西門子6ES7321-1CH20-0AA0

技術(shù)規(guī)范

西門子正在開發(fā)自動監(jiān)測受電弓的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)最初是為電氣化公路上行駛的電動和混合動力卡車而設(shè)計的，采用攝像頭和傳感器來檢查受電弓工況，防止接觸導線損傷。電氣化列車有時使用類似但更加復雜的系統(tǒng)。

圖中所示為德國Gro? D?lln電氣化公路延長測試段上的行駛場景。

電氣化公路系統(tǒng)是西門子專為繁忙的貨運路線而開發(fā)的低排放解決方案。電動和混合動力卡車利用受電弓，從高架導線獲得電能，這樣一來，它們在行駛過程中幾乎不排放任何廢氣。電氣化公路上行駛著眾多車主的車輛，尤為重要的是對受電弓進行監(jiān)測，以防止因高架導線受損而致使道路封閉。電氣化公路系統(tǒng)是一套廉價的緊湊型系統(tǒng)，可以沿道路廣泛部署，還可以同時檢測車輛是否得到授權(quán)。在不久前舉辦的2014年度 Innotrans貿(mào)易展上，西門子推出了這套解決方案，并演示了如何將之用于電氣化列車。

不論是在卡車還是列車上，受電弓都會在運行過程中發(fā)生磨損。特別是碳接觸片，會因與高架導線接觸而磨損。如果未能及時檢測出已磨損或新近受損的接觸片，那么，凹槽、裂痕或不均勻磨損等會導致接觸問題，從而損壞高架導線的接觸導線。情況下，高架接觸導線甚至可能斷裂。

這個系統(tǒng)最初是為電氣化公路上行駛的電動和混合動力卡車而設(shè)計的，采用攝像頭和傳感器來檢查受電弓工況，防止對高架接觸導線造成損害。電氣化列車有時使用類似但又復雜得多的系統(tǒng)。

特殊攝像頭監(jiān)視接觸片

該系統(tǒng)通過兩種方式監(jiān)測受電弓：攝像頭監(jiān)視接觸片的碳表面；特殊算法評估磨損程度或初發(fā)損傷。一旦各種系統(tǒng)提供了足夠的測量數(shù)據(jù)，該解決方案也將嘗試預(yù)測碳接觸片的更換時間。這樣一來，便可以根據(jù)磨損狀態(tài)進行維護，盡可能延長接觸片的使用時間。此外，傳感器將記錄高架接觸導線的垂直偏轉(zhuǎn)。據(jù)此可以推斷出接觸導線承受的壓力。如果受電弓對接觸導線施加的壓力太大，那么，碳層和高架接觸導線都會產(chǎn)生過度磨損。如果壓力太小，接觸則會斷開，并且可能發(fā)生電弧，這也會對連接兩側(cè)構(gòu)成應(yīng)力。

該系統(tǒng)設(shè)計獨到，可以安裝在高架導線的電線桿和橋上，以便沿著道路在盡可能多的地點進行測量。這樣就可以得出更多關(guān)于高架導線狀況的信息，譬如，高架接觸導線的懸掛情況。就電氣化列車而言，火車站或車輛段入口都是進行測量的合適位置。受電弓工況數(shù)據(jù)會被發(fā)送至控制中心、維護工程師或卡車上的車載裝置。目前，西門子正在其電氣化公路試驗場運行這套監(jiān)測系統(tǒng)，并優(yōu)化自動分析功能，包括評估接觸片的過程。此后，公司計劃制造出一個功能齊備的原型。

分配輸入 / 輸出點
一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。
分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。
在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。

程序輸入 PLC 后，應(yīng)*行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。

（ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。

（ 9 ）編制技術(shù)文件

系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。

@
PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點＋輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。

