您好, 歡迎來到化工儀器網
西門子PLC模塊6ES7313-6CG04-0AB0質量保證
西門子PLC模塊6ES7313-6CG04-0AB0
PLC與工控機應用分析
1 系統組成
某電廠化學水處理系統基礎設備具有良好的可控性，利用PLC和工業控制計算機對其進行實時監控管理，系統基本組成如圖1—1所示。
采用3臺西門子公司的SIMATIC S5—115U可編程序控制器控制現場的一次設備，程控系統分為3套，依次為＃1補給水處理單元、＃2補給水處理單元、＃3凝結水處理單元。
操作員站選用兩臺研華586工控機，軟件開發平臺選用美國Intellution公司的FIX5.5組態軟件。FIX5.5是一種能完成數據采集及控制、報警、圖形數據顯示等功能的完整工業自動化軟件，該版本在WINDOWS或WINDOWSNT環境下運行，采用了圖形用戶界面，相應其內部的圖形處理是基于第三代圖形技術。
數據通信系統采用SINEC L2網，它把SIMATIC系列可編程序控制器以及工控機連成網絡。SNEC L2是令牌總線網，網絡傳輸介質是雙絞線或光纜。每個節點通過總線連接器連到總線網上，在本系統中，三臺PLC之間以及與兩臺工控機之間都實現了數據通訊。
該方案配置體現了分散控制系統的優點，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味著系統實時響應快和系統危險分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。
2 PLC及其程序設計
2.1 SIMATIC S5-115U硬件組成及編程概要
可編程序控制器SIMATIC S5-115U采用標準的模塊式結構，電源、CPU、各種I/O模件都插在一塊母板上，并可以根據不同的I/O點數增加擴展母板，輸入、輸出模件和存儲器的精細分級，使得這種裝置具有較強的配置適應能力；通過通訊處理器和局部網，可方便地實現PLC之間及與計算機的通訊。
SIMATIC S5-115U的編程語言是STEP5，有3種表達方法，即控制系統流程圖CSF，梯形圖LAD和語句表STL。其中語句表STL較接近于機器內部的控制程序，功能也比前兩種方法豐富得多，因此在本系統實際編程應用中全部采用語句表STL。
STEP5的大特點是采用了結構化編程方法，并提供大量標準功能塊如乘能塊FB242、通訊功能塊FB244等，使得編程工作大大簡化，而且所編程序條理清晰，易于讀懂、修改和測試，這一優點尤其在編制大型復雜程序時更能顯現出來。
要完成復雜任務，可以把整個程序分成一個個獨立的程序塊，STEP5有5種塊類型，即組織塊(OB)、程序塊(PB)、順序塊(SB)、功能塊(FB)和數據塊(DB)，其中組織塊(OB)用以管理用戶程序，形成了操作系統和控制程序之間的接口，所有其它類型塊在此被調用執行。功能塊(FB)用于實現反復調用或者特別復雜的程序功能，這些功能塊可以是系統以標準功能塊的形式提供的，也可以由用戶自己編制。例如標準功能塊FB242就可以實現16位二進制乘能、FB244可以實現CPU與通訊處理器之間的數據傳送，用到這些功能時可以直接調用這些功能塊。
2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的設計
以本系統＃1補給水處理單元的控制程序為例，在組織塊OB1內主要有下面幾條語句，完成各功能塊的無條件調用。
JU FB1 (定義PLC1向兩臺工控機傳送的數據)
JU FB2 (定義兩臺工控機向PLC1傳送的數據)
JU FB231 (完成PLC1與兩臺工控機之間通訊的基本設置)
JU FB232 (完成PLC1與PLC2、PLC3之間通訊的基本設置)
JU FB4 (實現自動控制及無擾切換功能)
JU FB3 (氣動門及電動門控制)
JU FB10 (實現模擬量處理功能)
JU FB11 (報警處理)
