基于PLC的多電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

1、 畢 業(yè) 論 文題 目： 基于PLC的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 院 系： 電氣信息學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 0802 學(xué) 號： 4 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 完成日期： 2012年6月9日 誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。作者簽名： 日期： 年 月 日湖南工程學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù)

2、 書 設(shè)計（論文）題目： 基于PLC的多臺電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 姓名 院別 電氣系 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 0802 學(xué)號 4 指導(dǎo)老師 教研室主任 一、基本任務(wù)及要求：1、基本要求：設(shè)計研制一套基于PLC的控制多臺電機(jī)并對其狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、測試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可應(yīng)用于工礦企業(yè)共用一臺啟動器對多臺電機(jī)進(jìn)行起、?？刂?；用西門子TD200對其運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并測試、顯示運行參數(shù)。2、本畢業(yè)設(shè)計課題主要完成以下設(shè)計內(nèi)容：（1）西門子S7-200PLC的編程方法； （2）多臺電機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計； （3）用TD200對其運行狀態(tài)監(jiān)控并顯示； （4）撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 二、

3、進(jìn)度安排及完成時間：1. 2月27日3月17日：查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報告； 2. 3月18日3月31日：畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告； 3. 4月01日5月30日：畢業(yè)設(shè)計； 4. 4月中旬：畢業(yè)設(shè)計中期抽查 5. 6月1日6月9日：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）; 6. 6月10日6月12日：畢業(yè)設(shè)計答辯; 7. 6月10日6月12日：修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書（論文），并將電子文檔上傳FTP。 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1 課題研究的背景11.2 研究總體方案11.3 電機(jī)起動方式及選擇21.4 相關(guān)技術(shù)背景簡介31.4.1電機(jī)群控技術(shù)31.4.2 PLC技術(shù)3

4、1.5論文的研究內(nèi)容4第2章 電子式軟起動器技術(shù)52.1 電子軟起動器概況52.2 電子式軟啟動器的啟動方式52.3 軟啟動器選擇6第3章 可編程控制器的分析與應(yīng)用83.1 可編程控制器的應(yīng)用與發(fā)展83.2 PLC的工作原理及功能特點93.3 PLC的規(guī)模與編程方式的確定123.4 SIEMENS S7-200 PLC143.4.1西門子S7-200PLC的功能概述143.4.2西門子S7-200 PLC的工作模式153.4.3 S7-200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議15第4章 多電機(jī)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計184.1 控制方案的研究184.2 系統(tǒng)硬件組成194.2.1電機(jī)控制主電路194.2.2控制

5、電路224.3 系統(tǒng)軟件的編程244.3.1 PLC的編程方法介紹244.3.2順序控制設(shè)計法的本質(zhì)254.3.3程序的設(shè)計264.3.4 PLC的端子接線圖27第5章 監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計295.1 系統(tǒng)組成及主要功能295.1.1 系統(tǒng)組成295.1.2 系統(tǒng)功能305.2 變送器305.2.1線制315.2.2抗干擾措施315.3 監(jiān)測系統(tǒng)的具體設(shè)計325.3.1人機(jī)界面的選擇325.3.2 PLC擴(kuò)展模塊的選擇335.3.3 文本顯示向?qū)?4結(jié)束語38參考文獻(xiàn)39致 謝40附 錄41附錄141附錄242基于PLC的多電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計摘 要：本論文在分析了PLC的編程方法、電機(jī)的啟動方

6、式的基礎(chǔ)上結(jié)合實際應(yīng)用情況選用西門子S7-200PLC為核心控制器，設(shè)計出了一種基于一臺電子軟啟動器的多電機(jī)群控技術(shù)，實現(xiàn)對多臺電機(jī)的起?？刂?，并用TD200顯示電機(jī)的運行狀態(tài)。本文通過查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)，闡述了PLC和電機(jī)群控技術(shù)的發(fā)展概況及基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，討論了此課題的研究意義。在分析研究電機(jī)的各種啟動方式的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際應(yīng)用情況，選用電子軟啟動器作為煤礦風(fēng)機(jī)的主啟動器，對四臺電機(jī)進(jìn)行群控，采用西門子S7-200PLC為主要控制器，完成了對多電機(jī)控制的硬件和軟件的設(shè)計。用變送器對多電機(jī)的運行參數(shù)進(jìn)行采集，并由TD200文本顯示器進(jìn)行電機(jī)運行狀態(tài)的監(jiān)測。關(guān)鍵詞：

7、 PLC；群控；電機(jī)控制；變送器；文本顯示器Design of multiple motor group controlling and monitoring system based on PLCAbstract: Based on the analysis of the PLC programming method, the starting way of the motor, choosing Siemens S7-200 PLC as the core controller, this paper designs a kind of group control technology b

8、ased on a electronic soft starter motor, realizing the control of the start and stop of the multiple motor, and displayed the running state of the electric machine by TD200. By searching a lot of relevant literatures, the paper expounds the development of PLC and motor group controlling technology a

9、nd the present situation of motor control system based on PLC, discusses this research significance of the topic. After analysis the merits and defects of all kinds of motors starting mode，combined with the practical situation, we choose the electronic soft starters the main starter of mine ventilat

10、or , adopt Siemens S7-200PLC as the main controller, and complete hardware and software design of the multi motor control . Using the transmitters for collecting running parameters of the multi motor , and monitoring the running state of the motor by TD200 text display。Key words: PLC, group control,

