以S7-200/TP070為例介紹如何進行開發項目

（杰瑞能源服務有限公司，山東 煙臺 264003）

以S7-200/TP070為例介紹如何進行開發項目

王福臣

（杰瑞能源服務有限公司，山東 煙臺 264003）

可編程控制器（PL C）及觸摸屏HMI在設備的電氣控制系統中 的地位越來越重要，正成為一種不可或 缺的核心控制器件。如何進行PLC項目開發正成為初學者迫 切需要解決的問題。本文試圖以水平連鑄的控 制系統的開發為例，通過電氣系統設計、S7-200 PLC編程、TP070觸摸屏 編程過程來介紹項目開發過 程，期望能給初學者一點啟示，快速掌握PLC 電氣系統的開發技巧。

PLC項目開發；水平連鑄；電氣系統設計

1 概述

可編程序控制器簡稱PC或PLC，是一種專為工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子系統，是近年來迅速發展并得到廣泛應用的新一代工業自動化控制裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數運算等操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種生產機械或過程。與傳統繼電器控制比較，可編程控制器有許多優點：

（1）系統組成簡單、使用維護方便。

（2）可靠性高于繼電接觸器控制系統。

（3）環境適應性。

（4）與繼電接觸器控制系統相比，體積小、能耗少。

（5）程序編制，修改簡單，可進行在線修改，柔性好。

經過多年發展，PLC已經具有非常強大的各種功能，廣泛應用與冶金、石油、化工、建材、電力、礦山、機械制造、汽車、交通運輸、輕紡、環保等各行各業，已經成為電氣控制系統中必選的重要元器件。

圖1 TP070與PLC通訊接線

項目開發為一個系統工程，如何進行項目開發對初學者來說是較困難的。現在的電氣控制系統基本都是以PLC為控制器件，以觸摸屏為參數輸入及監控平臺，這就要求開發這有較高的整體技術能力。本文以“水平連鑄控制系統”為例，從電氣系統設計、西門子S7-200 PLC程序設計、西門子TP070觸摸屏設計、設備調試四個方面進行概要介紹。

2 電氣系統設計

2.1 根據客戶及工藝要求，確定電氣系統組件

水平連鑄工藝要求：伺服電機作為牽引機，可實現手動前進、后退及自動過程中的前進、停頓、反推、二次反推動作，并要求其拉制速度、拉制長度、拉制時間、停頓時間、反推速度、反推時間、反推停止時間等可調并通過觸摸屏顯示。銅鑄坯的拉制精度為0.1mm，各種時間要求設定精度0.01s。通過熱電偶采集保溫爐溫度，并在觸摸屏顯示。伺服電機使用PLC模擬量輸出控制，其他用繼電器輸出控制。

根據工藝要求及器件性價比，主要器件：日本安川∑-Ⅱ系列SGDM-60ADA伺服驅動器及SGMGH-A/A三相伺服電機，西門子S7-200 CPU-226DC/AC 輸入輸出PLC、EM232模擬量輸出模塊、TP070觸摸屏。電氣控制器件選用施耐德產品，接觸器、繼電器的線圈控制電壓AC220V。

2.2 畫圖前準備

根據伺服驅動器使用手冊，完成控制方式及接線方式設計，并制作完成電機線和編碼器線；根據TP070與PLC通訊要求，完成通訊電纜制作（圖1）；根據PLC特點，完成線路預設工作（圖2）。

2.3 畫圖

依據習慣，畫圖軟件使用北航海爾CAXA-XP版本。也可選用電氣CAD等其他畫圖軟件。

在電路圖中要采用國家統一規定的圖形符號和文字符號來表示電氣元件的不同種類、規格以及安裝方式，具體可參考《GB-T6988.1-2008電氣制圖國家標準》。

圖紙圖框 電氣圖紙一般使用坐標圖框，電氣器件及節點等信息在圖紙中一目了然。在畫圖過程中，要對所有的器件、導線、節點等標注名稱、引用出處，便于查閱圖紙。圖紙設計順序一般按照主回路、供電回路、PLC控制回路、繼電器回路及其他重要器件接線回路等。

