上海西门子840D数控系统代理商为您报价

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在电厂化学水处理系统中西门子PLC与工控机的应用

  1、系统组成
 
    某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理
 
    采用3台西门子公司的SIMATICS5—115U可编程序控制器控制现场的一次设备，程控系统分为3套，依次为＃1补给水处理单元、＃2补给水处理单元、＃3凝结水处理单元。
 
    操作员站选用两台研华586工控机，软件开发平台选用美国Inlution公司的FIX5.5组态软件。FIX5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，该版本在WINDOWS或WINDOWSNT环境下运行，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于第三代图形技术。
 
    数据通信系统采用SINECL2网，它把SIMATIC系列可编程序控制器以及工控机连成网络。SNECL2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个节点通过总线连接器连到总线网上，在本系统中，三台PLC之间以及与两台工控机之间都实现了数据通讯。
 
    该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。
    2、PLC及其程序设计
 
    2.1SIMATICS5-115U硬件组成及编程概要
 
    可编程序控制器SIMATICS5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。
 
    SIMATICS5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STLzui接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。
 
    STEP5的zui大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。
 
    要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个独立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块（OB）、程序块（PB）、顺序块（SB）、功能块（FB）和数据块（DB），其中组织块（OB）用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块（FB）用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。
 
    2.2SIMATICS5-115U大型程序的设计
 
    以本系统＃1补给水处理单元的控制程序为例，在组织块OB1内主要有下面几条语句，完成各功能块的无条件调用。
 
    JUFB1（定义PLC1向两台工控机传送的数据）
 
    JUFB2（定义两台工控机向PLC1传送的数据）
 
    JUFB231（完成PLC1与两台工控机之间通讯的基本设置）
 
    JUFB232（完成PLC1与PLC2、PLC3之间通讯的基本设置）
 
    JUFB4（实现自动控制及无扰切换功能）
 
    JUFB3（气动门及电动门控制）
 
    JUFB10（实现模拟量处理功能）
 
    JUFB11（报警处理）
 
    在FB1、FB2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如DB10的相应位，由此才能与通讯处理器中的变量取得*。在FB231中调用两个STEP5本身提供的标准功能块FB244（发送数据）、FB245（接收数据），再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等，从而实现数据通讯功能。在FB232内按照通讯处理器分配的数据位，定义3台PLC之间需要传送的数据。在FB4内根据生产工艺流程要求及操作规范，充分利用其它功能块及I/O模块传送的数据，实现系统的自动控制及无扰切换功能；针对多个被控对象相似的特点，分别编制了几个有代表性的功能块FB20、FB30、FB40，例如在FB4内多次调用了FB20以便解决PLC内某程序步时间和工控机画面显示时间保持*的问题，而且FB20内又调用了能块FB244。FB3根据FB4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵等现场设备。FB10负责所有模拟量的处理，在此调用了开方功能块FB5。FB11根据FB10转换出来的数据，对模拟量进行报警处理，在此一定要注意模拟量和PLC内部数字量的对应关系，以保证模拟量显示和报警的准确性。
 
    3、工控机监控管理软件的设计
 
    工控机监控管理软件在FIX5.5软件平台下完成，FIX5?5是一个高精度模块化的软件系统，包括十几种软件模块，在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。
 
    （1）系统配置模块（SCU）：它主要完成网络、I/O驱动程序、数据库名称、系统启动参数及初始启动任务等配置。Inlution公司和第三方厂商为PLC、I/O卡编写了300多种I/O驱动程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司产品的驱动程序，并提供I/O驱动程序开发工具包，供用户开发自己的I/O驱动程序。
 
    （2）数据扫描、报警和控制模块（SAC）：它用来实现现场数据的扫描、信号调理、数据格式和数据类型的转换，报警条件判别及实现遥控输出等功能，SAC将处理的现场数据送入实时数据库，或将遥控输出的数据送到I/O驱动程序，以便实现遥控输出功能。
 
