山东西门子数字量模块代理商 原装正品-货源充足

    德国西门子公司是世界上较早研制和生产PLC产品的主要厂家之一，其产品具有多种型号，以适应各种不同的应用场合，有适合于起重机械或各种气候条件的坚固型，也有适用于狭小空间具有高处理性能的密集型，有的运行速度较快且具有优异的扩展能力。它包括从简单的小型控制器到具有过程计算机功能的大型控制器，可以配置各种I/O模块、编程器、过程通信和显示部件等。西门子公司的PLC发展到现在已有很多系列产品，如S5、S7、C7、M7系列等，本书主要以S7-300/400系列为例讲解PLC的理论和应用。

    S7系列PLC是在S5系列基础上研制出来的，它由S7-200、S7-300/400 PLC组成。

    1．S7-200 PLC

    微型S7-200 PLC结构紧凑、价格低廉，适用于小型的自动化控制系统。其指令处理时间短，减少了循环时间，高速计数器使其可应用于更广泛的领域，高速中断处理能分别响应各种过程事件；对性能的扩展提供了模块化的扩展能力，用于控制步进电动机的脉冲输出，同样可用于脉宽调制，为快速方便地解决较复杂问题提供高效的指令集。此外，附加性能有：点对点接口( PPI)支持编程；操作员接口与串行设备接口；用户界面友好的STEP 7Micro/DOS软件和高效的编程器简化了编程；三级口令用于保护用户程序；TD200和COROS操作员面板提供了简单的人机接口功能。

    2．S7-300 PLC

    模块化S7-300 PLC适用于快速的过程处理或对数据处理能力有特别要求的中小型自动化控制系统。它具有高速的计算能力、完整的指令集、多点接口( MPI)和通过SINEC LAN进行联网的能力；它内置多种功能，具有综合诊断能力，它推出的口令保护，简便的连接系统和无限的插入模块组态，使系统组态处理更加方便；由于其快速的指令处理速度，大大缩短了系统循环时间；同时高性能模块和多种CPU为各种各样的需求提供了合适的解决方案；模块扩展能力较多可增加到3个扩展基架(ER)，较高的安装密度，背板总线安装在每个模块中，预先接线系统（TOP接线），减少了所需空间和费用，同时为连接SIMATIC系列各种部件提供了接口，它具有对用户友好的Windows STEP 7 Mini编程软件和功能强大的编程器。

    3．S7-400 PLC

    较具通信能力的S7-400 PLC适于大、中型自动控制系统，它指令执行时间较短；在恶劣、不稳定的工业环境下，坚固、全部密封的模板依然可正常工作；无风扇操作降低了安装的费用；在操作运行过程中模板可插拔；分布式的内部总线允许在CPU与*I/O间进行非常快的通信(P总线与I]O模板间进行数据交换，C总线可将大量数据传送到功能模块和通信模块)；一些CPU装备了内置的SINEC L2 DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换，其强大的通信模块允许点对点通信，以及用SINEC L2和SINEC Hl总线系统进行通信。

 1．控制要求

    两种液体的混合装置简图如图11-26所示。

    (1)初始状态容器是空的，电磁阀F1、F2和F3，搅拌电机M，液面传感器L1、L2和L3，加热器H和温度传感器T均为OFF。

两种液体的混合装置简图

    图11-26    两种液体的混合装置简图

    (2)物料自动混合控制  按下启动按钮，开始下列操作。

    1)电磁阀F1开启，开始注入物料A，**度L2（此时L2、L3均为ON）时，关闭阀F1，同时开启电磁阀F2，注入物料B，当液面上升至L1时，关闭阀F2。

    2)停止注入物料B后，起动搅拌电机M，使A、B两种物料混合10s。

    3) 10s后停止搅拌，开启电磁阀F3，放出混合物料，当液面高度降至L3后，再经5s后关闭阀F3。

    (3)停止操作按下停止按钮，在当前过程完成以后（物料全部排出），再停止操作，回到初始状态。

    2．方案选择及地址分配

    (1)方案选择  由于系统的输入/输出点较少(71/90)，且控制任务比较简单只涉及到延时控制，所以选用S7-200的CPU224( 141/100)完成控制，既可采用基本指令也可采用步进指令，但由于步进指令程序较长，本文只给出采用基本指令编写的控制程序。

