西门子6ES7231-0HC22-0XA8参数规格

西门子6ES7231-0HC22-0XA8参数规格

用PLC构成温度的检测和控制系统，接线图及原理图如图40，41所示。

1. 控制要求

温度控制原理：通过电压加热电热丝产生温度，温度再通过温度变送器变送为电压。加热电热丝时根据加热时间的长短可产生不一样的热能，这就需用到脉冲。输入电压不同就能产生不一样的脉宽，输入电压越大，脉宽越宽，通电时间越长，热能越大，温度越高，输出电压就越高。

 PID闭环控制：通过PLC+A/D+D/A实现PID闭环控制，接线图及原理图如图40，41所示。比例，积分，微分系数取得合适系统就容易稳定，这些都可以通过PLC软件编程来实现。

2. 程序设计

    如图42所示梯形图模拟量模块以EM235或EM231+EM232为例。

图42  PID控制梯形图

 图42（续）

图40  温度检测和控制示意图

图41  PID控制示意图

利用西门子PLC输出的模拟量、伺服控制器完成了对伺服电机转速的控制。提高了系统控制的可靠性和jingque度。满足了工业现场的需要。 
  1.引言
　　伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，它将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。通常的控制方式有三种：
①通讯方式，利用RS232或RS485方式与上位机进行通讯，实现控制；
②模拟量控制方式，利用模拟量的大小和极性来控制电机的转速和方向；
③差分信号控制方式，利用差分信号的频率来控制电机速度。
简单、方便的实现对伺服电机转速的jingque控制是工业控制领域内的一个期望目标，本文主要研究如何利用PLC输出的模拟量实现对伺服电机的速度较为的控制。
2.控制系统电路
　　控制装置选用西门子S7-200系列PLCCPU224XPCN，这种型号的PLC除了带有输入输出点外。还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，这一型号PLC所具有的模拟量模块，能够满足控制伺服电机的需要。触摸屏选用西门子触摸屏，型号为TP177B。
　　具体控制方案如图l所示，触摸屏是人机对话接口，初的指令信息要从这里输入。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统，实现转速稳定的效果。

图1   控制方案

 
方案中的伺服电机，设计工作转速范围为500～6000RPM，精度要求为±3RPM。
3.控制过程
　　在触摸屏中设置一个对话框，可输入4位数值，将此对话框中的数据属性设置成对应PLC中的整形变量数据(如VW310)。目的是当在对话框中输人数值后，电机就能够达到与该数值相同的速度。
　　PLC输出的模拟量是0～10V，对应的整形数据是0～32000；而伺服电机的输入模拟量是0～l0V。对应的转速是0-6500RPM。由于这些数值都是理论上的，并且终希望得到的还是输入值对应上转速即可。模拟量作为中间环节仅做参考。需要重点考虑的还是输入值、整形数据和实际转速。经过直接实测，测试数据如表1所示。

表1　直接实测数值表

由表1可看出，输入值和实际转速相差甚远，而唯一的办法是通过运算将输入值转换成能对应上实际转速的整形数值。还要找到高转速和低转速对应的数值。通过实验发现，对应关系如表2所示

表2   实测对应数值表

PLC的模拟量输出和伺服电机转速输出都是线性的，可以根据表2的数据列出直线方程组，计算出输入值和整形数值之间的关系。
2711＝500×a+b
30854＝600×a+b
解得：a=5117；b=152
　　设实际转速为x，整形数值为y；那么关系方程为：
y=5117×x+152
通过PLC。实现则需妻用到数字运算指令，具体如图2所示
图2数字运算指令实现对应关系
运算后，将数据直接传送到模拟量输出口就完成了转换工作(由于输出口不接受双字数据；仅传字数据，VB2232即可)。如图3所示
图3模拟量输出口传送指令
这样．就基本上完成了从对话框输入速度值，经过PLC运算后输出模拟量。伺服控制器接收到模拟量驱动伺服电机，伺服电机的转速等于输入速度值的过程。通过经过实际检验，测得输入值、整形数值、实际转速如表3。

