6ES7223-1PH22-0XA8原装库存

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目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业，这里面经常会用到PLC与变频器的结合使用，当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用，例如我厂二催化的自动吹灰系统。PLC可提供控制信号和指令的通断信号。一个PLC系统由三部分组成，即中央处理单元、输入输出模块和编程单元。本文介绍变频器和PLC进行配合时所需注意的事项。

1.开关指令信号的输入

变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC）相连，得到运行状态指令。在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，保系统的可靠性。在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流带来的噪音有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。

当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。

2.数值信号的输入

变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20ｍＡ的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。

当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：

（1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。

（2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等，另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。

（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。

（4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。

3 结束语

PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。

一、PLC的来源

1、在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）。

 2、随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。

 3、上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC。

 4、上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.

 5、近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

 6、目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。

二、典型的PLC产品

1、国外

施耐德公司， Quantum、Premium、Momentum等；

罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、Control Logix等；

西门子公司， SIMATIC S7-400/300/200系列；

GE公司

日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。

2、国内

PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以、来件组装或“贴牌”方式生产.

三、PLC在我国的应用

 虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。

 在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：

微型：32 I/O

小型： 256 I/O

中型：1024 I/O

大型：4096 I/O

巨型：8192 I/O

 在我国应用的PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。

 在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业，有各自的势力范围。大中型系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。

 我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。

四、PLC发展的重点

1、人机界面更加友好

 PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。

2、网络通讯能力大大加强

 PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔A－B公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。

3、开放性和互操作性大大发展

 PLC在发展过程中，各PLC制造商为了和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程，可以从以下方面反映：

 1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。

 2）IEC制订了基于bbbbbbs的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。

 3）OPC基金会推出了OPC（OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。

4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。

 PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）＋DCS（过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式。

5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。

 以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于1）硬件上如合适应工业恶劣环境；2）通讯机制如何提高其可靠。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。

 

一、全自动圆盘式塑胶类射出成型机的工作原理
    制鞋企业的全自动圆盘式塑胶类射出成型机，是制鞋企业中主要的一种常见用电设备，人称电老虎。我国是制鞋大国，有大量的制鞋设备。
    全自动圆盘式塑胶类射出成型机（以下简称：圆盘机）的机械特点
    ◎　本机械专用于生产各类高级单色、双色和三色的运动鞋、休闲鞋鞋底，男女童鞋底等产品。
    ◎　原料适用于生产发泡等各种热可塑性之原料，如PVC、TPR等。
    ◎　本机以电脑程序（单片机、PLC）控制，主、副机控制精确，操作简单，保养容易。
    ◎　关模子母缸搭配压力开关设计，能快速关模及建立锁模力，使每一次成型不起毛边，确保产品的品质。
    ◎　比例式压力控制，各模射料压独立操作，适用于不同射出量之产品制造。 

    二、 圆盘机节电原理
    由于圆盘机工作过程中有着十分剧烈的突变过程，对机器的冲击非常大，影响了整个注塑系统的寿命。目前国内制鞋企业中，有大量旧设备，自动化程度低，能耗大。机器一般按最大的生产能力设计，其实在生产时往往用不了那么大的功率。油泵电机的转速保持不变，所以输出功率几乎也是不变的，生产中存在大马拉小车的现象。因此造成大量能量浪费。
    我们采用圆盘机的变频运行技术，变频器实时的检测来自圆盘机电脑板给出的压力及流量信号，圆盘机压力或流量信号是0～1A，经内部处理后，输出不同的频率，调节电机转速，即：输出功率与压力和同步自动跟踪控制，相当于定量泵变成了节能型的变量泵，原液压系统与整机运行所需功率匹配，了原系统的高压溢流能量的损失。可以大大减轻合模、开模的震动，稳定生产工艺、提高产品质量，减少机械故障，延长机器使用寿命，又能够节约大量的电能。

    三、变频节能的特点
    1） 操作简单，与圆盘机同步运行，不必进行任何调节；
    2） 高可靠性：保留圆盘机原有控制方式及油路不变；采用市电/节电运行控制方式，以备故障时不影响生产；
    3） 软启动：减轻机器震动，延长设备和模具的使用寿命；有效的减小噪音，改善工作环境；系统发热明显减少，油温稳定；延长密封组件的使用寿命，降低停机维修率，节省大量的维护费用，同时增加变压器的装机容量；
    4） 率：所有投资约6～12个月通过电费节省回收。

