上海庆惜自动化设备有限公司代理西门子
西门子随着工业经济的发展介绍，PLC在中小型自动化设备的日益普及应用，对于设备制造厂商或生产技术管理部门来说，如何以快捷的方式响应现场设备维护方面的需求，迅速检测生产现场运行设备的状态，及时解决生产现场反映的问题，已是多数上位技术管理者的切实需求。如何采用经济实用的方式来实施远程PLC设备数据采集或测控，这也是探索解决此问题的初衷。
系统硬件主要由上位计算机、TC35iGSM MODEM无线通讯模块和远程Siemens S7—200 PLC 3部分组成，具体结构如图1所示。系统软件分为上位PC和下位PLC两部分，上位PC部分提供人机交互操作界面和相应的数据选择、处理等；下位PLC则通过自由口通讯，以中断方式快速响应上位机对PLC变量存储器数据的读写操作或对I／0口读写操作需求。由于上位计算机与远程PLC的通讯载体是通过TC35i建立在GSM网络基础上的，从而打破了地域的限制，即便远端PLC设备在千里之遥，实施数据采集、测控的如同咫尺。
2．西门子方案二
方案一虽然完成了。但这种梯形图可读性不好，初学者理解起来不容易。下面我们换个编程方法。由方案一中的困难我们想到，小车运行的四个工况牵涉过多，第二次前进后退中要两次经过SQ1但又不希望SQ1起作用，但在图5-2中，SQ1既然写在程序中了，程序又是全部要执行的，SQ1就不能不起作用了。那么能不能让PLC有选择地执行一些程序段呢？于是我们想到了复位及置位指令，希望用复位置位指令结合一些辅助继电器建立一些对程序段选择的开关实现对程序段的选择。具体的编程思路是这样的，将整个控制过程分成几个步骤，即：准备。次前进，次后退，第二次前进，第二次后退，并用辅继电器M10. 1~M10.5表示它们，再辅以置位、复位指令，使各步骤中的控制动作限定在M10.1～M10.5分别顺序接通的控制过程中，这样SQ1在两次前进中，SQ2在两次后退过程中所起作用不同的问题就迎刃而解了。图5-4是小车工作的步序图，图5-5是采用这程编程思路完成的梯形图。M10.0～M10.5就是程序段执行的控制开关，分析以上程序不难看出，M10. 0～M10.5中每次只有一个处于接通状态。这样，我们将一个较复杂的问题分为两个部分处理，即控制过程的流程及各控制步骤中都具体做什么。
3．西门子方案三
方案二中的编程方法叫作步序法，也叫状态法。状态法编程的主旨是将控制要求分解为一个个的步序或称状态，用确定的编程元件代表它们。利用步序图或者状态流程图描述步序之间的联系从而表达整体的控制过程。这样每个步序中程序则可仅针对本步序的要求来写，具体内容为本状态要完成什么任务，满足什么条件时实现状态间的转移，以及下个状态的编号是，同时在程序执行的机理上由系统软件安排状态与状态间的隔离，即一个流程中只有一个状态相关的程序被执行。我们把执行中的状态称为被激活的状态，而称其他状态为未激活状态。这种编程方法的特点是方法规范，条理清楚，且易于化解复杂控制间的交叉联系，而使编程变得容易。因而许多PLC的开发商在自已的PLC产品中引入了的状态编程元件及状态指令。S7-200系列PLC也不例外。在S7-200 PLC中用于状态编程的软元件叫做顺控继电器，指令称为顺控继电器指令。下面我们先介绍顺控继电器及顺控继电器指令，再给出小车程序的第三种解法。
S7-200 PLC安排有编号为S0.0～S31.7的编程软元件，称为顺控制继电器。顺控继电器可实行位、字节、字及双字寻址。在作为顺控继电器使用时，是一种位元件。为了配合顺控继电器使用，S7-200 PLC安排有顺控制继电器指令，如表5-1所示，其中装载SCR指令标示一个状态的开始，有激活SCR程序段的功能。SCRT指令称为SCR传输指令，用于说明状态的转移去向。而SCRE指令为状态程序段的结束指令。
此系统主要有以下4点控制要求。
◇ 用启、停按钮来控制喷泉装置工作。
◇ 喷泉的工作方式由花样选择开关和单周期／连续周期选择开关决定。
◇ 花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样。现有如下两种喷水花样：
≯ 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮，4号喷头开始喷水；延时3s后，3号喷头喷水；再延时2s后，2号喷头喷水；又延时5s后，1号喷头喷水；20s后，如果工作方式是单周期，则停下来，如果是连续周期工作方式，则继续循环下去。
≯ 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头开始喷水；延时4s后，2号喷头喷水；再延时3s后，3号喷头喷水；又延时2s后，4号喷头喷水；18s后，如果工作方式是单周期，则停下来，如果是连续周期工作方式，则继续循环下去。
二、流程图与编程