    (2)编程元件的地址分配输入/输出地址分配及接线如图11-27所示。

两种液体的混合控制PLC I/O接线图

    图11-27    两种液体的混合控制PLC I/O接线图

    物料自动混合装置中电磁阀的动作，既受手动控制，又受液面传感器输入信号的控制，如果物料混合需要加热，按动按钮SB2，启动加热器H开始加热。当温度达到规定要求时，温度传感器T动作（D4指示），加热器H停止加热。液面位置由D1、D2和D3指示。

    3．程序设计

    采用基本逻辑指令设计的物料自动混合控制的梯形图如图11-28所示。

    数控系统内部处理的信息大致可分为两大类：一是控制坐标轴运动的连续数字信息，这种信息主要由CNC系统本身去完成；另一类是控制刀具更换、主轴起停、换向变速、零件装卸、切削液的开停和控制面板、机床面板的输入输出处理等离散信息，这些信息一般用PLC来实现。PLC在CNC系统中是介于CNC装置与机床之间的中间环节。它根据输入的离散信息，在内部进行逻辑运算并完成输出功能。

    1．数控机床中PLC的分类

    通常的PLC是一个独立的控制装置，由CPU、存储器、电源、I/O接口等构成独立的控制系统。从数控机床应用的角度分，可编程序控制器可分为两类：一类是CNC的生产厂家将数控装置( CNC)和PLC综合起来而设计的内装型PLC。内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送，如图6-1所示。另一类是专业的PLC生产厂家的产品，称为独立型PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务，性能价格比不如内装型PLC。采用独立型PLC的数控系统框图如图6-2所示。很多数控系统采用独立的PLC作为逻辑控制器。西门子3系统就是采用独立的PLC，FANUC系统就是采用内装型PLC，与数控装置共用一个CPU，也称内嵌式PLC。

内装型PLC的CNC系统框图

    图6-1    内装型PLC的CNC系统框图

    2．CNC、PLC、机床之间的信号

    在数控机床上用PLC代替传统的机床强电顺序控制的继电器逻辑控制，利用逻辑运算实现各种开关量控制。PLC在数控装置和机床之间进行信号的传送和处理，即可以把数控装簧对机床的控制信号，通过PLC去控制机床动作：也可把机床的状态信号送还给数控装置，便于数控装置进行机床自动控制。

独立型PLC的CNC系统框图

    图6-2    独立型PLC的CNC系统框图

    (1) CNC侧与MT侧的概念

    在讨论数控机床的PLC时，常以PLC为界把数控机床分为CNC侧和MT侧两大部分。CNC侧包括CNC系统的硬件、软件以及CNC系统的外部设备。MT侧则包括机床的机械部分、液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器电路、机床强电电路等。MT侧顺序控制的较终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。相比而言，柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)的受控对象数量多，而数控车床、数控铣床的受控对象数量较少。

    (2) PLC、CNC、机床间的信息交换

    对于不同数控系统，所交换的信息内容、数量各有区别，但基本思路和作用是一样的。对于不带PLC的数控系统产品，其信息交换主要以开关量为主，并通过CNC与PLC之间的硬件I/O连接来实现。对于内装PLC的数控系统产品，不仅可通过开关量交换信息，而且可以通过内部寄存器、内部标志位等交换信息，而且在CNC与PLC之间*硬件I/O连接，数据处理能力强，可靠性高。

