资源描述
模井井井井井数拟主字量水位传感器输量真空泵控制C输入出井井井井广州工模程仿真科技有限公司工程仿真网声光报警块P模井井井井井块3.1 控制系统总体结构井井U井井井 井 井井井 井井 数井1# 高压柜PLC井井井字RS 485综保单元系统采用现场层 ( 远程 IO), 控制层(PLC)和管理层 ( 工业计算机 )真空泵球阀1量模 PROFIBUS DP输工业计算机利用友组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。到位信号入块井井井井井4# 高压柜485好人机界面实现人机对话和远程监控功能， PLC作为控制器完成逻辑模综保单元处理和控制任务，远程块IO 实现现场数据的采集和上传。控制系统总温PROFIBUS-度体结构如图所示。DP巡 RS 485井井 井井 井 井井检井井 井井 井 井井图井井井井井井井仪1#远程扩展模块4#远程扩展模块系统总体结构数字量输入模块模拟量输入模块数字量输出模块3.2 基于 PLC的矿井主排水控制系统球设计电水声泵球闸就流压负阀阀地量力压阀动高光到到控传传传闸系统由 PLC（可编程逻辑控制器）控、触摸屏、检测部分（模拟量和压位位制感感感阀报制柜警所示。开关量采集）和执行部分等组成，其硬件结构如图4-2信信命器器器控控号号令制制图4-2 排水控制系统硬件结构图的主要特点PLC（ Programmable Logic Controller） ，即可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 / 输出控制各种类型的机械或生产过程。1. PLC的特点1) 灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制装置是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上少许变化，需要改变电气控制系统时， 原先整个电气控制系统将被全部拆除， 而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费大量人力、物力、和时间。而 PLC 是通过在存储器中的程序实现控制功能， 若控制功能需要改变， 只需修改程序及少量接线即可。 而且，同一台 PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求。因此， PLC具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。2) 可靠性高、抗干扰能力强可靠性是工业控制器件的重要指标。 因此，要求在各种恶劣工作环境和条件 ( 如电磁干扰、灰尘等 ) 下可靠工作，将故障率降至最低。CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，不会出现继电器一接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，故被称为 “专为适应恶劣工业环境而设计的计算机 ”。3) 编程简单、使用方便PLC 采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言 ”编程，容易掌握。目前， PLC大多采用梯形图语言编程方式，它既继承了继电器控制线路的清晰直观感， 又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际， 电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式， 与汇编语言相比， 虽然增加了解释程序和程序执行时间，但对大多数机电控制设备来说， PLC的控制速度还是足够快的。此外，PLC的 I/O 接口可直接与控制现场的用户设备联接。 如继电器、接触器、电磁阀等联接，具有较强的驱动能力。4) 接线简单PLC 只需将输入设备 ( 如按钮、开关等 ) 与输入端子联接，将输出设备 ( 如接触器、电磁阀等 ) 与输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。5) 功能强PLC 不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能，而且还能完成 A/D. D/A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此， PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制。可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线。可用于现场控制，也可用于远距离控制。可控制简单系统，又可控制复杂系统。6) 体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLC 具有体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC 是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，以及有很强的可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。因此，PLC在机电一体化产品中被广泛应用。2. PLC 的主要功能PLC 是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化 (FA) 和计算机集成制造系统 (CIMS)内占重要地位。今天的 PLC 功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。PLC 系统一般由以下基本功能构成. 多种控制功能. 数据采集、存储与处理功. 通信联网功能. 输入/ 输出接口调理功能. 人机界面功能CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网. 