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應(yīng)用描述

        S7-200 SMART PLC 將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、運(yùn)動(dòng)控制、RS-485 通訊口以及以太網(wǎng)通訊口組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中形成了功能強(qiáng)大的控制器。S7-200 SMART PLC 集成的 RS-485 口支持 PPI、modbus RTU 、USS 等通訊協(xié)議，擴(kuò)展 SB CM01 RS485/232 通信板可以使用 RS-485 或 RS-232 連接方式。       
        SIMATIC RF200R 系列是一種緊湊型低成本讀寫(xiě)裝置，尤其適合在工業(yè)小型裝配線和內(nèi)部系統(tǒng)中使用。通過(guò) RF200R 極為經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn) HF 范圍（13.56 MHz，ISO 15693）內(nèi)的中等性能識(shí)別任務(wù)。RF200R 讀寫(xiě)裝置可與 MOBY D 產(chǎn)品系列 (MDS Dxxx) 中的 ISO 數(shù)據(jù)載體一起使用。
        S7-200 SMART PLC 使用 SB CM01 RS485/232 通信板可與 RF200R 讀寫(xiě)器通過(guò) RS-232 連接方式，采用 RFID_smart_library 指令庫(kù)實(shí)現(xiàn)與 RF200R 進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)載體的讀寫(xiě)。               

解決方案

       本文以 ST40 CPU 和 RF260R 為例，具體講解了S7-200 SMART PLC 采用 RFID_smart_library 指令庫(kù)實(shí)現(xiàn)與 RF260R 的編程和調(diào)試過(guò)程。

圖01. S7-200 SMART 與RF260R 設(shè)備的基本連接

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　一、控制繼電器存在的缺點(diǎn)

今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來(lái)的一些問(wèn)題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。

二、可編程序控制器的優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)及功能

可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱(chēng)，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過(guò)輸入輸出接口建立與各類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。

１、順序控制

順序控制是PLC最基本、應(yīng)用較廣泛的領(lǐng)域。所謂的順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號(hào)的作用下，使得生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按照順序動(dòng)作。由于它還具有編程設(shè)計(jì)靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以*取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開(kāi)關(guān)及其它現(xiàn)場(chǎng)給來(lái)的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到了自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動(dòng)電梯的控制、管道上電磁伐的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動(dòng)等。例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了PLC的順序控制功能。

２、閉環(huán)過(guò)程控制

以往對(duì)于過(guò)程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在*可以采用PLC控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和*的控制方法，可以同時(shí)控制多個(gè)控制回路和多個(gè)控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、流量、壓力、速度等。

３、運(yùn)動(dòng)位置控制

PLC可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理，在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計(jì)算，發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，使機(jī)床按預(yù)定的軌道運(yùn)動(dòng)，以完成多軸伺服電機(jī)的自控。目前以用于控制無(wú)心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中。

４、生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理

PLC可以通過(guò)通迅接口與顯示終端和打印機(jī)等外設(shè)相連。顯示器作為人機(jī)界面（HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備，它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、信號(hào)指示燈，及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行。PLC可以方便、快捷地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，并可對(duì)要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII字符等方式進(jìn)行顯示。在顯示畫(huà)面上，通過(guò)圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如閥門(mén)的開(kāi)與關(guān)，電機(jī)的啟動(dòng)與停止，位置開(kāi)關(guān)的狀態(tài)等。PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過(guò)程中量的變化，操作人員通過(guò)參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過(guò)數(shù)據(jù)查詢(xún)可查找任一時(shí)刻的數(shù)據(jù)記錄，通過(guò)打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來(lái)便利。

５、網(wǎng)絡(luò)特性

PLC可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PLC之間或多臺(tái)PLC與一臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求，從而組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。

(1)  通過(guò)通訊模塊、上位機(jī)以及相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。

(2)  通過(guò)調(diào)制解調(diào)器和公用網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶(hù)端計(jì)算機(jī)相連，從而使管理者可通過(guò)線對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。

S7-300 PLC的選型原則是據(jù)生產(chǎn)工藝所需的功能和容量進(jìn)行選型，并考慮維護(hù)的方便性、備件的通用性，以及是否易于擴(kuò)展和有無(wú)特殊功能等要求。選型時(shí)具體注意以下幾方面：

