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西门子SIMATIC S7-200系列PLC的特点、产品类型及编程软件

1．S7-200系列PLC的特点：

是SIEMENS公司推出的一种小型PLC

（1）它结构紧凑

（2）扩展性良好

（3）指令功能强大

（4）价格低廉

成为当代各种小型控制工程的理想控制器。

2．S7-200PLC的产品：

（1）集成一定数字I/O点的CPU：CPU221、CPU 222、CPU 224、CPU 226、CPU 226XM

（2）扩展模块：主要有

数字量扩展模块：EM221、EM222、EM223

模拟量扩展模块：EM231、EM 232、EM 235

通讯模块：EM277、EM241等

其它模块：特殊功能模块

可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。

3．S7-200的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。

siemens WinAC在自动化系统中的应用举例

WinAC是SIEMENS最新推出的基于PC的工业自动化控制系统兼具PC强大的计算功能数
据处理能力和PLC逻辑测控与运行可靠性特点本文介绍了WinAC在千层酥自动化生产线中的
成功应用及其独具的特点
关键词：千层酥　烘炉　基于PC自动化　分布式控制系统　过程控制系统
一、概述
千层酥生产线总长度约200米主要由如下单元组成
1、叠层起酥机

叠酥机是生产饼干的第一道重要工序可根据厂房的不同来选择立式或卧式其包括七道轧辊三次轧制配备撒酥机要求自动化控制系统满足如下要求：
传动控制采用矢量型变频器调速线速度同步工作稳定性高。
轧辊间隙采用数字化闭环调整系统控制操作简单方便快捷高效。
人机界面操控能与其它成型主机的相关部分实现联动控制操作简单方便。
叠层次数、宽度在范围内任意调节。
叠层宽度560-1000MM
叠层次数4-12层
压片厚度0.1-10MM
2、送料机
送料机将搅拌好的韧性饼干胚料进行初步轧制后输送到后一工序的双轧轧面机电控系统要求能够同步调速控制手动调节与自动运行控制。
3、双轧轧面机
该设备是将叠酥机或送料机输送来的面胚进行多次轧制使面胚由厚变薄电控系统要求；
轧辊采用变频调速控制,速度同步性能稳定；
精确控制面皮厚度采用智能数字表设定与显示。
4、烘炉
有热风循环烘炉远红外线烘炉导热油炉等
饼干烘烤炉是饼干生产线的重要组成部份由电器控制系统热风循环系统加热系统排烟
系统炉网输送装置炉网自动检测张紧装置等组成要求自动化控制系统达到如下功能：
生产线工作状态的实时监测
温度坐标升温曲线等显示
温度调节系统参数在线修正
历史工作状态记录保存
温度控制精度高操作方便工作稳定高效可靠
热风循环系统采用自动控制热风量，闭环控制，可选择自然与强制性排烟等自动功能
燃气炉欠压、超压、漏气、超温等多种安全保护功能
5、成型机
成型机由多台轧面机与传动单元组成相互之间无机械传动联锁无张力检测单元要求整条生产线通过电器控制线速度同步运行控制难度较大对自动化系统的功能要求较高。
二、控制系统特点
综上所述千层酥生产线控制系统是一个集运动控制与过程控制的综合自动化控制系统归纳起来应有如下特点：
分布式：生产线总长度约200米，控制点多而且分散，因此选用分布式测控系统最为适宜，分布式测控系统具有布线量少，搞干扰能力强，扩展维护方便，运行安全可靠，故障风险降到最低的优点。
总线网：全线采用现场总线网络控制，排除大量模拟信号的干扰因素，实现精确的速度协调控制与高精度温度测控，检测与控制协调一致。
大量配方存贮：一条生产线可生产上百种产品，因此有大量的配方存贮与调用，普通的PLC控制器由于受内存的影响，很难做到大量配方的存贮与调用，因此基于PC自动化是本系统的首选方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是现代过程控制系统的特点，本系统配备完善的人机界面操作系统，全面的系统监控与异常报警功能。
运动控制：速度同步也是本控制系统的关键，采用矢量型变频器通，过网络主令控制，达到全线速度的协调与统一。
三、基于PC 的自动化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自动化控制系统，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有强大的计算功能、数据处理能力和PLC无法比拟的计算速度，更兼顾了PLC的运行可靠性特点。其海量内存贮器特别适合于大数据量计算、大量配方存贮与管理。其计算功能与PC机相同，可靠性与功能更可与PLC-S7-400系统比美，是千层酥成型机与烘炉机械设备控制系统最理想的选择：
先进性
WinAC是基于标准的Windows操作平台下的PLC控制器，梯形图编程，因此有独立而严格的时序。控制特别满足对于高速、精确、复杂计算及严格时间要求的控制任务。
WinAC支持标准的Windows NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技术。控制和通讯内核与标准的Windows NT任务的通讯由其内置的代理服务器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更强。
应用程序开发环境
SIEMENS统一的组态软件STEP 7 是WinAC控制器的标准开发平台，包括通信组态、编程、测试和启动以及系统文件的编制，对于熟悉STEP7的工程师，不需占用额外的培训时间。

