西門子可編程控制器在工業閘門控制系統的應用

曹宏娟

（甘肅機電職業技術學院，甘肅天水，741001）

隨著當今工業不斷進步和信息計算機技術的持續發展，工業制造領域自動化的進程迅速崛起。可編程控制器作為一款主要應用于制造工業環境里面的電子數字信息運算操作系統，成功實現信息計算機技術與自動化繼電控制技術有機結合。和傳統的繼電接觸器相比，這種可編程控制器具有更加靈活的特點，能夠按照用戶的實際要求而靈活改變自身內部的軟接線結構網絡。當制造控制對象或實際生產工藝過程出現變化時，能夠直接通過修改控制器內部程序進行對應控制關系的修改，能夠實現省時省力，讓這種可編程控制器可以在當今的工業生產環境里面迅速推廣應用。

1 可編程控制器簡介

1.1 可編程控制器的內部組成

可編程控制器自身和微機結構類似，同樣主要包括內部硬件系統和內部軟件系統等部分。

可編程控制器硬件系統主要包括內部中央處理器、系統存儲器和控制器接口電路三部分。系統內部的中央處理器作為整個可編程控制器的重要部分，能夠實現輸入輸出電子信號，開展編譯執行命令工作，及時響應反饋各種外部設備操作請求等具體工作。系統存儲器是實現存儲相關程序和信息數據的物理實體部分，能夠實現存放可編程控制器內部的系統程序、外接用戶程序、數據邏輯變量、輸入輸出調整及各方面程序數據信息等功能。控制器接口電路主要包括控制器輸入接口電路、控制器輸出接口電路、控制器編程接口電路和其他相關的接口電路等，能夠實現與編程器和打印機等外部設備進行連接和改變控制器編程狀態等作用。

軟件系統主要包括控制器系統軟件和應用程序軟件兩部分。控制器系統軟件是由設備生產廠家進行對應的編制管理工作，能夠有效協調可編程控制器內部的各方面工作，能夠方便用戶進行使用。應用程序軟件主要是通過具體的用戶按照系統控制方面的具體需要依靠可編程控制內置的程序語言實現編寫的。

1.2 可編程控制器工作原理

可編程控制器按照企業客戶的實際要求進行編制對應的應用程序，通過將應用程序實時輸入到相應的企業程序存儲器里面。當程序進行運行工作時，系統內部的中央處理器按照企業程序開展周期性循環掃描工作。完成一個掃描周期以后，中央處理器能夠按照一定的速度重復開展掃描工作，實現可編程控制器系統的實際輸出功能。

2 西門子可編程控制器的主要編程軟件作用功能

可編程控制器系統內部的每一個編程元件都能夠分別對應系統內部存儲器里面的一個或幾個存儲單元，這些具體的編程元件就直接構成了現在可編程控制器內部的信息數據存儲空間。

西門子可編程控制器數據空間主要包括信息數據存儲器和實際數據體等兩部分。在數據存儲器里面的每一位都直接作為一個“軟繼電器”系統；實際數據體主要負責對應系統里面的部分復雜功能元件，比如系統定時器、系統計數器元件等部分。把這些功能元件根據具體的功能用途進行分類，采用不同的英文字母進行表示，那么整個可編程控制器數據空間內部就能夠具體分為若干個數據存儲區，每個數據存儲區都能夠直接對應著可編程控制器里面的某一類編程元件。

3 西門子可編程控制器在工業閘門控制系統方面的實際應用

隨著當代工業自動化控制進程的不斷發展，信息計算機技術的應用領域更加廣泛，工業領域里面的自動化控制方面系統發展更加成熟。

3.1 西門子可編程控制器介紹

西門子公司可編程控制器主要包括CPU21X 可編程控制器系列和CPU22X 可編程控制器系列兩種，其中西門子CPU22X 型里面的可編程控制器主要包括4 個不同的控制器基本型號，分別是CPU221 型號，CPU222 型號，CPU224型號和CPU226 型號。

其中，集成的24V 電源能夠實現直接連接到系統傳感器和對應的變速執行器，CPU224 可編程控制器負責輸出280mA，可以用作負載電源。高速脈沖輸出里面包括兩路高速脈沖輸出端部分，實際的輸出脈沖頻率可以實現20kHz, 主要用于實現控制步進電機或伺服電機的功能，完成定位任務。控制器里面的模擬電位器部分能夠用來修改特殊寄存器中的實際數值，從而改變相關程序運行過程時的參數，比如控制器里面定位器、計數器的實際預置值，運行過程量的具體控制參數。控制器里面的存儲器模塊能夠作為進行修改與拷貝的系統工具，不必借助編程器就能夠實現輔助軟件開展歸檔工作。控制器電池模塊的實際用戶數據能夠依靠內部設置的超級電容，讓控制器選用的電池模塊部分可以延長使用時間到200 天。控制器電池模塊位于存儲器模塊卡槽里面。