根据花式喷泉系统的工作要求确定输入和输出量，如表9-9所示为此系统的I/O节点分配情况，并画出系统的顺序功能流程图，如图9-22所示。
西门子自动化是带有循环运行梯级
产品用于向上或向下倾斜运输乘客的固定驱动设备。由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯级，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。运载人员上下的一种连续输送机械。自动扶梯外形如图6-1所示，其由梯路（变型的板式输送机）和两旁的扶手（变形的带式输送机）组成。其主要部件有梯级、牵引链条及链轮、导轨系统、主传动系统（包括电动机、减速装置、制动器及中间传动环节等）、驱动主轴、梯路张紧装置、扶手系统、梳板、扶梯桁架和电气系统等。梯级在乘客入口处作水平运动（方便乘客登梯），以后逐渐形成阶梯；在接近出口处阶梯逐渐消失，梯级再度作水平运动。这些运动都是由梯级主轮、辅轮分别沿不同的梯级导轨行走来实现的。自动扶梯广泛用于商场、市、地铁、机场等客流量较大的场所。
系统硬件配置
本系统采用德国SIMENS公司的S7-3002可编程序控制器为控制核心，可实现温度的采集与自动调节。系统要求实现12路温度控制，每一回路均为设定固定值控制。根据实际要求选用相应的功能模块。
其中CPU模块选用CPU-3141FM，其带有一个MPI接口，集成有20个数字输入端、16个数字输出端、4个模拟输入端、1个模拟输出端，内部集成PID控制功能块，可以方便地实现PID控制。
数字量输出模块选用SM322，D08×230VAC。模拟量输入模板选用SM331，AI8×12位，参数通过模板上的量程和STEP7设定；通道按两路一组划分。
现有一台单螺杆挤出机，由于较早购置，挤出机的温控系统采用分离仪表控制方案。其加热方式为加热瓦分区加热。根据工艺要求，各区设定不同加热温度，采用温控仪表加继电器的温控方式。由于温控电路结构复杂，故障率较高，此外，温控表为断续控温方式，因此各加热区温度波动较大，塑料制品的加工质量难以稳定。
系统工作原理
本系统是一个闭环反馈控制系统。在一个采样周期内，温度传感器（热电偶）将检测到的料筒与机头温度信号，经模拟量输入模块SM331，由CPU读取。CPU将读取的数值PV与设定值SP进行比较，得到偏差e=SP-PV。根据偏差的大小和温度控制策略进行计算，得到控制输出，即继电器在一个采样周期中的导通比，经过脉宽调制，后得到继电器在一个采样周期中的导通时间。通过控制继电器在一个采样周期中的导通时间即可控制加热器的加热时间，或者冷却风机的工作时间，从而达到控制温度的目的。
四、温度控制策略
在进行PID调解时，比例调节反映系统偏差的大小，只要有偏差存在，比例调解就会产生控制作用，以减少偏差。微分调节根据偏差的变化趋势来产生控制作用，它可以改善系统的动态响应速度。积分调节根据偏差积分的变化来产生控制作用，对系统的控制有滞后的作用，可以消除静态误差。增大积分时间常数可提高静态精度，但积分作用太强，特别是在系统偏差较大时会使系统调量较大，甚至引起振荡。因此，本系统中，我们使用智能PID温控策略。
温度自适应控制特征简介
(4)当T> Tm+△T1时，接通风机，强制冷却 由于物在料挤出机的不同区段状态不同，所设定的温度也不同，因此不同的区段控制精度也不同（图7-7）。
在固体输送段，物料为固态颗粒，物料与机筒之间的作用力是摩擦力。在摩擦力作用下，电机的机械能转化为热能，物料被挤压成固体塞。物料温度升高，软化，该段的设定温度低于物料的熔融温度，温度控制精度较低。
在熔融段，与机筒内壁接触处的物料达到熔融温度区域，物料开始熔融。物料逐渐由固态熔融为液态。该阶段物料需要吸收大量的热，同时又要防止物料温度过高分解，因此该段温度控制精度较高。
在熔体输送段，该段又被称为均化段。在这一段不但要保证物料成分均匀混合，同时也要保证物料温度均匀分布。该段的温度控制结果决定了终的温度控制结果，因此这一段的温度控制精度高。
五、PLC编程概述
本系统采用STEP7 5.3，选用梯形图编制温度控制程序。由于本温控系统中每一回路采用的控制策略及所完成的功能均相同，因此采用结构化程序设计方法设计温度控制程序。比例调解功能块FB用于计算，每一个加热段对应一个相应DB数据块。程序运行时，FB调用相应的DB块进行计算，得出各加热段相应的输出量。
(1)比例调解功能块FB3，它主要由功能块FB41和FB43组成。由FB41根据温度偏差进行PID运算，计算出输出量（即继电器在一个采样周期中的导通率），再由FB43将其转化成脉冲信号，完成脉宽调制。程序在一个采样周期中多次调用功能块FB来实现各回路的温度控制计算。本系统中比例调解功能块FB通过OB35中断调用。OB35是定时中断组织块，在程序中设定20s间隔运行。
(2)功能块FB41完成PID控制算法。
