【正文】 S7200CPU周而復(fù)始地分階段執(zhí)行一系列任務(wù)。為了使 PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)。 S7200CPU前面板上的 LED 顯示著當(dāng)前的工作模式。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。其中用戶程序用編程軟件創(chuàng)建、編輯、編譯、調(diào)試。 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。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(chǎng)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(cè)量傳感器的恒流源使用。 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。 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。 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。 CPU226 的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的用戶程序掃描過程。 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。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。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。 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。 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(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 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。 西門子 CPU 226簡(jiǎn)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)。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(gòu)，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。 （ 7）售后服務(wù)與技術(shù)支持。所以一定要選擇適應(yīng)實(shí)際工作環(huán)境的產(chǎn)品。 工作環(huán)境是 PLC 工作的硬性指標(biāo)。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。 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。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。 （ 4）考慮是否需要專用模塊。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。 （ 3）網(wǎng)絡(luò)通信功能的確定。編程語(yǔ)言多種多樣，有的看似相同卻不通用。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。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(yǔ)句表中的語(yǔ)句進(jìn)行編程。按 I/O 點(diǎn)數(shù)對(duì)照表 可以確定 PLC 的規(guī)模?；静襟E是先根據(jù)工藝控制條件對(duì) 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)。 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。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(guó) AB 公司、 GE 公司、德國(guó)SIEMENS 公司、法國(guó)施耐德公司、日本歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司以及國(guó)內(nèi)浙大中控等。 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)。由于各控制對(duì)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。 （ 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(duì)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。當(dāng)各控制對(duì)象 PLC 控制對(duì)象 A 控制對(duì)象 B 控制對(duì)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。 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。 （ 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)。該控制系統(tǒng)使用一臺(tái) PLC控制一個(gè)對(duì)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(jiǎn)單明了。 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)。 圖 PLC的基本結(jié)構(gòu) 圖 PLC 的掃描周期 （ 3） PLC 的主要功能和特點(diǎn) PLC 的主要功能有：邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn) (順序 )控制、 PID 控制、數(shù)據(jù)控制（ PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力）、遠(yuǎn)電源 輸入部件 輸出部件 微處理器（ CPU） 運(yùn)算器 控制器 外 設(shè)I/O 接 口 存儲(chǔ)器 EPROM (系統(tǒng)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(chǎng)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。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映像區(qū)中的相 應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期?？删幊?序控制器主要有 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊、編程裝置和電源組成。 PLC 的工作原理及功能特點(diǎn) 為了介紹 PLC 的工作原理 [17]我們?cè)诒竟?jié)首先介紹 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，然后介紹 PLC 的工作原理，最后簡(jiǎn)單介紹一下 PLC 的主要功能和特點(diǎn)。 PLC 已躍居現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱 (PLC， ROBOT， CAD/CAM)的主導(dǎo)地位。目前在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中 PLC 已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵、冶金、采礦、水泥、石油、化工、輕工、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保、交通、建筑等各行各業(yè)。 PLC 以其高可靠性、適應(yīng)性強(qiáng)和使用方便等突出優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 PLC 的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的高速發(fā)展， PLC 產(chǎn)品高度融合了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)控制的經(jīng)典理論，在其功能及性能指標(biāo)上得以豐富和完善，從而突破 了傳統(tǒng) PLC 的概念，在中、小型控制領(lǐng)域內(nèi)極大地?cái)U(kuò)展了其應(yīng)用范圍。早期的可編程序控制器主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，稱可編程邏輯控制器（ Programmable Logic controller），簡(jiǎn)稱 PLC 隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能己經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，不僅具有邏輯控制功能，而且還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸和處理等功能，使其真正成為一種電子計(jì)算 機(jī)工業(yè)控制設(shè)備，因此，今天這種裝置稱作可編程序控制器，簡(jiǎn)稱 PC，但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal puter）的簡(jiǎn)稱 PC 混淆，所以仍將可編程序控制器簡(jiǎn)稱為 PLC。 本章小結(jié) 本章主要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，以及文中所需變頻器的選擇，還包括變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，為下一步的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。由于 PLC 與變頻器之間沒有采用 D/A 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而是采用了 RS485進(jìn)行數(shù)字通信，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 圖 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 PLC 控制器 變頻器 交流電機(jī) 旋轉(zhuǎn)編碼器 速度 給定 RS485 n 14 本系統(tǒng)采用 PLC 和變頻器調(diào)節(jié)交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。 （ 4） 按控制策略分：有經(jīng)典的 V/f 控制，有電壓空間矢量控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制，還有目前處于研究熱點(diǎn)的智能控制如模糊控制、專家控制等。同步電動(dòng)機(jī)沒有 轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)是固定的，只能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用十分廣泛，需要調(diào)速的場(chǎng)合很多，采用變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率近似不變，效率高。按濾波環(huán)節(jié)是采用電容濾波還是采用電感濾波，可分成電壓型與電流型兩大類。先將頻率固定的交流電整流成直流電，然后再將直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。但由于其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄，一 般不到額定頻率的一半，因此主要應(yīng)用于低速大容量拖動(dòng)系統(tǒng)中。 （ 2） 按變頻原理分： ① 交 交變頻。為滿足 生產(chǎn)工藝的需要或?yàn)榱藵M足人們乘坐舒適度的需要，在某些生產(chǎn)機(jī)械或某些公共設(shè)施中，如帶式運(yùn)輸機(jī)、地鐵、電梯等，須按事先設(shè)定好的曲線進(jìn)行加減速；在家電領(lǐng)域，如變頻空調(diào)、變頻冰箱，由于采用了低頻運(yùn)轉(zhuǎn)模式，壓縮機(jī)無須反復(fù)啟動(dòng)，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命，同時(shí)也解決了壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)所帶來的煩人噪音，且節(jié)能效果好。 ③ 高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)。 ② 以追求高動(dòng)態(tài)性能的變頻調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。 圖 2． 8 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性 變頻調(diào)速系統(tǒng)的類型 （ 1） 按應(yīng)用的場(chǎng)合分： 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 U1（定子相電） U1m U1 f1m f1/頻率 13 ① 以一般工藝調(diào)速和節(jié)能為主要目的的變頻調(diào)速系統(tǒng)。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。 圖 恒壓頻比控制特性 （ 2） 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí) ，頻率可以從無往上增高，但電壓 U磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為 b線，無補(bǔ)償?shù)臑榭诰€。低頻時(shí)， U 和《都較小，定予阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低臣。需要考慮基頻(額定頻率 )以下和基頻以上兩種情況： （ 1） 基頻以下調(diào)速： 即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)。 三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是： 1114. 44g N mE f N k ?? （ 23） gE 氣隙磁通在定子每相中 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效 值，單位為 V； 1f 定子頻率，單位為 zH ； 1Nk基波繞組系數(shù)； m? 每極氣隙磁通量，單位 為 bW ； 由公式可知，只要控制好色和石，便可以控制磁通①。不變是很容易做到的。磁通太弱，沒有 充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流