    数控系统中PLC的信息交换，是以PLC为中心，在CNC、PLC和机床之间的信息传递。PLC与CNC之间交换的信息分两个方向进行，其中由CNC发给PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息、手动/自动方式信息、各种使能信息等。而由PLC发给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。

    同样，PLC与机床之间交换的信息也分为两部分。例如机床的起动/停止，主轴正转/反转/停止、机械变速选择、切削液的开/关、倍率选择、各坐标轴点动和刀架、卡盘的夹紧/松开等信号，以及上述各部件的限位开关等保护装置、主轴伺服状态监视信号和伺服系统运行准备等信号。

    FANUC系统是内装型PLC。由于PLC在数控系统中的特殊作用，FANUC系统将PLC称为PMC，其编程方法详见本章*二节。西门子数控系统大多数采用独立型PLC，PLC用西门子S7系列，编程用STEP软件，其编程方法可参照其他文章，这里不再赘述。掌握PLC的编程方法是利用PLC进行故障诊断和维修的前提条件。

    （一）控制单元的选择

    自动放散点火系统的核心是控制单元，一般选用工控机、单片机和PLC，然而用工控机作为控制单元成本偏高；用单片机作为控制单元开发周期较长，抗干扰性差；用PLC则成本比较低，硬件工作量小，开发*。所以选PLC作为控制单元是较为合适的方案。目前PLC的种类繁多，不同厂家的PLC都自成体系，不具互换性。下面以SI-EM：NS7-200为例介绍其如何实现逻辑和顺序控制各设备的启动和停止等动作。

    SIEM：NS7-200是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，它具有高电磁兼容性和强抗振动、冲击性，有很高的工业环境适应性，可适用于各种领域。其主要功能如下：

    (1)高速的指令处理：0.1～0. 6μs的指令处理时间从中等到较低性能要求的范围内开辟了全新的应用领域。

    (2)浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。

    (3)方便用户的参数赋值：提供一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值。

    (4)人机界面(HMI)：方便的人机界面服务已经集成在S7-200操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。SIMENS人机界面(HMI)从S7-200中取得数据，S7-200按用户*的刷新速度传送这些数据。S7-200操作系统自动地处理数据的传送。

    (5)诊断功能：CPU的智能化的诊断系统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、模块更换等）。

    (6)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。

    (7)操作方式选择开关：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。

    (8)通讯：．这是一个经济而有效的解决方案。方便的STEP7用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常*、简单。

    SIMENS S7-200具有多种不同的通讯接口，多种通讯处理器用来连接AS-I接口和工业以太网总线系统；串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；多点接口( MPI)集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。CPU支持下列通讯类型：

    1)过程通讯：通过总线(AS-I或PROFIBUS)对I/O模块周期寻址（过程映象交换）。

    2)数据通讯：在自动控制系统之间、人机界面(LB＼41)和几个自动化功能块间相互调用。

    （二）自动点火的实现

    本系统**于焦炉荒煤气自动放散点火，每套系统设置两个自动放散点火点，由系统柜和手动柜共同进行自动和手动控制。系统以集气管内煤气压力为检测信号，该信号以4～20mA电流信号进入PLC系统，当PLC检测到压力**规定较**，系统发出报警信号。PLC按预先设置的程序指令执行单元，开煤气阀、点火，开放散阀，开蒸汽阀。当管内煤气压力下降到正常值时，PLC再指令执行关放散阀、关蒸汽阀等，所以，可编程控制器为控制核心，保证了整个系统的可靠、安全运行。

    每套点火装置操作步骤：

    上限声光报警→上上限声光报警→开点火阀→开启水封放散阀→蒸汽阀→关点火阀→关放散阀→关蒸汽阀。

    此次点火结束，准备下次点火。

    （三）自动放散点火系统的组成和功能

    1．系统组成

    AZFD-Ⅲ型点火系统的组成，主要包括PLC、显示操作、动力驱动、火焰检测和受控对象。

    (1)逻辑控制部分。该部分主要由PLC和中间继电器组成。该部分的PLC是整个系统的核心，负责控制整个点火过程和点火阀、放散阀、蒸汽阀的启停。并能将该系统挂接到DCS上，参与整个焦炉控制系统的实时通讯。

