S7-200PLC（精选十篇）
S7-200PLC 篇1
1 编程软件系统概述
STEP7-200Micro/WIN32编程软件是西门子S7-200用户不可缺少的开发工具。具有简单, 易学, 高效, 节省编程时间, 能够解决复杂的自动化任务;它具有强大的扩展功能, 现在推出汉化程序后, 可在全汉化的界面下进行操作, 使中国的用户使用起来更加方便。
系统要求
操作系统:Windows95.Window98.Windows ME或Windows2000.
计算机及配置:IBM486以上兼容机, 内存8MB以上, VGA显示器, 至少50MB以上硬功夫盘空间, Windows支持的鼠标。
通讯电缆:PC/PPI电缆 (或使用一个通信处理器卡) , 用于PLC和个人计算机 (编程器) 的连接。
注释:欲运行STEP-7Micro/WIN32以太网通讯。
您的系统还必须安装以下装置:网络卡、TCP/IP协议、Winsock2。
2 STEP7-200Micro/WIN32软件功能
2.1 编程软件功能简介
STEP7-200Micro/WIN32的基本功能是在Windows平台编制用户应用程序, 它主要完成下列任务:
在离线方式下创建, 编辑和修改程序。在离线方式下, 计算机不直接与PLC联系, 可以实现对程序的编辑, 编译, 调试和系统组态, 此时所有的程序和参数都有存储在计算机的存储器中。
在线方式下通过联机通信的方式上装和下载用户程序及组态数据, 编辑和修改用户程序, 可以直接对PLC进行各种操作。
在编辑程序过程中具有简单语法检查功能。利用此功能可提前避免一些语法和数据类型方面的错误;它主要在梯形图错误码率处下方自动加红色曲线或在语句表中错误码率行前加注红色标记, 且错误处下方加红色曲线。具有用户程序的文档管理和加密等一些工具功能。此外, 还可直接用编程软件设置PLC的工作方式、运行参数及进行运行监控和强制操作等。
软件功能的实现可以在联机工作方式下进行, 部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。在线与离线的主要区别是:联机方式下可直接对相连的PLC进行操作, 如上装和下载用户程序和组态数据等。而离线方式下不直接与PLC联系, 所有程序和参数都暂时放在计算机磁盘上, 等联机后再下载PLC中。
2.2窗口组件及功能
启动STEP7-Micro/WING32编程软件, 它采用了标准的Windows程序界面, 如标题栏、主菜单栏等, 熟悉Windows的用户可以非常容易地掌握。
编程器窗口包含的各组件名称及功能如下:
(1) 浏览条。位于软件窗口听左方是浏览条, 它显示编程特性的按钮控制的群组如:程序块、符号表, 状态图, 数据块, 系统块, 交叉引用及通讯等显示按钮控制。
(2) 指令树。指令树提供所有项目对象和为当前程序编辑器的所有指令的树型视图。
(3) 交叉引用窗口。当您希望了解程序中是否已经使用和在何处使用某一符号名或内存赋值时, 可使用“交叉引用”表。交叉引用允许您检视程序的交叉引用和组件使用的信息;交叉引用窗口允许您检查表格, 这些表格列举在程序中何处使用操作以及哪些内存区已被指定。
(4) 数据块/数据窗口。该窗口可以设置和修改变量存储区内各种类型存储区的一个或多个变量值, 并加注必要的注释说明。初启程序窗口允许您显示和编辑数据块内容。
(5) 主菜单条。同其他基于Windows系统的软件一样, 位于窗口最上面的就是STEP7-Micro/WING32编程软件的主菜单, 它包括8个主菜单选项, 并包含了通常情况控制编程软件运行的功能和命令。
(6) 工具条。工具条是一种代替或下拉菜单操作的简便工具, 利用它可以完成编程, 调试及监控功能。
在STEP7-Micro/WING32编程软件中, 将各种最常用的操作以按钮形式设定到工具条, 可以用“检视 (View) ”菜单中的“工具条 (Toolbars) ”选项来显示或隐藏工具条。常用的有标准、调试、和公用三种工具条。
2.3 系统组态
使用STEP7-Micro/WING32编程软件, 可以进行许多参数的设置和系统配置, 如通讯组态、设置数字量输入滤波、设置脉冲捕捉、输出表配置和定义存储器保持范围等。大家在实际工作用到时也可参考编程手册。
3 编程及运行
本节介绍如何使用STEP7-Micro/WING32编程软件进行编程, 这是本章的重点内容。
3.1 程序文件操作
(1) 新建项目。双击STEP7-200Micro/WIN32图标, 打开一个新STEP7-200Micro/WIN32项目。建立一个程序文件, 可用“文件”中的“新建”命令, 在主窗口将显示新建程序文件的主程序区, 也可用工具条中的新建成按钮来完成。用户可以根据实际编程需要做以下操作: (1) 确定CPU主机型号。确定主机型号的具体操作如下:右击“项目1”图标, 在弹出的按钮中单击“类型” (TYPE) “或用菜单命令PLC/Type来选择CPU型号。通过和选择PLC类型, 可帮助执行指令和参数检查, 防止在建立程序时发生错误。此外, 在您为项目指定PLC类型后, 指令树用红色标记表示对PLC无效的任何指令, 以免下载项目时会被PLC拒绝。 (2) 程序更名。新生成的子程序和中断程序根据已有子程序和中断程序的数目, 默认名称分别为SBR-n和INT-n, 用户可以自行更名。 (3) 添加一个子程序或一个中断程序。方法1:在指令树窗口中, 右击“程序块”图标, 在弹出的选择按钮中单击“插入子程序”或“插入中断入中断程序”项。 (4) 编辑程序, 编辑程序块中的任何一个程序, 只要在指令树窗口中双击该程序的图标即可。 (2) 打开现有项目。打开一个磁盘中的已有的程序文件, 可用“文件”菜单中的“打开”命令, 在弹出的对话框中选择打开的程序文件;也可用工具条中的按钮来完成。如果你最近在某一项目中工作过, 此项目就会在“文件”菜单中列出, 可直接选择, 不必使用“打开”对话框。也可以使用Windows Explorer浏览至适当的目录, 双击对应文件, 无需将STEP7-200Micro/WIN32作为一个单独的步骤启动即可打开您的项目。在STEP主程序的名称一般用MAIN形式, 任何项目文件夹的主程序只有一个。 (3) 上装和下载程序文件。在已经与PLC建立通讯的前提下, 上装程序文件是指将存储在PLC主机中的程序文件装入到编程器 (计算机) 中。可用菜单命令FileUpload, 或者用工肯Upload按钮来完成操作。下载程序文件是指将存储在编程器中的程序文件装入到PLC主机中。或者用工具条中的Download按钮完成下载程序文件的操作。
3.2 梯形图设计
STEP7-Micro/WING32编程软件有很强的编辑功能, 熟练掌握编辑和修改控制程序操作可以大幅度提高编程的效率。
摘要：结合实际例子, 谈谈S7-200PLC编程软件的使用。
S7-200各种存储区教案 篇2
CPU是不能直接处理输出模拟量的，要经过D/A转换后，再转换成标准模拟信号再去驱动执行机构。
模拟量输入存储区是只读存储区，用户不能写入，标识是AI，用于需要用模拟量显示的设备。（温度、压力等）。
CPU是不能直接处理输入模拟量的，要经过模拟量标准化（转换为标准信号）再经A/D转换后，送入CPU进行处理。
局部存储区
计数器存储区
定时器存储区
变量存储区
位存储区
输出过程映像寄存器
输入过程映像寄存器
S7-200PLC 篇3
关键词：S7-200PLC；数字伺服电机；控制
PLC是目前控制系统中最广泛应用的设备。伴随着计算机技术的不断发展，工业中用到的控制系统也发生了转变，这就要求在工业领域中有重要地位的PLC具有更强大的功能。目前西门子公司生产的S7-200系列的PLC是一种体积小、编程简单、方便控制的可编程控制器。目前占据了大部分的国际市场，也扩大了PLC控制的领域。
一、数字伺服电机基本控制系统
常见的控制系统有四种：液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统和电压伺服控制系统。为了跟随数字控制的发展步伐，目前采用最多的是进步电机或者交流伺服电机作为执行电机。
S7-200系列PLC，是一种体积小、编程简单、方便控制的可编程控制器，本文主要讨论的是西门子S7-200PLC在熟悉伺服电机控制中的应用。
二、S7-200 PLC控制数字伺服电机的原理
电机的连线及控制：
本应用实例选择的是位置控制模式，脉冲输入方式有集电极开路方式和差动驱动方式两种，为了方便实现同时对两部电机的控制，采用了差动驱动方式。与PLC的接线图如图1所示。
图中L+为公共PLC端子，接24VDC正端，通过控制内部晶体管的开关可以让输出Q呈现不同的电平信号或发出脉冲信号。L+—PG—P1M—L+为脉冲输入回路，PLC控制该回路中的发光二极管的亮灭，形成脉冲编码输入。L+—NG—NP—1M— L+为电机旋转方向控制回路，当该回路的发光二极管点亮时，电机正转，否则反转。伺服放大器内部电阻只有100欧，有可能会烧坏内部的发光二极管，需要外接电阻R，其阻值的计算如下：
R+100=（24-0.7）（V）/（5∶10）（mA）=2.33∶4.66KoumΩ （一）
根据公式（一）可以选择R=3.9kΩ
三、硬件构成
图2为高速脉冲输出方式的位置控制原理图。控制过程中，将伺服驱动器工作定义在脉冲+方向模式下，Q0.0发送脉冲信号， 控制电机的转速和目标位置；Q0.1发送方向信号，控制电机的运动方向。伺服电动缸上带有左限位开关LIM-、右限位开关LIM+以及参考点位置开关REF。三个限位信号分别连接到CPU224XP的I0.0～I0.2三个端子上，可通过软件编程，实现限位和找寻参考点。
四、控制模型
这个系列的PLC 可以通过PID回路指令来进行PID 运算， 在一个程序中最多同时可以用8个PID 指令， 来实现PID控制算法。在实际程序设计中， 通过用STEP 7Micro Win 32 中的PID向导程序来完成一个闭环控制过程的PID 算法， 来达到提高设计效率的目的。图3为PID调节控制的原理图，其中Uset 为极间电压给定值，表明了这个时候的产气状态最好。Uf 為极间电压采样值， Vout 为伺服电机运转速度。
根据极间距对极间电压的影响，可以设定PLC的PID调节。
回路调整策略如下：
Uset-Uf<0，T↓；
Uset-Uf>0，T↑。
通过上述控制方法，可以实现对Uf的精确控制。
当前的自动化水平在逐渐加快，对工业中用到的控制提出了更高的的要求。不仅要求精确，在速度上也有要求。目前工业领域都在追求更方便、更快速、更准确的控制系统。文章通过系统地介绍S7-200PLC控制的原理及简化程序，希望能广泛应用到工业控制中。
参考文献：
[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社，2008-02.
[2]俞洁，李旭芳.西门子S7-200系列PLC的硬件特点[J]. 包装与食品机械，1998（03）.
