【導(dǎo)讀】隨著自動(dòng)化控制理論、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的飛速發(fā)展，究的一個(gè)重要內(nèi)容。子PLC、變頻器、異步電機(jī)等構(gòu)成的多電機(jī)控制系統(tǒng)的方案。行了總體設(shè)計(jì)，對多電機(jī)同步控制的原理及特點(diǎn)重點(diǎn)分析，確定了同步控制方案，償器的設(shè)計(jì)方法。然后采用基于RS485接口的USS協(xié)議實(shí)現(xiàn)了PLC與變頻器的。協(xié)議，S7-200PLC可以實(shí)時(shí)讀取和設(shè)置變頻器的相關(guān)參數(shù)，通訊速率較高。編寫PLC與PC機(jī)通信的接口程序原理等。利用PLC自由端口通信方式實(shí)現(xiàn)與。文中通過PLC對變頻器的控制從而達(dá)到對電機(jī)的控制目的，實(shí)現(xiàn)對電。機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。統(tǒng)的自動(dòng)化水平及運(yùn)行的可靠性。

　　

【正文】 程序 ) RAM (用戶程序 ) I/O 擴(kuò) 展 接 口 I/O 擴(kuò) 展 單 元 接受現(xiàn)場信號(hào) 編程器 盒式磁帶機(jī) 打印機(jī) EPROM 寫 入器 PLC 上位 計(jì)算機(jī) 外 部 設(shè) 備 驅(qū)動(dòng)受控元件 基本單元 輸出 刷新 輸出 采樣 用戶程 序執(zhí)行 輸出 刷新 輸入 采樣 第 n 個(gè)掃描周期 第 n1 個(gè)掃描周期 第 n+1 個(gè)掃描周期 17 程 I/O 功能、通信和聯(lián)網(wǎng)；另外，有些 PLC 還有許 多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，諸如定位控制模塊， CRT 模塊等等。可編程控制器（ PLC）的主要特點(diǎn)如下： ① 高可靠性； ② 豐富的 I/O 接口模塊； ③ 采用模塊化結(jié)構(gòu)； ④ 編程簡單易學(xué)； ⑤ 安裝簡單，維修方便。 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 使用 PCL 可以構(gòu)成多種形式的控制系統(tǒng)，下面介紹幾種常用的 PLC控制系統(tǒng)。 （ 1） 單機(jī)控制系統(tǒng) 單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種 PLC 控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)使用一臺(tái) PLC控制一個(gè)對象，控制系統(tǒng)要求的 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量比較小，沒有 PLC 的通信問題，采樣條件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)比 較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單明了。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確， I/O 點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量等參數(shù)的裕量適中即可。 （ 2） 集中控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng)用一臺(tái)功能強(qiáng)大的 PLC 監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備，形成中央集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其中，各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)、連鎖關(guān)系、運(yùn)行順序等統(tǒng)一由中央 PLC 來完成，如圖 所示。 圖 集中控制系統(tǒng) 顯然，集中控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)得多。但是當(dāng)某一個(gè)控制對象的控制程序需要改變時(shí)，必須 停止運(yùn)行中央 PLC，其他的控制對象也必須停止運(yùn)行。當(dāng)各控制對象 PLC 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 輸入 /輸出的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時(shí)，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時(shí)，必須注意選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量時(shí)要留有足夠的裕量，以便滿足增加控制對象的要求。 （ 3） 分散控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖 所示，每一個(gè)控制對象設(shè)置一臺(tái) PLC，各臺(tái)PLC 之間可通過信號(hào)傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或者由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通信。 PLC 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 輸入 /輸出 18 圖 分散控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)常用于多臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各控制對象都由自己的 PLC 進(jìn)行控制，當(dāng)某一臺(tái) PLC 停止運(yùn)行時(shí)，不需要停運(yùn)其他的 PLC。 隨著 PLC 性能的不斷提高，由 PLC 擔(dān)當(dāng)?shù)讓涌刂迫蝿?wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接 ， PLC與過程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。 與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大為加強(qiáng)。具有相同 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺(tái)或幾臺(tái) PLC，導(dǎo)致價(jià)格偏高，但從維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對象等方而看，其靈活性要大得多，總的成本核算是合理的。