11、 motor control, transmitter, text display第1章 緒 論 近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和對各種機(jī)械性能、產(chǎn)品質(zhì)量要求的逐步提高，單單針對一臺電機(jī)的控制在許多場合己經(jīng)不能滿足實際生產(chǎn)的要求，在生產(chǎn)過程中，一個生產(chǎn)線經(jīng)常要用多臺電動機(jī)，這些電動機(jī)可能是分工協(xié)作完成一個設(shè)備的生產(chǎn)，也可能是分別完成各自的工作，相互之間沒有任何聯(lián)系，這就需要人們?nèi)タ刂贫嗯_電機(jī)，使其協(xié)調(diào)運行，這樣多電機(jī)控制問題就產(chǎn)生了。1.1 課題研究的背景 迄今為止，多電機(jī)群控的設(shè)計經(jīng)驗大多主張每臺變頻器1和電機(jī)都擁有專門屬于自己的控制器，但是這樣的設(shè)計就會提高系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度降低系統(tǒng)的性能和可靠性

12、2。變頻器雖然具有很好的電機(jī)啟動和調(diào)速性能，但是價格昂貴。某煤礦是一個小型煤炭開采基地，采用四臺75kw的主風(fēng)機(jī)分別完成將外面的自然風(fēng)吹進(jìn)礦井和把礦井的空氣抽出。要求風(fēng)機(jī)啟動后不停息運行，除非遇到特殊情況，否則不停機(jī)。一旦風(fēng)機(jī)有故障，整個礦場都得停工，所以這要求風(fēng)機(jī)的啟動要經(jīng)濟(jì)，運行可靠性高，并能夠?qū)崟r監(jiān)測電機(jī)的運行參數(shù)。 正是基于以上背景，本文才提出一種基于PLC的多電機(jī)群控及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案，通過一臺電子軟啟動器來實現(xiàn)多臺電機(jī)的啟、?？刂?。該方案具有經(jīng)濟(jì)性能高，實用性強(qiáng)等特點。1.2 研究總體方案 本次設(shè)計分為四大部分來完成： 第一部分是完成用一臺電機(jī)啟動器，對多臺電機(jī)進(jìn)行起動控制的原理

13、圖的設(shè)計。分主電路設(shè)計和控制電路設(shè)計兩個部分。達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)啟動器在一個時間段內(nèi)只用于起動一臺電機(jī)，即電機(jī)起動之間形成互鎖。而且要設(shè)計出保護(hù)電機(jī)安全運行和控制靈活的功能。 第二部分是PLC控制程序的設(shè)計。包括PLC的選擇和熟悉所選PLC的相關(guān)編程方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)從起動完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)的自動控制功能。畫出控制的順序流程圖和PLC控制電氣原理圖以及端子接線圖，最后編出梯形圖。 第三部分是元器件的選擇。除了第二部分中提到的PLC選型，還有電機(jī)，啟動器，交流接觸器，中間繼電器，變送器等在本次設(shè)計中要用到的電器元件的選擇。 第四部分為電機(jī)運行狀態(tài)的監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。通過變送器采集電機(jī)的運行狀態(tài)信號，

14、對異步電機(jī)的溫度、電流、電壓、震動系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，實時了解電機(jī)的運行情況，以保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。要求能夠快速將電機(jī)運行時的以上參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，以便電工進(jìn)行研究和控制。1.3 電機(jī)起動方式及選擇 全壓起動是最好的起動方式之一，它是將電動機(jī)的定子繞組直接接入額定電壓起動，因此也稱為直接起動。全壓起動具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動時間短、起動設(shè)備簡單、操作方便易于維護(hù)、投資省和設(shè)備故障率低等優(yōu)點。所以，只要被拖動的設(shè)備能夠承受全壓起動的沖擊力矩，起動引起的壓降不超過允許值，就應(yīng)該選擇全壓起動的方式。全壓起動的缺點是起動電流大，鼠籠式異步電動機(jī)的起動電流一般為額定電流的58倍，如果電動機(jī)的功率較大，電動機(jī)的起

15、動電流將會引起配電系統(tǒng)的電壓顯著下降，影響接在同一條供電線路上的其他電氣設(shè)備的正常工作，或者在某種情況下規(guī)范不允許采用全壓起動時，可采用降壓起動。降壓起動的方法較多傳統(tǒng)的降壓起動方式有：電阻降壓起動、Y形降壓起動、延邊降壓起動、電抗器降壓起動及自耦降壓起動等。高壓電動機(jī)的降壓起動傳統(tǒng)設(shè)計首先考慮用電抗器降壓起動，如不滿足要求時考慮自耦降壓起動。低壓鼠籠式異步電動機(jī)降壓起動，一般選Y降壓起動，在達(dá)不到起動要求時，再選擇延邊降壓起動、自耦降壓起動或電阻降壓起動。如果降壓起動不滿足起動轉(zhuǎn)矩的要求時，再選用繞線式異步電動機(jī)的起動方式?，F(xiàn)在設(shè)計中多采用軟起動器降壓起動3，對調(diào)術(shù)要求高的場所也有采用變頻器

16、1啟動。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，應(yīng)用了現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，價格昂貴但性能良好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機(jī)，而是廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域，各種各樣的功率、各種各樣的外形、各種各樣的體積、各種各樣的用途等都有。隨著技術(shù)的發(fā)展，成本的降低，變頻器一定還會得到更廣泛的應(yīng)用。所謂軟起動就是電動機(jī)在啟動過程