编程、调试功能1) 控制功能逻辑控制 :PLC 具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。定时控制 : 它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定 :接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。计数控制 : 用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。顺序控制 : 在前道工序完成之后， 就转入下一道工序， 使一台 PLC 可作为多部步进控制器使用。2) 数据采集、存储与处理功能数学运算功能包括 :. 基本算术 : 加、减、乘、除。. 扩展算术 : 平方根、三角函数和浮点运算。. 比较 : 大于、小于和等于。数据处理 : 选择、组织、规格化、移动和先入先出。模拟数据处理 :PID 、积分和滤波。3) 输入/ 输出接口调理功能具有 A/D. D/A 转换功能，通过 I/O 模块完成对模拟量的控制和调节精度，可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。4) 通信、联网功能现代 PLC大多数都采用了通信、 网络技术，有 RS232或 RS485接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间， 实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC构成 “集中管理、分散控制 ”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的 SCADA系统，现场端和远程端也可以采用 PLC作现场机。5) 人机界面功能提供操作者以监视机器 / 过程工作必需的信息；允许操作者和 PC 系统与其应用程序相互作用， 以便作决策和调整。 实现人机界面功能的手段 : 从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的 CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。6) 编程、调试等CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网使用复杂程度不同的手持、 便携和桌面式编程器、 工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。的基本工作原理PLC运行时，内部要进行一系列操作，大致可分为四大类：以故障诊断、通信处理为主的公共操作， 联系工业现场的数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。其过程示意图如图 4-3 所示。与其它计算机系统一样， PLC 的 CPU是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作， 随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为 CPU对程序的扫描。 PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。 CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束。然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环的。PLC接通电源后，在进行循环扫描之前， PLC首先确定自身的完好性，这是起始操作的主要工作。 PLC进行清零或复位处理，消除各元件状态的随机性；检查 I/O 单元连接是否正确；启动监控定时器 T0，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序， 如果所用的时间不超过T0，则可证实自身完好，否则系统关闭。此后，将监控定时器T0 复位，允许扫描用户程序。PLC的基本工作过程为：CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网图 PLC 工作原理示意图1、公共操作公共操作是在每次扫描程序前进行自检， 若发现故障，除了故障灯外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时 PLC切断一切输出联系。2、数据 I/O 操作数据 I/O 操作也称为 I/O 状态刷新。它包括两种操作：一个是采样输入信号，即刷新输入状态表的内容；二是送出处理结果，即用输CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网出状态表的内容刷新输出电路。在 PLC的存储器中， 有一个专门存放I/O 的数据区，其中对应于输入端子的数据区，我们称之为输入映像存储器。当 CPU采样时输入信号由缓冲区进入映像区，这就是数据输入状态刷新；同样道理， CPU不能直接驱动负载。当前处理的结果放在输出映像存储器区内， 在程序执行结束后， 才将输出映像区的内容通过锁存器输出到端子上。这步操作称为输出状态刷新。3、执行用户程序操作在程序执行前复位监控定时器 T1，即执行程序并开始计时。 监控定时器 T1 就是通常所说的 “看门狗 ”，它是用来监视程序执行是否正常的，正常时，执行完用户程序所用的时间不会超过 T1 的设定值，执行完用户程序后立即使 “看门狗 ”复位，表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时， “看门狗 ”会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新扫描程序不会再遇到 “偶然干扰 ”，系统便转入正常运行；若由于不可恢复的确定性故障， 则系统会自动地停止执行用户程序、 切断外部负荷、发出故障信号，等待处理。