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PLC 技術在工業自動化領域中的應用分析

　　2.1 開關量邏輯控制

　　這是 PLC 廣泛的應用領域， 它取代傳統的繼電器控制，按照邏輯條件進行順序動作， 按照邏輯關系進行互鎖保護動作的控制。 PLC 應用于單機控制、多機群控制、自動生產線控制等。

　　2.2 運動控制

　　運動控制主要指對工作對象的位置、速度及加速度所做的控制。 可以是單坐標，即控制對象做直線運動；也可是多坐標的，控制對象做平面、立體，以及角度變換等運動。 有時，還可控制多個對象，而這些對象間的運動可能還要有協調。 這對于提高控制精度、響應速度和能源利用率有著重要意義。

　　2.3 過程控制

　　PLC 已廣泛地應用于連續過程控制領域。 過程控制是對電流、電壓、溫度、壓力等模擬量的閉環控制。 過程控制的目的是根據有關模擬量的當前與歷史的輸入狀況， 產生所要求的開關量或模擬量輸出，使系統工作參數能按一定要求工作。 這是連續生產過程常用的控制。

　　2.4 數據處理

　　信息控制也稱數據處理，是指數據采集、存儲、檢索、變換、傳輸及數表處理等。 隨著技術的發展，PLC 不僅可用于系統的工作控制，還可用于系統的信息控制。

　　2.5 通信與聯網

　　依靠*的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。 PLC 具有通信聯網的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息， 形成一個統一的整體。工廠自動化網絡發展很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。有的企業將不同廠商的 PLC 設備連接到單層或多層網絡上， 相互之間進行數據通信，實現分散控制和集中管理，從而實現全車間甚至全廠的綜合自動化。

　　OPC技術概述

　　2.1 OPC定義

　　OPC(OLE for Process Control)是一套以微軟COM, DOOM (Distributed COM)技術為基礎,基于Windows操作平臺,為工業應用程序之間提供高效的信息集成和交互功能的組件對象模型接口標準。OPC實際上是提供了一種規范,通過這種規范,系統能夠以服務器/客戶端標準方式從服務器獲取數據并將其傳遞給任何客戶應用程序。這樣,只要生產商開發一套遵循OPC規范的服務器與數據進行通信,其他任何客戶應用程序便能通過服務器訪問設備。

　　2.2 OPC基本結構

　　OPC技術的實現由兩部分組成,OPC服務器部分 及OPC客戶應用部分。其應用模式如圖1所示。OPC服務器是一個典型的現場數據源程序,它收集現場設備數據信息,通過標準的OPC接口傳送給OPC客戶端應用。OPC客戶應用是一個典型的數據接收程序,如人機界面軟件(HMI)、數據采集與處理軟件(SCADA)等。OPC客戶應用通過OPC標準接口與OPC服務器通信,獲取OPC服務器的各種信息。符合OPC標準的客戶應用可以訪問來自任何生產廠商的OPC服務器程序。

數字量模塊：SM 521 數字量輸入模塊、SM 522 數字量輸出模塊、SM 523 數字量輸入輸出模塊

數字量信號模塊或I/O設備組件將控制器和過程連接在一起。控制單元通過相連的傳感器記錄當前過程狀態，并對執行器發出相應的響應。通過數字量模塊和模擬量模塊，可以準確便捷地輸入/輸出特定任務所需的數據。這些模塊既可以直接在 CPU 中進行集中式處理，也可以通過 ET200MP I/O 系統進行分布式處理。

