西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8型号齐全
沥青混凝土搅拌设备是筑路行业重要配套施工设备,该设备工艺复杂,体积庞大,无论从对生产企业技术人员的技能培训讲还是从施工单位对设备的认知方面考虑,单纯的幻灯演示和文字说明已经不能满足需求,沥青混凝土搅拌设备模拟演示系统就是在这样的背景下产生的.不同的沥青混凝土搅拌设备生产企业由于产品开发理念的不同对模拟演示系统的设计要求也会有所区别,所要实现的主要功能还是一样的,建立模拟演示系统所依赖的自动化技术和产品还是相通的.目前用来实现模拟演示系统的自动化产品主要有可编程控制器,触摸屏(HMI),电脑和相关配套编程与组态软件.基于VIPA500SPLC的沥青混凝土搅拌设备模拟演示系统所依赖的PLC实现了和电脑的一体化,使整个硬件系统更集成,这种集成化设计是模拟演示系统的次尝试,也是VIPA500S PLC在推出市场后的应用.
2系统工作原理与硬件组成
2.1 系统工作原理
模拟演示系统是在不通过其它低压电器搭建控制电路的前提下,主要由电脑、HMI、PLC三部分通过MPI、串口、以太网通讯协议互相联通,交换数据来实现模拟演示工业生产现场操作.
2.2 硬件组成
根据目前沥青混凝土搅拌设备行业控制系统组成现状,模拟演示系统硬件组成基本可由下图表达,新功能的扩展只要在总线上挂接就可以了.该图是以北京德基沥青搅拌设备控制系统为蓝本做出的模拟演示系统硬件组成图.
图1 模拟演示系统硬件组成
2.2.1 电脑系统
包括电脑主机,显示器,打印机.其中电脑主机可采用商业机,也可为工业控制计算机.鉴于工控机具有较强的防护等级,如较高的抗震,抗干扰等功能,工业现场多采用.因为模拟演示系统系统是在实验室放置,也可考虑商用品牌机.根据模拟演示系统资源占用实际情况,电脑核心配置如CPU等一般与市场主流配置接轨,其中留有较大扩展空间,如引入视频控制,远程监控等功能,这些功能的加入对CPU和内存都有较高的要求.
显示器按工业现场实际需要配置,目前流行单显和双显两种模式.多显示器模式在沥青搅拌设备行业还不多件.双显配置直观,简洁,该配置模式在行业应用广泛,本文所述模拟演示系统即采用双显模式.
2.2.2 人机界面(HMI)系统
HMI初是作为替代传统按钮,指示灯而使用的,到现在已经扩展了打印,报警,报表等功能.其在工业自动化控制中正在起着的作用.在沥青混凝土搅拌设备控制系统中,HMI更多的是作为冗语控制系统.也就是HMI系统相对独立,它是电脑控制系统的备用系统.根据沥青搅拌工艺控制要求的不同,HMI选型标准也不一样,行业控制需求不外乎生产操作,状态显示,数据设定等.随着沥青搅拌设备控制系统的智能化和人性化发展,视频和数据处理功能也开始应用到现场控制中.
2.2.3 可编程控制器(PLC)
模拟演示系统使用的PLC和工业现场设备中应用的PLC有所不同,主要是从控制功能考虑选型.本文所述模拟演示系统选用的是德国VIPA500S PLC. 确切的讲VIPA 500是一种新型的板卡式的CPU,它需要插接在电脑主板上,通过DP/MPI通讯协议和外挂通讯模块如DP353连接,实现整机组态.因为模拟演示系统不需要实现对外部设备的实际控制,我们只选用VIPA500 CPU,而不外挂任何其它模块.这种设计模式大大简化了模拟演示系统外部硬件电路.
2.2.4 其它
短信模块和视频模块是作为新的事物引入到沥青混凝土搅拌设备控制系统的.短信模块包括短信交换器模块和移动通讯卡(手机号码卡);视频模块很简单,根据视频采集要求选用普通的视频摄像头即可.
2.3 软件组成
2.3.1 电脑操作系统
根据组态软件安装和编程软件安装要求选用中文WIN 2000操作系统.版本为WIN2000 professionalSP2以上版本
2.3.2 PLC程序设计软件
因为本文模拟演示系统所对应的主机控制系统多采用的是SIEMENS低压和自动化产品,在模拟演示系统PLC选型时考虑了程序开发周期问题,根据性价比选择了VIPAPLC.VIPA PLC和SIEMENS PLC软硬件完全兼容,程序开发软件仍使用STEP 7.
