西门子6ES7340-1AH02-0AE0产品信息

  本文详细论述了PLC在使用过程中，要保证正常运行所必须注意的一系列问题，后给出合理的建议。
    PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。   
一、工作环境
    1． 温度
    PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足
    够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。   
    2． 湿度
    为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。   
    3． 震动
    应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避
    免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
    4． 空气
    避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
    5． 电源
    PLC供电电源为50Hz、220（1±10%）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示。
    
    FX系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
二、安装与布线
    1． 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。
    2． PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
    3． PLC的输入与输出好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
    4． PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。
    5． 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
三、I/O端的接线
    1． 输入接线
    （1）输入接线一般不要超过30米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
    （2）输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。
    （3）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
    2． 输出连接
    （1）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
    （2）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
    （3）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
    （4）PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
四、外部安全电路   
    为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC外部应安装必要的保护电路。
    （1）急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
    （2）保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
    （3）可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
    （4）电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
    （5）重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。
五、PLC的接地   
    良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。六、冗余系统与热备用系统  
    在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。   
1． 冗余控制系统
    在冗余控制系统中，整个PLC控制系统（或系统中重要的部分，如CPU模块）由两套完全相同的系统组成如图2所示。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间在1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。         
2． 热备用系统
    在热备用系统中，两台CPU用通讯接口连接在一起，均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单。

1．1 硬件组成
    用PLC实现乘客电梯的控制，关键是怎样合理地利用PLC的硬件资源，节约PLC的输入输出端口，降低设计成本；同时充分利用软件资源简化控制程序，缩短PLC的扫描周期，提高电梯的安全可靠性和操作的灵活性；另外控制程序应尽量简单，且具有一定的规律性，适合于开发各种不同楼层的控制需求。下面以5层客梯为例来分析系统的设计思路。 ．
    PLC控制单元为电梯控制系统的核心部分，主机选用德国西门子$7-200系列可编程控制器CPU226CN(24输入／16输出)，选用西门子MM440CN变频器作为电机拖动驱动。系统原理框图如图1所示。由PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线，调节运行方向和速度。通过PLC的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。

1．2 PLC的资源分配
    系统需要的输入端口包括：厅门外呼按钮8个、厢内按钮5个、开关门按钮2个、旋转编码器输入信号2个和其他功能按钮共计24个输入端口。系统需要的输出端口包括：楼层LED指示灯5个、厅门外呼按钮指示灯8个、厢内按钮指示灯5个、电梯楼层位置指示灯5个以及其他功能输出端口共计32个输出端口。其中平层技术占用了1个输入口和5个输出口，而以往的电梯设计至少需要占用3个输入口用于上、中、下轿厢传感器的输入信号，本设计方案节约了2个输入口。而硬件部分再扩展一个I／O模块EM223CN(16输出)就可以了，节约了一个I／O 模块。(选用CPU226CN 和EM223CN共计24点输入／32点输出)，充分利用了
    PLC的硬件资源。电梯位置显示部分采用了普通的LED 楼层指示灯，五层电梯只需要5个输出端口。比当今流行的7段数码管显示节约了2个输出口。通过以上分析可知，一个5层电梯可节约4个I／O口，那么对于高层电梯的设计就会大大地节约系统的硬件资源， 降低系统的设计成本。
1．3 系统的软件设计
系统上电后开始初始化，当扫描周期内有门厅召唤信号或轿厢呼叫时，系统检查轿厢所在楼层与目标楼层关系并决定电梯的运行，当到达目的地时，电梯制动，并运行门区服务，完成一个工作周期的任务以后再次等待下一条命令，如此循环直至
发出停止命令。
2 创新技术与分析
2．1 平层控制
    采用了全新的设计理念，平层控制用红外传感器取代了以往的电磁传感器，提高了控制精度的同时，避免机械损耗所导致的不稳定现象。只需占用1个输入端和Ⅳ个输出端(Ⅳ为楼层数)，如果楼层较少(假设五层)，可采用直接端口输出的方法，避免硬件资源上的浪费。如果楼层较多，可以采用外接串一并模块编码的方法，更能节省输出端的个数。电梯系统在箱体外部安装了上、中、下三个红外接收传感器，用作信号的接收，并联进入一个或门输出到PLC的输入端。墙壁侧对应的楼层位置每层安装一个发光二极管LED，用作信号的发射，直接连接到PLC的N个输出端口(N层楼用N个输出端口)。平层传感器与接收器安装示意图，其中轿箱右侧为上、中、下传感器，外墙右侧为对应的LED楼层位置指示。其平层传感器与接收，虚线框内代表不同楼层的LED位置指示。
    当电梯上行或者下行时，中间继电器M2．5默认为0．由于只有目标楼层的LED才会被点亮，中间的楼层LED全灭。电梯一直行驶到上部或下部传感器首先接受到LED的信号，系统开始执行减速子程序。由于系统在运行时处于不同速度中，难免在停靠位置时，速度不能为0，所以当中部传感器接收到LED信号时，执行抱闸子程序，使电梯在其对应楼层的停靠位置停止。平层结束，系统发出信号，执行开门子程序，熄灭当前LED子程序，并刷新系统缓存。电梯继续行使，重复上述循环过程，完成电梯的平层过程。
    平层设计具有如下优点：
(1)增加一个或门和中间继电器完成子程序的触发和切换，占用端口少，节省系统的硬件资源。
(2)只有需要停靠的楼层的LED才会向传感器发出信号，避免了以往每层都要发出一个中断请求的缺点。节约了CPU资源，减轻了系统的负担。
(3)LED 和红外接收器构成的平层系统还具有系统稳定和节约能耗的优点。
2．2 位置判断
    电梯的位置判断不是采用传统的在井道中安装检测装置的方法，而是通过安装在曳引机连动装置上的旋转编码器，将脉冲信号输入到PLC，通过计数器的统计实现电梯当前楼层位置的判断。电梯的曳引机带动转轮，连动的旋转编码器根据电机的
    正转或者反转分别向I1．1和I1．2发送脉冲信号，正转时计数器加计数，反转时计数器减计数。其中计数常数PV=系数×两楼层之间间距×曳引机转轮与旋转编码器的传动LLx脉冲频率。当PV计满溢出时就会通知系统已到达楼层，从而达到楼层位置判断的目的。
3 结论
    系统采用话门子PLC CPU226CN并扩展一片EM223CN，西门子MM440变频器作为电机拖动驱动。基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制；用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又高了系统的可靠性和安全性，实现电梯的全数字化控制。系统充分利用了PLC的硬件资源，设计方案新颖。系统具有实际应用意义，具有可开发性