S7-200PLC 篇4
PLC有模拟输入输出点, 数字输入输出点, PLC根据模拟及数字输入信号的变化按事先编写好的梯形图程序改变其模拟及数字输出信号以控制设备的运行。但有时1台PLC所控制的设备其运行规律跟另外1台甚至数台PLC中的信息有某种关联, 这时就需要实时地将其他PLC中的相关信息传给该PLC, 在该PLC梯形图程序中引入这些信息。
西门子公司S7系列PLC在自动控制领域引用非常广泛, 其S7-200系列PLC与S7-300/400系列PLC可以通过MPI网络、PROFIBUS-DP网络、以太网络等交换信息。
2.S7-200与S7-300/400 PLC单边编程单边组态的通信方式
以某污水处理厂10/100M西门子PLC光纤以太网中的S7-200 IW0模拟通道1台4～20mA电磁流量计信号传送到S7-300, S7-300中两个字节数据传送给S7-200为例, 说明如何进行通信 (图1) 。图1中1为带有光口及电口的以太网交换机, 2为上位监控PC, 3、4、5为西门子S7-300/400PLC, 6为S7-200系列PLC, 其中4和6为需要通信的2台PLC。
(1) 软硬件配置及连接
(1) 所需软件。S7-200系列PLC编程软件STEP7Micro/WIN (SP3以上版本) 。
(2) 所需硬件。S7-200端为CPU222 1台及相关信号模块, 以太网通信模块CP243-1 (或CP243-1IT) 1块。S7-300端为CPU315-2DP 1台及相关信号模块, 以太网通信模块CP343-1 (或CP343-1IT) 1块。两端带水晶头的普通网线一根。
(3) 连接。将CP243-1插入S7-200系列PLC扩展槽插孔, 网线一端插入CP243-1上网络插孔中, 另外一端插入以太网交换机电口中。
(2) S7-200组态
打开S7-200编程软件STEP7 Micro/WIN, 通过菜单Tools打开以太网通信配置向导, 出现图2画面。
点击NEXT, 就转到图3画面。如果编程设备已经通过工业以太网与CP243-1连接, 则点击Read Modules向导将会自动识别模块的位置, 也可以手填。当CP243-1连在CPU模块上时位置填0, 如果CP243-1与CPU模块隔一个模块则填1, 依此类推。
点击NEXT就转到为模块分配IP地址填写子网掩码画面, 设定需要通信的S7-200 IP地址 (注意要与通信伙伴在同一个网段) , 子网掩码, 转到图4画面。
点击NEXT就到了CP243-1进行通信连接数量设置图5画面, 手填入1。
再填写客户机/服务器连接方式, 通信伙伴 (S7-300) IP地址及TSAP。通信通过TSAP来定义, 当进行单边编程单边组态以太网通信时, S7-300端TSAP设置为03.02, 该TSAP含义如下:03单边组态连接;02 S7-300站中CPU的槽号 (总为2) 。
对于本例中的数据传输, 可以将CP243-1组态成客户机模式, 也可以组态成服务器模式。组态成客户机连接模式时, CP243-1发起与通信伙伴数据传送请求;组态成服务器连接模式时, 数据传送请求由远程 (S7-300) 通信伙伴发起, CP243-1响应。
点击NEXT, 填入上述数据, 将CP243-1组态成客户机模式, 得到图6画面。
该例中只需设定一个连接就能完成将数据从S7-200传送到S7-300及从S7-300传送到S7-200。连接号为connection0_0, 在后面的编程中将会用到该连接号。
通信数据缓冲区:S7-200侧发送缓冲区VB0—VB1, 接收缓冲区VB2—VB3。在S7-300中插入DB10数据块, 发送缓冲区为DB10.DBB0—DB10DBB1, 接收缓冲区为DB10.DBB2—DB10DBB3。
点击图6中数据传送, 再点击新数据传送选项卡。
(1) 将VB0—VB1 (IW0) 中数据传送到S7-300 DB10.DBB2—DB10.DBB3。
选中写数据到远程服务器连接选项, 数据字节2, 得到图7画面。
该次数据传送符号名为PeerMessage00_1, 该符号名将在后面的编程中用到。
(2) 将S7-300 DB10.DBB0—DB10.DBB1中数据传送给S7-200 VB2—VB3。
点击上图7新数据传送, 选中从远程服务器连接读取数据选项, 填写通信字节数2, 填写数据存放缓冲区首地址VB2, 填写S7-300中需要传送给S7-200的数据缓冲区首地址DB10.DBB0, 得到图8画面。该次数据传送符号名为PeerMessage0_2, 该符号名将在后面的编程中用到。点击OK, 选择一个V自由区用于存储本次组态设置 (选择系统默认区域) , 点击完成。至此, 组态过程已经全部完成。
(3) S7-200编程
组态完成后, 系统会生成功能块ETHx_CTRL和ETHx_XFR, ETHx_CTRL用于建立通信, ETHx_XFR用于读写数据, 通过将组态的连接 (connection0_0) 调用两次分别向S7-300写入数据和读取S7-300数据。在S7-200主程序中必需调用这两个功能块。S7-200中通信程序如图9。
Network1将IW0中数据存入缓冲区VW0, 为数据交换做好准备, Network2通信初始化, Network3第一次调用 (connection0_0) , S7-200向S7-300写数据;Network4第二次调用 (connection0_0) , S7-200读取S7-300数据。
S7-200PLC 篇5
供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。
在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1)单台恒定转速泵的供水系统
这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。
(2)恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统
这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统
这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。
变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。供水系统的基本特性
供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f(q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。
管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f(q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。
扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。
图1 供水系统的基本特性 变频恒压供水系统的构成及工作原理 3.1 系统的构成
变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。
三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。
图2 变频恒压供水系统的总体框图
3.2 系统的工作原理
变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为：
其中：n0为异步电机同步转速； n为异步电机转子转速；
f为异步电机的定子输入交流电的频率； s为异步电机的转差率； p为异步电机的极对数。
由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。
当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。
变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。
系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。
图3 变频恒压供水系统的控制原理框图 硬件电路设计 4.1 主电路
变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。
图4 系统主电路图
4.2 控制电路
控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的i0.0输入口相连接，当按下sb0时，i0.0为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，i0.1为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，i0.5为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，i0.6为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。i0.5和i0.6的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，i0.2为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。
图5 plc外围接线图 程序设计
5.1 plc程序设计
plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，i0.1为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。
图6 主程序流程图
当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.5。此时，q0.1为“0”，q0.2为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后q0.3为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。
当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.6。此时，q0.4为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时q0.1为“1”，q0.2为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。
5.2 变频器mm440的参数配置
变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。
附表 mm440的参数配置 结束语
S7-200PLC 篇6
关键词：可编程序控制器 C650车床 梯形图
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2012）11（a）-0200-01
在金属切削机床中，车床所占的比例最大而且应用也最广泛，它能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和螺杆，能够车削定型表面，并可用钻头、铰刀等刀具进行钻孔，镗孔、倒角、割槽及切断等加工。传统的车床中仍然使用继电器—接触器控制方式，这种方式有着明显的缺点：（1）电器触头动作时易被电弧烧伤，寿命短，可靠性差。（2）程序固定接死，难以改变。（3）继电器接触器控制使系统动作速度慢。为了提高车床的加工效率，提高企业产品的质量和产量，所以需要对传统的车床控制进行改造。
可编程序控制器（英文全称Programmable Logic Controller）简称PLC，它以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术和通讯技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，是现代工业生产自动化的三大支柱之一。可编程序控制器聚集了编程简单、可靠性高、维护方便、性能价格比高、抗干扰能力强、通用灵活、体积小等一系列优点。它既有计算机控制系统的可编程特点（控制功能由软件实现），又具有继电器控制系统优良的抗电噪能力（适应工业控制的各种恶劣的工作环境）。所以在C650车床改造中，可编程序控制器发挥了重要的作用。
1 车床电气控制要求
（1）主轴负载为切削性恒功率负载，要求：正反转、反接制动。（2）设置一台三相交流异步电动机拖动刀架和溜板箱的快速移动，此运动为短时工作制，要求采用点动控制。（3）设置三相交流异步电动机驱动冷却油泵。（4）要求有局部照明和必要的电气保护和联锁。
2 PLC改造，选用西门子公司的S7-200
（1）I/O地址分配表（表1）。
（2）梯形图（图1）。
3 结语
使用西门子的S7-200对C650车床进行改造，大大地提高了产品的质量，同时，也提高了车床的工作效率，而且电能损耗也降低了，工厂的经济效益有了很大的提升，得到了企业的好评。
参考文献
[1] 肖峰，贺哲荣，主编.PLC编程100例[M].中国电力出版社，2009.
