西門子6ES7522-1BF00-0AB0

PLC 技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

　　2.1 開關(guān)量邏輯控制

　　這是 PLC 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,， 它取代傳統(tǒng)的繼電器控制,，按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作， 按照邏輯關(guān)系進(jìn)行互鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,。 PLC 應(yīng)用于單機(jī)控制,、多機(jī)群控制、自動(dòng)生產(chǎn)線控制等,。

　　2.2 運(yùn)動(dòng)控制

　　運(yùn)動(dòng)控制主要指對(duì)工作對(duì)象的位置,、速度及加速度所做的控制。 可以是單坐標(biāo),，即控制對(duì)象做直線運(yùn)動(dòng),；也可是多坐標(biāo)的，控制對(duì)象做平面,、立體,，以及角度變換等運(yùn)動(dòng)。 有時(shí),，還可控制多個(gè)對(duì)象,，而這些對(duì)象間的運(yùn)動(dòng)可能還要有協(xié)調(diào)。 這對(duì)于提高控制精度,、響應(yīng)速度和能源利用率有著重要意義,。

　　2.3 過程控制

　　PLC 已廣泛地應(yīng)用于連續(xù)過程控制領(lǐng)域,。 過程控制是對(duì)電流、電壓,、溫度,、壓力等模擬量的閉環(huán)控制。 過程控制的目的是根據(jù)有關(guān)模擬量的當(dāng)前與歷史的輸入狀況,， 產(chǎn)生所要求的開關(guān)量或模擬量輸出,，使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求工作。 這是連續(xù)生產(chǎn)過程常用的控制,。

　　2.4 數(shù)據(jù)處理

　　信息控制也稱數(shù)據(jù)處理,，是指數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ),、檢索,、變換、傳輸及數(shù)表處理等,。 隨著技術(shù)的發(fā)展,，PLC 不僅可用于系統(tǒng)的工作控制，還可用于系統(tǒng)的信息控制,。

　　2.5 通信與聯(lián)網(wǎng)

　　依靠*的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集,、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能,，它使 PLC 與 PLC 之間,、PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息， 形成一個(gè)統(tǒng)一的整體,。工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展很快,，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。有的企業(yè)將不同廠商的 PLC 設(shè)備連接到單層或多層網(wǎng)絡(luò)上， 相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理,，從而實(shí)現(xiàn)全車間甚至全廠的綜合自動(dòng)化。

　　OPC技術(shù)概述

　　2.1 OPC定義

　　OPC(OLE for Process Control)是一套以微軟COM, DOOM (Distributed COM)技術(shù)為基礎(chǔ),基于Windows操作平臺(tái),為工業(yè)應(yīng)用程序之間提供高效的信息集成和交互功能的組件對(duì)象模型接口標(biāo)準(zhǔn),。OPC實(shí)際上是提供了一種規(guī)范,通過這種規(guī)范,系統(tǒng)能夠以服務(wù)器/客戶端標(biāo)準(zhǔn)方式從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)并將其傳遞給任何客戶應(yīng)用程序,。這樣,只要生產(chǎn)商開發(fā)一套遵循OPC規(guī)范的服務(wù)器與數(shù)據(jù)進(jìn)行通信,其他任何客戶應(yīng)用程序便能通過服務(wù)器訪問設(shè)備。

　　2.2 OPC基本結(jié)構(gòu)

　　OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)由兩部分組成,OPC服務(wù)器部分 及OPC客戶應(yīng)用部分,。其應(yīng)用模式如圖1所示,。OPC服務(wù)器是一個(gè)典型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)源程序,它收集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)信息,通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC客戶端應(yīng)用。OPC客戶應(yīng)用是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)接收程序,如人機(jī)界面軟件(HMI),、數(shù)據(jù)采集與處理軟件(SCADA)等,。OPC客戶應(yīng)用通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC服務(wù)器通信,獲取OPC服務(wù)器的各種信息,。符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶應(yīng)用可以訪問來自任何生產(chǎn)廠商的OPC服務(wù)器程序。

數(shù)字量模塊：SM 521 數(shù)字量輸入模塊,、SM 522 數(shù)字量輸出模塊,、SM 523 數(shù)字量輸入輸出模塊

數(shù)字量信號(hào)模塊或I/O設(shè)備組件將控制器和過程連接在一起?？刂茊卧ㄟ^相連的傳感器記錄當(dāng)前過程狀態(tài),，并對(duì)執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)。通過數(shù)字量模塊和模擬量模塊,，可以準(zhǔn)確便捷地輸入/輸出特定任務(wù)所需的數(shù)據(jù),。這些模塊既可以直接在 CPU 中進(jìn)行集中式處理，也可以通過 ET200MP I/O 系統(tǒng)進(jìn)行分布式處理,。