分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍
不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號，查閱相應(yīng)的編程手冊，決不可“張冠李戴"。必須參閱有關(guān)操作手冊。
（ 2 ）部輔助繼電器
內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。
從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。
未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 ： 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關(guān)操作手冊。
（ 3 ）分配定時器 / 計數(shù)器
PLC 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。
7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟
7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法
在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。
1. 圖解法編程
圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。

西門子SM321數(shù)字量輸入模塊6ES7321-1FF10-0AA0

STEP7-Mirco/WIN編程元素及項目組件

s7-200的三種程序組織單位（POU）指主程序、子程序和中斷程序。STEP 7-Micro/WIN為每個控制程序在程序編輯器窗口提供分開的制表符，主程序總是制表符，后面是子程序或中斷程序。

一個項目（Project）包括的基本組件有程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)圖表、交叉引用表。程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊須下載到PLC，而符號表、狀態(tài)圖表、交叉引用表不下載到PLC。

程序塊由可執(zhí)行代碼和注釋組成，可執(zhí)行代碼由一個主程序和可選子程序或中斷程序組成。程序代碼被編譯并下載到PLC，程序注釋被忽略。

2        2        在“指令樹"中 右擊“程序塊"圖標可以插入子程序和中斷程序。

數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)（包括初始內(nèi)存值和常數(shù)值）和注釋兩部分組成。

數(shù)據(jù)被編譯后，下載到可編程控制器，注釋被忽略。

系統(tǒng)塊用來設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，包括通信口配置信息、保存范圍、模擬和數(shù)字輸入過濾器、背景時間、密碼表、脈沖截取位和輸出表等選項。系統(tǒng)塊如圖1所示。

2        2        單擊“瀏覽欄"上的“系統(tǒng)塊"按鈕，或者單擊“指令樹"內(nèi)的“系統(tǒng)塊"圖標，可查看并編輯系統(tǒng)塊。

系統(tǒng)塊的信息須下載到可編程控制器，為PLC提供新的系統(tǒng)配置。

圖1  “系統(tǒng)塊"塊對話框

西門子6ES7321-1CH20-0AA0

西門子S7-200的自由口通信需要通過編程設(shè)置串口的工作模式，安排發(fā)送和接受指令的觸發(fā)順序，還要設(shè)定接收的起始和結(jié)束條件。對于剛剛開始使用s7-200的電氣工程師來說，的確有很多細微處易犯錯誤。一般碰到客戶抱怨通信不上的問題，就要逐一幫客戶確認編程配置是否正確。雖然麻煩，不過逐條查下去，總能查到錯誤所在并解決問題。但是有一次客戶遇到的問題頗出人意料，還真耗費了一些時間。

　　客戶反應(yīng)在編寫了自由口通信程序之后，PLC可以發(fā)送數(shù)據(jù)給通信伙伴，但是卻收不到任何伙伴方發(fā)出的數(shù)據(jù)。能發(fā)送數(shù)據(jù)給對方，說明通信端口設(shè)置沒有問題。極有可能是端口被其他通信指令占用導致無法進入接收狀態(tài)。比如說用常開點調(diào)用XMT，或者沒有對接收的故障狀態(tài)進行判斷并終止接收，從而導致后續(xù)的XMT和 RCV都無法被正確執(zhí)行?？蛻舯硎舅某绦虿⒉淮嬖谶@種情況。但是為了測試問題所在，客戶下載了一個僅包含條件觸發(fā)RCV的程序下去

必須在裝置 3 中鏈接各種總線系統(tǒng)。由于需要在選定系統(tǒng)上運行客戶的特定 Windows 應(yīng)用程序

中央控制器和3個擴展機架多可連接32個模塊：

總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。

通過接口模板連接：

每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在中央控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自

動處理與擴展裝置的通信。

通過 IM 365 擴展：

1 個擴展裝置遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。

通過 IM 360/361 擴展：

3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的遠距離為 10m。

單獨安裝：

對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達

10m。

靈活的安裝選項：

CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以大限度滿足空間要求。

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器。

用于點到點連接的通信處理器