4、处理外设请求操作每次执行完用户程序后，就进入服务外设请求命令的操作，外设的请求命令包括操作人员的介入和硬件设备的中断。 外设请求一般不会影响系统正常工作， 而且可能更有利于系统的控制和管理。 如果没有外设请求，系统则会自动循环地扫描进行。地址分配和实现控制功能从系统的控制功能上来说，应具备以下七大功能：一、数据自动采集与检测数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、 3 台水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力；数字量检测的数据主要有： 水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态。数据自动采集主要由 PLC实现， PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位， 将水位变化信号进行转换处理， 计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率， 从而判断矿井的涌水量， 控制排水泵的启停。影响水位的因素主要来自两方而 : 一是水位计故障 ( 如遭受杂物撞击 ) ，二是水位信号受干扰 ( 如水波动较大 ) 。对于前一个因素采用双水位计，在水仓中设置两个同样的水位计， PLC同时对两个水位计取样。如果两路信号相差大于 0.15m 时系统报警， 要求值班人员进行检查；而对于信号干扰， 则采用软件过滤，只有当信号在某一值附CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网近稳定足够时间， 且回差足够小时才作为控制量使用， 防止了因干扰而泞致机组误动的情况。在数据采集过程中，模拟量信号的处理是将模拟信号变换成数字信号（ A/D 转换），其变换速度由采样定律确定。一般情况下，采样频率应为模拟信号中最高频率成分的2 倍以上，这样经 A/D 变换的精度可完全恢复到原来的模拟信号精度。A/D 变换的精度取决于A/D 变换器的位数。 PLC所采用的 A/D 模块均以积分方式变换，可使输入信号的尖峰噪音和感应噪声平均化，适用于噪音严重的工业场所。二、自动轮换工作为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了3 台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计， 系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路， 使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。三、 “避峰填谷 ”所谓 “避峰填谷 ”，是指调度水泵在用电的 “谷段 ”和“平段 ”时间段工作，尽量避免在 “峰段 ”启动。要实现 “避峰填谷 ”，需调度各水泵在用电的 “谷段 ”和“平段 ”时间段，将水仓的水位排至设定的低位，以便水仓能够腾出尽可能大的容积， 使其在 “峰段 ”容纳更多的矿井涌水而不用启动水泵。四、系统保护功能超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及 PLC 实现超限报警。流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车， 自动转换为启动另一台水泵。电动机故障：利用 PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。电动闸阀故障： 由电动机综保监视闸阀电机的过载、 短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。五、动态显示动态模拟显示选用西门子公司的 ET200M（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、 电动闸阀和电动球阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。 直观地显示电磁阀和电动阀的CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值。用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。采用图形、趋势图和数字形式直观地显示 3 趟管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、 电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的 3 条故障（故障显示条数可在触摸屏上设置） ，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。六、通讯接口PLC 通过通讯接口和通讯协议，与触摸屏进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至 PLC，控制水泵运行。 PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。 触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、 运行参数图表， 记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。七、三种工作方式系统控制具有自动、半自动和手动检修3 种工作方式。自动时，由 PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时， 由工作人员选择某台或几台泵组投入， PLC 自动完成已选泵组的启停和监控工作； 手动检修方式为故障检修和手动试车时使用， 当某台水泵及其附属设备发生故障时， 该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。 PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。经过粗略计算，需要数字量输入 64 点，数字量输出 56 点，模拟量输入通道 22 路，其具体分配见表 4-1 ，4-2 ，4-3 。表 模拟量输入通道统计表模拟量输入通道数水仓水位1CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网水泵真空度3出水口压力3排水管流量3水泵轴承温度3电机温度3电机电流3电机电压3总计22表 4-2 数字量输入点数统计表数字量输入点数电动闸阀开3电动闸阀关3电动闸阀停3电动闸阀开到位3电动闸阀关到位3电动闸阀开过转矩3电动闸阀关过转矩3真空泵状态2电机合闸3电机分闸3电机合闸到位3CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网电机分闸到位3真空泵球阀开到位2真空泵球阀关到位2球阀开到位9球阀关到位9故障复位1急停1操作方式选择3真空泵射流管启动方式选择1总计64表 4-3 数字量输出点数统计表数字量输出点数真空泵球阀开2真空泵球阀关2排水泵球阀开9排水泵球阀关9电动闸阀开3电动闸阀关3电动闸阀开到位3电动闸阀关到位3电动闸阀开过转矩3CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网电动闸阀关过转矩3真空泵电机开3真空泵电机关3水泵电机开3水泵电机关3警铃1故障显示灯1总计54考虑到前面的设计中 I/O 点数可能有疏漏，并考虑到 I/O 端的分组情况以及隔离与接地要求，应在统计后得出的 I/O 总点数基础上，增加 10到 15的裕量。考虑裕量后的 I/O 总点数即为 I/O 点数估计值。选定的 PLC机型的 I/O 能力极限值必须大于 I/O 点数估计值，并应尽量避免使 PLC能力接近饱和，一般应留有 30的裕量。（2） 存储器容量选择PLC的 I/O 点数估算值大小，在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可以在 I/O 点数估算值的基础上计算对 PLC存储器容量的需求。目前， 大多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以 PLC处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据， 乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。 作为一般应用下的一种经验公式是：存储器容量 (KB )(1.11.25)(DI10DO5AI / O100) /1024其中： DI 为数字量输入总点数；DO 为数字量输出总点数；AI/O为模拟量 I/O 通道总数。DI 点数估计值为 641.15=74 ，DO点数估计值为 561.15=65 ，AI通道估计值为 221.15=26 个。所以存储器容量为 :1.2 (74 10+655+26100)/1024=3.58KB工程实践中，大多采用粗略估算，加大裕量，实际选型时参考此值采用就高不就低的原则。（3） 响应速度PLC是为工业自动化而设计的通用控制器，不同档次的PLC的响应速度一般能满足起应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网者应用中的某些功能或信号有特别的速度要求时， 确定 PLC的型号就应特别慎重。通过上面的计算，考虑系统通讯要求，选用 SIMATICS7-300 系列中的 CPU315-2DP是最合适的。其中最主要的原因是 CPU315-2DP是S7-300 系列中唯一带现场总线 (PROFIBUS) SINEC L2-DP接口的 CPU 模块。内置 80KB RAM，随机存储器为 48KB，最大数字量 I/O 点数为 1024 个，最大模拟量 I/O 通道数为 128 个。最大配置 4 个机架， 32 块模块。满足设计需要。选用： CPU315-2 DP 处理器；PS307电源模块；ET200M远程控制单元；CP342-2DP通信模块；CP340通信模块；SM321数字量输入模块；SM322数字量输出模块；SM331模拟量输入模块。的基本组成本系统选用德国西门子公司的 SIMATIC S7-300 系列 PLC系统。 S7-300 系列 PLC 是模块化结构设计，各种单独模块之间可以进行广泛组合和扩展。它的系统构成如图 4-4 所示。其主要组成部分有导轨 (RACK)、电源模块 (PS) 、中央处理单元模块(CPU)、接口模块 (IM), 信号模块 (SM)、功能模块 (FM)等。它可以通过MPI连接电缆或通讯模块与计算机进行通讯，再加上其全面的诊断功能和完善的自我保护技术， 使其具有极高的可靠性， 极其适合本系统的需求。除此之外，它自带的 STEP7编程软件功能强大，使用方便，也使开发过程变得简单快捷。图 4-4 S7-300PLC 系统构成框图一、中央处理单元 CPU同一般的微处理器一样，中央处理单元是 PLC的主要部分，是系CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网统的核心。它通过输入装置读入外设的状态，由用户程序去处理，并根据结果通过输出装置去控制外设。一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统。一个为字处理器，多为 8 位或 16 位微处理器。另一个是位处理器，也称为布尔处理器，是一些厂家设计制造的专用芯片。字处理器是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线、内部计数器、内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。 