(1)有關(guān)參數(shù)確定。一是輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(I/O點(diǎn)數(shù))確定。這是確定PLC規(guī)模的一個(gè)重要依據(jù)，一定要根據(jù)實(shí)際情況留出適當(dāng)余量和擴(kuò)展余地。二是PLC存儲(chǔ)容量確定。注意當(dāng)系統(tǒng)有模擬量信號(hào)存在或要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時(shí)，其存儲(chǔ)容量應(yīng)選大一些。

(2)系統(tǒng)軟硬件選擇。一是擴(kuò)展方式選擇，S7-300 PLC有多種擴(kuò)展方式，實(shí)際選用時(shí)，可通過(guò)控制系統(tǒng)接口模塊擴(kuò)展機(jī)架、Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線、通信模塊、運(yùn)程I/O及PLC子站等多種方式來(lái)擴(kuò)展PLC或預(yù)留擴(kuò)展口；二是PLC的聯(lián)網(wǎng)，包括PLC與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和PLC之間相互聯(lián)網(wǎng)兩種方式。因S7-300 PLC的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)淡化了PLC與DCS的界限，聯(lián)網(wǎng)的解決方案很多，用戶(hù)可根據(jù)企業(yè)的要求選用；三是CPU的選擇，CPU的選型是合理配置系統(tǒng)資源的關(guān)鍵，選擇時(shí)必須根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)CPU的要求(包括系統(tǒng)集成功能、程序塊數(shù)量限制、各種位資源、MPI接口能力、是否有 

     PROFIBUS-DP主從接口、RAM容量、溫度范圍等)，并在西門(mén)子公司的技術(shù)支持下進(jìn)行，以獲得合理的選型；四是編程軟件的選擇，這主要考慮對(duì)CPU的支持狀況，我們的體會(huì)是：STEP7 V4.0對(duì)有些型號(hào)的CPU不支持，硬件組態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生故障出錯(cuò)，而STEP7V5.0則不存在這種問(wèn)題。 

二 設(shè)計(jì)及使用

1. 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)注意以下幾方面：

(1)PLC輸出電路中沒(méi)有保護(hù)，因此在外部電路中應(yīng)設(shè)置串聯(lián)熔斷器等保護(hù)裝置，以防止負(fù)載短路造成PLC損壞。熔斷器容量一般為0.5A。

(2)PLC存在I/O響應(yīng)延遲問(wèn)題，因此在快速響應(yīng)設(shè)備中應(yīng)加以注意。MPI通信協(xié)議雖簡(jiǎn)單易行，但響應(yīng)速度較慢。

(3)編制控制程序時(shí)，用模塊式結(jié)構(gòu)程序。這樣既可增強(qiáng)程序的可讀性，方便調(diào)試和維護(hù)工作；又能使數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便WinCC組態(tài)時(shí)變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一顯示。

(4)硬件資源。要合理配置硬件資源，以提高系統(tǒng)可靠性。如PLC電源配電系統(tǒng)要配備冗余的UPS不間斷電源，以排除停電對(duì)全線運(yùn)行的不利影響。又如對(duì)電機(jī)的控制回路要進(jìn)行繼電器隔離，以消除外部負(fù)載對(duì)I/O模塊的可能損壞。另外，系統(tǒng)設(shè)備要采用獨(dú)立的接地系統(tǒng)，以減少雜波干擾。

2. 使用要點(diǎn)

(1)抗干擾措施。來(lái)自電源線的雜波，能造成系統(tǒng)電壓畸變，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備的過(guò)電壓、過(guò)負(fù)荷、過(guò)熱甚至燒毀元器件，造成PLC等控制設(shè)備誤動(dòng)作。所以，在電源入口處應(yīng)設(shè)置屏蔽變壓器或電源濾波等防干擾設(shè)施。其中，電源濾波器的地要以最短線路接到中央保護(hù)地。對(duì)于直流電源，則可加裝微分電容加以干擾抑制。

(2)保護(hù)接地?？刹扇∮貌恍∮?0mm2的保護(hù)導(dǎo)線接好配電板的保護(hù)地；相鄰的控制柜也應(yīng)良好接觸并與地可靠連接。同時(shí)要做好防雷保護(hù)接地，通?？刹扇】偩€電纜使用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地，或模擬信號(hào)電纜采取兩層屏蔽，外層屏蔽兩端接地等措施。另外，為防止感應(yīng)雷進(jìn)入系統(tǒng)，可采用浪涌吸收器。

(3)做好信號(hào)屏蔽。信號(hào)的屏蔽非常關(guān)鍵，一般可采取屏蔽電纜傳送模擬信號(hào)。注意對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)共用一根多芯屏蔽電纜或用兩種屏蔽電纜傳送時(shí)，信號(hào)間一定要做好屏蔽。而且電纜的屏蔽層一端(一般在控制柜端)要可靠接地。

