【摘要】隨著電力電子技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，使得交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于PLC的功能強(qiáng)大、容易使用、高可靠性，常常被用來作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，在PC機(jī)上可開發(fā)出友好人機(jī)界面，通過PLC可以對自動化設(shè)備進(jìn)行“智能”控制。經(jīng)過研究分析確定在本系統(tǒng)中采用通用變頻器MM420，對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了能源的充分利用和生產(chǎn)的需要。此變頻器的FS型加減速功能和轉(zhuǎn)矩提升功能，能很好的解決轉(zhuǎn)速之間的切換。系統(tǒng)中PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。基于S7—200PLC的編程軟件STEP7，采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，減少了軟件的開發(fā)和維護(hù)。利用組態(tài)軟件良好的人機(jī)界面和通信能力，使工作人員可以在中央控制室的PC機(jī)上就可以方便的瀏覽現(xiàn)場的工業(yè)流程、實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷及電機(jī)的啟動和停止。本文綜述了組態(tài)軟件、PLC技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)的概況。分析了PLC的基本原理，變頻調(diào)速的基本原理、變頻器的結(jié)構(gòu)及其控制算法等變頻調(diào)速技術(shù)。關(guān)鍵詞：PLC、、變頻調(diào)速、PID調(diào)節(jié)Abstract:Withthedevelopmentofelectricpowerandelectronictechnologyandcontroltechnology,ACfrequencyconversionvelocitymodulationtechnologyiswidelyusedintheindustrymotordraggingfields.Becauseofthecharacteristicswithpowerfulfunction,easyoperationandhighdependability,PLCisusuallyusedforthefieldofdatagatheringandequipmentcontrol.Configurationsoftwaretechnologyisonesoftwareplatformtoolthatwithcustom-madefunction,friendlyhuman-machinewindows,whichcanbedevelopedonthePCmachine,usedthePLCtointelligentlycontroltheautomaticequipment．Throughtherigorouseresearchandanalysis,thissystemadjustsgeneraltransducerKASUGA+MiniMM420tocontrolthespeedofmotor,consequentlyactualizesthefulluseofenergyandtheneedofproduction．Thetransducer’sfunctionsofaddingordecreasingspeedinSformandpromotingtorquecansolvetheadjustmentofspeedswell．Inthissystem，PLCisusedtocollectdataandcontrolequipmentssuchaselectromotorandtransducer.BasedonS7-200PLC’sprogrammingsoftwareSTEP7.whichadoptsthemodularizationmethodinprogrammingdesign,canreducethesoftwareexploitationandmaintenance.BythevirtueofHMIwithniceconfigurationsoftwareandstrongcommunicationability,thestaffcanconvenientlybrowsetheindustryflowFigonthelocale,settheparameterofthetransducer,diagnosethefault,andstartorstoptheelectromotoronthePCmachineinthecontrol-centerr00m．Thispapersummarizestheconfigurationsoftwaretechnology,PLCtechnologyandACfrequencyconversionforspeedadjustmenttechnology．