17、中，電壓平穩(wěn)增加，頻率不變，起動電流可根據(jù)電網(wǎng)情況在標(biāo)稱電流25倍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過對比各種起動方式的起動電流，我們可以得知，軟起動特性是較優(yōu)越的起動方式，電流趨于恒定，沒有高峰電流出現(xiàn)，對電網(wǎng)沖擊小，相對噪聲小。目前，國外流行的軟起動裝置大多數(shù)有較齊全的功能。施耐德公司提供的ATS46系列軟起動器，是目前較理想的電動機(jī)起、停裝置，特別是對大中型異步電機(jī)的保護(hù)更為完善。軟起動的工作原理，實質(zhì)就死在電源與電機(jī)之間加了三隊并聯(lián)的六只晶閘管橋，通過電子控制線路調(diào)整，改變加到晶閘管上的觸發(fā)脈沖角，使加到電動機(jī)上電壓平穩(wěn)增加，頻率不改變。其晶閘管的觸發(fā)脈沖角，是通過微處理器對加速積分參數(shù)和電流極限參數(shù)控制或改

18、變兩個參數(shù)共同控制，同時完成了轉(zhuǎn)矩估算，熱過載保護(hù)，超溫保護(hù)記憶4。對于多臺電機(jī)集中控制的現(xiàn)場使用軟起動器，不僅對電網(wǎng)、對電機(jī)等都有使用價值，而且在價格方面也有適用價值。電子式軟起動器可以滿足煤礦使用的要求，所以在工程使用中，當(dāng)電動機(jī)在直接啟動不能滿足要求時，首先考慮的應(yīng)是電子式軟起動器，也為今后的智能控制集成化打下了良好的基礎(chǔ)5。1.4 相關(guān)技術(shù)背景簡介 本次設(shè)計涉及的相關(guān)技術(shù)有電機(jī)群控技術(shù)、PLC控制技術(shù)與電機(jī)監(jiān)測技術(shù)。1.4.1電機(jī)群控技術(shù) 近半個世紀(jì)以來，對多電機(jī)系統(tǒng)群控技術(shù)與方法的研究豐富多樣,其中，為了提高多電機(jī)系統(tǒng)自動化水平和工作效率 ，一些群控研究成果被成功應(yīng)用于諸如電梯系統(tǒng)、

19、低壓電動機(jī)、油田電機(jī)、堆場電機(jī)、制粉長生產(chǎn)線電機(jī)等；還有一些針對多電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能開展研究。包括用于水泵群控和異步電動機(jī)的啟?？刂频取６行┤嚎匮芯恐饕槍Χ嚯姍C(jī)系統(tǒng)的同步控制,以提高系統(tǒng)的控制精度與穩(wěn)定性。此外，多電機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)群控技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中具有很重要的前景6。 目前多電機(jī)群控系統(tǒng)的典型控制策略有：基于耦合與解耦控制的多電機(jī)系統(tǒng)群控、基于現(xiàn)場總線或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制的多電機(jī)系統(tǒng)群控、基于優(yōu)化控制的多電機(jī)系統(tǒng)群控、基于智能控制的多電機(jī)系統(tǒng)群控。多電機(jī)系統(tǒng)群控不是簡單的起停問題。還涉及到優(yōu)化、監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、節(jié)能等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題面向未來多樣化的需求和應(yīng)用，多電機(jī)系統(tǒng)群控技術(shù)的發(fā)展在多電機(jī)系統(tǒng)高智

20、能化優(yōu)化群控技術(shù)、多電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化群控技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的多電機(jī)系統(tǒng)群控技術(shù)、多電機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化群控技術(shù)7幾個方面值得重點關(guān)注。1.4.2 PLC技術(shù) PLC英文全名為Programable Controller，即可編程控制器7,8，包括邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術(shù)運算等程序。它用一串指令形式存放在存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。一套典型的PLC通常包括CPU模塊、電源模塊和一些I/O模塊，這些模塊被插在一塊背板上。如果配置增加，可能會包括一個操作員界面、監(jiān)控計算機(jī)、通信模塊、軟件以及一些可選的特殊功能模塊?？删?/p>

21、程控制器不僅容易安裝，占用空間小，能源消耗小，帶有診斷指示器可以幫助故障診斷，而且可以被重復(fù)使用到其他的項目中去。現(xiàn)在，盡管PLC的功能，如運行速度、接口種類、數(shù)據(jù)處理能力已經(jīng)獲得了很大的提高，但PLC一直保持了最初設(shè)計的原則，那就是簡單之上的原則。1968年，通用汽車公司確立了第一個可編程邏輯控制器的標(biāo)準(zhǔn)，目的在于替代既復(fù)雜又昂貴的繼電器控制系統(tǒng)。該設(shè)計規(guī)格需要固態(tài)系統(tǒng)和電腦技術(shù)，并要求能夠在工業(yè)環(huán)境中生存，也能夠方便地編程，并且可以重復(fù)使用。到1969年，第一個PLC誕生，當(dāng)時稱為可編程控制器，英文稱為Programmable Controller，縮寫為PC。由于第一代PLC是為了取代繼

