曹宏娟

（甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅天水，741001）

隨著當(dāng)今工業(yè)不斷進(jìn)步和信息計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)制造領(lǐng)域自動(dòng)化的進(jìn)程迅速崛起?？删幊炭刂破髯鳛橐豢钪饕獞?yīng)用于制造工業(yè)環(huán)境里面的電子數(shù)字信息運(yùn)算操作系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)信息計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化繼電控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合。和傳統(tǒng)的繼電接觸器相比，這種可編程控制器具有更加靈活的特點(diǎn)，能夠按照用戶的實(shí)際要求而靈活改變自身內(nèi)部的軟接線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)制造控制對(duì)象或?qū)嶋H生產(chǎn)工藝過(guò)程出現(xiàn)變化時(shí)，能夠直接通過(guò)修改控制器內(nèi)部程序進(jìn)行對(duì)應(yīng)控制關(guān)系的修改，能夠?qū)崿F(xiàn)省時(shí)省力，讓這種可編程控制器可以在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境里面迅速推廣應(yīng)用。

1 可編程控制器簡(jiǎn)介

1.1 可編程控制器的內(nèi)部組成

可編程控制器自身和微機(jī)結(jié)構(gòu)類似，同樣主要包括內(nèi)部硬件系統(tǒng)和內(nèi)部軟件系統(tǒng)等部分。

可編程控制器硬件系統(tǒng)主要包括內(nèi)部中央處理器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器和控制器接口電路三部分。系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器作為整個(gè)可編程控制器的重要部分，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入輸出電子信號(hào)，開(kāi)展編譯執(zhí)行命令工作，及時(shí)響應(yīng)反饋各種外部設(shè)備操作請(qǐng)求等具體工作。系統(tǒng)存儲(chǔ)器是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)相關(guān)程序和信息數(shù)據(jù)的物理實(shí)體部分，能夠?qū)崿F(xiàn)存放可編程控制器內(nèi)部的系統(tǒng)程序、外接用戶程序、數(shù)據(jù)邏輯變量、輸入輸出調(diào)整及各方面程序數(shù)據(jù)信息等功能。控制器接口電路主要包括控制器輸入接口電路、控制器輸出接口電路、控制器編程接口電路和其他相關(guān)的接口電路等，能夠?qū)崿F(xiàn)與編程器和打印機(jī)等外部設(shè)備進(jìn)行連接和改變控制器編程狀態(tài)等作用。

軟件系統(tǒng)主要包括控制器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序軟件兩部分?？刂破飨到y(tǒng)軟件是由設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行對(duì)應(yīng)的編制管理工作，能夠有效協(xié)調(diào)可編程控制器內(nèi)部的各方面工作，能夠方便用戶進(jìn)行使用。應(yīng)用程序軟件主要是通過(guò)具體的用戶按照系統(tǒng)控制方面的具體需要依靠可編程控制內(nèi)置的程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)的。

1.2 可編程控制器工作原理

可編程控制器按照企業(yè)客戶的實(shí)際要求進(jìn)行編制對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序，通過(guò)將應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)輸入到相應(yīng)的企業(yè)程序存儲(chǔ)器里面。當(dāng)程序進(jìn)行運(yùn)行工作時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器按照企業(yè)程序開(kāi)展周期性循環(huán)掃描工作。完成一個(gè)掃描周期以后，中央處理器能夠按照一定的速度重復(fù)開(kāi)展掃描工作，實(shí)現(xiàn)可編程控制器系統(tǒng)的實(shí)際輸出功能。

2 西門子可編程控制器的主要編程軟件作用功能

可編程控制器系統(tǒng)內(nèi)部的每一個(gè)編程元件都能夠分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器里面的一個(gè)或幾個(gè)存儲(chǔ)單元，這些具體的編程元件就直接構(gòu)成了現(xiàn)在可編程控制器內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。