    （3）实时数据库管理模块（DATABASEBUILDER）：它提供以交互方式建立实时数据库和在线显示/修改实时数据库的功能，它是系统运行的主要数据来源。用户需要在此做很大一部分工作，zui主要的是填写变量的标签名，从而将现场数据与数据库中的变量标签一一对应起来，以便在其它模块中调用此数据。在填写变量标签名时既要讲究规范性又要有技巧性，首先需要遵循FIX软件的语法要求，其次按照一定的分类标准定义标签名，以便在以后的数据查询及应用中提高效率。
 
    （4）绘图模块（DRAW）：FIX拥有一个直观的、基于对象的图形化用户接口（GUI），它简化了图形开发过程。为了建立画面，可以用DRAW提供的工具箱（TOOLBOX）生成某些对象如阀门、泵、记录表等，并定义其动态特性，即对象基于现场数据改变状态、大小、颜色、产生旋转、移动等，例如阀门的开或关、泵的转或停，这些工作可以在一个对话框内完成，主要是将实时数据库中的变量标签与相应对象起来，从而使对象状态随着现场数据改变。为了减少图形开发时间，Inlution公司还提供了一个常用设备对象的图形库，其中有多种标准图形，可随时粘贴到用户画面中，同时用户可以把自己画好的常用图形保存到图形库中，以方便以后使用。
 
    （5）显示模块（VIEW）：它的主要功能是动态显示由DRAW建立的画面，可以在多幅画面间切换、改变画面形态、输入数据、实现监控等，这就是提供给用户的实际操作画面。
 

PLC的输出端常常衔接的是理性输出设备（理性负载），为了按捺理性电路断开时发生的电压使PLC内部输出元件形成损坏。因而当PLC与理性输出设备衔接时，假如是直流理性负载，应在其两头并联续流二极管；假如是沟通理性负载，应在其两头并联阻容吸收电路。

2、与七段LED显示器衔接

PLC可直接用开关量输出与七段LED显示器的衔接，但假如PLC控制的是多位LED七段显示器，所需的输出点是许多的。

西门子s7-200系列PLC变量存储区的结构及在分组轮流控制中的应用

熟练运用一款PLC进行编程设计和调试，把握其数据存储区的结构对错是很有必要的。尽管主流的PLC产品基本相似，学习和实践能够触类旁通，但在基础而又关键的存储区特色上，仍各有差异。当你了解透PLC的数据存储结构时，就能够挥洒自如处理一些数据处理问题。

二、西门子s7-200系列PLC存储器

西门子s7-200系列PLC的存储器，包括输入输出映像寄存器I、Q、AI、AQ，内部标志寄存器M、内部特别标志寄存器SM、变量存储器V、局部变量存储器L、顺序操控继电器存储器S、累加器AC、定时器存储器T、计数器存储器C以及高速计数存储器HC。

2.1 数据编址方式

存储器由许多存储单元构成，每个单元都有仅有的地址，能够依据存储器地址来存取数据。存储器地址格局分为四种：位、字节、字、双字。

以变量存储器V存储器为例，位为数字量布尔型，值为0或1，或许True或False两种状况，形如V11.0、V128.7。

字节包括8个位，字包括2个字节，而双字包括2个字。西门子PLC字和双字关于其字节和字的结构上有着自己的特色——低字节（低字）在高位上，即摩托罗拉编址方式。例如VW100，高字节是VB100，低字节是VB101；VD100，高字是VW100，低字是VW102。

2.2 举个比方

VW100=1234H,VB100=12H

详细到“位”来讲，关于VD100（32位双字），高位MSB到低位LSB顺次为V100.7...V100.0，V101.7...V101.0，V102.7...V102.0，V103.7...V103.0。假如VW100=1234H，那么VB100=12H，VB101=34H。

三、在分组轮番操控中的使用

了解了PLC数据存储器存储结构，就能够熟练把握各种数据处理，比方数据格局改换、数值运算、数据通讯等等。有些小技巧，能够利用数据存储结构的特色，化繁为简，提高编程效率。