恒温恒湿空调广泛应用在对环境要求较高的博物馆、实验室以及精密仪器生产线等场合。本文讨论的为组合式恒温恒湿空调控制系统，所谓组合式是将空调机组拆分成两个部分，一部分为室内机一部分为室外机。室内机、室外机分别配有一个控制器，两个控制器通过串口通讯的方式传递控制信息以及机组状态信息。这样做不仅能够节省机组的安装空间，而且可以使机组的运输、接线等工作更加方便。本系统采用和利时公司的LM系列PLC，利用CPU上自带的串口组成通讯网络，并采用软件自带的功能库完成了通讯程序的编写，方便、可靠的实现了系统功能。

关键词     LM PLC；恒温恒湿空调；组合式；室内机室外机

1     引言

组合式恒温恒湿空调是对一体式恒温恒湿空调的改进，主要体现在空调的结构形式。组合式空调机组分类两个部分，一部分为室内机、一部分为室外机，这样做不仅能够节省空调机组的安装空间，而且空调的运输、安装也更加方便。本系统另一项改进是在室内机与室外机上各采用一个控制器，两个控制器通过通讯的方式交换信息，通讯只需要一根2芯的屏蔽通讯电缆。与单控制器系统相比，本系统能够将减少大量远距离接线，不仅符合节约环保的设计思想，而且大大提高了系统的可靠性、节省安装时间、减少系统维护的工作量。

2     控制系统设计

组合式恒温恒湿空调系统分为室内机与室外机两个部分。室外机的主要部件包括：压缩机，冷凝器，冷凝风机，四通阀，冷凝压力开关等；室内机的主要部件包括：送风机，表冷器，热水盘管，电加热，加湿器，过滤段等。室外机共包括4个涡旋式压缩机，2个冷凝风机、4个四通阀。每两个压缩机对应一个冷凝风机，每个压缩机对应一个四通阀，切换四通阀能够完成空调机组从制冷工况到制热工况的切换。室内机主要完成空调机组送风调湿等过程。为了减少室内外机之间的连接电缆，此系统在室内机与室外机别采用一个LM控制器LM3109，两个控制器通过自带的RS485接口连接，并把室内机作为主机向从机发送控制指令以及状态查询指令。主机上的RS232接口连接一个5.6英寸的彩色触摸屏HT6000，用于空调工况监视、用户参数以及厂家参数的设置。系统结构图如下所示：

图       2-1 恒温恒湿空调控制系统结构图

3     调通讯处理

采用两个LM3109实现室内机与室外机的数据交换需要进行通讯方面的配置以及程序编写，PowerPro2.1.4带有通讯功能库，并且完全支持IEC61131-3的六种语言，使得这种比较复杂的通讯过程，能够在PLC中方便的实现。通讯程序的流程图如下所示，这里采用Modbus RTU通讯协议，在室外机首先初始化RS485接口的波特率、数据位、校验位、停止位等参数，再初始化其为Modbus从站，并且设置Modbus从站地址。调用图3-2中的通讯初始化功能块即可完成Modbus从站的初始化工作。最后要做的就是把从机中的状态信息有规律的放到LM的可寻址区M区中，以备主机读取。LM的编程软件PowerPro支持ST语言，可以方便的处理需要交换的数据。在图3-3中程序采用ST语言编写，作用是把压缩机、四通阀的状态信息赋值给了%MX1300.0~%MX1300.7这些数据位，主机通过读取这些地址内的数值就可以获得室外机的状态信息，可以看到数据处理很方便，程序的可读性也很高，在调试的时候各个数据的状态一目了然。

图       3-1 室外机通讯程序流程图

                        