西門子可編程控制器數(shù)據(jù)空間主要包括信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和實(shí)際數(shù)據(jù)體等兩部分。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器里面的每一位都直接作為一個(gè)“軟繼電器”系統(tǒng)；實(shí)際數(shù)據(jù)體主要負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)里面的部分復(fù)雜功能元件，比如系統(tǒng)定時(shí)器、系統(tǒng)計(jì)數(shù)器元件等部分。把這些功能元件根據(jù)具體的功能用途進(jìn)行分類，采用不同的英文字母進(jìn)行表示，那么整個(gè)可編程控制器數(shù)據(jù)空間內(nèi)部就能夠具體分為若干個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，每個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)都能夠直接對(duì)應(yīng)著可編程控制器里面的某一類編程元件。

3 西門子可編程控制器在工業(yè)閘門控制系統(tǒng)方面的實(shí)際應(yīng)用

隨著當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化控制進(jìn)程的不斷發(fā)展，信息計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，工業(yè)領(lǐng)域里面的自動(dòng)化控制方面系統(tǒng)發(fā)展更加成熟。

3.1 西門子可編程控制器介紹

西門子公司可編程控制器主要包括CPU21X 可編程控制器系列和CPU22X 可編程控制器系列兩種，其中西門子CPU22X 型里面的可編程控制器主要包括4 個(gè)不同的控制器基本型號(hào)，分別是CPU221 型號(hào)，CPU222 型號(hào)，CPU224型號(hào)和CPU226 型號(hào)。

其中，集成的24V 電源能夠?qū)崿F(xiàn)直接連接到系統(tǒng)傳感器和對(duì)應(yīng)的變速執(zhí)行器，CPU224 可編程控制器負(fù)責(zé)輸出280mA，可以用作負(fù)載電源。高速脈沖輸出里面包括兩路高速脈沖輸出端部分，實(shí)際的輸出脈沖頻率可以實(shí)現(xiàn)20kHz, 主要用于實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的功能，完成定位任務(wù)?？刂破骼锩娴哪M電位器部分能夠用來(lái)修改特殊寄存器中的實(shí)際數(shù)值，從而改變相關(guān)程序運(yùn)行過(guò)程時(shí)的參數(shù)，比如控制器里面定位器、計(jì)數(shù)器的實(shí)際預(yù)置值，運(yùn)行過(guò)程量的具體控制參數(shù)?？刂破骼锩娴拇鎯?chǔ)器模塊能夠作為進(jìn)行修改與拷貝的系統(tǒng)工具，不必借助編程器就能夠?qū)崿F(xiàn)輔助軟件開(kāi)展歸檔工作?？刂破麟姵啬K的實(shí)際用戶數(shù)據(jù)能夠依靠?jī)?nèi)部設(shè)置的超級(jí)電容，讓控制器選用的電池模塊部分可以延長(zhǎng)使用時(shí)間到200 天?？刂破麟姵啬K位于存儲(chǔ)器模塊卡槽里面。

表1 可編程控制器基礎(chǔ)參數(shù)表

圖1 CPU224 型PLC 的結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 西門子可編程控制器的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)

(1)穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)

穩(wěn)定可靠性能是可編程控制器開(kāi)展工業(yè)自動(dòng)化控制工作的重要保障?？删幊炭刂破饕揽砍浞掷矛F(xiàn)代電路集成技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的制造工藝技術(shù)和高性能的先進(jìn)電子抗干擾技術(shù)，本身具有很強(qiáng)的穩(wěn)定可靠性。和其他相同規(guī)模的電子繼電接觸器系統(tǒng)相比，控制器的接線接點(diǎn)和具體的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)數(shù)已經(jīng)大幅度降低，導(dǎo)致控制器故障發(fā)生率也顯著減少。另外，可編程控制器可以開(kāi)展自我檢測(cè)工作，當(dāng)控制器檢測(cè)出自身存在故障時(shí)，就會(huì)立即發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，能夠有效提高控制器自身穩(wěn)定性。

(2)功能完善，普遍適用性高

可編程控制器經(jīng)過(guò)快速發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成熟起來(lái)，有著各種控制形式、各種功能規(guī)模的系列化批量產(chǎn)品，能夠滿足目前各種工業(yè)環(huán)境需求。同時(shí)，可編程控制器本身還具有十分強(qiáng)大的信息數(shù)據(jù)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)字化有效控制。另外，先進(jìn)的通訊功能和友好的人機(jī)界面處理技術(shù)能夠讓可編程控制自身系統(tǒng)的控制作用更加高效。