3.1 池*2单双次数轮番反冲刷

这里供给两个编程小事例，也是项目中遇到的，期望对咱们有所启示。一是污水处理项目中，两个深度处理池在给定周期和时刻，主动轮番排泥。

首要对反冲刷计数，次数存储在计数存储器C13中，格局为Word型。接下来问题来了，怎样断定反冲刷次数的奇偶呢？不论是编子程序核算，还有选用小技巧都必须将反冲刷次数C13传送给便于数据处理的存储器，比方变量存储器V，如C13赋值给VW10。那怎样判别VW10中数值的奇偶性呢？其实只需求判别其终一个位是0仍是1就能够了，0为偶数，1为奇数。VW10终一个位怎样表示？这时你就必须了解西门子s7-200 PLC的数据存储结构了。

VW10的低位能够反映奇偶性，这个位就是V11.0。因为VW10高字节是VB10，低字节是VB11。假如编小程序判别数值奇偶，小学老师教导过咱们，把这个数除以2，然后看有没有余数能不能整除——也行，不过挺麻烦的。

3.2 排泥阀*9分组轮番排泥

再举个比方，和上一个有些相似，这次是深度处理池有9个排泥阀，在排泥周期和时刻下，需三三分组（147、258、369）轮番翻开排泥。

对排泥次数计数，C14赋值给VW20，依据其低两位的组合，能够断定四种组合方式，并且是顺次轮番改换的：00-->01-->10-->11-->00。

不论VW20也就是排泥次数怎样累加改变，其低两位都是这么改变的，并且是顺次轮番的。这样咱们就能够依据这两位的组合发生标志位M13.1、M13.2、M13.3。然后在相应的排泥阀开阀逻辑中并入这几个点位，就能够了。

西门子系列PLC的数据存储区有着归于自己的特色，s7-200系列，比方CPU226或是Smart系列*的变量存储器V，以及1200系列及s7-300系列的数据块DB，其存储器寻址都是一脉相承的：低字节在高位，高字节在低位。基于这种特色，在处理Modbus浮点数通讯时，需求交流双字的凹凸字；又比方在组态触摸屏报警时，处理报警字与报警位的关系，相同需求精确了解西门子PLC的存储区结构。而本文中说到的两个小使用，期望对咱们在编程中有所启示。

PLC现在有5种规范的编程语言，包含图形化编程语言和文本化编程语言。

图形化编程语言包含：梯形图（LD－Ladder Diagram）、功用块图（FBD － Function Block Diagram）、次序功用图（SFC － Sequential Function Chart）。

文本化编程语言包含：指令表（IL-Instruction List）和结构化文本（ST-Strutured Text）。

IEC 1131-3的编程语言是IEC工作组对世界规模的PLC厂家的编程语言合理地吸收、学习的基础上构成的一套针对工业操控体系的世界编程语言规范，它不光适用于PLC体系，并且还适用于更广泛的工业操控范畴，为PLC编程语言的规范化做出了重要的奉献。

一、继电器梯形图（LD）

继电器梯形图（LD－Ladder Diagram）语言是PLC首要选用的编程语言，也是PLC较普遍选用的编程语言。梯形图编程语言是从继电器操控体系原理图的基础上演变而来的，与继电器操控体系梯形图的根本思想是共同的，只是在运用符号和表达方式上有必定差异。

PLC的规划初衷是为工厂车间电气技术人员而运用的，为了契合继电器操控电路的思维习气，作为首要在PLC中运用的编程语言，梯形图保留了继电器电路图的风格和习气，成为广大电气技术人员简略接受和运用的语言。

1． 软继电器

PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一称号，如输入继电器、输出继电器、内部辅佐继电器等，可是它们不是实在的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元假如为“1”状况，则表明梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状况是该软继电器的“1”或“ON”状况。假如该存储单元为“0”状况，对应软继电器的线圈和触点的状况与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状况。运用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。

2． 能流

有一个设想的“概念电流”或“能流”(Power Flow)从左向右活动，这一方向与履行用户程序时的逻辑运算的次序是共同的。能流只能从左向右活动。运用能流这一概念，能够协助咱们更好地了解和剖析梯形图。

3．母线

梯形图两边的笔直公共线称为母线(Bus bar)，。在剖析梯形图的逻辑联系时，为了借用继电器电路图的剖析办法，能够幻想左右两边母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右活动。右母线能够不画出。

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