標題欄可從標準標題欄中選用，也可根據習慣自己制作，標題欄中的標準信息必不可少，如果系統復雜，可以增加其他項目，如，圖紙組號等。

電氣裝配圖

在畫圖紙時，要根據各個器件的安裝技術要求，在空間上給予合理布置，既要保證器件散熱要求，又要保證安裝、接線方便。畫圖前，依據電器選型手冊中的技術數據，畫出器件外形、安裝尺寸，添加到標準圖庫中，這樣，在畫裝配圖時，直接調用方便迅捷。畫完后，要對所有器件加以標示，以便安裝。由于多數繼電器、接觸器等都有35mm標準卡槽，安裝時使用標準35mm標準導軌安裝，這樣，安裝迅捷，更換維修方便；對于較大較重的繼電器、接觸器或伺服放大器、電源等要根據安裝尺寸單獨安裝。安裝完成后，要對所有的按鈕、繼電器等器件安裝名稱、符號標牌，便于操作維修。

3 PLC程序設計

圖2 CPU-226PLC端子連接圖

用PLC的程序語言將電氣系統的邏輯關系、運算過程表述出來，稱為程序設計。在西門子程序元件中，有三種編寫語言：狀態圖、語句表、梯形圖，由于梯形圖表述方便、簡潔，與電氣圖紙類似，比較容易辨明邏輯關系，在程序設計中最常用。比較復雜的邏輯關系，常用語句表編寫；狀態圖很少使用，一般在分析問題時使用。

3.1 水平連鑄線程序設計過程：

（1）根據電路圖中對PLC各個輸入輸出點的定義，在PLC軟件中，首先定義用戶符號，對使用點的功能進行文字描述，這樣在編寫程序時，只需輸入物理地址，其功能描述即自動顯示。這樣做的好處：一是在程序編寫時輸入方便、快捷，無須逐個進行功能描述；二是在編寫過程中各個物理地址功能一清二楚，便于記憶、編寫，更方便在出現故障時故障點的查找。至于其他中間邏輯變量的功能及各種參數的功能，在需要時隨時在符號表中進行編寫標注。如圖四所示，對PLC物理地址進行定義：

（2）編寫過程：在工藝要求中，對牽引機的速度、運行時間等都要求可調并顯示，且有自動、手動方式區別；液壓鋸切機也有有自動、手動方式區別；保溫爐有溫度采集、顯示要求，以及保溫爐的升降控制；對故障點做一些報警信息。綜上所述，在程序編寫時，將各個功能進行獨立編寫，組織單獨的程序塊，這樣的好處是編寫功能清晰，不易混淆，調試方便，在故障時查找迅速。各個功能塊，通過主程序進行組織。相對來說，PLC邏輯控制程序比較簡單，根據電路圖及功能要求編寫就可以了。基本編寫經驗為：在同一功能塊中，輸入/輸出地址要從上到下依次增大，有規律性；相近或相對的功能要上下相鄰；每一行的語句不要過長，可適當引用中間變量；在引用中間變量時，能根據功能塊將其分段引用，且要從小到大；在查找程序時，依據編寫特點，就能夠快速查找。對于算數運算，就比較復雜。比如本項目水平連鑄，牽引電機使用伺服電機，要求使用模擬量調速。在設計過程中，要了解伺服放大器模擬量控制電壓最大幅值，根據幅值確定PLC模擬量輸出值。根據PLC模擬/數字轉換關系，確定數字量的值。如:最大電壓±10V，數字量為±32768。依據這一比例關系，計算調速電壓。在實際設計中，還要考慮牽引機減速機減速比，牽引輥周長等數據。如圖四所示，編寫有各個功能塊。

（3）編寫完成后，要對程序進行編譯，編譯后，會對程序的基本語法等進行檢查，有錯誤的，編譯結果會以紅色字體在下方顯示，并指明出處。無誤后，與PLC連接，將程序下載。

