统开始扫描各个按键的状态为电梯的运行决策提供依据。

3.2 所有上行情况的网络

在这里把所有的上行情况并联起来，共同产生一个上行信号，为了保证按键状态不丢失，用按键对应的灯的状态来表示按键的状态。当电梯在1楼时情况较简单，由平层信号KL1确定电梯在一楼，再根据表1把所有的触发条件并联起来。当电梯在2楼时情况复杂，有级的考虑。为了保证顺向，用了两个中间继电器M 2.0和M2.1 存储电梯停在2楼之前的运行状态，即记录了电梯是从1楼上去的还是从3楼下来的。M2.0得电时即电梯原来状态为上行时，在2楼即2楼平层信号KL2得电，若3楼有呼叫则上行线圈得电电梯上行。

3.3 所有下行情况的网络

所有下行情况并联于此，为电梯下行提供决策。其情况与上行类似，不再赘述。

4 结论

本文介绍了西门子公司S7 - 200 系列可编程控制器（PLC）在三层电梯控制系统中的应用，给出了可编程控制器控制三层电梯电气控制系统的硬件组成和软件设计。采用了梯形图编程的程序控制方式，设计了一套完整的基于可编程控制器（PLC）的三层电梯控制系统总体设计方案并通过三层电梯模型实现了其基本功能。后对本文所设计的电梯控制系统进行了相关调试，能够很好的实现电梯控制，满足设计要求，实现行车方向由内选信号和外呼梯信号决定，顺向执行，无论电梯运行于何种状态，只有内选信号时，相应内选行车方向，平层定位控制。

1.概述

目前设备远程控制在远程数据采集、安防、设备监控等领域得到广泛应用。本文以三菱PLC的远程控制为例讲述卓岚联网产品在设备远程控制方面的应用。提出了域名系统、NAT技术、断网恢复机制是实现设备远程控制的三大关键技术。

在该应用案例中，用户具有分布于世界各地的PLC，用户想通过任何一台能够连接到Internet的计算机对PLC的工作状态进行访问和修改。远程控制技术，避免了用户需要到现场诊断的麻烦，节省了人力物力。

上海卓岚科技的联网产品包括：嵌入式设备联网模块、串口服务器等。

如用户设备是一个类似PLC的带串口(DB9)的设备，则可以通过卓岚串口服务器连接到网络;如果用户设备电路板是可以重新设计的，则可以选用卓岚联网模块，并将其集成到用户电路板。两种方案在原理上是相同的。

在远程计算机端，卓岚科技提供了3种方式方便用户和联网产品通信：

1.卓岚设备管理DLL+VB等程序。提供的DLL设备管理函数库，可以被用户程序所调用，用户只需使用提供的open、close、send、recv

函数，即可实现通信。

2.串口程序+虚拟串口驱动。例如三菱PLC需要通过MELSOFT开发环境和PLC通信，某些Modbus设备则通过三维力控软件和设备通信，它们

都是现成的串口程序。使用卓岚虚拟串口驱动，可以在网络化升级后，仍然使用这些串口程序。

3.Socket网络程序：对于用户，可以选择通过TCP/IP直接和联网产品通信。

2.域名(DNS)系统

域名系统的支持是远程控制的关键技术。目前网络接入以ADSL接入网络占绝大多数，但是若远程计算机通过ADSL联网，每次的IP是不同，解决设备如何知道远程计算机IP的问题，解决的方法是动态域名系统。

在卓岚远程控制技术中，远程计算机通过动态域名服务在每次联网时都可以获得的域名，例如yourname.。卓岚联网产品支持域名，可以用域名通信的的目的地址，例如将其设置为yourname.。

这样，无论远程计算机在何时何地通过ADSL接入网络，卓岚联网产品都可以在时间和其建立TCP连接。

3.网络地址映射(NAT)技术

NAT技术是解决两个内网之间计算机如何互联的技术。对于初次接触TCP/IP的用户，可能对于内网IP(例如192.168.0.200)、IP(例如114.123.223.12)、计算机如何访问内网计算机比较迷惑。计算机连接内网计算机时，不能简单地向该计算机的内网IP发起连接。这里关系到网络地址映射NAT技术。NAT技术可以在ADSL路由器上做一个NAT映射，将用户的内网IP映射为IP和端口。

在卓岚的设备远程控制应用案例中，提供了如何使用网络地址映射(NAT)技术实现网络连接的操作步骤，由于篇幅所限这里不详述。

4.的断网恢复机制

TCP连接的不正常中断在设备远程监控中比在局域网中加常见，因为在Internet环境下，中间的任何一台路由器出现问题都可以导致连接中断。

断网在远程监控中产生如下问题：如客户端务端建立TCP连接后，服务端由于掉电等原因重新启动，那么客户端将不再能够务端建立连接。原因很简单，因为客户端认为连接已经建立，这导致了服务端无法向客户端发送数据。

心跳包技术是目前常见的断网恢复机制，但是该方案并没有写入TCP/IP规范，原始是心跳包技术存在很多争议的负影响，例如增加了网络负担等。

卓岚的设备管理DLL库和虚拟串口驱动内部集成了的断网恢复机制，采用心跳包的技术，可以在服务端、客户端、中间路由器任何一方断网情况下，恢复连接。

5.总结

域名系统、NAT技术、断网恢复等关键技术保证了使用卓岚产品在实现PLC的远程监控方面的方便性、稳定性。