(4)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有或無(wú)法設(shè)置硬點(diǎn)時(shí)，可在操作界面上采取軟按鍵的方法解決走向選擇或控制方式選擇等問(wèn)題。此外，與變頻器、智能儀表等的連接，還是采用信號(hào)線直接相連的方式。

(5)應(yīng)合理配置PLC的使用環(huán)境，提高系統(tǒng)抗干擾能力。具體采取的措施有：遠(yuǎn)離高壓柜、高頻設(shè)備、動(dòng)力屏以及高壓線或大電流動(dòng)力裝置；通信電纜和模擬信號(hào)電纜盡量不與其他屏 (盤(pán))或設(shè)備共用電纜溝；PLC柜內(nèi)不用熒光燈等。另外，PLC雖適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，但使用中也應(yīng)盡量避免直接震動(dòng)和沖擊、陽(yáng)光直射、油霧、雨淋等；不要在有腐蝕性氣體、灰塵過(guò)多、發(fā)熱體附近應(yīng)用；避免導(dǎo)電性雜物進(jìn)入控制器。

三 調(diào)試要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

(1)常規(guī)檢查。在通電之前要耐心細(xì)致地作一系列的常規(guī)檢查(包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險(xiǎn)檢查等)，避免損壞PLC模塊(用STEP7的診斷程序?qū)λ心K進(jìn)行檢查)。

(2)系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試可按離線調(diào)試與在線調(diào)試兩階段進(jìn)行。其中離線調(diào)試主要是對(duì)程序的編制工作進(jìn)行檢查和調(diào)試，采用STEP7能對(duì)用戶(hù)編制程序進(jìn)行自動(dòng)診斷處理，用戶(hù)也可通過(guò)各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。而在線調(diào)試是一個(gè)綜合調(diào)試過(guò)程，包括程序本身、外圍線路、外圍設(shè)備以及所控設(shè)備等的調(diào)試。在線調(diào)試過(guò)程中，系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下運(yùn)行，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、隨時(shí)解決問(wèn)題，從而使系統(tǒng)逐步完善。因此，一般系統(tǒng)所存在的問(wèn)題基本上可在此過(guò)程中得到解決。 

在線調(diào)試設(shè)備開(kāi)停時(shí)，必須先調(diào)試空開(kāi)關(guān)的運(yùn)行情況；如果設(shè)備設(shè)有運(yùn)行監(jiān)視開(kāi)關(guān)，則可把監(jiān)視開(kāi)關(guān)強(qiáng)制為"１"(正式運(yùn)行時(shí)，撤銷(xiāo)強(qiáng)制)。調(diào)試單臺(tái)設(shè)備時(shí)可針對(duì)性地建立該設(shè)備的變量表，對(duì)該設(shè)備及其與該設(shè)備相關(guān)的變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。這樣既可判斷邏輯操作是否正確，對(duì)模擬量的變化也可一目了然。比如調(diào)試電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，可建立一變量表，對(duì)執(zhí)行器的位置信號(hào)、限位信號(hào)、過(guò)力矩信號(hào)及輸出命令信號(hào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，便可非常直觀地觀測(cè)執(zhí)行器的動(dòng)作情況。

(3)S7-300 PLC模擬量模塊可通過(guò)變換信號(hào)類(lèi)型卡支持各種類(lèi)型信號(hào)。當(dāng)改造老生產(chǎn)工藝線時(shí)，不可避免地會(huì)遇到多類(lèi)信號(hào)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不把幾種信號(hào)接到同一模塊；同時(shí)必須先組態(tài)好模塊，再接信號(hào)線，檢查無(wú)誤后送電。此外，應(yīng)避免兩線制與四線制信號(hào)、電流與電壓信號(hào)的混接，以免燒壞模塊。

(4)一般變送器的負(fù)載能力為600Ω，而模擬量輸入模塊的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路內(nèi)設(shè)安全欄，必　　須注意抗阻的匹配；模擬量輸出模塊的負(fù)載能力為600Ω，一般 執(zhí)行器的負(fù)載能力為250Ω；如線路較長(zhǎng)，也存在抗阻匹配問(wèn)題。此外，要加強(qiáng)信號(hào)的隔離，特別是要加強(qiáng)與支流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速裝置及設(shè)備配套的小型PLC之間的信號(hào)隔離，防止相互干擾