22、電器，因此，采用采用了梯形圖語言作為編程方式，形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。這些早期的控制器滿足了最初的要求，并且打開了新的控制技術(shù)發(fā)展的大門。在很短時間內(nèi)，PLC就迅速擴(kuò)展到食品、飲料、金屬加工、制造等多個行業(yè)。PLC通常根據(jù)CPU所帶的IO點數(shù)的規(guī)模分為微型PLC、小型PLC、大型PLC、PC插卡式PLC以及PC兼容的PLC。PLC的技術(shù)不斷發(fā)展取得了很大的成就，PLC控制系統(tǒng)9應(yīng)用的越來越廣泛。過去，PLC使用與離散過程控制，如開關(guān)、順序運動執(zhí)行等場所，但隨著PLC的功能越來越強(qiáng)大，PLC也開始進(jìn)入過程自動化領(lǐng)域。1.5論文的研究內(nèi)容 本論文主要討論了一種基于PLC的多電機(jī)控制及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方

23、案，能夠?qū)崿F(xiàn)基于一臺電子軟起動器的多電機(jī)起?？刂坪瓦\行狀態(tài)監(jiān)控，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，全文共分為六個部分。第1部分為緒論。簡單介紹了課題研究的背景以及電機(jī)啟動方式的選擇和相關(guān)技術(shù)的介紹。第2部分介紹了電子軟起動器的原理、分類、啟動方式以及軟起動器的選擇等內(nèi)容。第3部分介紹了可編程控制器的有關(guān)知識，包括它的原理、功能特點、結(jié)構(gòu)以及選型、發(fā)展?fàn)顩r等相關(guān)知識，最后還詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)所要采用的SIEMENS S7200 PLC的有關(guān)內(nèi)容。第4部分是控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容。根據(jù)煤礦多電機(jī)控制的工作要求設(shè)計出基于同一臺起動器的多電機(jī)控制方案。設(shè)計出主電路和控制電路。第5部分是電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試，是監(jiān)

24、控界面設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。包括變送器的介紹、人機(jī)界面的選型、編程軟件的組態(tài)和系統(tǒng)界面設(shè)計等。第6部分結(jié)束語，總結(jié)本論文所做的主要工作，并提出本次設(shè)計的不足。第2章 電子式軟起動器技術(shù) 電子式軟啟動器可以限制啟動期間的壓降，沒有沖擊轉(zhuǎn)矩和電流，力矩勻速平滑上升，保護(hù)傳動機(jī)械、設(shè)備和人員，節(jié)省能源。啟動電流可視負(fù)載輕重調(diào)整。這種軟啟動器體積小，一臺開關(guān)柜能放多臺這種啟動器，節(jié)省工程造價，且故障率與維修費較低?？梢詽M足煤礦井下防爆的要求，所以，這種啟動器應(yīng)是實際應(yīng)用中首選的產(chǎn)品。2.1 電子軟起動器概況 目前電子式軟啟動器的生產(chǎn)廠家很多，有進(jìn)口的也有國產(chǎn)的，原理基本相同。這種軟啟動器是微機(jī)控制的機(jī)電一體

25、化產(chǎn)品，具有高新技術(shù)組成的控制系統(tǒng)。一般都是采用大功率晶閘管作為主回路的開關(guān)元件，通過單片機(jī)控制它的導(dǎo)通角進(jìn)行智能化控制，它既能保證電動機(jī)在負(fù)載要求的啟動特性下平滑啟動，又能降低對電網(wǎng)的沖擊。除各啟動方式外，還有一些可選功能，如軟停車、泵控制、預(yù)置慢速、智能制動、準(zhǔn)確停車、低速制動等，同時，還能實現(xiàn)直接計算機(jī)通信控制，為自動化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。因此，稱它為智能電動機(jī)控制器更為貼切。2.2 電子式軟啟動器的啟動方式 (1) 斜坡電壓啟動（軟啟動）。顧名思義是電壓由小到大呈斜坡線性上升 ，它是將傳統(tǒng)的降壓啟動從有級變成了無級。啟動時，電壓迅速上升到初始轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的電壓，然后依設(shè)定的啟動時間逐

26、漸上升，直至達(dá)到電網(wǎng)額定電壓，主要用于重載啟動。 (2) 限流啟動。顧名思義是限制電動機(jī)的高啟動電流，啟動電流及啟動時間均可在一定范圍內(nèi)預(yù)先調(diào)定。當(dāng)必須限制最大啟動電流時，可使用此方式。 (3) 可選擇的加突跳啟動。該功能為電動機(jī)啟動瞬間提供一個大提升轉(zhuǎn)矩以克服負(fù)載的靜摩擦。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷，應(yīng)用時要特別注意。 (4) 全壓啟動。這種軟啟動方式的作用就像一個固態(tài)接觸器，充當(dāng)無觸點開關(guān)來用。這種方式會引起電流沖擊。 (5) 雙斜坡啟動。這種方式在負(fù)載變化的情況下是很有用的。雙斜坡啟動允許用戶從兩個相互獨立的軟啟動斜坡做出選擇，分別設(shè)定啟動時間和啟動轉(zhuǎn)矩。 (6) 矩形轉(zhuǎn)

27、矩啟動方式。這種軟啟動器結(jié)構(gòu)緊湊，保護(hù)方式齊全，可以滿足煤礦對設(shè)備保護(hù)的要求。在控制方式上采用目前國際上流行的控制策略模糊控制技術(shù)，其控制轉(zhuǎn)矩，可以很好的滿足負(fù)載的重載啟動要求10。所以本文中所用的啟動器采用矩形轉(zhuǎn)矩啟動方式。2.3 軟啟動器選擇通過以上敘述可知，在工程設(shè)計和工程改造中，要想改善工藝提高自動化水平，降低成本提高企業(yè)效益，對電動機(jī)的啟動就必須首先采用最先進(jìn)的啟動設(shè)備電子式軟啟動器。在選用軟啟動器時應(yīng)主要考慮以下問題： (1) 選擇生產(chǎn)廠家。國內(nèi)生產(chǎn)電子式軟啟動器的廠家很多，產(chǎn)品五花八門，但多數(shù)為地面使用的低電壓軟啟動器。目前在市場上有影響力的基本上都是國外產(chǎn)品，如施耐德的TE、羅