表1 可編程控制器基礎參數表

圖1 CPU224 型PLC 的結構示意圖

3.2 西門子可編程控制器的實際應用特點

(1)穩定可靠，抗干擾能力強

穩定可靠性能是可編程控制器開展工業自動化控制工作的重要保障。可編程控制器依靠充分利用現代電路集成技術，結合先進的制造工藝技術和高性能的先進電子抗干擾技術，本身具有很強的穩定可靠性。和其他相同規模的電子繼電接觸器系統相比，控制器的接線接點和具體的開關接點數已經大幅度降低，導致控制器故障發生率也顯著減少。另外，可編程控制器可以開展自我檢測工作，當控制器檢測出自身存在故障時，就會立即發出對應的報警信號，能夠有效提高控制器自身穩定性。

(2)功能完善，普遍適用性高

可編程控制器經過快速發展到現在已經成熟起來，有著各種控制形式、各種功能規模的系列化批量產品，能夠滿足目前各種工業環境需求。同時，可編程控制器本身還具有十分強大的信息數據處理能力，可以實現工業數字化有效控制。另外，先進的通訊功能和友好的人機界面處理技術能夠讓可編程控制自身系統的控制作用更加高效。

(3)控制器體積小，操作方便

可編程控制器能夠修改自身程序來實現有效管理不同控制對象或制造工藝流程，讓控制器自身可操作性及可應用性能力更強。控制器所有的操作流程目前都集成存儲在編程控制器里面，有利于用戶進行使用與系統維護。

3.3 西門子可編程控制器在閘門控制方面的具體應用

(1)閘門自動化控制系統的基本結構

閘門自動化控制系統主要包括CPU 部分、電源部分、I/O 模塊部分，通訊接口部分，能夠實現監控三個子網絡情況。每個子網絡都是通過若干遠程站和一個主站共同組成。監控系統內部的各部分設備之間和相關網絡之間一般采用總線式以太網絡形式進行通信。Profibus 作為工業控制系統里面的總線，具有數據傳輸速度快，數據傳輸時間短，抗干擾性能優異的特點，是現在應用范圍最廣泛和應用效果最可靠的數據通訊網絡。

(2)閘門控制系統的主要功能

①報警功能

當控制系統內部出現故障時，西門子可編程控制器會實時發出對應的報警信號，同時通過顯示器進行顯示相關的故障信息，能夠有效方便現場操作工作人員，實現迅速查找對應的故障原因并進行及時解決處理。

②存儲記錄功能

西門子可編程控制器本身具有強大的存儲功能，可以有效將現場操作員進行記錄報表數據、工藝操作順序流程、控制器系統信息、控制器故障信息出現時間進行對應的存儲記錄，同時根據已經設定好的時間進行循環輸出。

③數據查找功能

根據控制器內部存儲每項數據信息的對應時間記錄，能夠有效方便用戶實現查找系統歷史操作、故障信息內容、累積輸水量和具體操作人員，能夠幫助用戶進行分析信息數據、查找問題原因、明確故障責任。

(3)閘門控制系統主站

閘門控制系統能夠運用西門子可編程控制器里面的中央處理器開展過程控制應用設計工作，采用PASSCAL 編程語言進行編寫相關程序不但運算能力強，解決問題的速度十分快，每條系統指令的平均執行速度基本小于0.1 微秒。同時，西門子可編程控制器的模件還能夠進行計時，方便用戶進行記錄。

(4)抗干擾設施

由于控制系統里面的各類設備儀器比較復雜，控制電纜和信號電纜很容易出現干擾情況，直接影響控制系統進行正常運行工作。因此，應該采取保護措施減少干擾的出現。比如，將信號電纜、控制電纜與控制器系統主板之間進行相互隔離；增加電子信號傳送距離，采取遠程輸送輸入相關信號和輸出相關信號，減少電子信號密集程度；控制器動力柜和其他相關電器設備實現接地連接。

4 結束語

在目前工業經濟發展迅猛的新時代里，西門子可編程控制器的具體應用范圍更加廣闊，控制器功能更加完善。無論是控制器運行工作速度，數據存儲容量，還是控制器智能化的具體應用，都要不斷緊跟當今工業經濟發展步伐而實現更新換代。