模擬量模塊：SM 531 模擬量輸入模塊,、SM 532 模擬量輸出模塊、SM 534 模擬量輸入輸出模塊
模擬量輸入模塊可以記錄壓力或溫度等過程信號(hào),，并以數(shù)字形式（16 位形式）將它們傳送給控制器,。這些模塊適用于測量電流（2 線制和 4 線制傳感器）、電壓和電阻,，并適合連接電阻溫度計(jì)和熱電偶（測量類型取決于模塊）,。
提供有以下模擬量輸入模塊：
AI 4xU/I/RTD/TC ST
帶有 4 個(gè)通道的模擬量輸入模塊；分辨率 16 位,；準(zhǔn)確度 +/-0.3%,；一個(gè)電位組；共模電壓 10 V,；可設(shè)置診斷參數(shù),；硬件中斷（兩個(gè)上限和下限）；在執(zhí)行期間進(jìn)行校準(zhǔn),。
模塊寬度 25 mm
AI 8xU/I/RTD/TC ST
帶有 8 個(gè)通道的模擬量輸入模塊,；分辨率 16 位；準(zhǔn)確度 +/-0.3%,；一個(gè)電位組,；共模電壓 10 V；可設(shè)置診斷參數(shù),；硬件中斷（兩個(gè)上限和下限）,；在執(zhí)行期間進(jìn)行校準(zhǔn)。 
模塊寬度 35 mm
AI 8xU/I HS 
模擬量輸入模塊,，帶 8 個(gè)通道,；分辨率 16 位；準(zhǔn)確度 +/-0.3%; 一個(gè)電壓組,；共模電壓 10 V,；可設(shè)置診斷參數(shù),；硬件中斷（兩個(gè)上限和下限）；8 通道高速模塊,，125 μs,；等時(shí)同步模式；在執(zhí)行期間進(jìn)行校準(zhǔn) 
 

模塊寬度35 mm,。

通訊模塊：
CM PtP: 通過點(diǎn)到點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)串行通信
4 種通信模塊,，可通過串行接口連接自動(dòng)化組件。
可連接舊系統(tǒng)和外部系統(tǒng),。
可連接數(shù)據(jù)讀卡器或特殊傳感器,。
可集中使用，也可在分布式 ET 200MP I/O 系統(tǒng)中使用,。
帶有各種物理接口,，如 RS232、RS422 或者 RS485,。
可預(yù)定義各種協(xié)議,，如 3964(R)、Modbus RTU 或 USS,。
可使用基于 Freeport 的應(yīng)用特定協(xié)議 (ASCII),。
所有模塊使用統(tǒng)一的編程接口。
診斷報(bào)警可用于簡單故障修復(fù),。
CP 1543-1: 帶有安全功能的工業(yè)以太網(wǎng)連接
CP 1543-1 通信模塊憑借其高通信性能,，極大地拓展了 S7-1500 的應(yīng)用領(lǐng)域。
除 CPU 密碼保護(hù)之外,，還可通過狀態(tài)檢測防火墻確保工業(yè)以太網(wǎng)連接的安全性,。
可分別組態(tài)本地訪問權(quán)限和遠(yuǎn)程訪問權(quán)限。
通過電子郵件實(shí)現(xiàn)簡單報(bào)警,，并通過 FTP(S) 文件傳輸協(xié)議將產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)中,。
靈活集成在基于 IPv6 的架構(gòu)中。
支持網(wǎng)絡(luò)分段,，可構(gòu)建具有同一IP地址的相同設(shè)備,。
可在TIA博途中構(gòu)建包含安全功能在內(nèi)的整體項(xiàng)目。
CM 1542-5: 高性能的 PROFIBUS 模塊
CM 1542-5符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158/61784,，支持PROFIBUS DP主站功能和PROFIBUS DP從站功能。通過該模塊,，可以將PROFIBUS設(shè)備連接到不帶 PROFIBUS 接口的 S7-1500 控制器的CPU 上,。
使用附加的 PROFIBUS 電纜，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速擴(kuò)展,。
可為單個(gè)自動(dòng)化任務(wù)分隔不同的PROFIBUS子網(wǎng),。
減少了S7-1500 CPU中的通信任務(wù),，提高系統(tǒng)性能。
可連接其他供應(yīng)商提供的 PROFIBUS從站,。
發(fā)生故障時(shí),，網(wǎng)絡(luò)分隔技術(shù)可降低模塊替換成本。
TIA Portal V12 中,，集成了項(xiàng)目規(guī)劃功能,。

西門子SIMATIC S7-1500是一個(gè)模塊化控制系統(tǒng)，適用于離散自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的各種自動(dòng)化應(yīng)用,。模塊化,、無風(fēng)扇設(shè)計(jì)、易于實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-1500 成為中,、低端應(yīng)用中各種不同任務(wù)的經(jīng)濟(jì),、用戶友好的解決方案。
SIMATIC S7-1500的應(yīng)用領(lǐng)域包括：特殊機(jī)械,、紡織機(jī)械,、包裝機(jī)械、通用機(jī)械工程,、控制器制造,、機(jī)床制造、安裝系統(tǒng),、電氣與電子工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè),。、汽車,、水/污水,、食品與飲料等。
西門子S7-1500提供了具有不同性能水平的多種CPU以及一個(gè)包含許多便利功能的全面模塊系列,。故障安全CPU便于在故障安全應(yīng)用中使用,。由于具有模塊化的設(shè)計(jì)，用戶可以僅采用其應(yīng)用所需的模塊,。任務(wù)擴(kuò)展時(shí),，可通過使用附加模塊隨時(shí)對(duì)控制器進(jìn)行升級(jí)。
SIMATICS7-1500具有較高的電磁兼容性,、抗沖擊性及抗振性,，工業(yè)強(qiáng)度高，可實(shí)現(xiàn)通用,。