[2] 孙平，主编.电气控制与PLC[M].高等教育出版社，2004.
S7-200PLC 篇7
随着自动化技术和数字通讯技术的迅速发展,可编程控制器(PLC)的功能也在不断提高,并且广泛应用于各行各业。因此全国工科高校均开设了PLC或电气控制等针对PLC学习的课程,其中实验环节是此课程的重要组成部分,它不仅可以锻炼学生的动手能力,而且也可以使学生更深入的理解PLC的编程方法和动作的实现过程。所以PLC实验课程在培养学生创新能力和工程实践能力方面起着举足轻重的作用。
对于完整的PLC实验,监控部分是必不可少的,因为它具有直观、生动、可视化程度高等优点。本实验系统应用Win CC组态软件开发上位机监控系统,从而完善PLC教学实验环节。
1 试验系统构成
S7-200 PLC实验系统组成如图1所示,主要包括S7-200 PLC,它由CPU226(I24/O16)和扩展模块EM235(AI4/AQ1)组成;装有Win CC6.0组态软件、STEP7-Micro/Win4.0以及PC Access v1.0的计算机;一根连接PLC和计算机的PC/PPI电缆。其中S7-200PLC安装在实验箱上,它的I/O端口通过导线连接到试验箱上的输入输出插孔,这样在实验过程中只要用连接导线连接PLC的输入输出插孔和相应实验的输入输出插孔就可以完成实验硬件设备的连接。此实验系统实验箱自带单元可以完成与或非、中断实验、交通灯、、定时计数、微分位操作、数据处理、模拟量输入、模拟量输入输出、混料罐、、跳转分支共10个实验,此实验箱上还自带了扩展单元接口,通过安装扩展模块还可以完成冲压试验、刀具库选刀、电机控制、电梯实验、计件实验、步进电机控制共6个实验。这16个实验包括了PLC课程中所有基本指令的运用,因此此实验课可以很好的培养学生PLC编程的能力。
此实验系统主要是通过计算机上的Win CC组态软件开发监控系统,计算机与PLC之间通过PC/PPI电缆交换数据。但是Win CC中并没集成PPI协议,也就是说Win CC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统。为了解决这个问题,我们只能通过OPC方式来实现S7-200系列PLC与Win CC的通信[1]。这时我们需要S7-200 PCAccess这个桥梁连接Win CC变量管理器的变量和PLC的变量,因为PC Access是西门子公司专门为S7-200PLC开发的OPC服务器,所以通过PC Access S7-200PLC就可以与任何OPC客户端(包括以Win CC为OPC的客户端)通信。
2 OPC服务器的建立
2.1 通信接口的设置
安装S7-200PC Access后,打开项目管理器。在其左边的树形图中鼠标右击Micro Win(COM1)图标,新建PLC并命名为PLC1。设置PG/PC接口,选择PC/PPI cable,然后设置网络地址和波特率以及PLC1的站地址。所有参数的设置要与Micro/Win4.0中的设置相同。
2.2 建立OPC服务器
在通信接口设置后便可以建立OPC服务器。首先要在PC Access中建立与PLC内存地址相对应的项目[2],即将实验过程中所用到的全部变量地址编入PC Access中,建立后的项目图如图2所示。S7-200 PC Access软件本身带有测试客户机,可以方便地了解客户机与服务器的通信情况,将建立完的项目拖放至测试客户机窗口内[3],单击测试客户机状态图标就可以测试客户机与服务器的连接情况。当连接正常时,它会给出提示好以及时间标识[1]。客户机的测试状态如图3所示。
3 应用Win CC开发S7-200实验系统
将Win CC作为OPC客户端,OPC客户端通过OPC接口访问S7-200 PC Access服务器。只要将OPC服务器中的项目添加到Win CC的变量管理器中便可在组态中使用了[3]。
3.1 在Win CC中创建OPC客户端
1)打开Win CC项目管理器主界面,右击变量管理器,选择添加新的驱动程序选项,在弹出对话框中选择OPC.chn,单击打开完成OPC通道单元的建立。
2)右击刚刚建立的O P C通道单元O P C Groups,选择系统参数,在弹出的对话框中单击
3.2 S7-200PLC实验系统开发
下面以刀具库选刀实验为例说明实验系统的具体开发过程。
3.2.1 编写PLC控制程序
刀具库选刀实验的实验要求是对6把刀选取,按下刀具库扩展模块上的按钮N转盘转到相应的刀具N,其中1≤N≤6。所以I/O地址分配如表1所示,PLC控制程序如图4所示。
3.2.2 组态画面
打开Win CC图形编辑器,首先需要建立6把刀的模型,所有模型均在对象管理器或图形库中选择。同时需要一个返回到主画面的按钮,因为此试验系统每做完一个实验都要返回到主画面再进行其它实验。然后再添加6个静态文本和6个输入输出域作为刀具的编号和选择刀具号的输出,组态完的刀具库图形窗口如图5所示。
3.2.3 对画面添加动态
对画面添加动态首先要做两点分析:第一点是对动态要求的分析,它决定了我们要对画面中的图形组态什么样的动态;第二点是对PLC控制程序的分析,它决定组态动态时所要连接的是那个变量。
刀具库实验的动态要求是在刀具库实验模块上按选刀按钮N,组态画面上对应的刀具编号前面显示N,所选的刀具变为黄色并且向前伸出与1号刀同列。在PLC的控制程序中将刀具的编号存储在VW0中,VW0就是传递参数的变量。经过上述分析应对画面中的输入输出域的输出值以及刀具颜色刀具X值,刀具夹紧件的X值进行动态链接,连接变量都为VW0。对与1号刀具有关的对象设置如图6所示。其它刀具的动态设置与其类同。
