第五部分 自动化.docx

1、第五部分 自动化第五部分 自动化知识一、前言现代化大生产：分工协作，走专业化分工之路，随着生产自动化程度的提高，现场操作、体力劳动工人逐渐减少，把人从繁重的、琐味的重复性简单劳动中解脱出来，并大大提高了效率、增加了产品的附加值，促进了人类文明和社会进步。但随之维护人员、技术人员和管理人员的需求大量增加，对员工知识文化素质要求越来越高。只有专业化，才能精细化，才能适应发展精品的要求。1、什么是自动化？机器、装置或信息在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作、控制或传递的过程，其目标是“稳，准，快”。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用

2、自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。2、什么是工业自动化？工业自动化就是以工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中,尽量减少人力的操作,而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作,即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化（生产自动化）。PLC（可编程序控制器）是工业自动化（特别是冶金自动化）普遍应用的核心部件。3、什么是PLC？可编程逻辑控

3、制器（Programmable Logic Controller，PLC），国际电工委员会（IEC）的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。”国际PLC主要品牌：西门子 ,三菱，欧姆龙，施耐德，罗克韦尔（AB）、GE、富士，松下，安川。台湾PLC品牌：永宏、台达、盟立、FAMA（现属于盟立）、安控、士林、丰炜、智国、台安 大陆PLC品牌：南大傲拓、德维深、和利时、KDN、淅大中控、淅大中自、

4、信捷、爱默生、兰州全志、科威、科赛恩、南京冠德、智达、海杰、易达中山智达 江苏信捷, 洛阳易达 ，凯迪恩（KDN）等 4、什么是DCS？DCS：（Distributed Control System）分布式控制系统，国内自控行业又叫集散控制系统或者叫分散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。 DCS和PLC都是是计算机技术与工业控制技术相结合的产物 ，但PLC是从摸仿原继电器控制原理发展起来的（为电工设计的） ，70年代的PLC只有开关量逻辑控制

5、。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。而DCS是在运算放大器的基础上得以发展的（为仪表人员设计的）。把所有的数、各过程变量之间的关系都设计成功能块 ，70年代中期的DCS只有模拟量控制，代替以PID运算为主的模拟控制仪表 。这两种控制系统设计理念和结构差别很大，各自发展但又互相渗透、溶合，界限越来越模糊，大型的PLC越来越像DCS，但目前乃至长期内谁也彻底取代不了谁。例如化工厂，制氧厂，电厂锅炉、汽机和发电机的控制系统等，要求长期稳定可靠地运行，信号中含有相当比例的模拟量，有复杂的回路得法，从系统的性能和习惯出发，人

6、们还是选择了昂贵的DCS 。北京和利时（电力）、浙大中控（化工）、上海新华、中自、国电智深等国内品牌DCS ；国际品牌：ABB、Emerson、 Yokogawa（化工）、 Honeywell、 Foxboro（制氧）、Siemens(PCS) 等。5、PLC与DCS区别：PLC主要应用于逻辑控制，可以完成过程控制功能；DCS主要应用于过程控制，实现逻辑控制功能较复杂。PLC更新换代快、系统兼容性好；DCS更新换代慢，系统兼容性差；PLC处理速度快，事故反应速度快；DCS较慢；PLC通讯能力较强，可以第三方厂家的设备任意交换数据；PLC采用RIO方式，通讯距离较长，控制点数较多，成本较低。6、

7、PLC的编程软件、HMI/SCADA组态软件：不同的PLC通常采用不同的编程软件和HMI/SCADA（人机介面、监控画面）组态软件：1、西门子PLC：Step 7编程软件、WinCC监控画面组态软件。2、施耐德PLC：Unity Pro 编程软件、Vijeo Citect SCADA监控画面组态软件。以前多用Intouch或iFix组态画面(较通用)。 3、罗克韦尔PLC：RSLogix500编程软件、RSView组态软件。4、国产组态王（通用组态软件）。（GE的Proficy )名词解释：SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数

8、据采集与监视控制系统 。HMI（Human Machine Interface） “人机接口”，也叫人机界面。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。 （注:下位机软件一般不通用）Wonderware工业自动化领域独占鳌头的独立软件供应商,该公司推出旗舰级 InTouch软件。intellution公司（被GE收购）的iFIX是全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件。通用不通用看厂商之间的合作关系二、西门子PLC300简介1、S7-300的系统结构1.1 SIMATIC S7-300的硬件组成

9、SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如下图所示。它的主要组成部分有电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连。S7-300 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可

10、以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别放在导轨的1号槽、2号槽和3号槽上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等。1.2 S7-300 CPU模块 1.2.1模式选择开关(1) RUN-P：可编程运行方式。CPU扫描用户程序，既可以用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用编程装置可监控程序的运

11、行。在此位置钥匙不能拔出。(2) RUN：运行方式。CPU扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控PLC CPU中的程序，但不能改变装载存储器中的程序。在此位置可以拔出钥匙，以防止程序在正常运行时被改变操作方式。(3) STOP：停止方式。CPU不扫描用户程序，可以通过编程装置从CPU中读出，也可以下载程序到CPU。在此位置可以拔出钥匙。(4) MRES：该位置瞬间接通，用以清除CPU的存储器1.2.2用于状态和故障显示LED的含义SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。DC5

12、V（绿色）：5V电源指示灯。CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮；LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。BUS DF（BF）（红色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。出错时亮。SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于

13、带有DP接口的CPU）。当DP接口故障时亮。1.3信号模块（SM）1.3.1 数字量信号模块SM321数字量输入模块（DI）数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字 量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。SM322数字量输出模块（DO）数字量输出模块SM322将S7-300内部

14、信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。SM323/SM327数字量输入/输出模块（DI/DO）1.3.2 模拟量信号模块模拟量值的表示方法 S7-300的CPU用16位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位S，“0”表示正值，“1”表示负值，被测值的精度可以调整，取决于模拟量模块的性能和它的设

15、定参数，对于精度小于15位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。表3.7表示了S7-300模拟量值所有可能的精度，标有“”的位就是不用的位，一般填入“0”。 S7-300模拟量输入模块可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而模拟量输出模块可以输出010 V，15 V，10 V10 V，020 mA，420 mA，2020 mA等模拟信号SM331模拟量输入模块（AI）模拟量输入(简称模入(AI)模块SM331目前有三种规格型号，即8AIl2位模块、2AIl2位模块和8AIl6位模块。SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件

16、是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相对应的以位表示的精度为8、12、12和14。SM332模拟量输出模块（AO）模拟量I/O模块SM334有两种规格，一种是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。SM334模块输入测量范围为010 V或020 mA，输出范围为010 V或020 mA。它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线而不是通过组态软件编程设定的。SM334模拟量输入/输出模块