西门子数字量输入/输出模块

随着大规模集成电路、计算机控制以及现代控制理论的发展，是矢量控制的应用，使得交流变频调速逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快动态响应，以及在四象限作可逆运行等良好的性能，调速特性可与直流电气传动相媲美。在交流调速中，由于变频调速的调速性能与可靠性等性能在不断完善，价格也在不断降低，是它的节电效果明显，实现交流电机调速较为方便，因此，在一切需要速度控制的场合，变频器以其操作方便、体积小、控制性能高而获得广泛的应用。变频器在使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。西门子micromaster440变频器可设置的参数有几千个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。
    在S7-300/400系列PLC中，以上用于管理与调用的程序块称为组织块(OBl)，其余逻辑块分别称程序块(FC)、功能块(FB)、数据块(DB)等。一般而言，功能调用式PLC程序在CPU的一个扫描周期内，对同一程序块的调用次数不会**过一次；当**过一次时则称为“结构化编程”。(3)结构化编程结构化编程的程序结构形式与调用式相同，程序同样由多个程序块组成，并通过“组织块”对其进行组织与管理，但它采用了“参数化编程”的方法。采用结构化编程的程序，在同-PLC扫描周期内可以多次重复调用程序中的同一程序块，因此，对于动作相同或相似的程序，可以通过在PLC程序中编写一个“公用程序块”，利用重复调用来实。
    全部输入、输出信号的采样与刷新时间统一，每次处理的时间（循环扫描时间）固定。在S7-200/300/400系列PLC中，如果将全部PLC用户程序都编制在组织块OB1中，即属于此结构。(2)分时管理线性化结构在部分PLC中，为了满足控制系统中需要高速处理的信号特殊控制要求，线性结构的程序也可以采用“分时管理线性化结构”的结构形式（见图11-1.1）。采用“分时管理线性化结构”时，设计者可以根据控制系统的需要，将线性化结构的PLC用户程序划分为“高速扫描循环”与“普通扫描循环”两部分。程序中的高速扫描部分可以由设计者定义扫描时间间隔，在执行过程中这一时间间隔保持固定不变。即：对于高速扫描程序段，设计者可以人为地规定程序的执行时。
    CPU必须在规定的时间内完成高速扫描程序段的输入采样、执行程序、输出刷新循环过程，因此，PLC对“高速扫描循环”程序中输入／输出信号的处理速度，可以远远**正常PLC循环程序中对输入／输出信号的处理速度。程序中的其他部分为普通扫描部分，执行正常速度的扫描。在程序的执行过程中，如果普通扫描部分的程序执行时间已经到达高速扫描时时间间隔，CPU立即中断普通扫描，保存执行状态，并转入对高速程序段的扫描：等到高速段程序执行结束后，再继续恢复对普通程序的扫描（见图11-1.1)。这样的过程在整个PLC程序执行中需要进行多次。由于高速扫描的多次中断，普通PLC程序段的扫描时间将比正常执行的情况更长。采用这种方式的特点是：在线性结构体系的程序可以处理PLC的高速输入／输出信。
    对编程人员的要求高。由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。无线通信系统：监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理**给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，各副站为定向天线。现场监控终端：核心为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控中心微机进行数据通信。根据监控中心的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛。

    现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。现场PLC终端现场PLC监控终端是工业现场与监控中心之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控中心通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的可靠性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。PLC硬件设计现场某一终端需测控开关输入信号12路，开关输出信号14路，模拟量输入信号9路。因此，我们选用S7-214基本单。
    PLC用户程序的两种结构体系各有其特点，实际使用时采用何种程序结构体系，一方面决定于PLC所具备的功能，另一方面取决于程序设计者的选择。2．线性化结构按照线性化结构体系设计时，程序常见的形式有“普通线性化结构”与“分时管理线性化结构”两种。(1)普通线性化结构普通的线性结构程序为简单，设计者只需要将由基本指令组成的全部网络与功能程序段，进行逐网络、逐段排列即可。只要程序中没有特定的次序要求（如为了产生边沿脉冲的需要等），组成程序的各网络与功能程序段就可以在PLC程序中任意排列，其位置与程序的执行结果无关。CPU执行普通的线性结构程序时，总是对全部程序指令按照输入采样、执行程序、输出刷新三个阶段不断循。
    S7-200PLC向变频器发出指令，变频器的运行频率经计算公式折算为电机的转速在触屏显示以便工艺人员监控和了解生产过程。变频器驱动的横动电机带动导丝器往复摆动使丝卷绕在筒子的不同位置，以防止丝的重叠。电机转速要在42Hz-46Hz变化，增、减速时间20秒，高、低速运行时间分别保持30秒循环往复，通过设置变频器参数及充分利用S7-200PLC的指令功能，程序上实现了控制要求。另本伺服系统中选用Exlar公司生产的GSX50-0601型伺服直线电动缸。该电动缸由普通伺服电机和一个行星滚珠丝杠组成，用来实现将旋转运动转变为直线运动。此外，选用Xenus公司生产的XenusTM型伺服驱动器。它可以利用RS．232串口通信方式和外部脉冲方式实现位置控。
    为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽。

    对编程人员的要求高。由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。无线通信系统：监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理**给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，各副站为定向天线。现场监控终端：核心为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控中心微机进行数据通信。根据监控中心的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛。
    为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽。
    伺服驱动器工作在可编程位置控制模式下。高速脉冲输出方式不能根据实际状况实时更改伺服电机运动速度与目标位置，EM253位置控制方式只能在手动模式下实时更改速度，采用通信控制方式时，当伺服驱动器设置电机在可编程位置控制模式下运动时，可通过RS-232串口发送ASCII码命令，实时更改速度和目标位置。6结束语高速脉冲输出方式主要应用于对速度及位置控制精度要求均不高的简单位置控制中，从而节省硬件资源。EM253位置控制方式编程简单，它支持高速脉冲输出、支持线性的加减速功能、提供可组态的测量系统，可以使用工程单位如毫米，支持、相对和手动的位控方式，提供连续操作。RS-232串口通信方式在三种位置控制方式中具优。

  PLC已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。

一、工作量

     在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的首要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：1、可以弥补设计过程中遗漏的点；2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；3、将来增加点数的需要。

    软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。脉冲量累计子程序：对电耗、流量、仪表的输出脉冲进行累计，并进行标度变换。遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。置初值子程序：由监控中心对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息。并发往监控中。
    表示电机所要执行的任务；为一个回车返回字符，表示命令结束。如：sr0x2A21表示设置伺服控制器工作在可编程控制模式。4.2.2程序设计程序设计时，将伺服驱动器工作定义在可编程位置模式。该模式支持实时更改伺服电机的运动速度、位置，通过RS-232接收来自PLC的ASCII码命令，执行运动。部分程序如下：①初始化程序L*O.1//**扫描MOVB9,SMB30//设置自由端口0通信方式SMB30＝8位数据位、PPIMOVB188,SMB87//设置自由端口。接收信息控制5MB87=188MOVB13，SMB89//设置自由端口0结束字符SMB89=13，即结束字符=MOVW0,SMW90//设置自由端口0空闲**时SMB90=。
    PLC用户程序的两种结构体系各有其特点，实际使用时采用何种程序结构体系，一方面决定于PLC所具备的功能，另一方面取决于程序设计者的选择。2．线性化结构按照线性化结构体系设计时，程序常见的形式有“普通线性化结构”与“分