2.3.3 PC组态开发软件
本文所论述的模拟演示系统对应PC组态软件为杰控的Fameview 7.0
2.3.4 HMI组态开发软件
模拟演示系统HMI产品选用的施奈德XBTGT 5000产品,对应组态开发软件为Vijeo-Designer
3 程序设计
3.1硬件组态
如图2所示,该组态是通过STEP 7组态实现的.从图中可以看出硬件组态只添加了CPU318-2和组件CP343-1.其中总线上挂接的DP300通讯模块在该项目中没有应用.从图中可以看到VIPA500硬件组态和普通西门子硬件组态存在一定的区别,下面分项加以解释.
VIPA PLC和西门子PLC软硬件兼容是相对来说的.就I/O模块同系列的VIPA和西门子可以互换互通.就软件组态来说还需要一定的规则.因为PLC硬件设计原因VIPA 500S系列PLC CPU在硬件组
图2 硬件组态
态时对应西门子S7-300系列的 CPU318-2.双击MPI/DP项设置MPI地址为2.此地址可以随意设定,不能和MPI通讯伙伴的地址一样.
VIPA500S板卡式CPU在概念上我们可以把它当作一块以太网卡,上位机组态和500S的通讯是通过以太网通讯协议联通.作为一个网络,各个站点的网址就必须要设定.双击硬件组态画面中的CP343-1组件弹出如图3的网络设置画面.我们需要做的只是在子网区域添加一个”ETHERNET”,将IP地址和子网掩码填写上即可.图中IP地址设定为192.168.201.3
PLC的IP地址设定后电脑IP地址同样需要设定.设定方法为双击本地连接,进入本地连接属性对话框如图4所示.双击”internet协议(TCP/IP),在弹出的对话框中选择手动输入IP地址和子网掩码.在本系
图3 CP 343-1参数设置
图4 本地网络属性设置
统中IP地址设定为192.168.201.2
到此硬件组态基本完成.
3.2模拟演示程序设计
带有冗余控制的沥青混凝土搅拌设备的PLC程序设计一般分为两部分，相对应与本文论述的模拟演示系统分为电脑控制和自动控制。这里我们以自动控制为例说明程序设计过程。
3.2.1 电机启动模拟程序设计
电机启动程序设计中一般要加入接触器触点联锁条件，而VIPA500没有I/O模块配置，外部输入点无法接入。为了实现电机的模拟启动，程序设计可采用内部M继电器来与原接触器触点并接实现.如工业现场应用空压机启动对应输入变量为I20.0,其对应数据块为DB10.DBX0.0.在模拟演示S7程序中空压机机启动部分增加了内部继电器M100.0,那么只需将M100.0和I20.0并接即可实现M100.0与DB10.DBX0.0的对应,如下图所示.
3.2.2 生产计量模拟程序设计
生产计量的模拟是整个模拟演示系统的关键。该部分程序无法在源程序上修改完成，需要重新编程。为了保持原有程序结构的清晰可以考虑在原有项目程序中新增一FC功能，在主程序OB1中调用该功能以实现模拟称重信号的输出。
称重模拟信号的输出在演示系统共分为四种，包括：骨料秤信号，粉料秤信号，沥青秤信号，添加剂秤信号。其中骨料又细分为6种，粉料细分为3种，沥青分为2种，添加剂分为一种。随着公路施工的要求的不断提高，有可能还会出现五个秤甚至更多秤的模拟。
称重模拟信号可以根据称重时间，卸料时间，称重误差等生产参数来调整，要避免生产中频繁出现某种物料计量超差或计量超时现象。
紧急停机时会出现秤里存料现象，秤的清空需要由HMI组态按钮来实现。按钮的配置是根据按钮触发的变量在程序中的调用来决定的。按钮对应变量可以对整个计量程序复位，也可以单独对某一种物料复位，如骨料秤。本文所述模拟演示系统在HMI组态时新增了”PLC复位”按钮,该钮对真个PLC计量复位.
