基于PLC的火电厂输煤控制系统.docx

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基于PLC的火电厂输煤控制系统

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1S7-200西门子PLC概述

S7系列PLC分为S7-200小型机、S7-300中型机、S7-400大型机。

S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。

1.1S7-200PLC的结构及技术性能

1.1.1  S7-200CPU的结构

如图1.1所示

图1.1S7-200系列PLC的外形图

1、S7-200CPU的类型

图1.2CPU22X主机外形图如图

从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型PLC发展至今，大致经历了两代：

第一代产品，其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的CPU单元：

CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，本书不介绍该产品。

第二代产品，其CPU模块为CPU22X，主机都可进行扩展，它具有五种不同配置的CPU单元：

CPU221，CPU222，CPU224和CPU226和CPU226XM，除CPU221之外，其它都可加扩展模块，是目前小型PLC的主流产品。

本书将介绍CPU22X系列产品。

对于每个型号，西门子厂家都提供有产品货号，根据产品货号可以购买到指定类型的PLC。

2、S7-200CPU22X系列技术性能

CPU22X主机的技术指标如表2.1所列。

表2.1   CPU22X系列的技术指标

项目名称

CPU221

CPU222

CPU224

CPU226

CPU221XM

用户程序区

4KB

4KB

8KB

8KB

16KB

数据存储区

2KB

2KB

5KB

5KB

10KB

主机数字量输入/输出点数

6/4

8/6

14/10

24/16

24/16

模拟量输入/输出点数

无

16/16

32/32

32/32

32/32

扫描时间/1条指令

0.37μs

0.37μs

0.37μs

0.37μs

0.37μs

最大输入/输出点数

256

256

256

256

256

位存储区

256

256

256

256

256

定时器

256

256

256

256

256

计数器

256

256

256

256

256

允许最大的扩展模块

无

2模块

7模块

7模块

7模块

允许最大的智能模块

无

2模块

7模块

7模块

7模块

时钟功能

可选

可选

内置

内置

内置

数字量输入滤波

标准

标准

标准

标准

标准

模拟量输入滤波

无

标准

标准

标准

标准

高速计数器

4个30KHz

4个30KHz

6个30KHz

6个30KHz

6个30KHz

脉冲输出

2个20KHz

2个20KHz

2个20KHz

2个20KHz

2个20KHz

通信口

1xRS485

1xRS485

1xRS485

2xRS485

2xRS485

由表2.1可知，CPU22X系列具有不同的技术性能，使用于不同要求的控制系统：

CPU221：

用户程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数处理能力，适合用于点数少的控制系统。

CPU222：

和CPU221相比，它可以进行一定模拟量的控制，可以连接2个扩展模块，应用更为广泛。

CPU224：

和前两者相比，存储容量扩大了一倍，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，使用很普遍。

CPU226：

和CPU224相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

CPU226XM：

它是西门子公司推出的一款增强型主机，主要在用户程序和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU226相同。

