西门子模块6AV6640-0DA11-0AX0性能参数

浔之漫智控技术(上海)有限公司

西门子模块6AV6640-0DA11-0AX0性能参数

和利时公司LK系列PLC自2006年面世以来，已经经受住了现场恶劣环境的考验、满足了复杂的用户需求。经过多年在水利水电行业的产品销售、系统集成应用的经验，和利时公司总结出了LK在水利水电行业应用的解决方案。

LK在水利水电行业的应用主要包括：水电厂计算机监控系统、泵站计算机监控系统、闸门计算机监控系统、灌区调度计算机监控系统等的应用。

LK在水利水电行业的应用特点如下：

开放式的系统设计

LK产品充分考虑了系统改造和扩建的系统集成问题，LK提供了多种开放式的通讯协议和接口，包括ModbusRTU主从站串行接口、串行自由协议接口、ModbusTcp以太网接口、OPC通讯接口软件。

合理的通讯接口配置

PLC的CPU集成Ethernet接口、RS232、RS485串行接口。而对于PLC控制系统通常配置的CANopen，DeviceNet，AS-i等端口由于在水利水电中的没有应用，减少这些通讯接口的配置，大大降低了PLC无效的系统消耗和内存消耗，提高CPU的运行效率。

站间通讯

泵站、水电厂计算机监控系统中各机组现地控制单元PLC间以及与公用现地控制单元PLC间有大量数据通讯，以实现全泵站机组的协调控制。LK提供了站间通讯功能，通过站间引用通讯数据功能块方便实现各站之间数据的交换。

高性价比冗余控制

LK单机架冗余方案，即满足了水利水电项目高性的要求，又有具有竞争力的价格，为水利水电监控系统提供了具有性价比的选择。LK单机架冗余方案每套PLC选用一个有双CPU插槽的冗余机架，两个支持冗余系统的LK210CPU。两个CPU互为热备，当一个CPU出现故障，或与上位组态软件通讯故障时，系统切换到热备的CPU上，CPU切换的时间为一个扫描周期，保证控制系统的不中断。除了CPU冗余，LK单机架冗余系统还支持电源冗余、网络冗余以及总线冗余。

1 引言

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的有效、便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。

2 PLC系统设备选型

PLC主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

目前市场上的PLC产品众多，国外有德国的SIEMENS;日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC的选型应从以下几个方面入手。

2.1 确定PLC控制系统的规模

依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。

小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128点。一般选用微型PLC,如SIEMENSS7-200等。

中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENSS7-300等。

大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的PLC,如SIEMENSS7-400等,再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。

2.2 确定PLCI/O点的类型

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。

根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。

电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。

2.3 确定PLC编程工具

（1）一般的手持编程器编程。手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。这主要用于微型PLC的编程。

（2）图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。

（3）计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编程。

3 PLC控制系统的设计

PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

3.1 PLC控制系统的

硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的性、性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

（1）PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC24V,同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电和PLC至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。

（2）PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下，应继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次／min以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。

对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的性、性。

对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

（3）PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时考虑的问题。一般采用以下几种方式:

隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1隔离变压器，并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

3.2  PLC控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

（1）PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

（2）PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。

在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

（3）PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC编程遵循的原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用，用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0）。

如果要使PLC多个输出为固定值1（常闭），可以采用字传送指令完成，例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC程序的编制。

4 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。

4.2 系统调试

系统调试应按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:

（1）对每一个现场信号和控制量做单测试;

（2）检查硬件/修改程序;

（3）对现场信号和控制量做综合测试;

（4）带设备调试;

（5）调试结束。

5结束语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。

PLC控制和DCS控制系统不是一个逻辑层次上的概念，从名称上就能看出:PLC是以功能命名，DCS是以体系结构命名。从原理上看PLC就可以组成DCS。当然两者性能差异还是存在的，要具体看产品和需要。从应用角度来说，简单地以PLC,DCS来区分，往往会走人误区。

DCS控制系统与PLC控制区别:

1、DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC(可编程控制器)只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC装置只实现本单元所具备的功能。

2、在网络方面，DCS网络是整个系统的神经，它是双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性好。而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与标准不符。在网络上，PLC没有很好的保护措施，我们采用电源、CPU、网络双冗余。

3、DCS整体考虑方案，操作员站都具备工程师站功能，站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制，协调控制；而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站(PLC与PLC)之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。

4、DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

5、DCS性：为保证DCS控制的设备的，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就谈不上冗余控制

策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行换维护并需重新编程。所以DCS系统要比PLC性上高一个等级。

6、系统软件，对各种工艺控制方案新是DCS的一项基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量其庞大，需要确定所要编辑新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，后再用的机器(读写器)专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中(500点以上)，基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

7、模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。

8、现在的PLC与DCS的功能已经差不多，DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能，同时对运算和模拟量的处量比较拿手。

9、PLC还分大、中、小、微PLC，其中的只卖几百块到2000块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与DCS差不多，但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多，只是不一样。