Keywords:PLC,cold-rocoldrollingmill,Frequencyconversionvelocitymodulation,PIDregulator目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論 -1-2S7-200PLC的構(gòu)成 -2-2.1S7-200CPU224型PLC的結(jié)構(gòu) -2-2.2CPU224型PLC的技術(shù)參數(shù) -4-2.3S7-200PLC的構(gòu)成 -5-2.4PLC的工作原理 -13-3系統(tǒng)硬件選擇 -16-西門子S7-200型PLC -16-3.2EM235模擬量模塊 -16-3.3MicroMaster420變頻器 -18-3.4PID調(diào)節(jié)原理 -19-4PLC編程設(shè)計(jì) -20-4.1梯形圖 -20-4.2語句表 -24-4.3功能塊圖 -26-結(jié)束語 -30-致謝 -31-參考文獻(xiàn) -32-1緒論隨著變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛,應(yīng)用水平的不斷提高,對變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的精度要求也越來越高。目前,許多變頻調(diào)速裝置屬于開環(huán)控制方式,不能滿足有較高精度的控制要求。為提高開環(huán)變頻調(diào)速器控制精度,本系統(tǒng)采用有編碼器速度檢測的閉環(huán)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)目的：1．利用可編程控制器及其模擬量模塊，通過對變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速。2．了解可編程控制器在實(shí)際工廠生產(chǎn)中的應(yīng)用及可編程控制器的編程方法。設(shè)計(jì)要求：電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速在較快的時(shí)間內(nèi)接近給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并且能夠穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)改變給定速度時(shí)，電機(jī)能快速響應(yīng)達(dá)到接近給定值。設(shè)計(jì)思路：變頻器控制電機(jī)，電機(jī)上同軸連旋轉(zhuǎn)編碼器。編碼器根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而輸出電壓信號反饋到PLC模擬量模塊的電壓輸入端，在PLC內(nèi)部給定量經(jīng)過運(yùn)算處理后，通過PLC模擬量模塊的電壓輸出端輸出一路DC0~+10V電壓信號來控制變頻器的輸出，達(dá)到閉環(huán)控制的目的。方案：采用PID控制，對其設(shè)定整定的參數(shù)，只要給它控制信號，它將會輸出理想的結(jié)果2S7-200PLC的構(gòu)成西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC可編程控制器主要有S5和S7兩大系列。目前，早期的S5系列PLC產(chǎn)品已被新研制生產(chǎn)的S7系列所替代。S7系列以結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功能全等優(yōu)點(diǎn)，在自動控制領(lǐng)域占有重要地位。SIMATICS7系列PLC又分為S7-400、S7-300和S7-200共3個(gè)子系列，分別為S7系列的大、中、小（微）型PLC系統(tǒng)。SIMATICS7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的具有高性價(jià)比的小型可編程控制器，由于它結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度高，價(jià)格較低，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。本章以S7-200系列PLC為例，介紹小型PLC系統(tǒng)的構(gòu)成，編程用的元器件，尋址方式，I/O擴(kuò)展，技術(shù)規(guī)范等PLC應(yīng)用的基礎(chǔ)知識。S7-200CPU224型PLC的結(jié)構(gòu)CPU22X系列PLC可提供4個(gè)不同型號的多種基本單元供用戶選用，其類型及參數(shù)如表2-1所示。