3.2.4 激活Win CC并运行PLC测试组态画面
将PLC程序下载到PLC并将刀具库实验模块连接好,点击Win CC的运行按钮并将PLC的开关拨到RUN位置。组态软件运行后进入主画面如图7所示,刀具库实验效果如图8所示。
4 结论
通过OPC技术和Win CC组态软件开发了S7-200实验系统,该系统可以完成对交通灯、混料罐等16个实验的监控,实时的反映了实验过程中各种变量的变化情况,实验效果良好。目前已经应用到我院本科生及研究生的学习并取得了良好的效果。
摘要：针对实验室PLC教学实验条件的不足,应用WinCC组态软件自行设计S7-200 PLC教学实验系统。通过OPC通信技术实现WinCC与S7-200PLC之间的通信。具体说明OPC客户端和服务器的建立并以刀具库选刀为例说明该实验系统的开发过程。
关键词：OPC,WinCC,S7-200PLC实验系统
参考文献
[1]李剑.西门子PLC与监控计算机通信问题的研究[D].天津大学,2007.
[2]赵文刚,刘进.基于WinCC6.0及S7-200PLC的材料分拣监控系统设计[J].PLC、工控机与集散控制系统,2009,8.
[3]穆刚,段智敏.OPC技术在小型立体仓库监控管理系统上的应用[J].机械工程师,2006,12.
S7-200PLC 篇8
发动机及整车工厂机油加注机除要求加注精度高外, 还需要加注一致性好, 而往往工厂里面各种设备众多, 传统的液体流量信号采集多为模拟量0V-10V或4-20MA, 在工业应用中由于外部电磁信号的干扰会降低采样的精度进而影响加注量, 模拟量的处理需要专门的模拟量处理模块且为浮点运算, 加大了CPU的负荷, 接线复杂, 设备也特别昂贵。而采用脉冲流量计用S7-200 PLC高数计数器计数, 基本不受外界干扰, 还可以同时控制油箱补油、车型选择、温度报警、通过PLC上的PPI通讯接口及触摸屏还可以增加人机界面, 使操作及监控。系统同时具有操作简单、运行可靠、控制精度高、性价比好等特点。
二系统组成
本系统以西门子PLC216作为采样及计算控制核心, 以固瑞克脉冲流量计采样, 脉冲经过放大直接送入PLC高数计数单元, 根据设定参数进行计算, 进而驱动气动执行元件进行加注, 满足生产工艺要求。气动电磁阀为执行元件, 当PLC输出指令给出后, 通过中继直接控制气动电磁阀启动补油及加注。其它液位及温度传感器实现辅助功能。
三系统功能
1.触摸屏TP170A为系统人机界面, 提供手动车型选择、设定A通道及B通道加注参数, 也可以设定PLC的系统参数, 如流量系数及提前脉冲等, PLC和触摸屏TP170A通讯, 实时动态显示加注数据, 可根据需要随时调整并修改设定加注量。满足所有加注要求。
两个通道独立在触摸屏上设定加注量、独立工作, 互不影响, 精确到0.01升, 完全满足工艺加注要求。
2.1#计数器为1通道计数用, 为1号通道的脉冲采样信号, 经过放大直接进入PLCI0.0输入端, 作为采样基数, 参与油量计算。
3.2#计数器为2通道计数用, 为2号通道的脉冲采样信号, 经过放大直接进入PLCI0.1输入端, 作为采样基数, 参与油量计算。
4.液位控制为系统油箱液位, 在没有油时自动开启补油, 补油满后自行断开。液位传感器作为系统油箱自动补油的关键传感器, 负责清洁油注入主油箱的液位, 并且在低液位和高液位同时具有警示作用, 当油箱低液位警示灯亮起同时, 如果系统设置为自动, 系统自动发出补油信号, 系统补油开始, 当到达高液位时系统补油停止, 当高液位信号问题时系统还设有超高液位信号, 超高液位信号作用时系统停止补油并触发警示灯, 故障信号亮起, 直至维修人员接触故障并维修。
5.温度控制为系统油温, 采用温度开关给PLC系统开关量信号, 当油温低于设定时温度传感器给PLC加热输出信号, 一般设定值为40度左右, 当加热功能开启时, 系统温度一直在40度左右循环, 当系统温毒大于等于60度时, 系统加热强制停止, 故障信号亮起, 直至维修人员接触故障并维修。
四计量控制原理及换算模型
S7-200PLC内部的高速脉冲计数器采集流量数据, 由于脉冲信号为开关量, 不受外部信号的影响, 接线简单不需要屏蔽线, 直接接到PLC的I0.0和i0.1处。不经过模拟量模块处理, 大大提高了控制的可靠性并且降低了成本。
流量换算原理为, (脉冲数X流量系数) /1000=加注量。根据介质及管路长短系统压力等具体参数, 系统还要增加一项脉冲补偿数, 根据实验及现场进行脉冲补偿数实际测试, (脉冲数X流量系数+脉冲补偿数) /1000=加注量, 具体算法写在PLC内部
五应用范围
本文所提供的机油加注机设备, 包括计量方法、数学模型及程序等适用于工业用机油、液压油、齿轮油等的加注计量, 只需根据介质调试并修改流量系数即可。
六结束语
整个机油加注机设备系统众多, 单独采用西门子S7-200PLC得以实现整个控制功能, 一体化的控制提高了整套设备的可靠性, 经过修改流量系数可以改变加注液体的种类, 在加注机油、液压油、齿轮油等液体方面有广阔前景。
参考文献
[1]《西门子S7-200PLC编程实例精解》王阿根编著
[2]《深入浅出西门子S7-200PLC》蔡行健, 黄文钰, 李娟主编
[3]《西门子工业网络通讯指南》崔坚著