在FB1、FB2內主要將需要通訊的數據分別寫入某數據塊如DB10的相應位，由此才能與通訊處理器中的變量取得*。在FB231中調用兩個STEP5本身提供的標準功能塊FB244(發送數據)、FB245(接收數據)，再根據通訊處理器填寫一些必要的參數如接口、作業號等，從而實現數據通訊功能。在FB232內按照通訊處理器分配的數據位，定義3臺PLC之間需要傳送的數據。在FB4內根據生產工藝流程要求及操作規范，充分利用其它功能塊及I/O模塊傳送的數據，實現系統的自動控制及無擾切換功能；針對多個被控對象相似的特點，分別編制了幾個有代表性的功能塊FB20、FB30、FB40，例如在FB4內多次調用了FB20以便解決PLC內某程序步時間和工控機畫面顯示時間保持*的問題，而且FB20內又調用了乘能塊FB244。FB3根據FB4發出的自動程序步指令去控制氣動門、電動門及泵等現場設備。FB10負責所有模擬量的處理，在此調用了開方功能塊FB5。FB11根據FB10轉換出來的數據，對模擬量進行報警處理，在此一定要注意模擬量和PLC內部數字量的對應關系，以保證模擬量顯示和報警的準確性。
3 工控機監控管理軟件的設計
工控機監控管理軟件在FIX5.5軟件平臺下完成，FIX5?5是一個高精度模塊化的軟件系統，包括十幾種軟件模塊，在此主要介紹開發本應用軟件時所用到的幾種軟件模塊。
(1)系統配置模塊(SCU)：它主要完成網絡、I/O驅動程序、數據庫名稱、系統啟動參數及初始啟動任務等配置。Intellution公司和第三方廠商為PLC、I/O卡編寫了300多種I/O驅動程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司產品的驅動程序，并提供I/O驅動程序開發工具包，供用戶開發自己的I/O驅動程序。
(2)數據掃描、報警和控制模塊(SAC)：它用來實現現場數據的掃描、信號調理、數據格式和數據類型的轉換，報警條件判別及實現遙控輸出等功能，SAC將處理的現場數據送入實時數據庫，或將遙控輸出的數據送到I/O驅動程序，以便實現遙控輸出功能。
(3)實時數據庫管理模塊(DATABASE BUILDER)：它提供以交互方式建立實時數據庫和在線顯示/修改實時數據庫的功能，它是系統運行的主要數據來源。用戶需要在此做很大一部分工作，主要的是填寫變量的標簽名，從而將現場數據與數據庫中的變量標簽一一對應起來，以便在其它模塊中調用此數據。在填寫變量標簽名時既要講究規范性又要有技巧性，首先需要遵循FIX軟件的語法要求，其次按照一定的分類標準定義標簽名，以便在以后的數據查詢及應用中提高效率。
(4)繪圖模塊(DRAW)：FIX擁有一個直觀的、基于對象的圖形化用戶接口(GUI)，它簡化了圖形開發過程。為了建立畫面，可以用DRAW提供的工具箱(TOOL BOX)生成某些對象如閥門、泵、記錄表等，并定義其動態特性，即對象基于現場數據改變狀態、大小、顏色、產生旋轉、移動等，例如閥門的開或關、泵的轉或停，這些工作可以在一個對話框內完成，主要是將實時數據庫中的變量標簽與相應對象聯系起來，從而使對象狀態隨著現場數據改變。為了減少圖形開發時間，Intellution公司還提供了一個常用設備對象的圖形庫，其中有多種標準圖形，可隨時粘貼到用戶畫面中，同時用戶可以把自己畫好的常用圖形保存到圖形庫中，以方便以后使用。
(5)顯示模塊(VIEW)：它的主要功能是動態顯示由DRAW建立的畫面，可以在多幅畫面間切換、改變畫面形態、輸入數據、實現監控等，這就是提供給用戶的實際操作畫面。
4 系統功能
系統具有上位機監控功能和模擬盤監控功能，兩者互為熱備用方式并列運行。在上位機畫面上設有上位機手動、上位機自動、上位機監視3種工作方式，方式之間的切換是無擾動的。
當系統需要由模擬盤監控時，上位機畫面選擇上位機監視工作方式。此時系統狀態由模擬盤M/A轉換開關狀態決定，M/A置手動，可利用模擬盤按鍵在模擬盤上進行一對一手動操作。當M/A置自動時，系統可由自動程序實現水處理的自動控制。
當系統需要由上位機監控時，可在上位機畫面上選擇上位機手動和上位機自動功能。選擇上位機手動時，可在上位機畫面上實現就地設備的一對一手操。選擇上位機自動時，可在上位機畫面上進行自動啟停控制，自動控制程序與模擬盤自動控制功能相同
該端子可以連接截面積為0.25mm2至1.5mm2(AWG24至AWG16)的導線，不久將會提供帶有插入式端子的型號，另外，數字量信號模塊可通過TOPConnect進行系統接線，通過TOPConnect。
使用S7-1500SMC(SIMATIC運動控制)的點動模式，軸始終在位置控制下運行，換而言之，軸通常不會在軟限位開關外運行，而是的定位到極限開關的位置，這種情況下的報錯需要被確認，如果要實現和SIMODRIVE一樣的功能。{段落
6ES7 313-6CF03-0AB0--通用
6ES7 313-6CF03-0AB0，6ES7 313-6CF03-0AB0通用，西門子S7-300通訊處理器
