西門子S7—200PLC模塊導熱應用研究

羅家德

【摘 要】本文主要介紹了在松散煤體導熱控制系統(tǒng)中，西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)結(jié)合交叉熱線原理，實現(xiàn)對各種導熱系數(shù)的測定和監(jiān)控，并對西門子S7-200PLC模塊的數(shù)學模型、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的工作原理進行了簡單的介紹。其次，介紹了西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)模型在大量步進電機和伺服電機位置中的使用。

【關(guān)鍵詞】西門子S7-200PLC 導熱 應用

1前言

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化水平逐漸提高，工業(yè)控制中對位置控制的要求也越來越精確。因此，如何實現(xiàn)又精確又便捷的工業(yè)控制是我們今后研究的重點。目前，主要的工業(yè)控制系統(tǒng)是西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)，此外還有IPC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)以及基于單片機測控系統(tǒng)。西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)相對于其他控制系統(tǒng)具有可靠性較強、使用方便、功能多樣以及抗干擾功能強等優(yōu)勢。

2西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)在松散煤體中的應用

西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)主要利用交叉熱線法的原理，通過測試系統(tǒng)測定松散煤體的導熱系數(shù)。西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)通過計算機采集和傳輸數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理分析，用計算機代替人工，減少了實驗誤差，提高了正確性。

2.1西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)的數(shù)學模型

在一個無限大且初始溫度均勻的介質(zhì)中放入一個細長的線性熱源，且熱源的直徑相比于周圍的介質(zhì)是無限小。同時，熱源的熱能僅在徑向方向傳遞，這就形成了無限長的圓柱狀導熱模型。當通過恒定的熱流對熱線源持續(xù)的加熱時，我們可以根據(jù)特定的公式計算介質(zhì)中的溫度[1]。具體公式如下所示：λ=q/（4πk），其中λ表示試樣體的導熱系數(shù)。以上公式即利用熱線法來測定導熱系數(shù)，測定方法的精確度較高，誤差一般控制在3%左右。

2.2系統(tǒng)的設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要包括加熱裝置、溫差熱電偶、工控計算機以及西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)[2]。加熱裝置由試樣盒、加熱絲以及直流穩(wěn)壓電源組成。溫差熱電偶把熱敏元件作為熱電偶，有效地將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)闇夭铍妱觿荨９た赜嬎銠C的測定過程中要求系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性以及連續(xù)數(shù)，以增加測定結(jié)果的準確性。西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)的控制器是CPU2226，該模塊的體積小、擴展性好、結(jié)構(gòu)緊湊且市場價格低廉。

2.3軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)一部分是實現(xiàn)PLC和上位機的通訊連接，由上位機和下位機構(gòu)成，其中上位機由工控機組成、下位機由西門子S7-200PLC組成。上位機主要負責與溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)采集的監(jiān)控，下位機主要進行溫度數(shù)據(jù)采集以及傳輸；另一部分實現(xiàn)組態(tài)王和VB之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換。組態(tài)王的作用主要是對溫度采集進行監(jiān)控，然而溫度數(shù)據(jù)交換后得到松散煤體的導熱系數(shù)則需編程完成。VB可以和組態(tài)王實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，然后利用VB程序把溫度相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵯禂?shù)，并將處理后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，以便查找和使用。

西門子PLC主要由硬件部分和軟件部分組成。此外，系統(tǒng)誤差分析部分也是重要的組成部分。通過對裝置誤差、隨機誤差以及數(shù)據(jù)誤差的分析，大大提高了測定結(jié)果的準確性。

3西門子S7-200PLC系統(tǒng)模型在大量步進電機中的應用

神光Ⅲ工程中對激光參數(shù)測定系統(tǒng)中的電控工程要求較高，即在系統(tǒng)可靠性較強的基礎(chǔ)上實現(xiàn)強大的網(wǎng)絡(luò)通信力。西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)滿足以上要求，此外還具有編程簡單和使用方便等優(yōu)勢。因此，在大量步進電機中，西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)的應用較為廣泛。

神光Ⅲ工程是實現(xiàn)激光測量的控制系統(tǒng)，主要作用即控制光束、采集數(shù)據(jù)以及準直光路等[3]。神光Ⅲ工程主要特點控制多項設(shè)備，數(shù)據(jù)傳送量較大。基于以上特點，硬件設(shè)計中采用分層分布方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一個整體，有效地提升了整個系統(tǒng)的運行效率。控制系統(tǒng)主要由6個FEP束組構(gòu)成，一個FEP控制264個電機。主控制室內(nèi)的計算機通過與光纖網(wǎng)絡(luò)的連接，實現(xiàn)對控制設(shè)備以及測量設(shè)備控制。光纖交換機利用CP343-1實現(xiàn)與太網(wǎng)模塊S7-300PLC的連接，再利用DP連接EM277，最終與底層的S7-200PLC模塊實現(xiàn)連接。以上數(shù)控模型已經(jīng)被廣泛應用在數(shù)控銑床上，也必將被更多的應用到控制大量步進電機中。

4西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)在控制伺服電機位置中的使用

西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)可以提供多種類型的控制位置，以便客戶使用。通過該系統(tǒng)可以滿足對伺服電機的運動位置的精確控制。

伺服機系統(tǒng)主要由電氣液壓伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)以及電氣伺服系統(tǒng)三部分構(gòu)成。每一個伺服系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)都需要上位機的配合。西門子S7-200PLC系統(tǒng)是較為常見的上位機控制裝置。基于西門子S7-200PLC系統(tǒng)模型，對伺服電機運動的控制主要利用自由口通信、高速脈沖輸出以及EM253位置控制模塊。其中，自由口通信方式在三種控制模塊中的應用最多，通過閉環(huán)控制，達到對速度和位置的調(diào)節(jié)。高速脈沖輸出是一種簡單的位置控制，一般應用在對速度和精度的要求均不高的情況下，可以有效的節(jié)省硬件資源。EM253位置控制的編程相對簡單，可支持高速脈沖和線性加減速的功能。三種位置控制均有自己的優(yōu)缺點，在不同的領(lǐng)域有不同的應用。

5結(jié)語

西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)現(xiàn)在被廣泛的應用在工業(yè)的位置控制中。本文主要闡述了西門子S7-200PLC模塊在松散煤體中的使用，利用交叉熱原理，實現(xiàn)對導體熱系數(shù)的測定和控制。其次，對西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)在大量步進電機和伺服電機位置控制中的使用進行了簡單的介紹。目前，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，西門子S7-200PLC模塊系統(tǒng)將被應用在更多的領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]侯鎮(zhèn)冰，何紹杰，李恕先.固體熱傳導[M].上海科學技術(shù)出版社，1984：68～80.

[2]王廣軍，陳清華.西門子PLC模塊的應用[J].礦業(yè)科學技術(shù)，2012（10）：151～156.

[3]申立琴，馬彩文，田新峰. 西門子PLC控制大量步進電機的應用研究[J].電機工程，2008（05）：9～12.