(3)控制器體積小，操作方便

可編程控制器能夠修改自身程序來(lái)實(shí)現(xiàn)有效管理不同控制對(duì)象或制造工藝流程，讓控制器自身可操作性及可應(yīng)用性能力更強(qiáng)?？刂破魉械牟僮髁鞒棠壳岸技纱鎯?chǔ)在編程控制器里面，有利于用戶進(jìn)行使用與系統(tǒng)維護(hù)。

3.3 西門子可編程控制器在閘門控制方面的具體應(yīng)用

(1)閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括CPU 部分、電源部分、I/O 模塊部分，通訊接口部分，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)情況。每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都是通過(guò)若干遠(yuǎn)程站和一個(gè)主站共同組成。監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的各部分設(shè)備之間和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)之間一般采用總線式以太網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行通信。Profibus 作為工業(yè)控制系統(tǒng)里面的總線，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，抗干擾性能優(yōu)異的特點(diǎn)，是現(xiàn)在應(yīng)用范圍最廣泛和應(yīng)用效果最可靠的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。

(2)閘門控制系統(tǒng)的主要功能

①報(bào)警功能

當(dāng)控制系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，西門子可編程控制器會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示相關(guān)的故障信息，能夠有效方便現(xiàn)場(chǎng)操作工作人員，實(shí)現(xiàn)迅速查找對(duì)應(yīng)的故障原因并進(jìn)行及時(shí)解決處理。

②存儲(chǔ)記錄功能

西門子可編程控制器本身具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，可以有效將現(xiàn)場(chǎng)操作員進(jìn)行記錄報(bào)表數(shù)據(jù)、工藝操作順序流程、控制器系統(tǒng)信息、控制器故障信息出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)記錄，同時(shí)根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的時(shí)間進(jìn)行循環(huán)輸出。

③數(shù)據(jù)查找功能

根據(jù)控制器內(nèi)部存儲(chǔ)每項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的對(duì)應(yīng)時(shí)間記錄，能夠有效方便用戶實(shí)現(xiàn)查找系統(tǒng)歷史操作、故障信息內(nèi)容、累積輸水量和具體操作人員，能夠幫助用戶進(jìn)行分析信息數(shù)據(jù)、查找問(wèn)題原因、明確故障責(zé)任。

(3)閘門控制系統(tǒng)主站

閘門控制系統(tǒng)能夠運(yùn)用西門子可編程控制器里面的中央處理器開(kāi)展過(guò)程控制應(yīng)用設(shè)計(jì)工作，采用PASSCAL 編程語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)相關(guān)程序不但運(yùn)算能力強(qiáng)，解決問(wèn)題的速度十分快，每條系統(tǒng)指令的平均執(zhí)行速度基本小于0.1 微秒。同時(shí)，西門子可編程控制器的模件還能夠進(jìn)行計(jì)時(shí)，方便用戶進(jìn)行記錄。

(4)抗干擾設(shè)施

由于控制系統(tǒng)里面的各類設(shè)備儀器比較復(fù)雜，控制電纜和信號(hào)電纜很容易出現(xiàn)干擾情況，直接影響控制系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行工作。因此，應(yīng)該采取保護(hù)措施減少干擾的出現(xiàn)。比如，將信號(hào)電纜、控制電纜與控制器系統(tǒng)主板之間進(jìn)行相互隔離；增加電子信號(hào)傳送距離，采取遠(yuǎn)程輸送輸入相關(guān)信號(hào)和輸出相關(guān)信號(hào)，減少電子信號(hào)密集程度；控制器動(dòng)力柜和其他相關(guān)電器設(shè)備實(shí)現(xiàn)接地連接。

4 結(jié)束語(yǔ)

在目前工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛的新時(shí)代里，西門子可編程控制器的具體應(yīng)用范圍更加廣闊，控制器功能更加完善。無(wú)論是控制器運(yùn)行工作速度，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，還是控制器智能化的具體應(yīng)用，都要不斷緊跟當(dāng)今工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐而實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代。