模擬量模塊：SM 531 模擬量輸入模塊、SM 532 模擬量輸出模塊、SM 534 模擬量輸入輸出模塊
模擬量輸入模塊可以記錄壓力或溫度等過程信號，并以數字形式（16 位形式）將它們傳送給控制器。這些模塊適用于測量電流（2 線制和 4 線制傳感器）、電壓和電阻，并適合連接電阻溫度計和熱電偶（測量類型取決于模塊）。
提供有以下模擬量輸入模塊：
AI 4xU/I/RTD/TC ST
帶有 4 個通道的模擬量輸入模塊；分辨率 16 位；準確度 +/-0.3%；一個電位組；共模電壓 10 V；可設置診斷參數；硬件中斷（兩個上限和下限）；在執行期間進行校準。
模塊寬度 25 mm
AI 8xU/I/RTD/TC ST
帶有 8 個通道的模擬量輸入模塊；分辨率 16 位；準確度 +/-0.3%；一個電位組；共模電壓 10 V；可設置診斷參數；硬件中斷（兩個上限和下限）；在執行期間進行校準。 
模塊寬度 35 mm
AI 8xU/I HS 
模擬量輸入模塊，帶 8 個通道；分辨率 16 位；準確度 +/-0.3%; 一個電壓組；共模電壓 10 V；可設置診斷參數；硬件中斷（兩個上限和下限）；8 通道高速模塊，125 μs；等時同步模式；在執行期間進行校準 
 

模塊寬度35 mm。

通訊模塊：
CM PtP: 通過點到點連接實現串行通信
4 種通信模塊，可通過串行接口連接自動化組件。
可連接舊系統和外部系統。
可連接數據讀卡器或特殊傳感器。
可集中使用，也可在分布式 ET 200MP I/O 系統中使用。
帶有各種物理接口，如 RS232、RS422 或者 RS485。
可預定義各種協議，如 3964(R)、Modbus RTU 或 USS。
可使用基于 Freeport 的應用特定協議 (ASCII)。
所有模塊使用統一的編程接口。
診斷報警可用于簡單故障修復。
CP 1543-1: 帶有安全功能的工業以太網連接
CP 1543-1 通信模塊憑借其高通信性能，極大地拓展了 S7-1500 的應用領域。
除 CPU 密碼保護之外，還可通過狀態檢測防火墻確保工業以太網連接的安全性。
可分別組態本地訪問權限和遠程訪問權限。
通過電子郵件實現簡單報警，并通過 FTP(S) 文件傳輸協議將產品數據傳輸到控制計算機中。
靈活集成在基于 IPv6 的架構中。
支持網絡分段，可構建具有同一IP地址的相同設備。
可在TIA博途中構建包含安全功能在內的整體項目。
CM 1542-5: 高性能的 PROFIBUS 模塊
CM 1542-5符合標準IEC 61158/61784，支持PROFIBUS DP主站功能和PROFIBUS DP從站功能。通過該模塊，可以將PROFIBUS設備連接到不帶 PROFIBUS 接口的 S7-1500 控制器的CPU 上。
使用附加的 PROFIBUS 電纜，實現系統快速擴展。
可為單個自動化任務分隔不同的PROFIBUS子網。
減少了S7-1500 CPU中的通信任務，提高系統性能。
可連接其他供應商提供的 PROFIBUS從站。
發生故障時，網絡分隔技術可降低模塊替換成本。
TIA Portal V12 中，集成了項目規劃功能。

西門子SIMATIC S7-1500是一個模塊化控制系統，適用于離散自動化領域內的各種自動化應用。模塊化、無風扇設計、易于實現分布式結構以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-1500 成為中、低端應用中各種不同任務的經濟、用戶友好的解決方案。
SIMATIC S7-1500的應用領域包括：特殊機械、紡織機械、包裝機械、通用機械工程、控制器制造、機床制造、安裝系統、電氣與電子工業及相關產業。、汽車、水/污水、食品與飲料等。
西門子S7-1500提供了具有不同性能水平的多種CPU以及一個包含許多便利功能的全面模塊系列。故障安全CPU便于在故障安全應用中使用。由于具有模塊化的設計，用戶可以僅采用其應用所需的模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。
SIMATICS7-1500具有較高的電磁兼容性、抗沖擊性及抗振性，工業強度高，可實現通用。

