一、西門子PLC的工作原理

掃描技術(shù)

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

（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)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(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，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(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)果會對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)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

（三）輸出刷新階段

當掃描用戶程序結(jié)束，西門子PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O影響區(qū)內(nèi)對應的狀態(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)動相應的外設(shè)。這時，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、輸出刷新等所有時間的總和。

二．西門子PLC的I/O響應時間

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

即（n-1）個掃描周期

短I/O響應時間：

長I/O響應時間：

西門子 PLC在中國的產(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，下面就簡單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。

西門子PLC模塊一級代理商

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)及標準伺服系統(tǒng)所組成的DP控制網(wǎng)絡(luò)，對堿回收蒸發(fā)工段實施集散控制的優(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)整個工藝過程的運行，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)計中所控制的蒸發(fā)站是由五臺板式降膜蒸發(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象，共設(shè)置了8路壓力、6路流量、21路溫度、16路液位總計51個測控點。為防止流送過程中，因電機啟停不當而造成的不良后果，我們又對所使用的22臺電機實行連鎖控制。

1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1.1本自動控制系統(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)的適合當代計算機技術(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、運算速度、網(wǎng)絡(luò)功能和更優(yōu)的性能價格比。通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線可與ET200M I/0站相連。ET200M 可置于MCC低壓柜旁邊，從而可方便將電機和泵類的控制納入DCS中去。

DI模板主要用于顯示電機啟停和過載指示；DO模板用于控制電機啟停；AI模板主要用于對電動機電流、功率以及各測控點如溫度、壓力、流量、液位進行采樣顯示。DO模板在實際應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、數(shù)量確定后，再選擇放置模板的框架的型號和數(shù)量以及電源的型號和數(shù)量。終選用長為530mm的導軌。據(jù)模板的數(shù)量選取擇4個機架，考慮到成本問題而選取用了3個S7-300機架，1個S7-400機架，一個為主框架（含3個機架、一個S7-400機架、2個S7-300機架）放在蒸發(fā)主控制拒中，另一個遠程控制I/O框架(含一個S7-300機架)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)計當中，根據(jù)設(shè)備測控點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ET200M遠程站相連（如圖2 所示），用于采集現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)信息和控制算法的實現(xiàn)。在現(xiàn)場實際應用中，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，應用時，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。整個控制系統(tǒng)采用兩個控制柜（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；#2 ET200M從站放在副柜，用來采集工段的電動機執(zhí)行機構(gòu)閥位反饋信號及輸出執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動信號。系統(tǒng)采用主站加從站的結(jié)構(gòu)，可使系統(tǒng)造價降低，并且擴展靈活。