S7-200PLC 篇9
某大型电解铝业厂为改善生产工作环境, 新建了同时可容纳近千人的智能洗浴大楼, 提供24h恒温热水。该洗浴中心主要由数十个洗浴房间和楼顶恒温热水供应系统构成。楼顶恒温热水供应系统主要分为水路循环系统和控制系统, 总体结构如图1所示。
控制系统根据采集到的水路管道水温、水箱水温和液面高度以及控制室触摸屏设置的洗浴水温, 采用模糊控制算法实现洗浴水温和水箱水位的智能控制。
水路循环系统主要由汽水交换罐、水路管道、保温水箱、洗浴末端管道、循环泵、电动调节阀、蒸汽闸阀以及相应的现场仪表组成。它利用电解铝生产过程中产生的蒸汽产生热水, 并利用控制系统实现热水与室温水的混合, 提供洗浴热水, 实现能源的二次利用。
水路循环系统通过4个汽水交换罐, 实现蒸汽与自来水的热量交换, 产生 (65±5) ℃的热水。调节水管路的电动调节阀和闸阀可改变热水和室温水管路的流量, 热水和室温水再在保温水箱进口处混合成 (38±1) ℃的洗浴水 (温度可设定) 。控制系统采集温度传感器和超声液位传感器数据, 根据人机接口设置的洗浴水温度, 按照相应的控制策略, 调节热水调节阀和室温水调节阀, 必要时启动循环水泵和截止蒸汽阀, 实现洗浴水温和保温水箱液位的恒定。
2 控制系统方案
电解铝生产现场长期高温潮湿, 同时低压配电网络易受电解铝动力影响, 电压波动较大且谐波影响非常严重[1], 因此生产过程中产生的蒸汽量不稳定, 汽水交换罐提供的热水温度变化很大。水箱容量大, 24h的液位和温度变化不均匀, 加上水的比热容大, 导致水温控制具有显著的迟滞性。
经多次调研和论证, 并结合长期的工控经验, 决定采用在恶劣EMC环境下仍能长期稳定工作的S7-226CPU模块作为楼顶恒温热水供应系统的核心控制器。该系列PLC性价比高、可靠性好、组态简单、功能模块丰富、扩展方便, 易通过现场总线实现系统组网。控制系统组成如图2所示, 主要由CPU模块、模拟量采集模块、数字量输入输出模块、模拟量输出模块、人机接口触摸屏、系统电源模块以及相应的辅助交流接触器和继电器组成。
控制系统通过MPI总线实现S7-226CPU模块与触摸屏TP170micro的现场数据通信, 完成现场数据监控和洗浴水温设置。
2.1 控制器
控制系统采用S7-200系列S7-226CPU模块为核心控制器。该模块集成了24个数字量输入点和16个数字量输出点;最多可接7个扩展模块, 最大可扩展248个数字量I/O点和35个模拟I/O点。S7-226CPU模块内有2个RS-485通信编程接口, 支持MPI和PPI通信编程协议, 具有极高的可靠性、强大的现场通信能力[2]。
为了实现水路循环系统各点温度以及保温水箱液位的测量, 控制系统使用了3个EM231模拟输入模块, 该模块具有4路模拟量输入、1个12位ADC转换器。EM231模拟输入模块通过扩展接口直接级联在CPS7-226CPU模块模块上, 完成模拟量数据的转换和采集。另外, 控制系统还级联了2个EM235模拟量输出模块来完成水路调节阀的开度控制;为改善监控的直观度和集成度, TP170micro触摸屏设计了人机接口 (HMI) 。
2.2 传感器
洗浴开放时, 由于保温水箱不断有热水注入 (38~42℃) 和放出, 因此其液位多数时间处于动态波动状态。采用压力浸没型液位计测量保温水箱液位, 信号线路会因长期处于波动起伏的热水中而易老化且测量结果波动较大, 鉴于此, 控制系统采用了超声波FUM30液位计。该液位计具有较好的EMC能力, 其输出测量信号为4~20m A, 测量液位高度范围为0~5m, 安装配电简单, 并带有现场测量显示[3]。超声液位计的集成和调试如图3所示。
控制系统采用8个四线制Pt100热电阻对保温水箱的4个位置和水路各点进行温度测量, 用以调整室温水和热水管路调节阀的开度。
2.3 执行器
考虑到已有水路管道的直径, 控制系统采用电动单座调节阀361L。该阀内置电子控制模块的一体化结构, 因而无需配置伺服放大模块;通过4~20m A的控制信号实现开度调节, 易于PLC集成。控制系统中, 热水管路公称直径为DN200, 且水压大, 为防止热水漏流, 在其调节阀管路前级联了一个DN200高温高压电动球阀实现热水的截止, 同时在蒸汽管道上安装DN125电动蒸汽阀, 以实现蒸汽管路的截止。
2.4 HMI
控制系统采用TP170micro微触摸板设计HMI。TP170micro微触摸板具有丰富基本功能的输入级设备, 可连接SIMATIC S7-200并集成到网络, 可定义报文类和报文历史;具有长寿命背光照明。在Win CC flexible开发环境下组态了水温监视、设备故障报警记录、温度设置等界面。
3 控制策略
汽水交换罐输出的热水温度为 (65±5) ℃, 室温水温为5~18℃;水路循环系统管压波动大, 水流量起伏不定;保温水箱容积大, 其水温控制具有很大的迟滞性、非线性性和模糊性, 很难用精确的数学模型来描述。这些决定了S7-226CPU模块集成的PID控制器通道不能直接应用。根据现场条件和控制目标, 控制系统采用了模糊算法来实现保温水箱温度的控制, 具体控制策略如图4所示。
首先对来自保温水箱4个不同高度位置的Pt100温度值进行加权求和。由于水温越高, 水密度越小, 且洗浴末端水水温与箱底水最接近, 因此保温水箱底水温权值最大。大容量的保温水箱上层热水到达洗浴末端时, 已发生了长时间的管路热损, 因此保温水箱上层水温权值最小。根据现场调试结果, 保温水箱水温加权为t1×0.29+t2×0.26+t3×0.25+t4×0.2。