FB41中P、I、D以位置式验算参与工作。比例(P)、积分(I)、微分(D)作用以并行结构的形式相连接，通过激励软件跳选开关可组态成为P、PI、PD和PID控制器。FB41中的用户参数如设定值、过程变量、操纵变量、比例增益、积分时间、微分时间、采样时间、量化处理、功能选择等存储在各加热段相应的DB数据块中，可在线或离线修改。
(3)功能块FB43完成脉宽调制，脉冲输出时间采用
式中PER _TM-脉冲输出周期，等于功能块FB41的采样时间20s，INV-功能块FB43的输入参数，等于FB41的输出值。
(4)与上位机通信的设计与实现PLC与上位机的通信主要通过读取和改变PLC的DB来实现，包括实际温度数据块、设定温度数据块、加热继电器信息数据块、冷却继电器信息数据块、各中间继电器报警信息数据块等。
(5) PID参数的整定 先采用Ziegler-Nichols4方法获得系统的P、I、D参数，然后在现场用试凑法加以修正。
Ziegler-Nichols方法整定参数PID参数具体方法如下。
给系统施以阶跃激励（全功率加热），根据阶跃响应曲线测量出系统的放大系数K、等效时间系数T、纯滞后时间t，然后按Ziegler-Nichols公式计算出PID算法中所需的比例参数、微分参数T．、积分参数Td，见表7-1。
西门子上位机监控系统原理
人机监控界面采用西门子组态软件WinCC6. 05。通过读取PLC的DB块，在上位机上可显示各加热段实际温度，加热器或风机的开闭状态等。下面阐述监控系统的功能及实现方法。
1．主屏功能与实现
主屏主要显示各加热区实际温度，加热器及冷风机的开闭状态等，通过图形编辑器和相应的标签管理来实现。
2．温度趋势图的设计与实现
温度趋势图主要显示各加热区的历史温度和当前温度，通过WinCC将时间取样数据和事件记录在数据库，通过曲线的变化反映温度的历史记录。
之，根据挤出理论，分析挤出机各段的温度分布情况，根据各加热段所处的不同位置，采用不同的温度控制精度来设计智能PID温度控制系统，降低了控制难度。用PLC做控制核心，WinCC作监控软件，实现温度控制的要求。经试验，在新的温控系统控制下，挤出机工作平稳，取得良好的控制效果，温度调量小于3℃，静态误差小于±1℃。内容结。简称来自上海庆惜自动化设备有限公司。
工作原理
异步电动机是一种将电能转换成机械能的动力机械，其结构简单、使用方便、可靠性高、易于维护、不受使用场所限制，广泛应用于厂矿企业、科研生产、交通运输、娱乐生活等各个领域。在自动控制系统中，根据生产过程和工艺要求，经常要对电动机进行起动、停止、正转、反转、顺序起动、减压起动、自锁保护和互锁保护等方面的控制。
电气设备上下、左右、前后的运动是利用电动机的正转和反转功能实现的。三相异步电动机的正反转可借助正反向接触器改变定子绕组的相序来实现，控制的方法很多，但都必须保证正反向接触器不会同时接通，以免造成电动机短路故障，常用“互锁”电路来避免此类故障。图9-1为三相异步电动机的正反转电路。M为三相异步电动机，每绕组均有首尾接头。继电器KM1和KM2分别控制电动机的正转运行和反转运行，继电器KM3用于控制电动机的星型连接。
1．动作特性
工位1：上料器推进，料到位后退回等待。
工位2：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后，工件松开，放松完成后等待。
工位3：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。
2．控制要求
通过选择开关可实现自动运行、半自动运行和手动操作。
8.4.2制定控制方案
(1)用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。
(2)手动调整采用按钮点动的控制方式。
(3)系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。
(4)系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。
(5)系统运动不很复杂，采用4台电机。
(6)对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，采用不进入PLC的方法以节省I/O点数。
(7)由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现。可用CPU 224与扩展模块，或用一台CPU 226。
8.4.3 系统配置及输入输出对照表
输入信号对照表见表8-1，输出信号对照表见表8-2。
表8-1 输入信号对照表
系统配置
现地控制单元为电站监控系统全分布式结构中的智能控制设备，由它实现监控系统与电站设备的接口，完成监控系统对电站设备的监控。它可以作为所属设备的独立监控装置运行，当现地控制单元与主控级失去联系时，由它独立完成对所属设备的监控，包括在现地由操作人员实行的监控及由现地控制单元对设备的自动监控。