28、克韋爾的AB、ABB、西門子的產(chǎn)品等。 (2) 選型。應(yīng)根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同來選擇不同類型的啟動器。如果負(fù)載是離心泵，則需利用泵控制功能，減少啟動和停止時液流沖擊所產(chǎn)生的系統(tǒng)水錘現(xiàn)象的發(fā)生，所以必須選用帶泵控制功能的軟啟動器，如另帶欠載保護(hù)和防相位顛倒保護(hù)的則更好。負(fù)載是通風(fēng)機(jī)的話，可利用軟啟動功能，減少磨損和機(jī)械沖擊，并可利用停機(jī)時制動轉(zhuǎn)矩功能。負(fù)載是攪拌機(jī)，可利用雙斜坡啟動和預(yù)置低速運行，避免機(jī)械損壞。負(fù)載是輸送設(shè)備，則利用軟啟動和預(yù)置低速功能，實現(xiàn)平滑開停，軟停車消除了由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊，避免產(chǎn)品移位和液體溢出。若有計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)要求，可選帶通信接口的軟啟動器，以便對軟啟動器

29、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視，選擇軟啟動器還要考慮負(fù)載是標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載還是重載負(fù)載。要注意選擇能夠滿足煤礦防爆要求的產(chǎn)品。 (2) 選規(guī)格。根據(jù)電動機(jī)的標(biāo)稱功率、電流及負(fù)載性質(zhì)選擇啟動器。一般軟啟動器容量稍大于電動機(jī)工作電流即可，同時適當(dāng)考慮散熱因素。另外，還要考慮是否保護(hù)功能完備，如過電流保護(hù)過壓保護(hù)、單相接地保護(hù)、上下口斷相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、相位顛倒保護(hù)等。冷卻方式分機(jī)械風(fēng)冷與自然風(fēng)冷兩種。機(jī)械風(fēng)冷帶有冷卻風(fēng)機(jī)，有的是通電常轉(zhuǎn)的，有的靠溫度控制器來控制其運轉(zhuǎn)，機(jī)柜內(nèi)安裝軟啟動器時要十分注意散熱空間。煤礦使用的電子式軟啟動器一般采用自然風(fēng)冷方式。電子式軟啟動器一般不帶短路保護(hù)，通過過載保護(hù)來完成短路保護(hù)

30、，由于可控硅具有有限大的浪涌電流能力，且過流反應(yīng)能力在微秒級，在實際應(yīng)用中，在故障點的電流還沒有形成短路電流時，可迅速的關(guān)斷主功率單元。軟啟動器至電動機(jī)的接線要特別注意，大部分是3根出線，但部分產(chǎn)品也有6根出線的。軟啟動器可安裝在有功率因素補(bǔ)償器的系統(tǒng)中，但電容器必須位于軟啟動器的電源進(jìn)線一側(cè)，以避免電容器放電損壞軟啟動器的晶閘管，另須在電源和電容之間接入電感線圈。軟啟動器大多帶正常運行和故障信號輔助觸點，供工程設(shè)計選用。煤礦使用的電子式軟啟動器不允許長期在額定負(fù)載工況下運行，可以用旁路接觸器，在啟動完畢后把它短接。切除后要注意電動機(jī)運行回路是否還有過載熱保護(hù)功能。因為本文中的啟動器只需在起動

31、的時候工作，起動完畢所有電機(jī)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)后啟動器相當(dāng)于被閑置了，不再工作，直到電機(jī)需要再次起動時才會投入使用。所以對啟動器的要求不必這么嚴(yán)格。在實際應(yīng)用過程中，若工藝條件許可，一臺軟啟動器可用于多臺電動機(jī)的啟動，能夠大大節(jié)省投資費用。軟啟動器按其中最大電動機(jī)容量進(jìn)行選擇10。 ATS48軟起動器是目前施耐德主流推廣的軟起動器系列。產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，且具有獨有的轉(zhuǎn)矩控制方式、全面完善的保護(hù)功能、豐富的通訊功能、齊全的各項認(rèn)證、可內(nèi)三角連接、豐富的I/O端子等功能和特點，在工礦、污水處理、建筑市政、石油化工、航海等許多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。目前該產(chǎn)品全球市場占有率位居前列?；陔妷旱燃壊煌?，ATS

32、48軟起動器分為Q系列（交流230-400V）和Y系列（交流690V）兩個子系列本次設(shè)計針對的控制對象是4臺75KW的風(fēng)機(jī)電機(jī)，額定電壓為380V，額定電流約為140A，所以本次設(shè)計中使用的啟動器選擇施耐德ATS48C17Q。第3章 可編程控制器的分析與應(yīng)用3.1 可編程控制器的應(yīng)用與發(fā)展可編程序控制器(Programmable Controller)是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程序控制器主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，稱可編程邏輯控制器，簡稱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，而且還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)傳輸

33、和處理等功能，使其真正成為一種電子計算機(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，簡稱PC，但是為了避免與個人計算機(jī)(Personal computer)的簡稱PC混淆，所以仍將可編程序控制器簡稱為PLC。1987年，國際電工委員會(IEC)頒布了新的PLC標(biāo)準(zhǔn)及其標(biāo)準(zhǔn)定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字模式或模擬模式的輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。而有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計”。PL