系统组态界面

开放式接口
WinAC提供标准的OPC控件接口及Active X控件接口,对于我们的应用提供了极大的方便。
OPC 过程控制OLE 是一种通过Windows NT应用程序自动存取数据的国际标准，也是WinAC的标准特性。使用OPC服务器可以访问控制驱动程序中的过程数据：Active X 控件接口，不用编程直接从OLE 标准应用程序访问过程数据。这种功能使得我们可以在软件开发中借助于高级语言Visual Basic进行更复杂的应用开发。
计算功能
WinAC提供强大的计算功能，与工业过程数据，之间建立起一条工作数据链路。使得上位计算机能够实时处理过程数据，完成复杂的测量控制与故障分析计算，并能够在Visual Basic中创建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel 中做统计分析。在过程控制和PC 应用程序之间管理数据信息流量。允许高效、简便地访问并能显示和修改过程数据。对于数据处理量大，要求内存高的过程控制系统，一般的PLC控制器难以胜任的工作，用WinAC则可以轻松解决，这是我们选用WinAC的理由，也是SIEMENS给我们提供了一个合适而且经济的解决方案。
四、系统原理结构

PLC工作原理举例说明

 下面用一个简单的例子来进一步说明PLC的扫描工作过程。图1-6给出了PLC的外部接线图和梯形图，起动按钮SB1停止按钮SB2和热继电器FR的常开触点分别接在编号为X0~X2的PLC的输入端，交流接触器KM的线圈接在编号为Y0的PLC的输出端。图1-6b是这4个输入／输出变量对应的I／O映像寄存器，图l-6c是PLC的梯形图，它与图1-3所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种软件，是PLC图形化的程序。图中的X0等是梯形图中的编程元件，X0~-X2是输入继电器，Y0是输出继电器。梯形图中的编程元件X0与接在输入端子X0的SBl的常开触点和输入映像寄存器X0相对应，编程元件Y0与输出映像寄存器Y0和接在输出端子Y0的PLC内部的输出电路相对应。

梯形图以指令的形式储存在PLC的用户程序存储器中，图l-6中的梯形图与下面的5条指令相对应，“；”之后是该指令的注释。   

    LD     X0    ：接在左侧母线上的X0的常开触点

    OR     Y0    ；与X0的常开触点并联的Y0的常开触点

    ANI    X1    ；与并联电路串联的X1的常闭触点   

    ANI    X2    ；串联的X2的常闭触点

    OUT   Y0    ；Y0的线圈

  图1-6中的梯形图完成的逻辑运算为   

    Y0=(X0+Y0)·X1·X2

在输入处理阶段，CPU将SBl，SB2和FR的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数l，反之存入0。

    执行第l条指令时，从X0对应的输入映像寄存器中取出二进制数并保存起来。执行第2条指令时，取出Y0对应的输出映像寄存器中的二进制数，与X0对应的二进制数相“或”(电路的并联对应“或”运算)。

执行第3条或第4条指令时，分别取出xl或X2对应的输入映像寄存器中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”(电路的串联对应“与”运算)，然后存入运算结果寄存器。 