西門子PLC控制系統設計的基本內容
1．確定系統運行方式與控制方式。PLC可構成各種各樣的控制系統，如單機控制系統、集中控制系統等。在進行應用系統設計時，要確定系統的構成形式。
2．選擇用戶輸入設備(按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等)、輸出設備(繼電器、接觸器、信號燈等執行元件)以及由輸出設備驅動的控制對象(電動機、電磁閥等)。這些設備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法屬于其他課程的內容。
3．PLC的選。PLC是控制系統的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統的經濟指標起著重要的作用。選擇PLC應包括機型選擇、容量選擇、I／O模塊選擇、電源模塊選擇等。
4．分配I／0點，繪制I／0連接圖，必要時還須設計控制臺(柜)。
5．設計控制程序。控制程序是整個系統工作的軟件，是保證系統正常、、可靠的關鍵。因此控制系統的程序應經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。
6．編制控制系統的文件，包括說明書、電氣原理圖及電氣元件明細表、I／0連接圖、I／O地址分配表、控制軟件。
西門子PLC控制系統的設計步驟
1．根據生產的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作(動作順序、動作條件、必須的保護和連鎖等)、操作方式(手動、自動、連續、單周期、單步等)。
2．根據控制要求確定系統控制案。
3．根據系統構成方案和工藝要求確定系統運行方式。
4．根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，據此確定PLC的I／0點數。
5．選擇PLC。分配PLC的I／O點，設計I／O連接圖
6．進行PLC的程序設計，同時可進行控制臺(柜)的設計和現場施工。
7．聯機調試。如不滿足要求，再返回修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。
8．編制文件。交付使用。
西門子PLC控制系統程序結構設計
1．當成分A（B）泵工作時要求：1）成分A（B）的進料閥已開，出料閥已開；2）攪拌桶未滿，攪拌的出料閥關閉；3）泵的驅動電機*，沒有緊急停止動作。
2．拌電機工作時的條件：1）攪拌桶未空，攪拌桶的出料閥關閉；2）攪拌馬達*，緊急停止沒有動作。
3．開排放閥的條件：攪拌馬達停止，緊急停止沒有動作
說明：
在當前過程中可能發生這樣的事件，它需要的響應時間要快于當前程序執行周期所能提供的時間， 還可能發生這樣的事件，它的持續時間短的不足以在當前的程序執行周期內被識別出來，因此，在 S7-300 控制器以及以下模塊中編輯了過程報警。
模擬量模塊(AI)
數字量輸入(DI) 和
功能模板 (FM)
過程報警能力，滿足事件要求而被實時調用。
過程報警類似于中斷。
本文為 S7-300 CPU 提供過程報警指南。
概要:
如果在程序執行過程中觸發報警事件，操作系統會調用 OB 40，來中斷當前程序執行或者是中斷低優先級的程序塊處理。OB 40 的臨時堆棧數據可以更加精確的一個或多個報警觸發事件（可置位多個狀態位）， 這些臨時堆棧數據可以在報警 OB 塊中通過用戶程序評估。
如果在 CPU 中沒有報警組織塊 OB 40 存在，當報警事件觸發時，CPU 會進入停機模式。報警組織塊有一個固定的優先級設置 16。
在不同模塊中的過程報警觸發事件：
模擬量模塊：可以用過程報警監視模擬量輸入模塊中的某個值。當模擬量的值低于下限或高于上限的時候, 過程報警可以被組態為在此時觸發。有關各個模擬量輸入模塊的更多信息，請參見手冊 "Programmable Logic Controller S7-300 Module Data" (可編程邏輯控制器 S7-300 模板規范)第4章，條目號 8859629。
數字量模塊：具有過程報警能力的數字量輸入模板可以監視單獨的位狀態。過程報警可以在以下事件發生時觸發：該位出現下降沿或者上升沿。有關各個數字量輸入模塊的更多信息，請參見手冊 "Programmable Logic Controller S7-300 Module Data" (可編程邏輯控制器 S7-300 模板規范)第3章，條目號 8859629。