表2-1CPU22X系列PLC的類型及參數(shù)類型電源電壓輸入電壓輸出電壓輸出電流CPU221DC輸入DC輸出24VDC24VDC24VDC,晶體管DC輸入繼電器輸出85-264VAC24VDC24VDC24-230VAC2A,繼電器CPU222CPU224CPU226CPU226XMDC輸入DC輸出24VDC24VDC24VDC,晶體管DC輸入繼電器輸出85-264VAC24VDC24VDC24-230VAC2A,繼電器CPU22X主機(jī)的輸入點(diǎn)為24VDC雙向光耦輸入電路，輸出有繼電器和DC（MOS型）兩種類型（CPU21X系列輸入點(diǎn)為24VDC單向光耦輸入電路，輸出有繼電器和DC、AC三種類型）。并且，具有30KHz高速計(jì)數(shù)器，20KHz高速脈沖輸出，RS-485通訊／編程口，PPI、MPI通訊協(xié)議和自由口通訊能力。CPU222及以上CPU還具有PID控制和擴(kuò)展的功能，內(nèi)部資源及指令系統(tǒng)更加豐富，功能更強(qiáng)大。CPU224主機(jī)共有I0.0～I(xiàn)1.5等14個(gè)輸入點(diǎn)和Q0.0～Q1.1等10個(gè)輸出點(diǎn)。CPU224輸入電路采用了雙向光電耦合器，24VDC極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置1M為I0字節(jié)輸入端子的公共端，2M為I1字節(jié)輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了MOSFET功率驅(qū)動器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個(gè)獨(dú)立公共端，共有1L、2L兩個(gè)公共端，可接入不同的負(fù)載電源。CPU224外部電路原理如圖2-1示。圖2-1CPU224AC/DC/繼電器連接器端子圖S7-200系列PLC的I/O接線端子排分為固定式和可拆卸式兩種結(jié)構(gòu)。可拆卸式端子排能在不改變外部電路硬件接線的前提下，方便地拆裝，為PLC的維護(hù)提供了便利。CPU224PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端（I0.0～I(xiàn)0.5），最快的響應(yīng)速度為30KHz，用于捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號。CPU224PLC有2個(gè)高速脈沖輸出端（Q0.0、Q0.1），輸出脈沖頻率可達(dá)20KHz。用于PTO（高速脈沖束）和PWM（寬度可變脈沖輸出）高速脈沖輸出。S7-200CPU存儲器系統(tǒng)由RAM和EEPROM兩種存儲器構(gòu)成，用以存儲用戶程序、CPU組態(tài)（配置）、程序數(shù)據(jù)等。當(dāng)執(zhí)行程序下載操作時(shí)，用戶程序、CPU組態(tài)（配置）、程序數(shù)據(jù)等由編程器送入RAM存儲器區(qū)，并自動拷貝到EEPROM區(qū)，永久保存。系統(tǒng)還具有完善的數(shù)據(jù)保護(hù)功能。系統(tǒng)掉電時(shí)，系統(tǒng)自動將RAM中M存儲器的內(nèi)容保存到EEPROM存儲器。上電恢復(fù)時(shí)，用戶程序及CPU組態(tài)（配置）自動從EEPROM的永久保存區(qū)讀取到RAM中，如果V和M存儲區(qū)內(nèi)容丟失時(shí)，EEPROM永久保存區(qū)的數(shù)據(jù)會復(fù)制到RAM中去。CPU224PLC還支持外擴(kuò)存儲卡，存儲卡是用來擴(kuò)展PLC的數(shù)據(jù)存儲資源的器件，也稱擴(kuò)展卡。擴(kuò)展卡有EEPROM存儲卡、電池和時(shí)鐘卡等模塊。EEPROM存儲模塊，用于用戶程序的拷貝復(fù)制。電池模塊，用于長時(shí)間保存數(shù)據(jù)，使用CPU224內(nèi)部存儲電容數(shù)據(jù)存儲時(shí)間達(dá)190小時(shí)，而使用電池模塊數(shù)據(jù)存儲時(shí)間可達(dá)200天。2.2CPU224型PLC的技術(shù)參數(shù)技術(shù)性能指標(biāo)是選用PLC的依據(jù)，S7-200CPU的主要技術(shù)指標(biāo)見表2-2。表2-2CPU22X主要技術(shù)指標(biāo)特性CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸90×80×6290×80×62×80×62190×80×62存儲器程序2048字1024字4096字4096字用戶數(shù)據(jù)1024字1024字2560字2560字用戶存儲器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM數(shù)據(jù)后備(超級電容)典型值50小時(shí)50小時(shí)190小時(shí)190小時(shí)輸入輸出本機(jī)I/O6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出擴(kuò)展模塊數(shù)量無2個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊數(shù)字量I/O映像區(qū)大小256256256256模擬量I/O映像區(qū)大小無16入/16出32入/32出32入/32出指令33MHz下布爾指令執(zhí)行速度μs/指令μs/指令μs/指令μs/指令I(lǐng)/O映像寄存器128I和128Q128I和128Q128I和128Q128I和128Q內(nèi)部繼電器256256256256計(jì)數(shù)器./定時(shí)器256/256256/256256/256256/256字入/字出無16/1632/3232/32順序控制繼電器256256256256For/NEXT循環(huán)有有有有增數(shù)運(yùn)算有有有有實(shí)數(shù)運(yùn)算有有有有附加功能內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器4H/W(20KH)4H/W(20KH)6H/W(20KH)6H/W(20KH)模擬量調(diào)節(jié)電位器1122脈沖輸出2(20KHz,DC)2(20KHz,DC)2(20KHz,DC)2(20KHz,DC)通訊中斷1發(fā)送器2接收器1發(fā)送器2接收器1發(fā)送器2接收器2發(fā)送器4接收器定時(shí)中斷2(1ms~255ms)2(1ms~255ms)2(1ms~255ms)2(1ms~255ms)硬件輸入中斷4,輸入濾波器4,輸入濾波器4,輸入濾波器4,輸入濾波器實(shí)時(shí)時(shí)鐘有(時(shí)鐘卡)有(時(shí)鐘卡)有(內(nèi)置)有(內(nèi)置)口令保護(hù)有有有有通訊通訊口數(shù)量1(RS-485)1(RS-485)1(RS-485)1(RS-485)支持協(xié)議0號口：1號口PPI,DP/T,自由口N/APPI,DP/T,自由口N/APPI,DP/T,自由口N/APPI,DP/T,自由口PPI,DP/T,自由口PROFIBUS點(diǎn)到點(diǎn)NETR/NETWNETR/NETWNETR/NETWNETR/NETW2.3S7-200PLC的構(gòu)成(1)輸入/輸出映像寄存器（I/Q）輸入/輸出映像寄存器包括輸入映像寄存器I和輸出映像寄存器Q。輸入/輸出映像寄存器都是以字節(jié)為單位的寄存器，可以按位操作，它們的每1位對應(yīng)一個(gè)數(shù)字量輸入/輸出接點(diǎn)。不同型號主機(jī)的輸入/輸出映像寄存器區(qū)域大小和I/O點(diǎn)數(shù)參考主機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)。擴(kuò)展后的實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)不能超過I/O映像寄存器區(qū)域的大小，I/O映像寄存器區(qū)域未用的部分可當(dāng)作內(nèi)部標(biāo)志位M或數(shù)據(jù)存儲器（以字節(jié)為單位）使用。輸入映像寄存器（輸入繼電器）的等效電路如圖2-2，輸入繼電器線圈只能由外部信號驅(qū)動，不能用程序指令驅(qū)動，常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)供用戶編程使用。外部信號傳感器（如按鈕、行程開關(guān)、現(xiàn)場設(shè)備、熱電偶等）用來檢測外部信號的變化。它們與PLC或輸入模塊的輸入端相連。外部輸入點(diǎn)外部輸入點(diǎn)輸入端子圖2-2輸入映像寄存器（輸入繼電器）的等效電路圖在輸出映像寄存器（輸出繼電器）等效電路圖2-3，輸出繼電器是用來將PLC的輸出信號傳遞給負(fù)載，只能用程序指令驅(qū)動。LL負(fù)載電源圖2-3輸出映像寄存器（輸出繼電器）的等效電路圖程序控制能量流從輸出繼電器Q0.0線圈左端流入時(shí)，Q0.0線圈通電（存儲器位置1），帶動輸出觸點(diǎn)動作，使負(fù)載工作。負(fù)載又稱執(zhí)行器（如接觸器，電磁閥，LED顯示器等），連接到PLC輸出模塊的輸出接線端子，由PLC控制執(zhí)行器的啟動和關(guān)閉。輸入／輸出映像寄存器可以按位、字節(jié)、字或雙字等方式編址。S7-200CPU輸入映像寄存器區(qū)域有I0～I(xiàn)15等16個(gè)字節(jié)存儲單元，能存儲128點(diǎn)信息。CPU224主機(jī)有I0.0～I(xiàn)0.7，I1.0～I(xiàn)1.5共14個(gè)數(shù)字量輸入接點(diǎn)，其余輸入映像寄存器可用于擴(kuò)展或其他。輸出映像寄存器區(qū)域共有Q0～Q15等16個(gè)字節(jié)存儲單元，能存儲128點(diǎn)信息。CPU224主機(jī)有Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1共10個(gè)數(shù)字量輸出端點(diǎn)，其余輸出映像寄存器可用于擴(kuò)展或其他。(2)內(nèi)部標(biāo)志位（M）~M31.7。(3)順序控制繼電器（S）順序控制繼電器S又稱狀態(tài)元件，用來組織機(jī)器操作或進(jìn)入等效程序段工步，以實(shí)現(xiàn)順序控制和步進(jìn)控制。