    执行第5条指令时，将运算结果寄存器中的二进制数送入Y0对应的输出映像寄存器。    在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Y0对应的输出映像寄存器存放的是二进制数1，外接的KM的线圈将通电，反之将断电。

    如果读入输入映像寄存器X0～X2的均为二进制数0，在程序执行阶段，经过上述逻辑运算过程之后，运算结果仍为Y0=0，所以KM的线圈处于断电状态。按下起动按钮SBl，X0变为l状态，经逻辑运算后Y0变为1状态，在输出处理阶段，将Y0对应的输出映像寄存器中的1送到输出模块，PLC内Y0对应的物理继电器的常开触点接通，接触器KM的线圈通电.

网络的基本概念及通讯方式

一 网络的概念

通过线路互联起来的，自治的终端设备集合。

    将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。

网络按网络拓扑划分

总线型，星型，.环型，网状， 树状， 星环型，拓扑。

二 网络的发展过程

1．具有通信功能的单机系统。该系统称为终端，是早期计算机网络的主要形式，它是将一台计算机通信线路与若干个终端直接相连

2．具有通信功能的多机系统。在简单的“终端——通信线路——计算机”这样的单机系统中，主计算机负担较重，既要进行数据处理，又要承担通信功能。

3．以共享资源为主要目的的计算机网络。既利用通信线路将多台终端设备连接起来，实现设备与设备之间的通信。

4．局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。局域网是继远程网之后发展起来的小型终端设备网络，它继承了远程网的分组交换技术和计算机的I/O总线结构技术。并具有结构简单、经济实用、功能强大、方便灵活等特点。是随着微型计算机的广泛应用而发展起来的。

三 通信方式

F      单工通信（simplex），

F      半双工通信（Half-duplex）

F      全双工通信（Full-duplex）

SIEMENS产品在垃圾焚烧发电厂控制系统中的应用

一 系统概述
随着经济高速发展，城市化步伐速度也日益加快，城市生活垃圾和工业垃圾处理问题正变得日益突出。每年全国城市垃圾清运量达数亿吨，在各大城市中，垃圾包围城市的现象非常普遍。垃圾已对大气环境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了严重污染，生态环境正在遭到严重破坏。因此，结合城市具体情况，对垃圾的处理技术和处理系统及其控制策略等相关问题进行探讨，找出处理效果好、经济上可行的处理方案已成为目前城市垃圾处理问题研究的热点之一。
焚烧处理垃圾的主要优点是垃圾减量最大，无害化比较彻底。如焚烧垃圾发电是现有垃圾处理方法中占地较小，效果较好的方法。另外，建立垃圾焚烧发电厂，可解决垃圾渗沥液引起的污染地下水问题，垃圾焚烧后的废渣进入制砖厂，既减少了对环境的污染，还可产生一定的经济效益。城市生活垃圾、工业垃圾、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，变废为宝，将是今后环保技术的一个重要发展方向。
垃圾焚烧工作原理：垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入炉排，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动垃圾，垃圾与炉排片上的均匀气孔喷出的助燃空气混合燃烧，燃烧产生的热量进入余热锅炉，将锅炉给水加热到压力约4Mpa，温度400℃左右的蒸汽，再推动汽机发电机组发电。由主燃烧室挥发和裂解出来的烟气进入第二、三级燃烧室，进行进一步燃烧，使烟气的温度高达1000℃，烟气在此稍作停留，使有毒烟气迅速分解，后经烟气处理设备和除尘设备处理合格后排入大气。
垃圾焚烧发电厂主要技术参数：
焚化炉锅炉2台，垃圾处理量350t/天，蒸汽量 35t/h，过热汽压4.0Mpa，过热汽温400℃，炉膛温度980℃，给水温度145℃。
汽轮机发电机组一套，主蒸汽压力3.9Mpa，主蒸汽温度390℃，发电功率12MW。
二 系统要求
1． 提供完善的垃圾焚烧、余热发电DCS控制系统；
2． 控制系统采用全冗余配置，保证系统高效、可靠、安全；
3． 监控功能友好易用，汉化操作界面；
4． 提供方便易学的功能组态，和专用功能块和图库，方便系统功能扩展或修改。
三 系统配置与功能实现
该控制系统采用西门子最先进的过程控制系统PCS7和Profibus-DP现场总线技术，控制系统不仅要承担起全厂的生产过程控制，还要根据垃圾成分的变化快速调整控制程序，以保证焚烧工艺的安全性，使其不再产生二次污染。Profibus-DP总线的通讯速率可达12Mbps，S7-414H双机热备系统和ET200M分布式I/O组成的Profibus-DP总线网构成切换结构，实现故障时的无扰自动切换。上位机采用WinCC V6.0组态软件进行系统组态。该厂的垃圾焚烧工艺引进加拿大RICHWAY公司专利技术，采用四级脉冲炉排，各项指标均达到国际环保要求。
控制系统提供的主要回路控制功能有：炉膛压力控制、干燥炉排温度控制、再循环烟气温度控制、锅炉汽包水位控制、过热蒸汽温度控制、热井水位控制、除氧器水位控制。