    系统柜的智能数显仪显示炉压（对炉压分为上限、上上限、下限、下下限4位，其值可在系统运行中随时进行重新调整），当4～20mA输入回路断开时炉压即时值显示屏会显示broke字样。

    通过系统柜PLC的程序，保证下列控制功能：

    1)当炉压**上**发出声光预报警信号，以提醒有关人员进行相应操作。

    2)炉压**上上**发出声光预报警信号，当延时炉压仍在上上**，即开始自动开启水封放散阀（其开度是根据炉压分三级进行的），同时开点火阀配合点火，然后开蒸汽阀，关点火阀。自动点火模块程序如图9-13。

    3)放散过程中，炉压降至下限以下时，即开始自关放散阀，较后关汽阀。

    4)为防止氨水放散阀被焦油粘死，程序中设定了定期开放散阀，当定期内（10天）未放散点火，自动活动放散阀1～3次，两放散阀活动时间是错开的。从PLC的输出回路指示灯的明灭可观察到逐级打开放散阀、开点火阀及配合点火和开汽的全过程。也可观察到停止放散时关闭放散阀和关汽的过程。手动柜有数显指示仪显示两套放散阀的开度(0°～90°)。系统的和手动柜面上的手动按钮可分别对两套管进行手动操作。

    自动柜电源为220V交流电源，柜内配置后备式UPS电源，供停电时系统照常运行使用。

    (2)显示操作部分。该部分主要由模拟显示器、指示灯和操作按钮组成，它们分别布置在主控柜和现场柜的面板上，无论是在现场还是主控室，操作人员均能方便地操作设备，观察设备工作情况。

    (3)动力驱动部分。该部分主要由交流接触器、固态继电器、熔断器、信号隔离器等元件组成，主要布置在现场箱内。通过接收到控制信号去驱动设备工作，并将设备状态信号反馈到主控柜。

    (4)火焰检测部分。该部分主要由火焰检测器探头和处理板等组成，检测火焰是否点火是整个点火过程的关键。为了确保检测结果的正确性，本系统从布置和选型两方面予以考虑。在布置检测元件时，采用一对一的方式，即一个火焰测元件对应一个点火把装置；在选择检测元件时，根据点火燃料——混合煤气的燃烧特性，选用了带微处理器的紫外线型火焰检测仪，实现远距离监测火焰，避免了传统的热电偶在火焰高温区的烧坏和信号反馈滞后的弱点。该火焰检测器能见检测信号以开关量和模拟量的方式输出，开关量根据点火的需要反馈给点火控制过程，4～20mA的模拟输出信号则供DCS画面显示。

    (5)受控对象部分。该部分主要由高能激发点火器、不锈钢点火火焰传送器、电动执行机构、电动阀门等元件组成，它们均布置在现场。为了能确保点燃荒煤气，打火先点燃精煤气，然后蒸汽吹出，蒸汽的作用一是为了防止把炉筒烧坏，二是助燃。

自动点火模块程序框图

    图9-13    自动点火模块程序框图

    （四）程序设计

    本系统控制程序采用模块化的设计方法，把系统所需完成的功能分成自动点火模块、报警模块等，这样方便且易于操作。

    1．自动点火模块

    这是该系统的主要部分，点火时系统就按照点火步骤自动按顺序执行相应操作，直到点火结束，该模块的程序框图如图9-13所示，每执行一步程序都将检查*设备是否达到预定位置，如果达到炉压设定值，系统则发出报警信号，提醒有关人员进行相应的操作。

    2．报警模块

    当系统某一部位或功能出现异常时，将发出报警信号提醒运行人员注意。