可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取存儲區(qū)的數(shù)據(jù)。編址范圍S0.0～S31.7。(4)變量存儲器（V）變量存儲器V用以存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，也可以用來保存工序或任務(wù)相關(guān)的其它數(shù)據(jù)，如模擬量控制，數(shù)據(jù)運(yùn)算，設(shè)置參數(shù)等。變量存儲器可按位使用，也可按字節(jié)、字或雙字使用。變量存儲器存儲空間較大，CPU224和CPU226有VB0.0～VB5119.7共5K字節(jié)的存儲空間。(5)局部存儲器（L）局部存儲器（L）和變量存儲器（V）很相似，主要區(qū)別在于局部存儲器（L）是局部有效的，變量存儲器（V）則是全局有效。全局有效是指同一個(gè)存儲器可以被任何程序（如主程序，中斷程序或子程序）存取，局部有效是指存儲區(qū)和特定的程序相關(guān)聯(lián)。~LB63.7。其中60個(gè)字節(jié)可以用作暫時(shí)存儲器或者給子程序傳遞參數(shù)，最后4個(gè)字節(jié)為系統(tǒng)保留字節(jié)。S7-200PLC根據(jù)需要分配局部存儲器。當(dāng)主程序執(zhí)行時(shí)，64個(gè)字節(jié)的局部存儲器分配給主程序；當(dāng)中斷或調(diào)用子程序時(shí)，將局部存儲器重新分配給相應(yīng)程序。局部存儲器在分配時(shí)，PLC不進(jìn)行初始化，初始值是任意的。可以用直接尋址方式按字節(jié)、字或雙字來訪問局部存儲器，也可以把局部存儲器作為間接尋址的指針，但不能作為間接尋址的存儲區(qū)域。(6)定時(shí)器（T）PLC中定時(shí)器相當(dāng)于時(shí)間繼電器，用于延時(shí)控制。S7-200CPU中的定時(shí)器是對內(nèi)部時(shí)鐘累計(jì)時(shí)間增量的設(shè)備。定時(shí)器用符號T和地址編號表示，編址范圍T0～T255（22X）；T0～T127(21X)。定時(shí)器的主要參數(shù)有定時(shí)器預(yù)置值，當(dāng)前計(jì)時(shí)值和狀態(tài)位。1）時(shí)間預(yù)置值時(shí)間預(yù)置值為16位符號整數(shù)，由程序指令給定，詳見第五章指令系統(tǒng)。2）當(dāng)前計(jì)時(shí)值在S7-200定時(shí)器中有一個(gè)16位的當(dāng)前值寄存器用以存放當(dāng)前計(jì)時(shí)值（16位符號整數(shù)），當(dāng)定時(shí)器輸入條件滿足時(shí)，當(dāng)前值從零開始增加，每隔1個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)增1。時(shí)間基準(zhǔn)又稱定時(shí)精度，S7-200共有3個(gè)時(shí)基等級（1ms、10ms、100ms）。定時(shí)器按地址編號的不同，分屬各個(gè)時(shí)基等級。3）狀態(tài)位每個(gè)定時(shí)器除有預(yù)置值和當(dāng)前值外，還有1位狀態(tài)位。定時(shí)器的當(dāng)前值增加到大于等于預(yù)置值后，狀態(tài)位為1，梯形圖中代表狀態(tài)位讀操作的常開觸點(diǎn)閉合。定時(shí)器的編址（如T3）可以用來訪問定時(shí)器的狀態(tài)位，也可用來訪問當(dāng)前值，存取定時(shí)數(shù)據(jù)舉例見圖：圖2-4存取定時(shí)器數(shù)據(jù)(7)計(jì)數(shù)器（C）計(jì)數(shù)器主要用來累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)。其結(jié)構(gòu)與定時(shí)器相似，其設(shè)定值（預(yù)置值）在程序中賦予，有1個(gè)16位的當(dāng)前值寄存器和1位狀態(tài)位。當(dāng)前值寄存器用以累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值大于或等于預(yù)置值時(shí)，狀態(tài)位置1。S7-200CPU提供有三種類型的計(jì)數(shù)器，一種增計(jì)數(shù)；一種減計(jì)數(shù)；另一種增/減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器用符號C和地址編號表示。計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)存取操作與定時(shí)器相似，可參考圖2-5理解。(8)模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）S7-200的模擬量輸入電路將外部輸入的模擬量（如溫度、電壓）等轉(zhuǎn)換成1個(gè)字長（16位）的數(shù)字量，存入模擬量輸入映像寄存器區(qū)域，可以用區(qū)域標(biāo)志符（AI），數(shù)據(jù)長度（W）及字節(jié)的起始地址來存取這些值。