根据设置值与测量值比较的差值E, 把水温分为水温合适、水温低、水温过低、水温高、水温过高5级模糊子集, 即{NL, NS, ZO, PS, PL}。其对应关系为:NL表示温度误差E小于-5℃;NS表示温度误差E大于等于-5℃且小于-0.8℃;ZO表示温度误差E大于等于-0.8℃且小于等于0.6℃;PS表示温度误差E大于0.6℃且小于2℃;PL表示温度误差E大于2℃。温度误差等级模糊时并不对称, 主要原因是热水管径为200mm, 室温水管径为150mm。同时根据现场调试, 把热水管水温分为3级模糊子集, 把室温水温分成3级模糊子集, 具体划分与保温水箱水温类似。最后根据现场调试结果形成5张类似表1所示的开度规则表。
这样, 每个调节阀形成了45个非线性离散开度, 实际运行中对某些数值靠近的开度进行合并, 最终每个调节阀形成了36个离散开度。室温水温度范围全年变化较大, 一个季节内较稳定, 在短期内调节阀离散开度个数会大幅减少, 从而有效避免了PID控制中因水温、水压波动而频繁调节开度引起的调节阀频繁动作, 使其工作寿命减短。
在洗浴人数很少时, 根据保温水箱液位和洗浴末端水温, 适时启动循环泵和启闭蒸汽阀与热水截止阀, 保证水温和液位的相对稳定。
4 现场调试
经过1个月的现场调试, 主要完成了温度Pt100电阻布线误差补偿和温度测量值的整定与修正, 保温水箱液位的测量和PLC整定, 以及模糊控制开度离散值的获取和调试, 触摸屏与S7-226CPU模块的MPI通信, TP170micro的HMI接口调整。
5 结束语
本文采用性价比最高的S7-226CPU模块和TP170micr设计了电解铝厂洗浴控制系统, 在功能有限的控制器上, 有效实现了水温的模糊控制, 达到了预期目标;利用MP总线简化了系统的人机接口设计, 并预留了I/O扩展和控制器资源, 便于后续的升级和改造。
参考文献
[1]武中.山西华泽铝电有限公司28万t电解铝工程谐波分析[J].山西电力, 2005 (3) :8~10
[2]张致维, 张士聪, 王然风.Modbus协议在S7-226PLC与伦茨变频器通信中的应用[J].工矿自动化, 2011 (8) :142~146
S7-200PLC 篇10
在化工、食品及制药等领域的生产过程中,定量灌装是重要的生产环节。对流态产品灌装的准确与否将直接影响企业的信誉和经济效益。目前,流态产品定量灌装的常见方法是通过观察流量计的读数, 人工控制阀的开启与关闭对容器进行灌装。这些方法的最大缺点是计量不准, 劳动强度大, 工作效率低。例如在工业配料过程中,如果定量给料不准, 使精确工艺配方难以在生产中实现, 严重影响产品质量。因此,在快速精确自动给料系统中如何提高动态灌装精度,一直是食品加工及制药企业急需解决的难题。本文旨在开发一种基于PLC和伺服电机的自动定量灌装伺服控制系统,充分发挥PLC运行稳定可靠和伺服电机控制精度高、响应速度快等优点,有效地提高定量灌装的精度和效率,从而满足生产厂家的工艺控制要求。
1 系统构成和工作原理
根据自动定量灌装系统的工艺特点及控制要求,系统主要由维纶触摸屏(MT6100i)、西门子S7-200 PLC、单螺杆进料泵、伺服驱动器和伺服电机等部件组成,如图1所示。触摸屏通过RS485通讯电缆与PLC连接,实时交换数据,完成系统的参数设定、流量显示、操作和报警功能等。
单螺杆泵是一种内啮合回转式容积泵,当单线螺旋的转子在双线的螺旋定子孔内绕定子轴线作行星回转时,转子和定子之间形成的密闭腔就连续的,匀速的,容积不变的将介质从吸入端输送到输出端。因此,只要准确地控制螺杆的转数和速度,可以大大改善定量灌装的精度、稳定性和定量调整能力。
螺杆泵转动的圈数与速度是依托伺服电机实施的,伺服电机转动的转角和速度是由伺服驱动器输出的脉冲信号所决定的,驱动器输出由PLC进行控制[1],而PLC是依据设定的灌装量和速度进行控制的。通过触摸屏友好人机界面(HMI)进行参数设定(主要有灌装量设定、灌装调整量,速度设定等),把指令传送到PLC中,就可以控制整个系统的运行。
2 系统配置与接线
2.1 主要软硬件配置
根据系统控制要求,系统软硬件配置如下:
(1)1套西门子Step7-Micro/WIN V4.0编程软件。
(2)1套威伦EB8000触摸屏监控软件。
(3)1台型号为HF—KE13W1-S100的三菱三相交流同步伺服电动机。
(4)1台型号为MR-J3S的三菱伺服驱动器
(5)1台主机型号为CPU224XPsi的S7-200 PLC。
其中MR-J3S系列伺服电机采用最大1Mpps的高速脉冲串对电机的转动速度和位置进行控制,执行分辨率为262144脉冲/转的高精度定位,可以满足物料自动灌装系统的高精度控制要求。
2.2 伺服电动机与伺服驱动器的接线
三菱的伺服电动机与伺服驱动器的连线比较简单。伺服电机后面的编码器与驱动器的连线是由三菱公司提供的专用电缆,伺服放大器的端子接口是CN2,如图2所示。
2.3 PLC与伺服放大的连线
单相供电电源接入伺服放大器的端子排CNP1,PLC的高速输出点Q0.0与伺服放大器的PP端子相连;伺服放大器的编码器高速脉冲输出端子与PLC的高速计数输入端子I0.0相连。因为三菱的伺服放大器只能接受NPN信号,所以选用了NPN晶体管输出型S7-200 PLC 。