表3　运算后的实测数值表

4.结束语
　　本文提出了一种利用西门子200系列PLC所配备的模拟量输出模块，控制伺服电机的方法，方法简单，易于实现，且能够满足转速精度为±3RPM的工作要求

在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司变频器，系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7 200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。

         关键字：PLC 变频器 变频调速 

            随着电力电子技术以及产业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在产业电机拖动领域得到了广泛应用。由于PLC的功能强大、轻易使用、高可靠性，经常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。

            变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有很多优点，如节电、轻易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的jingque控制。轻易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障种别（如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等），并立即封闭输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。

            PLC特点：，可靠性高、抗干扰能力强，均匀故障时间为几十万小时。PLC采用了很多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很轻易被操纵职员接受。一些PLC还根据具体题目设计了如步进梯形指令等，简化了编程。第三，设计安装轻易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的产业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用同一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。

            在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。

            （1）大限度地满足被控对象的控制要求；

            （2）系统结构力求简单；

            （3）系统工作要稳定、可靠；

            （4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；

            （5）人机界面友好。

            本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司的ABB ACS800变频器，系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。

         1.本设计的控制要求

            1）系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化；

            2）要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；

            3）用户可自行设置水位的高低，以控制变频器的起停；

            4）变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；

             5）具有水位过高、过低报警和提示用户功能；

         2.本设计控制结构

            由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC进行单个对象的控制，只要适当的选用高性能的PLC,完全能够胜任此功能。系统控制结构如图1所示。

            PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输进信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。

         3.设备的选型

            （1）PLC及其扩展模块的选型：

            目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替换品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足各种产业控制的需要。新的PLC产品还在不断的涌现，那么，如何选择一个合适PLC？

            本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器，共有十八个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，选西门子公司的S7系列PLC。

            由于CPU226集成24输进/16输出共40个数字量I/O 点，完全能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很轻易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输进/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

        　　根据上述分析，参照西门子S7-200产品目录，选用主机为CPU226 PLC一台、另加上一台模拟量扩展模块EM235。

            （2）变频器模块的选型：

            目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采用ABB公司的ABB ACS800变频器。ACS800系列传动产品大的优点就是在全功率范围内同一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。内含启动引导程序，令您调试易如反掌；自定义编程：内置可编程模块，如同PLC令您发挥自如；体积小巧：内置滤波器，斩波器及电抗器、性能卓越。

         4.系统的控制流程

            （1）程序设计前预备工作：了解系统概况，形成整体概念，熟悉被控对象、编制出高质量的程序，充分利用手头的硬件和软件工具。

            （2）程序框图设计：这步的主要工作是根据软件设计规格书的总体要求和控制系统具体要求，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，在根据工艺要求，绘制出各功能单元的具体功能框图。

            （3）编写程序：编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的核心部分。

            （4）程序测试和调试：程序测试和调试不同，软件测试的目的是尽可能多地发现软件中的错误，软件调试的任务是诊断和改正软件中的错误。

            （5）编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的

            下面是系统设计流程图：

图2  PLC水位控制流程图

         5.程序结构

            本程序分为三部分：主程序、各个子程序、和中断程序（见第四章）。逻辑运算及报警处理等放在主程序中。系统初始化的一些工作及液位显示放在子程序中完成，用以节省时间。利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。在本系统中，只用比例积分控制，确定增益和时间常数为：增益Kc=0.25；采样时间Ts=0.1S；积分时间Ti=30S；微分时间Td=0S。

         6.PLC编程软件

            本设计使用的是软件是STEP7-Micro/WIN,该软件主要协助用户开发应用程序，除了具有创建程序的相关功能，还有一些文档治理等工具性功能，还可直接通过软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

            该软件可以工作于联机和离线两种工作方式，所谓联机是指直接与PLC连接，答应两者之间进行通讯，如上装或下载用户程序和组态数据等。离线则是指不直接与PLC联系，所有程序及参数暂时存进磁盘，联机后再下载至PLC。