位处理器也称从处理器， 它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC 编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用，加快了PLC的扫描速度，使 PLC能较好的满足实时控制要求二、输入 / 输出部件输入 / 输出部件通常亦称 I/O 单元或 I/O 模块，PLC通过 I/O 单元与工业生产过程现场相联系。 通过 I/O 接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数， 以这些现场数据作为 PLC对被控对象进行控制的信息依据。同时 PLC又通过 I/O 接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程。PLC提供了多种操作电平和驱动能力的 I/O 单元，有各种各样的 I/O 单元供用户选用。外部设备传感器和执行机构所需的信号电平是多种多样的，而 PLC中 CPU处理的信息只能是标准电平， 所以 I/O 单元需实现这种转换。 I/O 单元的主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。SM321数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成 S7-300 内部信号电平。对于现场输入元件，仅需要提供开关触点即可。输入信号进入模块后， 一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待 CPU采样。数字量输入模块 SM321有直流 16 点输入、直流 32 点输入、交流 16 点输入、交流 8 点输入四种型号模块可供选择。SM322数字量输出模块将 S7-300 内部信号电平转换成过程所需要的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。按负载回路使用的电源不同分为： 直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出开关器件的种类不同又可分为：晶体管输出方式、 可控硅输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式的模块，只能带直流负载，属于直流输出模块，没有反极性保护措施，输出具有短路保护功能， 使用于驱动电磁阀和直流接触器。可控硅输出方式属于交流输出方式，适用于驱动交流电磁阀、接触器、电机启动器和灯。 继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块，其额定负载电压范围较宽，直流可以从24V 到 120V，交CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网流可以从 48V 到 230V。SM322有 16 点晶体管输出、 32 点晶体管输出、 16 点可控硅输出、 8 点晶体管输出、 8 点可控硅输出、 8 点继电器输出和 16 点继电器输出共七种型号输出模块可供选择。SM331模拟量输入模块主要由 A/D 转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。 A/D 转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法， 积分时间直接影响到 A/D 转换时间和 A/D 转换的精度。被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。 SM331可选四档积分：2.5ms，16.7ms，20ms，100ms，相对应的以位表示的精度为： 9，12，12，14 位。模拟量模块都装有量程模块，调整量程块的插入位置可改变模块的硬件结构。 “A”位置用于测量 1000MV以内的小电压信号，由于电阻和热电偶信号均属于这个范围，所以 “A”位置适用于它们。 “B”位置适合测量 10V 以内的大电压信号，如： 2.5V，5V，15V等。“C”位置用于测量由 4 线变送器产生的 20mA以内的电流信号。 “D”用于测量 2 线变送器产生的 420mA电流信号，并通过测量信号线对变送器供电。 SM331有 812 位和 212 位两种规格型号模块。SM332模拟量输出模块可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用 2 线回路和 4 线回路两种方式与负载相连。采用4线回路可以获得比较高的输出精度。如图4-5 所示，检测线S+和 S-直接接到负载上。这样，在负载端直接测量和校准电压。采用2 线回路时， S+和 S-可以保持开路，但是输出精度不如 4 线回路高。在电流输出方式时，将负载连接到 QI 和 MANA上即可。 QI 和 QV实际上是同一个端子。图 4-5 通过 4 线回路将负载与隔离的模出模块相连三、存储器在可编程控制器系统中，存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序是由 PLC的制造厂家在研制系统时确定的， 和机器的硬件组成有关， 完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网逻辑运算、通信和各种参数设定等功能。 系统程序在 PLC使用过程中是不变动的，中小型 PLC多使用 EPROM或 PROM来存放，大型 PLC多使用熔丝快速 ROM存放。系统程序关系到 PLC的性能，用户不能访问，修改这一部分存储器的内容。用户程序是随 PLC的应用对象而定的，它是用户根据使用环境和生产工艺的控制要求来编写的。 用户程序一般存放于带有后备电池的CMOS静态 RAM、紫外线可擦的 EPROM和电可改写的 EEPROM中。为保证在断电和加电的瞬间， RAM中的数据不丢失或被随机改写，应采取掉电抗干扰保护措施和选择带控制端的 CMOS RAM，控制端有效时禁止外电路对存储器的读写， 只维持数据，避免了电源波动和正常电源与后备电池切换时产生的误写入。