1．操作员站(OS站)和工程师站(ES站)
DCS系统配置4套独立的操作员站（OS站），其中两台焚烧炉配两个OS站，汽机和辅机控制配两个OS站。每套OS均采用成熟、可靠的DELL商用计算机。
OS站为操作员提供图形、列表、操作、历史数据再现等，可在打印机上输出。运行Windows 2000多任务网络操作系统下的PCS7 OS站应用软件。所有OS站均为全能值班配置，图像、操作、数据一致，实现机、炉、电的运行操作。
系统配置1套工程师站（ES站），采用成熟、可靠的DELL商用电脑。
ES站主要完成实时数据库、控制块、图形、趋势、报表等系统数据的生成和下装，完成对系统的详细自诊断和系统数据的列表和后备。运行Windows 2000多任务网络操作系统下的PCS7 ES站应用软件。
可由专业人员通过工程师站对系统进行组态、维护。专业工程师在授权的情况下，可以在现场对系统进行在线或离线修改。同时，所有运行情况和控制逻辑均可在工程师站上查看，增加了用户对系统掌握的程度，以及系统软件、硬件的透明度。当不需组态时，可运行与操作员站完全相同的软件。
整个系统配置2台网络打印机，用于记录打印和CRT图象拷贝。打印机选用DELL网络打印机。
2．冗余的CPU414H中央控制单元
本自控系统现场控制站的中央控制器采用冗余设计，它由2套AS-400型中央控制器组成。它们预装有冗余软件，并通过一个通讯接口实现相互连接。在系统正常的运行中，当某个中央控制器出现故障时，另一个中央控制器能自动接管所有的工作，保证了系统继续正常运行。因此系统现场控制站的AS-400中央控制器具有很好的冗余性能。
AS 的中央处理器采用S7-400 系列工业控制器中S-414 以上的CPU，专为过程控制应用设计，CPU 芯片的底层程序采用类PASCAL语言编写，为CFC,SFC等过程控制语言提供平台。中央控制器中预装有冗余软件，用户在组态时可完全忽略其冗余特性，象对非冗余系统组态一样只需输入用户程序。
3．远程I/O站
每个分布式I/O站的有源背板总线上插有2个IM153-2通讯接口模块 ，分别通过2条独立的PROFIBUS-DP现场总线与AS-400中央控制站进行实时通信。在系统运行过程中，当其中某一个IM153-2通讯接口模块发生故障时， 系统能自动地切换到另一个IM153-2通讯接口模块，并可带电热插拔更换故障的通讯接口模块，不会影响系统正常运行。
4．冗余的通讯网络
CP443-1作为标准的工业以太网连接装置，在物理层上采用高防护等级的通讯线缆，工业以太网的卡件上带有CPU可以独立处理通讯信号。高速工业以太网是在工业以太网的通讯协议的基础上，将通讯速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太网采用了全双工并行(FDX)通讯模式，这种模式允许站点同时发送和接收数据，通讯速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太网上还采用了交换技术，利用交换机模块将整个网段分成若干子网，每个子网都可以独立地形成一个数据通讯网段，可以大大地提高通讯效率。普通以太网上由于网段上数据通讯阻塞的存在，使得网络上实际通讯技术只有40%，采用了全双工并行通讯技术和交换技术后，使得网络的通讯能力得以充分地利用。
5．主要监控功能描述：
(1) 工艺流程显示：依据系统工艺控制过程以流程图形式表现工艺流程图；
(2) 顺序控制操作指导：在PCS7中提供SFC顺序功能图，以图形方式监控顺序控制过程； 
(3) 系统控制和设定功能：控制系统提供丰富的回路控制监控库，可以对回路控制和参数设定进行集中显示、集中监控； 
(4) 趋势显示：以实时趋势和历史趋势方式显示重要过程参数的变化趋势；
(5) 报警记录与显示
(6) 报表管理：提供日报、月报打印功能，可提供定时打印、事件驱动打印、召唤打印等；
(7) 用户级别管理：为了保证系统的安全操作，系统提供多级用户权限管理，不同权限的用户对应不同的操作范围。