因?yàn)槟M量為1個(gè)字長，起始地址定義為偶數(shù)字節(jié)地址，如AIW0，AIW2，……AIW62，共有32個(gè)模擬量輸入點(diǎn)。模擬量輸入值為只讀數(shù)據(jù)。圖2-5存取模擬量輸入值S7-200模擬量輸出電路將模擬量輸出映像寄存器區(qū)域的1個(gè)字長（16位）數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬電流或電壓輸輸出。可以用標(biāo)識符（AQ）、數(shù)據(jù)長度（W）及起始字節(jié)地址來設(shè)置。因?yàn)槟M量輸出數(shù)據(jù)長度為16位，起始地址也采用偶數(shù)字節(jié)地址，如AQW0，AQW2，……AQW62，共有32個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。用戶程序只能給輸出映像寄存器區(qū)域置數(shù)，而不能讀取。圖2-6存取模擬量輸出值9）累加器（AC）累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，可以同子程序之間傳遞參數(shù)，以及存儲計(jì)算結(jié)果的中間值。S7-200CPU中提供了4個(gè)32位累加器AC0～AC3。累加器支持以字節(jié)（B）、字（W）和雙字（D）的存取。按字節(jié)或字為單位存取時(shí)，累加器只使用低8位或低16位，數(shù)據(jù)存儲長度由所用指令決定。累加器操作見圖：圖2-7累加器操作10）高速計(jì)數(shù)器（HC）CPU22XPLC提供了6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（每個(gè)計(jì)數(shù)器最高頻率為30KHz）用來累計(jì)比CPU掃描速率更快的事件。高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為雙字長的符號整數(shù)，且為只讀值。高速計(jì)數(shù)器的地址由符號HC和編號組成，如HC0、HC1……HC5。11）特殊標(biāo)志位存儲器（SM）SM存儲器提供了CPU與用戶程序之間信息傳遞的方法，用戶可以使用這些特殊標(biāo)志位提供的信息，SM控制S7-200CPU的一些特殊功能。特殊標(biāo)志位可以分為只讀區(qū)和讀／寫區(qū)兩大部分。CPU224的SM編址范圍為SM0.0～SM179.7共180個(gè)字節(jié)，CPU214為SM0.0～SM85.7共86個(gè)字節(jié)。其中SM0.0～SM29.7的30個(gè)字節(jié)為只讀型區(qū)域。可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)是軟件編程的基礎(chǔ)，S7-200PLC各編程元器件及操作數(shù)的有效編程范圍如表2-3和表2-4所示。表2-3S7-200CPU編程元器件的有效范圍和特性一覽表描述CPU221CPU222CPU224CPU226用戶程序大小2K2K4K4K用戶數(shù)據(jù)大小1K字1K字輸入映像寄存器輸出映像寄存器模擬量輸入(只讀)-AIW0～AIW30AIW0～AIW62AIW0～AIW62模擬量輸出(只寫)-AQW0～AQW30AQW0～AQW62AQW0～AQW62變量存儲器(V)局部存儲器(L)位存儲器(M)特殊存儲器(SM)只讀定時(shí)器范圍T0～T255T0～T255T0～T255T0～T255記憶延遲1msT0,T64T0,T64T0,T64T0,T64記憶延遲10msT1~T4,T65~T68T1~T4,T65~T68T1~T4,T65~T68T1~T4,T65~T68記憶延遲100msT5～T31T69～T95T5～T31T69～T95T5～T31T69～T95T5～T31T69～T95接通延遲1msT32,T96T32,T96T32,T96T32,T96接通延遲10msT33～T36T97～T100T33～T36T97～T100T33～T36T97～T100T33～T36T97～T100接通延遲100msT37～T63T101～T255T37～T63T101～T255T37～T63T101～T255T37～T63T101～T255計(jì)數(shù)器C0～C255C0～C255C0～C255C0～C255高速計(jì)數(shù)器HC0,HC3,HC4,HC5HC0,HC3,HC4,HC5HC0～HC5HC0～HC5順序控制繼電器累加寄存器AC0～AC3AC0～AC3AC0～AC3AC0～AC3跳轉(zhuǎn)/標(biāo)號0～2550～2550～2550～255調(diào)用/子程序0～630～630～630～63中斷時(shí)間0～1270～1270～1270～127PID回路0～70～70～70～7通訊端口0000,1表2-4S7-200CPU操作數(shù)有效范圍存取方式CPU221CPU222CPU224、CPU226位存取(字節(jié)、位)～～～～～～0～2550～255～～～～～～～0～2550～255～～～～～～～0～2550～255～字節(jié)存取0～20470～150～150～310～1790～310～630～3常數(shù)0～20470～150～150～310～1790～310～630～3常數(shù)0～51190～150～150～310～1790～310～630～3常數(shù)字存取0～20460～140～140～300～1780～300～2550～2550～620～3常數(shù)0～20460～140～140～300～1780～300～2550～2550～620～3常數(shù)0～51180～140～140～300～1780～300～2550～2550～620～3常數(shù)雙字存取0～20440～120～120～280～1760～280～600～3常數(shù)0～20440～120～120～280～1760～280～600～3常數(shù)0～51160～120～120～280～1760～280～600～3常數(shù)2.4PLC的工作原理PLC采用循環(huán)（掃描）工作模式，這個(gè)工作一般包括五個(gè)階段：自診斷檢查、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理。圖2-8掃描過程讀取輸入：每個(gè)掃描周期的開始，先對各數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將各掃描結(jié)果分別寫入對應(yīng)的映像寄存器中。外接電路閉合，對應(yīng)的映像寄存器為1；對應(yīng)梯形圖中的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接電路斷開，對應(yīng)的映像寄存器為0；對應(yīng)梯形圖中的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。執(zhí)行用戶程序執(zhí)行程序時(shí)，對輸入輸出的存取通常是通過映像寄存器實(shí)現(xiàn)的。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器狀態(tài)也不會發(fā)生變化。變化的輸入信號狀態(tài)只有在下一個(gè)掃描周期的讀取輸入階段才能被讀入。執(zhí)行用戶程序過程中的特殊處理中斷程序的處理：如果在程序中使用了中斷，則與處理中斷時(shí)間的中斷程序與主程序一起被存入存儲器。正常情況下，中斷程序并不作為掃描周期的一部分進(jìn)行掃描，僅僅是在中斷事件發(fā)生后才進(jìn)行執(zhí)行，此時(shí)，CPU以異步掃描方式為用戶提供中斷服務(wù)，而且根據(jù)中斷優(yōu)先級來處理多個(gè)中斷。中斷程序使得CPU的掃描周期不是固定的，這一執(zhí)行特點(diǎn)在編制用戶程序時(shí)必須考慮到。立即I/O處理：利用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)；立即讀輸入點(diǎn)指令，不更新相應(yīng)的輸入映像寄存器；立即寫輸出點(diǎn)指令，更新相應(yīng)的輸出映像寄存器。通信處理在CPU掃描周期的信息處理階段，CPU自動檢測并處理各通信端口接收到的任何信息。即檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。CPU自診斷測試CPU檢測主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的I/O模塊的狀態(tài)。在Run模式下，還檢測用戶程序存儲器。改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到輸出模塊并加以鎖存。輸出信號通過輸出不見轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。PLC執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。掃描周期長短主要取決于程序的長短，它對于一般工業(yè)設(shè)備通常沒有什么影響（一般在微秒級）。但對控制時(shí)間要求較嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，為減少掃描周期造成的響應(yīng)延時(shí)等不良影響，一般在編程時(shí)應(yīng)對掃描周期精確計(jì)算，并盡量縮短和優(yōu)化程序代碼。輸入/輸出滯后時(shí)間（也成為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間）影響的因素：電路慣性（輸入模塊濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間【繼電器型輸出10ms，晶閘管1ms，晶體管<1ms】）掃描方式：最長可以達(dá)到2個(gè)多掃描周期與程序設(shè)計(jì)安排有關(guān)中斷程序的處理與立即I/O指令可提高響應(yīng)速度。