1.1.2S7-200CPU22X的电源

对于每个型号，西门子厂家都提供24VDC和120V/240VAC两种电源供电的CPU类型。

可在主机模块外壳的侧面看到电源规格。

    输入接口电路也分有连接外信号源直流和交流两种类型。

输出接口电路主要有两种类型，即交流继电器输出型和直流晶体管输出型。

CPU22X系列PLC可提供五个不同型号的10种基本单元CPU供用户选用，其类型及参数如表2.2所列。

表2.2    S7-200系列CPU的电源

型号

电源／输入／输出类型

主机I/O点数

CPU221

DC/DC/DC

6输入／4输出

AC/DC/继电器

CPU222

DC/DC/DC

8输入／6输出

AC/DC/继电器

CPU224

DC/DC/DC

14输入/10输出

AC/DC/继电器

CPU226

DC/DC/DC

24输入/16输出

AC/DC/继电器

CPU226XM

DC/DC/DC

24输入/16输出

AC/DC/继电器

注：

表2.2中的电源／输入／输出类型的含义，如为DC/DC/DC，则表示电源、输人类型为24VDC，输出类型为24VDC晶体管型。

如为AC/DC/继电器，则表示电源类型为220VAC，输入类型为24VDC，输出类型为继电器型。

图1.3    CPU22X电源供电接线图

在安装和拆除S7-200之前，必须确认该设备的电源已断开，并遵守相应的安全防护规范。

如果在带点情况下对S7-200及相关设备进行安装或接线有可能导致电击和设备损坏。

1.1.3S7-200的工作方式

1、S7-200的工作过程

图1.4S7-200的工作过程

S7-200在扫描循环中完成一系列任务。

任务循环执行一次称为一个扫描周期。

S7-200的工作过程如图1.4所示。

在一个扫描周期中，S7-200主要执行下列五个部分的操作：

（1）读输入：

S7-200从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。

（2）执行程序：

CPU根据这些输入信号控制相应逻辑，当程序执行时刷新相关数据。

程序执行后，S7-200将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。

（3）处理通讯请求：

S7-200执行通讯处理。

（4）执行CPU自诊断：

S7-200检查固件、程序存储

器和扩展模块是否工作正常

（5）写输出：

在程序结束时，S7-200将数据从输出映像寄存器中写入把输出锁存器，最后复制到物理输出点，驱动外部负载。

2、S7-200CPU的工作模式

S7-200有两种操作模式：

停止模式和运行模式。

CPU面板上的LED状态灯可以显示当前的操作模式。

   在停止模式下，S7--200不执行程序，您可以下载程序和CPU组态。

在运行模式下，S7-200将运行程序。

   S7-200提供一个方式开关来改变操作模式。

您可以用方式开关（位于S7-200前盖下面）手动选择操作模式：

当方式开关拨在停止模式，停止程序执行；当方式开关拨在运行模式，启动程序的执行；也可以将方式开关拨在TERM（终端）（暂态）模式，允许通过编程软件来切换CPU的工作模式，即停止模式或运行模式。

    如果方式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。

如果方式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。

1.1.4S7-200CPU22X的输入/输出接口

    S7-200主机配置的输入接口是数字信号输入接口。

为了提高抗干扰能力，输入接口均有光电隔离电路，即由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器。

    S7-200主机配置的输出接口通常是继电器和晶体管输出型。

继电器输出型为有触点输出，外加负载电源既可以是交流，也可以是直流。

CPU226AC/DC/继电器输出的CPU外围接线图如图1.5所示。

图1.5CPU226AC/DC/继电器输出的CPU外围接线图

1.1.5S7-200CPU的扩展模块

    当主机的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，通常要进行I/O的扩展。

I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。

不同的CPU有不同的扩展规范，它主要受CPU的寻址能力限制。

在使用时可参考西门子S7-200的系统手册。

1、数字量I/O扩展模块

常用的数字量输入／输出扩展模块有三类，即输入扩展模块、输出扩展模块、输入/输出扩展模块。

S7-200系列PLC数字量I/O扩展模块如图1.6所示。

图1.6S7-200系列PLC数字量I/O扩展模块

2、特殊功能扩展模块

    当需要完成某些特殊功能的控制任务时，CPU主机可以连接扩展模块，利用这些扩展模块进一步完善CPU的功能。

常用的扩展模块有两类，即模拟量输入／输出扩展模块、特殊功能模块。

模拟量扩展模块类型如图1.7所列。

图1.7   模拟量扩展模块型号及用途

S7-200主机的特殊功能模块有多种类型，例如：

功能模块有EM253位置控制模块、EM277Profibus-DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块、CP243-2AS-I接口模块等。

3、I/O点数扩展和编址

    S7-200CPU22X系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块。

如图所示，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。

输入与输出模块的地址不会冲突，模拟量控制模块地址也不会影响数字量。

    编址方法是同样类型输入或输出点的模块在链中按所处的位置而递增，这种递增是按字节进行的，如果CPU或模块在为物理I/0点分配地址时未用完一个字节，那些未用的位也不能分配给I/O链中的后续模块。

    例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入／输出点数为：

数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点和模拟量输出2点。

    本系统可有多种不同模块的选取组合，并且各模块在I/O链中的位置排列方式也可能有多种，图1.8所示为其中的一种模块连接形式。

图1.9所示为其对应的各模块的编址情况。

图1.8模块连接图

图1.9  各模块的编址

（1）同类型输入或输出的模块按顺序进行编制。

（2）数字量模块总是保留以8位（1个字节）递增的过程映象寄存器空间。

如果模块没有给保留字节中每一位提供相应的物理点，那些未用位不能分配给I/O链中的后续模块。

对于输入模块，这些保留字节中未使用的位会在每个输入刷新周期中被清零。

（3）模拟量I/O点总是以两点递增的方式来分配空间。

如果模块没有给每个点分配相应的物理点，则这些I/O点会消失并且不能够分配给I/O链中的后续模块。

1.2  S7-200PLC的寻址方式及内部数据存储区

S7-200CPU将信息存储在不同的存储单元，每个单元都有惟一的地址。

S7-200CPU使用数据地址访问所有的数据，称为寻址。

输入／输出点、中间运算数据等各种数据类型具有各自的地址定义，大部分指令都需要指定数据地址。

1.2.1数据长度

S7-200寻址时，可以使用不同的数据长度。

不同的数据长度表示的数值范围不同。

S7-200指令也分别需要不同的数据长度。

    S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型（BOOL）、整数型（INT）、实数型和字符串型四种。

数据长度和数值范围如图6所示。

表1.10   数据长度和数值范围

1.2.2 常数

    在S7-200的许