2.1 机组现地控制单元
机组现地控制单元每台机组配置JNLCS-200一套，分别编号为1#LCU、2#LCU、3#LCU、4#LCU。屏上配有触摸屏、PLC模块、交流量智能变送器，每套机组现地控制单元采用温度变送器及智能温度巡检装置两种方式采集机组各测温点的温度。温度巡检装置经通信接口与本单元进行通信。相关的备用、调相、发电、故障和事故等状态指示，以及开停机、紧停、过速保护等功能按钮及连片。
PLC配置
机组现地控制单元的PLC采用西门子S7-200 CN可编程控制器（PLC）模块。该系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 CN系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200 CN 系列具有极高的性能/价格比。
根据系统要求，西门子PLC配置如下：
① 中央处理模块（CPU）：选用CPU226（24点DI/16点DO）。
② 数字量输入模块（DI）：选用EM221，共2块（16点DI/块）。
③ 数字量输入输出模块（DI/DO）：选用EM223，1块（16点DI/16点DO）。
④ 温度量输入模块（RTD）：选用EM231，共2块（8点/块）
⑤ PROFIBUS-DP接口模块：EM277，1块。
⑥ PROFIBUS-DP网络连接器1个。
触摸屏配置
触摸屏采用西门子K-TP178micro触摸屏。该屏是西门子专门针对中小型自动化产品用户需求而设计的全新触摸屏。通过点对点连接（PPI或者MPI）完成和S7-200CN控制器的连接，整个系统浑然一体，具有良好的稳定性和抗干扰性。通信速率可达187.5kbaud。它的操作界面非常友好，不但可以通过触摸屏来执行操作，更可以通过面板上的6个按键来执行操作。此外该屏采用了32位ARM7的CPU处理芯片，同时拥有大的内存空间使操作响应更加快速。
西门子现地控制单元系统实现的功能：
2.3.1数据采集与处理
收集电厂内机组现地控制单元（LCU）采集的模拟量、数字量（包括状态量、顺序事件数字量、脉冲量、报警数字量）。
对采集来的数据进行分析、处理、计算，形成主站各种监控及管理功能所需的数据。
对一些数据作为历史数据予以记录、整理和保存。
2.3.2安全运行监视
安全运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。
2.3.3控制与调节
机组现地控制单元能自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节，而不需依赖于电站控制中心。在接受电站控制中心命令后，工况转换及调节能自动完成，也能分步自动完成。机组现地控制单元也能执行现地人机接口发出的现场命令。
机旁设控制权切换开关（上行信息不受切换开关位置影响）。开关置于“中控室”时，则机组仅受控于电站控制中心，置于“现地”时则仅可由运行人员通过现地控制单元对机组进行控制。
机组控制单元顺序控制
机组同步并网
机组辅助设备的自动控制、监视
① 事件检测和发送
自动检测本单元所属的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状变时，将事件的性质依次检测、归类存档，并上送电站控制中心。
2.3.4数据通信
完成与电站控制中心的数据交换，实时上送电站控制中心所需的过程信息，接收电站控制中心的控制和调节命令。
机组现地控制单元接收电站控制中心所用的同步时钟信息以保持同电站控制中心同步。
与电能计量装置及其他承包商提供的微机励磁调节器、微机调速器、微机继保装置、微机测速装置、温度巡检装置等之间通信，进行信息交换，提供接口软件。
2.3.5系统诊断
机组现地控制单元硬件故障诊断：可在线或离线自检设备的故障，故障诊断能定位到模块。
软件故障诊断：应用软件运行时，若遇故障能自动给出故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具。
在线运行时，当诊断出故障，能自动闭锁控制出口或切换到备用系统，并将故障信息上送电站控制中心以便显示、打印和报警。
系统配备上位机一台，该机还兼做语音报警服务器。
2.4上位机配置
① 服务器 (DELL P4 2.8G处理器、512MB内存、80GB的硬盘)。
② 彩色显示器 (DELL 21寸彩色显示器)。
③ 语音报警设备 (多媒体声卡、音箱)。
④ CP5611网卡
⑤ SIMATIC NET 6.0。
⑥ WINCC 5.1。
上位机监控系统采用西门子WinCC人机接口软件，该软件可以很好的支持S7系列CPU，且具有强大的画面组态、报警设置、数据存档、报表设计等功能。此外还集成了多种网络连接方式，使其与自动化系统连接起来更加方便。