在图2中,当SON为ON后,电源输入主电路,伺服电机处于可以运转的状态(伺服ON状态);当SON为OFF后,主电路断开,伺服电机处于停车状态(伺服OFF状态)。
2.4 伺服电动机的基本参数设定
为了保证伺服系统的正常运行,必须对伺服放大器进行必要的参数设置:
(1)P0=000,位置控制,不进行再生制动;
(2)P3=1000,电子齿轮比的分子;
(3)P4=1,电子齿轮比的分母;
(4)P41=0,伺服启动通过外部端子输入。
3 控制系统软件设计
采用西门子S7-200 PLC,实现了对三菱系列交流伺服电机的控制,通过PLC高速脉冲输出端发出频率可调的高速脉冲控制电机运行,利用高速计数器对电机的编码反馈信号进行计数,实现瞬时流量和累积流量的计量,控制流程如图3所示。
3.1 高速脉冲串输出程序的设计
S7-200 PLC的高速脉冲串输出PTO功能是按照给定的脉冲个数和周期(频率)输出一串方波,占空比为50%。输出脉冲的周期以μs或ms为增量单位,其最高频率可达100 kHz,可分别由Q0.0端子或Q0.1端子输出[2]。PTO功能还可以实现线性升、降速斜率曲线,以及多段速度包络曲线,或者输出连续脉冲并根据需要按降速曲线停止。为此,在编程时要确定系统所输出的脉冲个数、脉冲频率和包络线。
依据容器大小设定灌装量,进而计算出PLC向伺服驱动器发送的脉冲数,可以用下面的公式来计算脉冲数:
脉冲数undefined
流态产品的灌装速度大小由PLC输出脉冲频率高低来决定。对大容器灌装需要较高的进料速度,以提高工作效率;较小的容器,可以选择较低的进料速度,有利于保证精度。因此,需要从触摸屏上读取最高速度乘以设置的百分数即为进料速度,然后将其转化成脉冲频率。
由于系统开始灌装时要求伺服电机高速运转,大量进料;当接近设定值时,伺服电机逐渐降低转速,直至停止,确保灌装的速度及精度。故包络线定义为线性升、降速斜率曲线。
为了简化程序设计,使用STEP7-Micro/WIN位控向导,为高速脉冲串输出(PTO)操作组态一个内置输出。使用该向导可以生成位控指令,可以用这些指令在应用程序中对进料的灌装速度和位置进行动态控制。启动位控向导,可以点击浏览条中的工具图标,然后双击位控向导图标。其组态过程如下[3]:
(1)为S7-200 PLC选择加载PTO操作。
(2)选择Q0.0,作为PTO的输出,并从下拉对话框中选择线性脉冲串输出(PTO)。
(3)点击复选框选择使用高速计数器,监视PTO产生的累计脉冲量。
(4)在对应的编辑框中输入MAX_SPEED和SS_SPEED速度值。
(5)在对应的编辑框中输入加速和减速时间。
(6)在包络线定义界面中,点击新包络按钮,并选择相对位置操作模式。
(7)在编辑框中输入目标速度(脉冲频率)和脉冲数。
向导组态好PTO后,会生产以下三个指令[4]:
①PTOx_CTRL:控制使能PTO的输出,即立即停止或减速停止PTO的输出。
②PTOx_RUN:控制运行向导中组态好的一个包络线。
③PTOx_MAN:手动控制不同速度的PTO的输出。
设计的高速脉冲输出PLC程序如图4所示。
3.2 高速脉冲计数程序的设计
S7-200 PLC高速计数器和伺服电动机同轴相连的光电旋转编码器配合使用,实现精确测量瞬时流量,其原理是利用PLC的高速计数器对转速脉冲信号进行计数,同时用时基完成定时,知道了单位时间内的脉冲个数,再经过一系列的计算可以得知定量给料的瞬时流量,下面是有关高速计数(HSC)子程序的设计步骤[5]:
(1)选择高速计数器HSC0,并确定工作方式0,采用初始化子程序,用初始化脉冲SM0.1调用子程序。
(2)令SMB37=16#F8。其功能为:计数方向为增;允许写入新当前值;允许写入新设定值;允许执行HSC指令。
(3)执行HDEF指令,输入端HSC为0,MODE为0。
(4)转入当前值,令SMD38=0。
(5)装入时基定时设定值,令SMB34=100。
(6)执行中断连接ATCH指令,中断程序为INT_0,EVNT为10,执行中断允许指令ENI,重新启动时基定时器,清除高速计数器的当前值。
(7)执行指令HSC,对高速计数器编程并投入运行,输入值IN为0。
4 触摸屏监控系统设计
为了便于操作和节省安装空间,系统采用体积较小、高分辨率和真彩显示的维纶MT6100i触摸屏作为人机界面。触摸屏可直观显示及修改系统各种参数,为用户提供了良好的人机交互界面,简化了现场操作[6],如图5所示。
在人机界面中设计多幅画面,参数设置、运行监控、故障报警、配方存储和调用、手/自动控制等。可以根据用户要求,设定每批产品灌装容量、灌装速度、系统可以精确显示出实际进料的瞬时流量和累积流量,能够对累积量手动清零,具有正常的启动、停止及点动灌装按钮。
由于手动调整的需要,操作者通常希望伺服电机能运行一定灌装量后暂时停一下,然后再运行同样的灌装量,这样便于操作与观察,同时对伺服电机运行状态进行监控。
5 结束语
由S7-200 PLC、伺服电机和触摸屏等组成的灌装伺服控制系统具有结构简单、性价比高、易于实现等优点。其中PLC可以提高控制系统的稳定性,增强系统的抗干扰能力;伺服电机可以精确控制螺杆泵运动位置,提高流态产品灌装的准确性;触摸屏则可以直观显示及修改各种参数,简化了现场操作。系统投入运行后,设备运行稳定,抗干扰能力强,生产效率高,经济效益显著。
参考文献
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