工作数据是 PLC在应用过程中经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在 RAM中，以适应随机改写的要求。 在 PLC系统的工作数据存储区，开辟有输入输出数据映像区、计数器、定时器、辅助继电器等逻辑部件， 这些部件的设定值和当前值是根据用户程序的初始设置和运行状况而确定的。 根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持现行状态。在掉电时可以保持数据的存储器区域称保持数据区。综上所述， PLC所用存储器基本上由PROM、EPROM、EEPROM及 RAM等组成，存储容量的大小随机器的型号而变化。由于系统程序用户不可改变，因而 PLC产品样本或使用说明书中所列存储器容量，系指用户程序和数据存储器而言。四、外部设备1、人机接口人机接口装置可分为操作员接口、加固的 “半智能 ”型 CRT接口、“智能 ”接口。操作员接口用于实现操作人员与 PLC控制系统之间的对话，人机接口的最简单和最普通的形式是由安装在控制台上的按钮、转换开关、指示灯、 LED数字显示器和声光报警器等元件组成。加固的“半智能 ”型 CRT接口为密封型， 可以长期安装在操作台和控制柜的面板上，通过通信接口接收来自 PLC的信息并在 CRT终端上显示出来。用于 PLC控制系统的最高级、最复杂的人机接口是一种 “智能 ”终端，它有自己的微处理器和存储器， 能够与操作人员快速地交换信息， 并通过通信接口与 PLC相连，它可以作为本地通信网络的接口。2、外存储器PLC的 CPU模块内的半导体存储器称内存储器，或者简称内存。有时用磁带和磁盘来存储 PLC 的用户程序。磁带和磁盘称为外存储器。存储在它们里面的信息可以长期保存。如果存放在 PLCRAM内的程序丢失，可以重新装入保存在磁带或磁盘中的程序。 盒式磁带录音CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网机和磁盘驱动器可能在编程器系统之内， 也可能是单独的装置， 由编程器或其它智能模块向它们提供接口。 在离线开发用户程序可编程装置中，外存储器特别有用。3、EPROM写入器EPROM写入器用来把用户程序写入到EPROM中去。它提供了一个非易失的用户程序的保存方法， 存放在 EPROM中的程序在没有电源的情况下也不会丢失。 同一 PLC系统的各种不同应用场合的用户程序可以分别写入到几片EPROM中，在改变系统的工作方式时只要更换EPROM就可以了。五、电源部件PLC配有开关式稳压电源，供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源稳定性好，抗干扰能力强。有些机型还向外提供 24V DC 的稳压电源，用于对外部传感器供电， 这就避免了由于电源污染或不合格电源产品而引起的故障。 S7-300 系列 PLC就配有专用电源模块 PS 307。3.3 西门子 ET200M与 PROFIBUS-DP总线一、 ET200MSIMATIC ET200M是采用模块化的设计，方便安装于控制柜。且与 SIMATIC S7-300 I/O模块及功能模块兼容，安全性高。支持“热插拔 ”功能，适合过程控制中危险区域使用，远程扩展使用等特殊情况。ET200M是高密度配置的模块化I/O 站，保护等级为IP20。它可用 S7-300 可编程序控制器的信号、功能和通讯模块扩展。由于模块的种类众多， ET200M尤其适用于复杂的自动化任务。可插入模拟量HART的输入和输出模块，意味着 ET200M适用于过程工程。它也适宜于与冗余系统一起使用。 ET200M是在 PROFIBUS-DP上的被动站 ( 从站) 。最大数据传输速率为 12M位/S 。ET200M也可以在运行过程中，在有电源情况下配置 S7-300 I/O 模块的有源总线模块，其余模块仍继续运行。ET200M由以下部分组成 ：1 、IM153 接口：用于与 PROFIBUS-DP现场总线的连接 ；2 、各种 I/O 模块：用总线连接器连接或插入在有源总线模块内 , 总线连接器设计， 在运行过程中不能更换模块； 有源总线模块设计，在运行过程中能更换模块；3、电源 ( 如有必要 ) ；4 、S7-300 自动化单元的所有 I/O 模块：都可应用 ( 功能和通信模块只用于 SIMATIC S7/M7主设备 ) ；5 、HART模块 。CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析广州工程仿真科技有限公司工程仿真网ET200M最多可扩展 8 个 I/O 模块，每个 ET200M的最大地址区：128 字节输入和 128 字节输出。ET200M通过 RPOFIBUS-DP与 PLC控制柜连接通信。二、 PROFIBUS-DP总线PROFIBUS是世界上最大的开放式工业现场总线网络之一。这种网络能够支持 32 个节点，最高运行速度为 12Mbps。与大多数现场总线系统一样， PROFIBUS能够减少运营成本，提高生产效率，加快新品上市时间，并改善产品质量。 与标准 420mA 控制不同， PROFIBUS 能够在由一根双绞线电缆组成的单一总线网段上， 支持 32 个工作站。PROFIBUS-DP是 PROFIBUS现场总线的三个兼容版本之一，它是专为自动控制系统和设备分散 I/O 之间通信设计的，是经过优化的高速、廉价的通信连接。PROFIBUS-DP的特点：1、代替 PLC/PC 与 I/O之间昂贵的电线；2、快速，传输 1千字节的输入数据和1千字节的输出数据所需时间2 ms；3、强有力的工具，减少组态和维护费用；4、被所有主要的PLC 制造商支持；5、有广泛的产品： PLC, PC, I/O,驱动器 ,编码器等；6、允许周期性和非周期性的数据传输；7、单主和多主网络；8、每个站的输入和输出数据最多可达244 字节。CAE 有限元 工程仿真有限元软件 工程分析
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