图       3-2 LM PLC通讯初始化功能块

图        3-3 LM PLC通讯数据处理

图       3-4室内机通讯程序流程图

图3-4为室内机通讯程序流程图，在室内机中的LM PLC作为Modbus主站，在没有控制命令的时候室内机向室外机发送Modbus查询指令，查询室外机的运行状态，当有开机、停机以及加降载等需求的时候，室内机向室外机发送控制指令，室内机还会对室外机返回的数据做CRC校验，校验成功后才会进行下一次控制命令的发送。避免由于外界的干扰造成对室外机的误操作，保了系统看高可靠性。CRC校验只需要调用一个功能块即可，如下图所示。

图       3-4 LM PLC CRC校验功能块

4     压缩机保护及故障处理

组合式恒温恒湿空调机组的控制主要包括以下几个方面，系统启动、能量调节、温度湿度控制、除霜、压缩机保护以及故障处理等功能。其中系统启动、能量调节、温度湿度控制除霜等功能与其他的空调系统基本相同，这里不再赘述。由于此系统是分成室外机与室内机两个部分的，所以压缩机保护及故障处理与常规的空调系统有所不同。在这个系统里，我们在室外机以及室内机都做了保护功能，例如压缩机不满足最小运行时间时，室内机不会向室外机发送停机指令，当压缩机出现高压、过载等故障时，室外机会自行停机保护，而无需等待室内机的停机指令。故障处理方面，室外机也可以对一些故障自行处理，例如低压故障，在60分钟连续出现3次才上报给室内机，否则室外机自行处理。当通讯出现故障时，室外机也会自动停止压缩机运行，并且发出报警信号。这样使室内机、室外机既独立又统一，避免因通讯延时或通讯故障对压缩机造成损害。

5     系统操作界面

此系统的操作界面采用和利时HT6600系列触摸屏制作，这款触摸屏为5.6英寸彩色触摸屏。操作界面可以完成厂家参数以及用户参数的设置、记录系统报警信息、监视系统的运行工况等功能。设置厂家参数需要拥有最高级得权限，设置用户参数也需要具有操作员权限，避免其它人员的误操作。系统操作画面如下图所示。图5-1为系统主界面，操作员可以进行目标温度、湿度设置，选择运行工况，进行开机停机等操作，操作人员需要具有操作员权限。图5-2为参数设定选择界面，厂家可以选择相应的选项进行参数设置，这些参数都是厂家参数，不开放给空调用户，设置这些参数需要具有最高权限。图5-3为系统运行监控界面，这里可以监视系统中各个设备的运行状况。当系统报警时，系统会自动切换到报警界面上。

一、继电器的结构和工作原理

图l-2a是继电器结构示意图，它主要由电磁线圈、铁心、触点和复位弹簧组成。继电器有两种不同的触点，在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点(如图1-2中的触3，4)，处于闭合状态的触点称为常闭触点(如图1-2中的触点1，2)。

当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合。线圈电流消失后，复位弹簧使衔铁返回原来的位置，常开触点断开，常闭触点闭合。图l-2b是继电器的线圈、常开触点和常闭触点在电路图中的符号。一只继电器可能有若干对常开触点和常闭触点。在继电器电路图中，一般用相同的由字母、数字组成的文字符号(如KA2)来标注同一个继电器的线圈和触点。

二、接触器在电机控制中的应用

图1—3是用交流接触器控制异步电动机的主电路、控制电路和有关的波形图。接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅在于继电器触点的额定电流较小，而接触器是用来控制大电流负载的，例如它可以控制额定电流为几十安至几千安的异步电动机。按下起动按钮SBl，它的常开触点接通，电流经过SBl的常开触点和停止按钮SB2、作过载保护用的热继电器FR的常闭触点，流过交流接触器KM的线圈，接触器的衔铁被吸合，使主电路中的3对常开触点闭合，异步电动机M的三相电源被接通，电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮后，SBl的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2、FR的’常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。KM的辅助常开触点实现的这种功能称为“自锁”或“自保持”，它使继电器电路具有类似于R-S触发器的记忆功能。

在电动机运行时按停止按钮SB2，它的常闭触点断开，使KM的线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行i同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。当停止按钮SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。图1.3给出了有关信号的波形图，图中用高电平表示1状态(线圈通电、按钮被按下)，用低电平表示0状态(线圈断电、按钮被放开)。

图1.3中的控制电路在继电器系统和PLC的梯形图中被大量使用，它被称为“起动-保持-停止”电路，或简称为“起保停”电路

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