工業(yè)領(lǐng)域正在范圍內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用,，是推動(dòng)科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)穩(wěn)定的重要力量。但與此同時(shí),，市場競爭也在變得愈發(fā)激烈,。客戶需要新的,、高質(zhì)量的產(chǎn)品,，要求以更快的速度交付根據(jù)客戶要求而定制的產(chǎn)品。此外,，還必須不斷提高生產(chǎn)力水平,。只有那些能以更少的能源和資源完成產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)，才能夠應(yīng)對(duì)不斷增長的成本壓力,。而這些困難都是可以克服的,。解決方案就在于實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)和與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的融合，采用創(chuàng)新軟件,、自動(dòng)化技術(shù),、驅(qū)動(dòng)技術(shù)及服務(wù)。這些能夠縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,、提高生產(chǎn)效率和靈活性,，幫助工業(yè)企業(yè)保持在市場上的競爭優(yōu)勢(shì)。

西門子S7-1500 自動(dòng)化系統(tǒng)具有模塊化的結(jié)構(gòu),，可包含多32個(gè)模塊,。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進(jìn)行各種組合,。S7-1500 自動(dòng)化系統(tǒng)支持單層配置,，其中的所有模塊均安裝在一個(gè)DIN 導(dǎo)軌上（請(qǐng)參見手冊(cè)以了解要求）。
系統(tǒng)包含下列組件：
控制器：
CPU 具有不同性能等級(jí),，并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口,，用于連接分布式 I/O 或用于編程設(shè)備、操作裝置,、其它 SIMATIC 控制器或第三方設(shè)備間的通信,。
SIMATIC S7-1500 適合使用多種型號(hào)的 CPU：
標(biāo)準(zhǔn) CPU（ODK 版本：能夠在控制器上執(zhí)行 C/C++ 代碼）
緊湊型 CPU 不僅配備數(shù)字型和模擬型輸入輸出，還配備計(jì)數(shù)器輸入和高速輸出,，將技術(shù)功能直接集成在 CPU 上,。
故障安全型 CPU（ODK 版本：能夠在控制器上執(zhí)行 C/C++ 代碼）適用于在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)程序和安全相關(guān)的程序。
配備諸如同步操作（利用位置同步規(guī)范進(jìn)行同步）和凸輪系統(tǒng)等擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制功能的技術(shù) CPU,。
用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出的信號(hào)模塊,。
工藝模塊用于高速計(jì)數(shù)、位置檢測或測量等功能,。
通信模塊和通信處理器可通過通信接口將控制器進(jìn)行擴(kuò)展
根據(jù)具體要求,，也可使用下列模塊：
在CPU向背板總線的輸出對(duì)于所有連接的模塊來說不夠充分的情況下，電源模塊 (PS) 通過背板總線為 S7-1500 模塊的內(nèi)部電路供電。用于將 SIMATIC S7-1500 連接到 120/230 VAC 電源的負(fù)載電源模塊 (PM),。接口模塊用于連接基于 S7-1500 的分布式 I/O。

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后發(fā)現(xiàn)V的濾波電容特性不對(duì),，拆掉濾波電容測量,，果然是老化了。換上新的電容就修復(fù)了,。直觀檢查法就是發(fā)揮人的手眼耳鼻的感知器官來尋找出故障原因,。這種方法常用并且首先使用。

不過,，為了安全考慮,，好將主電路斷開。當(dāng)確認(rèn)接線無誤后再連接主電路,，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試,，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止,。將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后,，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤,。
　　用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試,，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示,，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)載(如接觸器,、電磁閥等)?？梢愿鶕?jù)功能表圖,，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開,。

　　對(duì)于順序控制程序,，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí),，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化,，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步,，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化,。

　　可是，漏阻抗的影響不僅與頻率有關(guān),，還和電機(jī)電流的大小有關(guān),，準(zhǔn)確補(bǔ)償是很困難的。近年來國外開發(fā)了一些能自行補(bǔ)償?shù)淖冾l器，但所需計(jì)算量大,，硬件軟件都較復(fù)雜,，因此一般變頻器均由用戶進(jìn)行人工設(shè)定補(bǔ)償。如何設(shè)定加減速時(shí)間變頻器在啟制動(dòng)過程中的頻率變化率由用戶設(shè)定,。若電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J電機(jī)負(fù)載變化按預(yù)先設(shè)定的頻率變化率升速或減速時(shí),，有可能出現(xiàn)加速轉(zhuǎn)矩不夠，從而造成電機(jī)失速,，即電機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器輸出頻率不協(xié)調(diào),，從而造成過電流或過電壓。