四 使用效果分析
该DCS系统经长期运行证明，各项技术指标均达到国际先进水平，主要表现如下：
(1) 燃烧效率高：垃圾在炉排上与空气混合均匀燃烧充分，垃圾燃尽率高；
(2) 处理垃圾范围广泛 ：由于设计了根据不同垃圾类型而调整的控制策略，垃圾处理范围大大提高，能够处理工业垃圾、生活垃圾、废弃橡胶轮胎等；
(3) 运行维护费用低 ：由于自动控制水平高，运行人员少，定检和不定期检修费用低，降低了维护费用；
(4) 可靠性高 ：经过长期运行表明，控制系统故障率非常低，系统可用率可达99.9%以上，满足设计要求；

用PLC构成装配流水线控制系统梯形图和语句表

一、目的

     用PLC构成装配流水线控制系统

图1  装配流水线控制示意图

二、控制内容

1． 1． 控制要求

起动后，按以下规律显示：D→E→F→G→A→D→E→F→G→B→D→E→F→G→C→D→E→F→G→H→D→E→F→G→A……循环，D、E、F、G分别是用来传送的，A是操作1，B是操作2，C是操作3，H是仓库。  

2．I/O分配

输入                        输出

起动按钮：I0.0              A：Q0.0     E：Q0.4

复位按钮：I0.1              B：Q0.1     F：Q0.5

移位按钮：I0.2              C：Q0.2     G：Q0.6

D：Q0.3     H：Q0.7

2． 按图所示的梯形图输入程序。 

西门子S7-300PLC的触点边沿信号识别指令及示例

l        触点下降沿信号识别指令

在OB1的扫描周期中，CPU对<address1>的状态与其上一个扫描周期的状态进行比较（上一个扫描周期的状态保存在<address2>中。若该<address1>状态是0且存放在<address2>中的上次状态是1，这说明NEG指令检测到<address1>的负跳沿，那么NEG指令把RLO位置1。如果<address1>在相邻的两个扫描周期中状态相同（全为1或0），那么NEG指令把RLO位清0。

例 3.1.15 

当输入信号I 0.0、I 0.0、I 0.2、I 0.4全为“1”并且I 0.3 有一个负跳变，则Q 4.0输出一个扫描周期的正脉冲信号。

l        触点上升沿信号识别指令

     在OB1的扫描周期中，CPU对<address1>的状态与其上一个扫描周期的状态进行比较（上一个扫描周期的状态保存在<address2>中。若该<address1>状态是1且存放在<address2>中的上次状态是0，这说明POS指令检测到<address1>正跳沿，那么POS指令把RLO位置1。如果<address1>在相邻的两个扫描周期中状态相同（全为1或0），那么POS指令把RLO位清0。

例 3.1.16

当输入信号I 0.0、I 0.0、I 0.2、I 0.4全为“1”并且I 0.3 有一个正跳变，则Q 4.0输出一个扫描周期的正脉冲信号。

例 3.1.16

当输入信号I 0.0、I 0.0、I 0.2、I 0.4全为“1”并且I 0.3 有一个正跳变，则Q 4.0输出一个扫描周期的正脉冲信号。