工業領域正在范圍內發揮越來越重要的作用，是推動科技創新、經濟增長和社會穩定的重要力量。但與此同時，市場競爭也在變得愈發激烈。客戶需要新的、高質量的產品，要求以更快的速度交付根據客戶要求而定制的產品。此外，還必須不斷提高生產力水平。只有那些能以更少的能源和資源完成產品生產的企業，才能夠應對不斷增長的成本壓力。而這些困難都是可以克服的。解決方案就在于實現虛擬生產和與現實生產環境的融合，采用創新軟件、自動化技術、驅動技術及服務。這些能夠縮短產品上市時間、提高生產效率和靈活性，幫助工業企業保持在市場上的競爭優勢。

西門子S7-1500 自動化系統具有模塊化的結構，可包含多32個模塊。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進行各種組合。S7-1500 自動化系統支持單層配置，其中的所有模塊均安裝在一個DIN 導軌上（請參見手冊以了解要求）。
系統包含下列組件：
控制器：
CPU 具有不同性能等級，并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口，用于連接分布式 I/O 或用于編程設備、操作裝置、其它 SIMATIC 控制器或第三方設備間的通信。
SIMATIC S7-1500 適合使用多種型號的 CPU：
標準 CPU（ODK 版本：能夠在控制器上執行 C/C++ 代碼）
緊湊型 CPU 不僅配備數字型和模擬型輸入輸出，還配備計數器輸入和高速輸出，將技術功能直接集成在 CPU 上。
故障安全型 CPU（ODK 版本：能夠在控制器上執行 C/C++ 代碼）適用于在同一臺計算機上執行標準程序和安全相關的程序。
配備諸如同步操作（利用位置同步規范進行同步）和凸輪系統等擴展運動控制功能的技術 CPU。
用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊。
工藝模塊用于高速計數、位置檢測或測量等功能。
通信模塊和通信處理器可通過通信接口將控制器進行擴展
根據具體要求，也可使用下列模塊：
在CPU向背板總線的輸出對于所有連接的模塊來說不夠充分的情況下，電源模塊 (PS) 通過背板總線為 S7-1500 模塊的內部電路供電。用于將 SIMATIC S7-1500 連接到 120/230 VAC 電源的負載電源模塊 (PM)。接口模塊用于連接基于 S7-1500 的分布式 I/O。

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后發現V的濾波電容特性不對，拆掉濾波電容測量，果然是老化了。換上新的電容就修復了。直觀檢查法就是發揮人的手眼耳鼻的感知器官來尋找出故障原因。這種方法常用并且首先使用。

不過，為了安全考慮，好將主電路斷開。當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調試好的程序送入用戶存儲器進行調試，直到各部分的功能都正常，并能協調一致地完成整體的控制功能為止。將設計好的程序寫入PLC后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現的錯誤。
　　用戶程序一般先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態用PLC上有關的發光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載(如接觸器、電磁閥等)。可以根據功能表圖，在適當的時候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關觸點的接通和斷開。

　　對于順序控制程序，調試程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規定，即在某一轉換條件實現時，是否發生步的活動狀態的正確變化，即該轉換所有的前級步是否變為不活動步，所有的后續步是否變為活動步，以及各步被驅動的負載是否發生相應的變化。

　　可是，漏阻抗的影響不僅與頻率有關，還和電機電流的大小有關，準確補償是很困難的。近年來國外開發了一些能自行補償的變頻器，但所需計算量大，硬件軟件都較復雜，因此一般變頻器均由用戶進行人工設定補償。如何設定加減速時間變頻器在啟制動過程中的頻率變化率由用戶設定。若電機轉動慣量J電機負載變化按預先設定的頻率變化率升速或減速時，有可能出現加速轉矩不夠，從而造成電機失速，即電機轉速與變頻器輸出頻率不協調，從而造成過電流或過電壓。