34、C就是使用一系列指令構(gòu)成的程序來操作、控制相關(guān)工業(yè)控制機(jī)械，使其形成一個完整的工業(yè)控制系統(tǒng)，以完成各種各樣的控制功能2。 (1) PLC的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的高速發(fā)展，PLC產(chǎn)品高度融合了計算機(jī)產(chǎn)業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)與工業(yè)自動控制的經(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)極大地擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。在特定的范圍內(nèi)，高性能價格比己成為新型PLC的最突出的特點。PLC以其高可靠性、適應(yīng)性強(qiáng)和使用方便等突出優(yōu)點在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。另外，PLC的制造成本不斷下降，而其功能卻不斷增強(qiáng)。目前在先進(jìn)工業(yè)國家中PLC已成為工

35、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)。特別是輕工行業(yè)中，生產(chǎn)門類多、加工方式多變、產(chǎn)品更新?lián)Q代快，PLC廣泛應(yīng)用在組合機(jī)床自動化生產(chǎn)線、專用機(jī)床、塑料機(jī)械、包裝機(jī)械、電梯等電氣設(shè)備中。PLC已躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱的主導(dǎo)地位。PLC廣泛的應(yīng)用在以下領(lǐng)域： 邏輯控制領(lǐng)域； 運動控制領(lǐng)域； 過程控制領(lǐng)域； 數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域； 多級控制領(lǐng)域。 (2) PLC的發(fā)展趨勢 目前，PLC技術(shù)發(fā)展的總趨勢是統(tǒng)一軟件架構(gòu)平臺、過程化11、系列化、通用化和高性能化，主要表現(xiàn)在以下方面： 在系統(tǒng)構(gòu)

36、成規(guī)模上向大小兩個方向發(fā)展，發(fā)展小型(超小型)化、專用化、模塊化、低成本、高性能PLC，以真正替代最小的繼電器控制系統(tǒng)；發(fā)展大容量、高速度（超高速)、多功能、高性價比的PLC，己滿足現(xiàn)代企業(yè)中那些大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)自動化的需要。 功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出，大力加強(qiáng)過程控制和數(shù)據(jù)信息處理功能，提高組網(wǎng)和通信能力，開發(fā)多種高性能模塊，以使各種規(guī)模的自動控制系統(tǒng)功能更強(qiáng)大、更可靠、組成和維護(hù)更靈活方便，使PLC的應(yīng)用范圍更加廣泛。 產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。PLC生產(chǎn)廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時，日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏，并使PLC基本部件，如輸入輸出模塊

37、、聯(lián)網(wǎng)通信模塊、接線端子、通信協(xié)議、編程語言和工具方面的技術(shù)規(guī)格規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使不同的產(chǎn)品問能夠相互的兼容、易于組網(wǎng)，以方便用戶，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。3.2 PLC的工作原理及功能特點為了介紹PLC的工作原理12我們在本節(jié)首先介紹PLC的基本結(jié)構(gòu)，然后介紹PLC的工作原理，最后簡單介紹一下PLC的主要功能和特點。 (1) PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示?？删幊绦蚩刂破髦饕蠧PU模塊、輸入模塊、輸出模塊、編程裝置和電源組成13。 (2) PLC工作原理當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個

38、掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，如圖3.2所示。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IO映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，IO映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。圖3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖3.2 PLC的掃描周期 (3) PLC的主要功能和特點PLC的主要功能有：邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進(jìn)(順序)控制、PID控制

39、、數(shù)據(jù)控制(PLC具有數(shù)據(jù)處理能力)、遠(yuǎn)程IO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。可編程控制器(PLC)的主要特點如下： 高可靠性； 豐富的IO接口模塊： 采用模塊化結(jié)構(gòu)；編程簡單易學(xué)；安裝簡單，維修方便。 (4) PLC的控制系統(tǒng)使用PLC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)14,15。常用的有單機(jī)控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)四種。單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種PLC控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)使用一臺PLC控制一個對象，控制系統(tǒng)要求的IO點數(shù)和存儲器容量比較小，沒有PLC的通信問題，采樣條件

40、和執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單明了。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確，I0點數(shù)、存儲器容量等參數(shù)的裕量適中即可。集中控制系統(tǒng)用一臺功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個設(shè)備，形成中央集中式的計算機(jī)控制系統(tǒng)。其中，各個設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)、連鎖關(guān)系、運行順序等統(tǒng)一由中央PLC來完成，如圖3.3所示。圖3.3 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。但是當(dāng)某一個控制對象的控制程序需要改變時，必須停止運行中央PLC，其他的控制對象也必須停止運行。當(dāng)各控制對象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用

41、集中控制系統(tǒng)時，必須注意選擇IO點數(shù)和存儲器容量時要留有足夠的裕量，以便滿足增加控制對象的要求。分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3.4所示，每一個控制對象設(shè)置一臺PLC，各臺PLC之間可通過信號傳遞進(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。圖3.4 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)常用于多臺機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各控制對象都由自己的PLC進(jìn)行控制，當(dāng)某一臺PLC停止運行時，不需要停運其他的PLC。隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔(dān)當(dāng)?shù)讓涌刂迫蝿?wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接，PLC與過程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠

42、性大為加強(qiáng)。具有相同IO點數(shù)時，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺或幾臺PLC，導(dǎo)致價格偏高，但從維護(hù)、試運轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對象等方而看，其靈活性要大得多，總的成本核算是合理的。(5) 可編程控制器的選型世界上約有200多個PLC生產(chǎn)廠家，如美國AB公司、GE公司、德國SIEMENS公司、法國施耐德公司、日本歐姆龍公司、三菱電機(jī)公司以及國內(nèi)浙大中控等。它們滿足用戶各方面的需求，但在外形、結(jié)構(gòu)、功能、網(wǎng)絡(luò)通信和編程方法等方面各有不同，對于不同的工業(yè)控制需求，應(yīng)當(dāng)選擇合適的PLC16?？删幊炭刂破鞯倪x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

43、滿足特殊功能要求等。3.3 PLC的規(guī)模與編程方式的確定(1) 規(guī)模在PLC選型之前首先確定系統(tǒng)IO點數(shù)和存儲器容量。基本步驟是先根據(jù)工藝控制條件對I0點數(shù)作出一個準(zhǔn)確的統(tǒng)計，在這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再增加1030的余量來確定總點數(shù)。優(yōu)點是：可以彌補(bǔ)統(tǒng)計過程中遺漏的點數(shù)；保證系統(tǒng)投入運行后，個別點有故障時，能夠替換；預(yù)備將來可能增加的點數(shù)需求。按IO點數(shù)對照表3.1可以確定PLC的規(guī)模。PLC的存儲器用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，一般有內(nèi)置式和外插式兩類，存儲器容量選擇可以對照表3.1來確定，或按如下方法進(jìn)行估算：存儲器容量(指令字)=數(shù)字量IO點數(shù)*l0+模擬量IO點數(shù)*25+特殊量IO點數(shù)*100

44、表3.1 PLC按規(guī)模分類類型I/O點數(shù)存儲器容量（KB）超小型PLC64以下12小型PLC6412824中型PLC128512416大型PLC51281921664超大型PLC8192以上64128(2) 編程方式PLC一般可以通過三種方式進(jìn)行編程。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)定的語句表中的語句進(jìn)行編程。手持式編程器體積小，便于攜帶，價格較低，適于系統(tǒng)容量小，工作量小的場合，但效率低。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，但價格較高。第三種是在普通計算機(jī)上運行專用的編程軟件來編程，支持的語言多，操作非常

45、方便，這種方式現(xiàn)在己被廣泛采用，但有的軟件需額外購買，價格不菲。 編程語言多種多樣，有的看似相同卻不通用。由PLC廠家提供的編程軟件一般都要求包括工業(yè)控制5種標(biāo)準(zhǔn)編程語言(IECll313)中一種或幾種編程語言，如SIEMENS公司的step7編程軟件就可以使用梯形圖、功能圖和語句表等多種編程語言；Mondicon公司的Modsoft編程軟件只能使用梯形圖編程，而Conczpt編程軟件可以使用5種編程語言。(3) 網(wǎng)絡(luò)通信功能的確定各廠家制定的通信協(xié)議各不相同，國際上也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以在通信功能的選擇上受到了一定的限制。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。在實際中也應(yīng)考慮

46、所選取的產(chǎn)品是否帶有支持其他廠家通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。(4) 考慮是否需要專用模塊如果工業(yè)控制要求PLC在進(jìn)行邏輯控制的同時還要完成模擬量輸入輸出、PID調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)通信等專門功能時，就需要考慮所選擇的PLC是否支持這些專用模塊。另外，選用這些專用模塊在軟件選擇上也應(yīng)同時配套，通過系統(tǒng)組態(tài)實現(xiàn)相應(yīng)的復(fù)雜控制功能，便于用戶編程。(5) 冗余問題與工作環(huán)境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。冗余有硬冗余和軟冗余兩種方式。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才予以考慮。PLC工作的硬性指標(biāo)。諸如溫度、濕度、噪聲、信號屏蔽、工作電壓等。所以一定要選

47、擇適應(yīng)實際工作環(huán)境的產(chǎn)品。當(dāng)PLC在特殊的、惡劣的環(huán)境下工作時，這方面的考慮顯得尤其重要。(6) 售后服務(wù)與技術(shù)支持選擇技術(shù)實力強(qiáng)的制造廠家和信譽好的代理商。優(yōu)先選擇有連續(xù)性，產(chǎn)品升級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，當(dāng)某一種型號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。綜合以上選型原則進(jìn)行考慮，我們選擇西門子公司的S7-200系列PLC。3.4 SIEMENS S7-200 PLC西門子S7-20017,18,19PLC系列屬于小型可編程序控制器，可用于簡單的控制場合，也可用于復(fù)雜的自動

48、化控制系統(tǒng)。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。3.4.1西門子S7-200PLC的功能概述S7-200PLC系統(tǒng)20,21是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的功能擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動化控制需求。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制相關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備、汽車、機(jī)器人等等。如沖壓機(jī)床、印刷機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運動系統(tǒng)等等。S7-20022,23系列除了具有PLC的基本控制功能以外，還有以下三個方面特點：(1)功能強(qiáng)大的指令集；(2)豐富強(qiáng)大的

49、通信功能；(3)編程軟件的易用性。3.4.2西門子S7-200 PLC的工作模式S7-200 PLC具有兩種工作模式，分別是：運行(RUN)模式和停止(STOP)模式。在運行模式下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能；在停止模式下，S7-200CPU不執(zhí)行用戶程序，此時可設(shè)置CPU系統(tǒng)的硬件功能，并將用戶程序、數(shù)據(jù)以及硬件設(shè)置信息下載到S7-200CPU。其中用戶程序用編程軟件創(chuàng)建、編輯、編譯、調(diào)試。CPU模塊上的模式開關(guān)用于改變和轉(zhuǎn)換S7-200PLC的工作模式。開關(guān)撥到RUN位置時，CPU運行，啟動用戶程序的運行：當(dāng)開關(guān)撥到STOP位置時，CPU停止，用戶程序的運行也相繼停止；開