3.2.3 燃烧器控制的模拟设计
基于VIPA 500PLC的模拟演示系统在模拟燃烧器控制时能够实现风门的开度控制如鼓风门，引风门开和闭，开度百分比值随风门开闭而增加减小。除尘器出入口温度值，溜槽温度值随风门开度而程比例变化。干燥筒负压和除尘器压差也按一定函数关系发生变化。
4 上位机监控组态设计
上位机监控组态设计分为PC监控组态设计和HMI监控组态设计。
4.1 PC监控组态设计
PC监控组态设计可以有两种方式实现，种，独立的监控组态设计。即充分利用组态软件所提供的函数功能，实现二次开发，以达到模拟演示效果。Fameview组态软件支持bbbbbbbb脚本函数，bbbbbbbb脚本函数支持71种以上功能的实现,包括画面表现,数据库操作,报表输出等等.能够大限度的的模拟工业现场生产过程，适合给客户演示。
第二种模式是基于VIPA 500PLC，即上位机和PLC通过通讯实现监控组态模拟，前面第三章的程序设计即考虑了此组态方式。这种组态方式可以大量的借鉴沥青混凝土搅拌设备在工业现场实际应用的组态设计，只做较少的修改即可。
短信的组态.短信息服务作为智能化生产的一部分,在沥青搅拌控制行业开始崭露头角.由模拟演示硬件组成图可以看到,短信服务的原理是通过手机发送短信息给短信处理模块(相当于另一部手机),短信处理模块通过串口和上位PC机通讯,将需要处理的信息反馈回发送短消息的手机.
短消息在上位机组态内容是选择通信方式,传送速率设定和短信服务中心号码设定.如下图所示,其中串口我们选择COM1,波特率默认为38400,短信中心号码不同地区有所不同,可咨询当地运营商.
短信组态第二步就是组态短信息内容.短信内容可以是当前生产数据如,当前产量,当前沥青温度等;短信内容也可以是历史生产数据,如过去某天的产量或温度,电机电流值等.
4.2 HMI组态设计
HMI组态设计因HMI硬件性能而不同,这里以施奈德XBTGT为例,由于HMI组态软件功能所限,该型号组态方式必须基于VIPA500 PLC.相对与PC组态HMI组态更简单,只是增加了几个外部生产控制按钮,如”开始生产”,”停止生产”,”PLC复位”等
HMI视频应用是比较新的事物,该应用打破了传统视频控制的模式.传统视频应用需要多台监视器和视频交换器,而HMI这些都不需要,所需要的只是多设定几个视频画面即可.如下图所示:
图5 HMI视频组态画面
HMI视频还可以录制,拍照并保存.组态设计时添加视频画面,图5所示视频画面为单窗口单画面型,也可以在单窗口中显示多个画面,这可以根据需要来设置.
视频、图象文件的保存路径需要在组态设计时设定.支持视频的XBTGT有外接存储卡,视频,图象文件默认保存在存储卡内.组态时鼠标双击项目的”数据定位”选项,弹出下图设置画面:
图6 HMI数据定位设置
将数据文件选项对应的设置设为”第二驱动器”即可.
5 结论
基于VIPA 500SPLC的模拟演示系统硬件配置简单,软件编程和组态任务小,开发周期短.能够实现工业现场生产工艺流程和工况的模拟演示.该系统已经在北京德基沥青混凝土搅拌设备销售演示和公司员工业务培训中广泛的应用.
1 引言
PLC 控制系统的设计中，接线工作占的比重较小，大部分工作还是PLC的编程设计工作，但它是编程设计的基础，只要接线正确后，才能顺利地进行编程设计工作。而保证接线工作的正确性，就必须对PLC内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。
我们知道，PLC 数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰（如尖峰电压，干扰噪声等）引起PLC的非正常工作甚至是元器件的损坏，一般在PLC 的输入侧都采用光耦，来切断PLC 内部线路和外部线路电气上的联系，保证PLC的正常工作。并且在输入线路中都设有RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。
2 输入电路的形式
2.1 分类
PLC 的输入电路，按外接电源的类型分，可以分为直流输入电路和交流输入电路；按PLC输入模块公共端（COM端）电流的流向分，可分为源输入电路和漏输入电路；按光耦发光二极管公共端的连接方式可分为共阳极和共阴极输入电路。如下图1所示：
图1 PLC输入电路的分类
2.2 按外接电源的类型分类
2.2.1 直流输入电路
图2 为直流输入电路的一种形式（只画出一路输入电路）。当图1 中外部线路的开关闭合时，PLC内部光耦的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通，该导通信号再传送给处理器，从而CPU认为该路有信号输入；外界开关断开时，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU 认为该路没有信号。
2.2.2 交流输入电路
交流输入电路如图3 所示，可以看出，与直流输入电路的区别主
要就是增加了一个整流的环节。
交流输入的输入电压一般为AC120V或230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)，再经过桥式整流为直流电，其后工作原理和直流输入电路一样，不再缀述。
图3 交流输入电路
从以上可以看出，由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，这是其不足之处。但由于其输入端是高电压，输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境中，对响应性要求不高的场合，而直流输入方式用于环境较好，电磁干扰不严惩，对响应性要求高的场合。
2.3 按流入公共端电流的流向分类
2.3.1 漏型输入电路
漏型输入电路如图4所示，此时，电流从PLC 公共端（COM端或M端）流进，而从输入端流出，即PLC公共端接外接DC电源的正极。
图4漏型输入电路
此图只是画出了一路的情形，如果输入有多路，所有输入的二极管阳极相连，就构成了共阳极电路。如图5所示。
图5 共阳极电路
