一、西門子PLC的工作原理

掃描技術(shù)

當(dāng)西門子PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。

（一）輸入采樣階段

在輸入采樣階段，西門子PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

（二）用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，西門子PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。

（三）輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束，西門子PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O影響區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是西門子PLC真正輸出。

一般來說，西門子PLC的掃描周期包括自診斷，通訊等，及一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。

二．西門子PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間

所謂I/O的響應(yīng)時(shí)間指從西門子PLC的某已輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其短的I/O響應(yīng)時(shí)間與長(zhǎng)的I/O響應(yīng)時(shí)間如圖所示：

即（n-1）個(gè)掃描周期

短I/O響應(yīng)時(shí)間：

長(zhǎng)I/O響應(yīng)時(shí)間：

西門子 PLC在中國(guó)的產(chǎn)品，根據(jù)規(guī)模和性能的大小，主要有S7-200 S7-300 和S7-400三種，下面就簡(jiǎn)單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。

西門子PLC模塊一級(jí)代理商

為您介紹一種新的蒸發(fā)工段DCS控制方法，采用S7PLC CPU 414-2DP，連接ET200系列的分布式I/O系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)伺服系統(tǒng)所組成的DP控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)堿回收蒸發(fā)工段實(shí)施集散控制的優(yōu)化控制方案。

黑液蒸發(fā)把洗選工段產(chǎn)生的副產(chǎn)品------稀黑液高度濃縮后送燃燒工段處理，堿回收設(shè)備的工況十分惡劣，尤其是腐蝕性和黑液結(jié)垢問題很為棘手，平穩(wěn)整個(gè)工藝過程的運(yùn)行，使設(shè)備工作在合理，優(yōu)的工藝參數(shù)范圍內(nèi)是減慢結(jié)垢速度、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的有效方法。

黑液蒸發(fā)的主要設(shè)備是蒸發(fā)器。蒸發(fā)器串聯(lián)組成蒸發(fā)站。本設(shè)計(jì)中所控制的蒸發(fā)站是由五臺(tái)板式降膜蒸發(fā)器串聯(lián)組成。除此之外，還有一些的蒸發(fā)設(shè)備，如降膜板式冷凝器，溫水槽，稀黑液槽, 閃蒸罐，液位罐等。在黑液蒸發(fā)過程中包含以下三個(gè)基本的工藝流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸發(fā)站中，外網(wǎng)來低壓蒸汽(0.4Mpa 151℃)，首入I效蒸發(fā)器，I效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)閃蒸罐閃急蒸發(fā)后，再引入II效，為II效蒸發(fā)器提供熱源，以此類推直至末效。末效二次蒸汽經(jīng)冷凝后成冷凝水排出，不凝氣體則由真空泵排空。而黑液則采用逆流供液方式，即制漿車間來稀黑液，首入稀黑液槽,經(jīng)稀黑液泵進(jìn)入末效蒸發(fā)器，然后再到IV效，III效，以此類推，直至I效。與蒸發(fā)流程反向而行。這樣隨著黑液濃度的提高，蒸發(fā)溫度也提高，而黑液粘度增加緩慢。蒸汽流與黑液流反向而行的供液方式，不僅可節(jié)省蒸汽消耗，部分程度上也可緩解黑液結(jié)垢問題。

在本蒸發(fā)工段的主要控制目標(biāo)是穩(wěn)定濃黑液的深度和降低蒸汽消耗，影響濃黑液波美度的因素主要是進(jìn)效稀黑液的濃度和流量及蒸發(fā)設(shè)備各效的總有效差壓。穩(wěn)定有效差壓首先要穩(wěn)定進(jìn)I效的新鮮蒸汽的壓力和末效二次蒸汽的真空度，即穩(wěn)定總壓差。然后盡量減少和穩(wěn)定蒸發(fā)過程中的壓差損失，因此，必須要控制下列參數(shù)：

所以，我們選取壓力、流量、溫度、液位為主要的控制對(duì)象，共設(shè)置了8路壓力、6路流量、21路溫度、16路液位總計(jì)51個(gè)測(cè)控點(diǎn)。為防止流送過程中，因電機(jī)啟停不當(dāng)而造成的不良后果，我們又對(duì)所使用的22臺(tái)電機(jī)實(shí)行連鎖控制。

1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1.1本自動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門子的S7-400可編程控制器。它是西門子公司開發(fā)的適合當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新一代可編程控制系統(tǒng)。它具有更高的控制能力、運(yùn)算速度、網(wǎng)絡(luò)功能和更優(yōu)的性能價(jià)格比。通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線可與ET200M I/0站相連。ET200M 可置于MCC低壓柜旁邊，從而可方便將電機(jī)和泵類的控制納入DCS中去。

DI模板主要用于顯示電機(jī)啟停和過載指示；DO模板用于控制電機(jī)啟停；AI模板主要用于對(duì)電動(dòng)機(jī)電流、功率以及各測(cè)控點(diǎn)如溫度、壓力、流量、液位進(jìn)行采樣顯示。DO模板在實(shí)際應(yīng)用中為提高抗干擾能力和控制容量要通過中間繼電器隔離，由中間繼電器觸點(diǎn)去控制電氣設(shè)備（如接觸器etc）。模擬量輸入模板在使用前要通過跳線組態(tài)成本方案所需要的輸入方式。

各模板的型號(hào)、數(shù)量確定后，再選擇放置模板的框架的型號(hào)和數(shù)量以及電源的型號(hào)和數(shù)量。終選用長(zhǎng)為530mm的導(dǎo)軌。據(jù)模板的數(shù)量選取擇4個(gè)機(jī)架，考慮到成本問題而選取用了3個(gè)S7-300機(jī)架，1個(gè)S7-400機(jī)架，一個(gè)為主框架（含3個(gè)機(jī)架、一個(gè)S7-400機(jī)架、2個(gè)S7-300機(jī)架）放在蒸發(fā)主控制拒中，另一個(gè)遠(yuǎn)程控制I/O框架(含一個(gè)S7-300機(jī)架)放在ET200蒸發(fā)控制柜中。

2控制措施

本系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，根據(jù)設(shè)備測(cè)控點(diǎn)的情況和廠方用戶的要求，系統(tǒng)以S7314-2DP控制器為核心，通過PROFIBUS-DP總線與2個(gè)ET200M遠(yuǎn)程站相連（如圖2 所示），用于采集現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)信息和控制算法的實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字量輸入輸出，、模擬量輸入輸出都留有部分備用，已備系統(tǒng)將來擴(kuò)充的需要。西門子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP協(xié)議的分布式I/O，應(yīng)用時(shí)，S7PLC作為DP主站，通過帶有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS總線，而ET200作為DP從站接到PROFIBUS。整個(gè)控制系統(tǒng)采用兩個(gè)控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M從站放在主柜，采集系統(tǒng)的模擬信號(hào)；#2 ET200M從站放在副柜，用來采集工段的電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位反饋信號(hào)及輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。系統(tǒng)采用主站加從站的結(jié)構(gòu)，可使系統(tǒng)造價(jià)降低，并且擴(kuò)展靈活。