功能模塊：具有過程報警能力的功能模塊能夠執行大量不同的任務，可以為不同的事件配置過程報警，下面通過 FM350-1 計數器模塊的例子來說明。
在下列情況下，FM 350-1 都會觸發 CPU 中的過程報警：達到比較值、超過上限/低于下限、計數器過零。有關 FM 350-1 模塊的更多信息，請參見手冊 "FM 350-1 Function Module" (FM 350-1 功能模塊)，條目號 1086726。其它功能模塊的詳細信息，請參見具體模塊的相關文檔。
警告：
許多功能模板需要的參數軟件，這些軟件隨功能模板一起提供，并有專門的文檔。只能 STEP7 和這類軟件一起使用才能組態過程報警事件觸發。
SIMATIC S7-300 中的報警 OB ：
在 SIMATIC S7-300 CPU 中，報警組織塊 OB 40 提供了臨時堆棧數據。可以通過臨時堆棧數據指示出發生報警事件的通道/位。當在 CPU 塊文件夾中創建新的報警組織塊 OB40 時可以在 STEP7 中找到它的描述 （單擊鼠標右鍵 >插入新對象 >組織塊 > OB 40），選擇創建的 OB 40 按下“F1"，打開了 STEP7 中的幫助信息，如果已經有一個警報 OB 40 存在，則可以直接選擇它然后按下 F1 ,打開的就是關于警報 OB 40 的幫助文檔。
有關區域數據具體模塊評估的更多信息，請參見手冊 "Programmable Logic Controller S7-300 Module Data" (可編程邏輯控制器 S7-300 模板規范)第 3 章 (Digital Modules) 和第 4 章 (Analog Modules)，條目號 8859629。
在 CPU 318-2 DP 中可以使用兩個警報 OB (40 和 41)。有關 CPU 318-2 DP 的更多信息，請參見手冊 "Programmable Logic Controller S7-300 CPU Data, CPU 312 IFM to CPU 318-2 DP" (可編程邏輯控制器 S7-300 CPU 數據，CPU 312 IFM 到 CPU 318-2 DP)，條目號 8860591。
在所有 S7-400 CPU 中共有八個警報 OB 可用。可以在條目號 23659324 中找到關于 S7-400 CPU 過程警報的更多信息。
組態過程報警:
可以在硬件配置中，為具有警報能力的模塊在其屬性中組態過程警報。
有關計算 S7-400 的警報響應時間的示例，請參見手冊 "S7-300 CPU 31xC and CPU 31x, Technical Data" (S7-300 CPU 31xC 和 CPU 31x，技術數據)第5.5 節，條目號 ID 12996906。
組態過程報警模塊:
可以通過系統功能 SFC 55 (WR_PARM), SFC 56 (WR_DPARM) 和 SFC57 (PARM_MOD) 在程序循環執行過程中組態具備過程報警能力的模塊。有關如何用系統功能組態相關數據記錄的信息，請參見手冊 "Programmable Logic Controller S7-300 Module Data" (可編程邏輯控制器 S7-300 模塊數據),條目號 8859629。
有關不同 SFC 的信息，請參見 S7 在線幫助以及手冊 "System Software for S7-300/400 System and Standard Functions" (S7-300/400 系統的系統軟件和標準功能)章節7.1，條目號 1214574。
警告：
系統功能 SFC 55, SFC56 和 SFC 57 不能在 PROFINET IO 中應用。
注釋：
一些數字量模塊 （例如 6ES7321-7BH0X 或 6ES7321-7RD00)） 需要 6個字節的長度來寫數據記錄 DS1。 在 SFC 55 的 "RECORD" 參數增加了 2 到 6 字節的 ANY 類型數據。附加的兩個字節的值必須為零。
凍結，延時，發布過程報警：
過程報警可以通過系統功能 SFC 39 (DIS_IRT IRT_FUNC),，SFC 40 (EN_IRT IRT_FUNC),，SFC 41 (DIS_AIRT IRT_FUNC) 和 SFC 42 (EN_AIRT IRT_FUNC) 來凍結，延時和發布