三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等输入模块均属于漏型输入模块。
2.3.2 源型输入电路
图3所示的电路也是源型输入电路的形式，此时，电流的流向正好和漏型的电路源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进，而从公共端流出，即公共端接外接电源的负极。
如果所有输入回路的二极管的阴极相连，就构成了共阴极电路，如图6所示：
图6共阴极电路
三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的输入模块均属于此类输入电路。
2.3.2 混合型输入电路
因为此类型的PLC公共端既可以流出电流，也可以流出电流（既PLC公共端既可以接外接电源的正极，也可以接负极），具有源输入电路和漏输入电路的特点，我们可以姑且把这种输入电路称为混合型输入电路。其电路形式如图7所示。
图7 混合型电路
作为源输入时，公共端接电源的负极；作为漏输入时，公共端接
电源的正极。这样，可以根据现场的需要来接线，给接线工作带来极大的灵活。
三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70/71/72。
这里需要说明的是，三菱和SIEMENS关于“源输入”和“漏输入”电路的划分正好以上是按三菱的划分方法来介绍的，这点在使用过程中要注意。
SIEMENSS7-300/400系列PLC的直流输入模块大多为漏型输入（公共端接外部电源的负极。注：按SIEMENS的划分方法）。在S7-300系列PLC中，只有SM321（-IBH50-）输入模块为源输入（公共端接正。注：按SIEMENS的划分方法），S7-400系列PLC中则没有源输入模块。小型PLCS7-200的输入模块则全部为混合型输入形式。在大的项目中不建议使用，种输入形式接线方便，但容易造成电源的混乱。
3 外接开关量信号和PLC输入电路的连接
PLC外接的输入信号，除了像按钮一些干节点信号外，现在一些传感器还提供NPN和PNP集电极开路输出信号。干节点和PLC输入模块的连接比较简单，这里主要不再缀述。而对于不同的PLC输入电路，到底是使用NPN输入还是PNP输入有时感到无所适从。下面主要介绍一下这两种输入和PLC输入电路的连接。
3.1 NPN和PNP输出电路的形式
如图8和图9所示，分别是NPN和PNP输出电路的一种形式。
图8NPN集电极开路输出 图9 PNP集电极开路输出
从图8和图9可以看出，NPN集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和0V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和0V相通，输出0V低电平信号；PNP集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和+V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和+V相通，输出+V高电平信号。
3.2 NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接
3.2.1 NPN集电极开路输出
由以上分析可知，NPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，此即为PLC的漏型电路的形式，即：NPN集电极开路输出只能接漏型或混合式输入电路形式的PLC，连接图如图10所示：
图10 NPN集电极开路输出和PLC的连接
3.2.2 PNP集电极开路输出
PNP集电极开路输出为+V高电平，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流入，从PLC的公共端流出，此即为PLC的源型电路的形式，即：PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输入电路形式的PLC，连接图如图11所示：
图11PNP集电极开路输出和PLC的连接
4 结束语
正是由于PLC输入模块电路形式和外接传感器输出信号的多样性，我们在PLC输入模块接线前要充分了解PLC输入电路的类型和传感器输出信号的形式，只有这样，才能确保PLC输入模块接线正确无误，为后续的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础.
PLC的晶体管输出和继电器输出的区别
1.负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。
电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。
电压：晶体管可接直流24V（一般大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。
2.负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。
3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力
一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。
4.晶体管响应速度快于继电器
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出。
5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制
继电器是机械元件有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。晶体管也有大电流,如5A以上.是晶体管输出的当有后接继电器时,要特别注意继电器线圈极性(一般线圈上都接有保护二极管或指示灯),否则会烧坏晶体管.