22 可編程控制器的選型 可編程控制器的選型要求 世界上約有 200 多個(gè) PLC 生產(chǎn)廠家，如美國 AB 公司、 GE 公司、德國SIEMENS 公司、法國施耐德公司、日本歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司以及國內(nèi)浙大中控等。它們滿足用戶各方面的需求，但在外形、結(jié)構(gòu)、功能、網(wǎng)絡(luò)通信和編程方法等方面各有不同，對于不同的工業(yè)控制需求，應(yīng)當(dāng)選擇合適的 PLC。 可編程控制器的選型原則： PLC 選型的關(guān)鍵主要是能滿足基本控制功能和容量，并考慮維護(hù)的方便性、備件的通用性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性以及能滿足特殊功能要求等。 （ 1）確定 PLC的規(guī)模在 PLC選型之前首先確定系統(tǒng) I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量。基本步驟是先根據(jù)工藝控制條件對 I/O 點(diǎn)數(shù)作出一個(gè)準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，在這個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再增加 10%～ 30%的余量來確定總點(diǎn)數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是：①可以彌補(bǔ)統(tǒng)計(jì)過程中遺漏的點(diǎn)數(shù)；②保證系統(tǒng)投入運(yùn)行后，個(gè)別點(diǎn)有故障時(shí)，能夠替換；③預(yù)備將來可能增加的點(diǎn)數(shù)需求。按 I/O 點(diǎn)數(shù)對照表 可以確定 PLC 的規(guī)模。PLC 的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，一般有內(nèi)置式和外插式兩類，存儲(chǔ)器容量選擇可以對照表 ，或按如下方法進(jìn)行估算： 存儲(chǔ)器容量 (指令字 )=數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù) 10+模擬 量 I/O 點(diǎn)數(shù) 25+特殊量 I/O點(diǎn)數(shù) 100 19 表 PLC 按規(guī)模分類 類型 I/O 點(diǎn)數(shù) 存儲(chǔ)器容量（ KB） 超小型 PLC 64 以下 1～ 2 小型 PLC 64～ 128 2～ 4 中型 PLC 128～ 512 4～ 16 大型 PLC 512～ 8192 16～ 64 超大型 PLC 8192 以上 64～ 128 （ 2）選擇編程方式 PLC 一般可以通過三種方式進(jìn)行編程。一種是廠家提供的普通手持式編程器編程，一般只能用廠家規(guī)定的語句表中的語句進(jìn)行編程。手持式編程器體積小，便于攜帶，價(jià)格較低，適于系統(tǒng)容 量小，工作量小的場合，但效率低。另一種是廠家專用圖形編程器編程，這類編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的技術(shù)人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但價(jià)格較高。第三種是在普通計(jì)算機(jī)上運(yùn)行專用的編程軟件來編程，支持的語言多，操作非常方便，這種方式現(xiàn)在己被廣泛采用，但有的軟件需額外購買，價(jià)格不菲。編程語言多種多樣，有的看似相同卻不通用。由 PLC 廠家提供的編程軟件一般 要求包括工業(yè)控制 5 種標(biāo)準(zhǔn)編程語言（ IEC11313）中一種或幾種編程語言，如 SIEMENS 公司的 step7 編程軟件就可以使用梯形圖、功能圖和語句表等多種編程語言 ； Modicon 公司的 Modsoft編程軟件只能使用梯形圖編程，而 Conczpt 編程軟件可以使用 5 種編程語言。 （ 3）網(wǎng)絡(luò)通信功能的確定。 各廠家制定的通信協(xié)議各不相同，國際上也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以在通信功能的選擇上受到了一定的限制。一般選擇影響面大、有發(fā)展前景、功能完備、較成熟的通信協(xié)議。在實(shí)際中也應(yīng)考慮所選取的產(chǎn)品是否帶有支持其他廠家通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 （ 4）考慮是否需要專用模塊。 如果工業(yè)控制要求 PLC 在進(jìn)行邏輯控制的同時(shí)還要完成模擬量輸入輸出、PID 調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)通信等專門功能時(shí)，就需要考慮所選擇 的 PLC 是否支持這些專用模塊。另外，選用這些專用模塊在軟件選擇上也應(yīng)同時(shí)配套，通過系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的復(fù)雜控制功能，便于用戶編程。 （ 5）考慮冗余問題。 PLC 冗余主要是基于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和軟硬件在線維護(hù)方便的考慮。冗余有硬冗余和軟冗余兩種方式。冗余系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于不冗余系統(tǒng)，因此只有工業(yè)控制過程有充分必要時(shí)才予以考慮。 （ 6）主要對工作環(huán)境的要求。 工作環(huán)境是 PLC 工作的硬性指標(biāo)。諸如溫度、濕度、噪聲、信號(hào)屏蔽、工作電壓等。所以一定要選擇適應(yīng)實(shí)際工作環(huán)境的產(chǎn)品。當(dāng) PLC 在特殊的、惡劣的環(huán)境下工作時(shí)，這方 面的考慮顯得尤其重要。 （ 7）售后服務(wù)與技術(shù)支持。 選擇技術(shù)實(shí)力強(qiáng)的制造廠家和信譽(yù)好的代理商。優(yōu)先選擇有連續(xù)性，產(chǎn)品升級(jí)向下兼容和滿足將來新增功能要求的系統(tǒng)，盡量考慮選擇比較新型的 PLC，備件易采購，當(dāng)某一種型號(hào) PLC 被淘汰后，生產(chǎn)廠家能夠保證有足夠備件，代理商和制造廠家都有好的售后服務(wù)與技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)承諾。 20 綜合以上選型原則進(jìn)行考慮，我們選擇西門子公司的 S7200 系列 ， PLC 選用 CPU型號(hào)為 226 型號(hào) 。 西門子 CPU 226簡介 S7200是西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開發(fā)、生產(chǎn)的 小型模塊化 PLC系統(tǒng)。