50、關(guān)撥到TERM位置時，不改變當(dāng)前工作模式。 此外還可以通過STEP7-MicfWIN32編程軟件控制S7-200CPU的運行和停止。S7-200CPU前面板上的LED顯示著當(dāng)前的工作模式。S7-200PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號。初始化后，S7-200CPU按照循環(huán)掃描的方式，完成包括執(zhí)行用戶程序在內(nèi)的各項不同的任務(wù)。S7-200CPU周而復(fù)始地分階段執(zhí)行一系列任務(wù)。任務(wù)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期。在一個掃描周期內(nèi)，CPU工作流程如圖3.5。3.4.3 S7-200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議S7-200CPU支持多種的通信協(xié)議。包括通用協(xié)議

51、和公司專用協(xié)議。專用協(xié)議包括點到點(Point-to-Point)接口協(xié)議(即PPI)、多點(Multi-Point)接口協(xié)議(MPI)，Profibus協(xié)議、自由通信接口協(xié)議和USS協(xié)議24,25。PPI，MPI，Profibus協(xié)議在OSI七層模式通信結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過令牌環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)遵守歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170中的過程現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。這些協(xié)議都是異步、基于字符傳輸?shù)膮f(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、偶校驗和一個停止位。通信幀由特殊的起始和結(jié)束字符、源和目的站地址、幀長度和數(shù)據(jù)校驗組成。如果使用相同的波特率，這些協(xié)議可以在一個網(wǎng)絡(luò)中同時運行，而不相互影響。圖3.5 S7-200 CPU的掃描過

52、程示意圖(1) PPI協(xié)議 PPI通信協(xié)議是西門子專為S7-200系列PLC開發(fā)的通信協(xié)議，主要用與S7-200的編程、S7-200系列PLC之間的通信以及與HMI產(chǎn)品的通信，可通過普通的兩芯屏蔽雙絞電纜進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。PPI是一個主從協(xié)議。在這個協(xié)議中，S7-200一般作為從站，一般不主動發(fā)送信息，只有當(dāng)主站有請求時才作出響應(yīng)。如果將S7-200設(shè)置為PPI主站模式(可以由SMB30設(shè)置)，則這個S7-200 CPU在RUN模式下可以作為主站，可以利用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令(帆、NETW)來讀寫另一個S7200的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，當(dāng)S7-200作為PPI主站時，仍可以作為其他主站的從站，響應(yīng)其他主站的請求。PPI

53、通信協(xié)議是一個令牌傳遞協(xié)議，對于一個從站可以響應(yīng)多個主站的請求，協(xié)議沒有限制，但是在沒有加中繼器的情形下，網(wǎng)絡(luò)中最多只能有32個主站(包括編程器、HMI等)。(2) MPI協(xié)議S7-200可以通過通信接口連接到MPI網(wǎng)上，主要應(yīng)用于S7300400 CPU與S7-200通信的網(wǎng)絡(luò)中。應(yīng)用MPI協(xié)議組成的網(wǎng)絡(luò)，通信支持的波特率為19.2KBs或187.5KBs。通過此協(xié)議，實現(xiàn)作為主站的S7-300400 CPU與S7-200的通信。在MPI網(wǎng)中，S7-200作為從站，從站之間相互不能通信，S7-300400作為主站，當(dāng)然主站也可以是編程器或HMI產(chǎn)品。MPI協(xié)議可以是主主協(xié)議或主從協(xié)議，協(xié)議如

54、何操作有賴于通信設(shè)備的類型，如果是S7-300400 CPU之間通信，那就建立主主連接，因為所有的S7-300400 CPU在網(wǎng)站中都是主站。如果設(shè)備是一個主站與S7-200 CPU通信，那么，就建立主從連接，因為S7-200CPU是從站。（3）Profibus協(xié)議Profibus協(xié)議通常用于實現(xiàn)分布式IO設(shè)備(遠(yuǎn)程式IO)的高速通信，許多廠家生產(chǎn)類型眾多的Profibus設(shè)備，這些設(shè)備包括從簡單的輸入或輸出模塊到電機(jī)控制器和可編程控制器，S7-200 CPU可以通過EM277 ProfibusDP擴(kuò)展模塊的方法連接至lJProfibusDP協(xié)議支持的網(wǎng)絡(luò)中。協(xié)議支持的波特率為9600KBs到12MBs。Profibus網(wǎng)絡(luò)通常有一個主站和幾個IO從站。主站通過配置可以知道所連接的IO從站的型號和地址。主站初始化網(wǎng)絡(luò)時核對網(wǎng)絡(luò)上的從站設(shè)備與配置的從站是否匹配。運行時主站可以像操作自己的IO一樣對從站進(jìn)行操作，即不斷地把數(shù)據(jù)寫到從站或者讀取從站的數(shù)據(jù)。當(dāng)DP主站成功地配置一個從站時，它就擁有了該從站，如果在網(wǎng)絡(luò)中有另外一個主站，它只能很有限制的訪問屬于主站的從站數(shù)據(jù)。（4）自由口通信(用戶自定義協(xié)議)自由通信口(Freeport Mode)模式是S7-20