圖2-9PLC外部接線圖與梯形圖3系統(tǒng)硬件選擇3.1西門子S7-200型PLC西門子S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：?極高的可靠性?極豐富的指令集?易于掌握?便捷的操作?豐富的內(nèi)置集成功能?實(shí)時(shí)特性?強(qiáng)勁的通訊能力?豐富的擴(kuò)展模塊S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：?沖壓機(jī)床?磨床?印刷機(jī)械?橡膠化工機(jī)械?中央空調(diào)?電梯控制?運(yùn)動系統(tǒng)3.2EM235模擬量模塊EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。圖3-1EM235模擬量擴(kuò)展模塊接線圖圖3-1演示了模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正，負(fù)極直接接入X+和X-；對于電流信號，將RX和X+短接后接入電流信號的“+端；未連接傳感器的通道要將X+和X-短接”。對于某一模塊，只能將輸入端同時(shí)設(shè)置為一種量程和格式，及相同的輸入量程和分辨率。模擬量擴(kuò)展模塊的尋址:每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊，按擴(kuò)展模塊的先后順序進(jìn)行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入，輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個(gè)字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。例如：AIW0，AIW2，AIW4……AQW0，AQW4……。每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個(gè)通道，即使第一個(gè)模塊只有一個(gè)輸出AQW0，第二個(gè)模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開始尋址，以此類推。圖3-2演示了CPU224后面依次排列一個(gè)4輸入/4輸出數(shù)字量模塊，一個(gè)8輸入數(shù)字量模塊，一個(gè)4模擬輸入/1模擬輸出模塊，一個(gè)8輸出數(shù)字量模塊，一個(gè)4模擬輸入/1模擬輸出模塊的尋址情況，其中，灰色通道不能使用。圖3-23.3MicroMaster420變頻器特點(diǎn)：簡單靈活，模塊化設(shè)計(jì)MicroMaster420是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它友好的用戶界面，讓你的安裝、操縱和控制象玩游戲一樣靈活方便。全新的IGBT技術(shù)、強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、和高可靠性都讓控制變成一種樂趣。主要特征：200V-240V±10%，單相/三相，交流，0.12kW-5.5kW；380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-11kW；模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有最多的靈活性；標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)訪問結(jié)構(gòu)，操縱方便。控制功能：線性v/f控制，平方v/f控制，可編程多點(diǎn)設(shè)定v/f控制；磁通電流控制（FCC），可以改善動態(tài)響應(yīng)特性；最新的IGBT技術(shù)，數(shù)字微處理器控制；數(shù)字量輸進(jìn)3個(gè)，模擬量輸進(jìn)1個(gè)，模擬量輸出1個(gè)，繼電器輸出1個(gè)；集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊/Device-Net模板；具有7個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；"捕捉再起動"功能：在電源消失或故障時(shí)具有"自動再起動"功能；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性；快速電流限制（FCL），防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘；有直流制動和復(fù)合制動方式進(jìn)步制動性能；采用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接。保護(hù)功能：過載能力為150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60秒