3.2 TP070畫面設計

TP070畫面設計步驟，基本與PLC步驟一樣，首先要定義各個地址，然后根據工藝要求，設計各個畫面。如圖五：

在設計中可增加其他畫面，如主畫面中的公司名稱、項目名稱、時間顯示以及使用說明、公司簡介等內容。各個畫面通過主畫面中的切換按鈕進行切換。編寫完成后，要對程序進行編譯，編譯無誤后，與TP070連接，將程序下載。基本設計經驗為：在畫面不多的情況下，要做到在畫面能在任意兩個畫面之間切換，以方便操作。如果畫面較多，要保證在重要畫面間靈活切換。

3.3 設備調試

設備調試是整個系統設計環節中重要的一環，它關系到整個系統是否成功。在電氣柜安裝完成后，即可對TP070、PLC程序進行。調試內容一般有一下幾方面：

（1）TP070畫面調試：包括各個參數與PLC參數地址是否一致，有無沖突，能否順利修改，報警信息是否顯示等，具體細節，可在現場應客戶要求隨時更改。

（2）PLC程序調試：包括各個物理地址是否正確、參數計算、聯鎖保護、報警、急停等內容，在程序設計完成后對程序給予全面、正確的調試。在PLC程序調試中，要有效利用其在線監控功能，這樣在設備運行出現故障時更快的找到故障點。

（3）整體聯動空載調試：模擬現場，空載調試，在于檢驗設備的邏輯動作可靠性、調速準確穩定、急停功能動作可靠等內容，是設備滿載調試的前奏。對于伺服電機，要檢查其是否出現零漂現象。

伺服電機調試前，要根據電氣系統設計原理來設定伺服放大器內的各種參數，如：正反轉運行信號、電機的調速指令是否為模擬量電壓控制、運行模式等。在調試時要注意電機的運轉速度是否與期望設定速度一致，若不一致，需要測試指令信號值；如果PLC模擬量輸出信號不對，就需要對參數計算過程進行核對，直到電機運轉正常。

（4）設備現場滿載調試：在于檢驗設備在實際工作過程中的抗干擾、抗誤動作、設備抗過流過載能力等，是設備驗收最重要的環節，決定了本次項目是否成功。

結語

電氣系統項目設計是一個系統龐大的工程，需要設計人員有相當豐厚的技術能力，不僅需要掌握一般通用的辦公軟件，如OFFICE等，還需要掌握電氣畫圖軟件如CAXA電子圖版、電氣CAD等，專業軟件如西門子S7-200軟件、S7-300/400軟件、觸摸屏軟件，還需要掌握一些相關硬件知識，如通用低壓電氣的選型（各種品牌的器件）如接觸器等、變頻器伺服驅動器等器件。這些能力不是一天兩天就能夠完成的，需要在工作中不斷的學習積累。

隨著PLC技術的發展，S7-1200系列PLC正得到迅猛發展，因其功能強大、通訊方便、性價比更高，將是S7-200系列的完全替代品；同時，用于S7-1200系列開發的工具軟件博途V11，有著更高的集成度，其集成了S7-1200、S7-300/400及觸摸屏開發軟件WINCC FLEXIBLE，使其在系統集成開發中得到更加靈活方便的應用。這些更優秀的開發工具有待于我們不斷學習，不斷挖掘，在實踐中應用，開發出更好更高的控制系統。

圖3 PLC物理地址定義及軟件標注

圖4 TP070地址定義及畫面參數設計

[1]PLC應用技術[M]．北京：機械工業出版社．

[2]張鵬飛．鑄銅水平連鑄牽引機自動控制系統的設計研究［D］．浙江工業大學，2007．

[3]日本安川公司．∑-Ⅱ系列SGDM伺服驅動器使用手冊[Z]．

[4]SIEMENS公司．SIMATIC S7-200 PLC選型手冊[Z]．

[5]SIEMENS公司．SIMATIC 觸摸面板TP070設備手冊[Z]．

TP27 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

A