S7200采用模塊化設(shè)計(jì)，為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴(kuò)展功能，有效地提高了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。 S7200有 5種 CPU模塊，最多可以擴(kuò)展 7個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到 248點(diǎn)數(shù)字量 I/O或 38路模擬量 I／ O，最多有 30KB的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。直接讀、寫模擬量 I／ O。 本次試驗(yàn)采用的是西門子 CPU226， (1)規(guī)格 *80*62 (2)程序存儲(chǔ)區(qū) 4K (3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 2560字 (4)掉電保持時(shí)間 /h 190 (5)本機(jī) I/O 24入 /16出 (6)擴(kuò)張模塊數(shù)量 7 (7)高數(shù)計(jì)數(shù)器 /單相 /雙相 6路 30KHZ/ 4路 20KHZ (8)脈沖輸出 DC 2路 20KHZ (9)模擬電位器 2 (10) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 內(nèi)置 (11)通訊口 1RS485 (12)浮點(diǎn)運(yùn)算 有 (13)I/O映像器 256(128入 /128出 ) (14)布爾指令執(zhí)行速度 圖 CPU226外圍端 子圖 21 西門子 S7200 PLC 西門子 S7200 PLC 系列屬于小型可編程序控制器，可用于簡單的控制場合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。 西門子 S7200 PLC 模塊及 功能概述 S7200 PLC 系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的功能擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測、自動(dòng)化控制相關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床 、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備、汽車、機(jī)器人等等。如沖壓機(jī)床、印刷機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等等。 S7200 系列除了具有 PLC 的基本控制功能以外，還有以下三個(gè)方面特點(diǎn)：（ 1）功能強(qiáng)大的指令集；（ 2）豐富強(qiáng)大的通信功能；（ 3）編程軟件的易用性。 CPU模塊 CPU226 具有 24KB RAM， 40KB(RAM)的裝載存儲(chǔ)器，可用存儲(chǔ)卡裝載存儲(chǔ)器容量最大到 512KB，最大可擴(kuò)充到 512 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 或 54 路模擬量通道。CPU226 內(nèi)裝硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘，自帶后備電源，在正常電源被關(guān)掉的情況下， CPU的時(shí)鐘仍能正常工作。 CPU226 的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的用戶程序掃描過程。 CPU響應(yīng)那些事件，操作系統(tǒng)就會(huì)去調(diào)用相應(yīng)的該事件的組織塊 OB。 ePu226 可調(diào)用125個(gè)功能塊 FB(0127):125個(gè)功能調(diào)用 Fe(0127):227個(gè)數(shù)據(jù)塊 DB(l一 127):OB、FB、 FC、 DB 的容量均不大于 8KB。另外 ，有 34 個(gè)系統(tǒng)功能 SFC 集成在操作系統(tǒng)中。 I/O 擴(kuò)展模塊 S7 200 有多種型號(hào) I/O 模塊用來進(jìn)行擴(kuò)展。在這里主要介紹模擬量輸出模塊 EM232 和模擬量輸入模塊 EM231。 EM232 模塊提供了有 2 輸出模擬 量通道，具有 12 位的分辨率，且具有多種輸入、輸出信號(hào)范圍。其內(nèi)部集成了 D/A 轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場合。它能夠不用外放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)輸出模擬量的大小，通過其外置的 DIP 開關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。 EM231 模擬量輸入擴(kuò)展模塊提供了 4X12 位模擬量輸入的功能。其內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，有很強(qiáng)的抗干擾性，可用于復(fù)雜的控制場合。它能夠不用外放大器而與傳感器直接相連，有 4輸入模擬量通道，具有 12 位的分辨率 ，且具有多種輸入、輸出信號(hào)范圍。 西門子 S7200 PLC 的工作模式 S7200PLC 具有兩種工作模式，分別是：運(yùn)行 （ RUN） 模式和停止 （ STOP）模式。在運(yùn)行模式下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能；在停止模式下， S7200 CPU不執(zhí)行用戶程序，此時(shí)可設(shè)置 CPU系統(tǒng)的硬件功能，并將用戶程序、數(shù)據(jù)以及硬件設(shè)置信息下載到 S7200CPU。其中用戶程序用編程軟件創(chuàng)建、編輯、編譯、調(diào)試。 CPU 模塊上的模式開關(guān)用于改變和轉(zhuǎn)換 S7200PLC的工作模式。開關(guān)撥到 RUN 位置時(shí)， CPU運(yùn)行，啟動(dòng)用戶程序的運(yùn)行：當(dāng)開關(guān)撥到 STOP 位置時(shí)， CPU 停止，用戶程序的運(yùn)行也相繼停止；開關(guān)撥到 TERM 22 位置時(shí)，不改變當(dāng)前工作模式。此外還可以通過 STEP7Micro/WIN32 編程軟件控制 S7200CPU的運(yùn)行和停止。 S7200CPU前面板上的 LED 顯示著當(dāng)前的工作模式。 S7200PLC 通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使 PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)。初始化后， S7200CPU按照循環(huán)掃描的方式，完成包括執(zhí)行用戶程序在內(nèi)的各項(xiàng)不同的任務(wù)。 S7200CPU周而復(fù)始地分階段執(zhí)行一系列任務(wù)。任務(wù)執(zhí)行一次稱為