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步進可調(diào)的穩(wěn)壓開關電源
{開關電源行業(yè)門戶網(wǎng)}：開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。由于擁有較高的效率和較高的功率密度，開關電源在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的使用越來越普及。開關電源高頻化、模塊化和智能化是其發(fā)展方向。其中，步進可調(diào)、實時顯示是開關電源智能化研究方向之一?，F(xiàn)設計開關電源，技術指標為：輸出電壓30V至36V可調(diào)，最大輸出電流2A，有過流保護功能，能對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調(diào)整、步進值1V，并能實時顯示輸出電壓和電流的開關穩(wěn)壓電源。
 
1 總體設計方案
    采用AT89S52單片機為控制核心，對普通的開關電源控制部分進行優(yōu)化設計，并通過軟件編程實現(xiàn)了對開關電源的智能控制。設計中采用隔離變壓器將市電變壓后通過整流濾波送至DC-DC升壓變換器，經(jīng)過一系列的控制整合電路之后可實現(xiàn)設計要求。系統(tǒng)總體框圖如圖1．1所示。

1．1 DC-DC主回路拓撲
    采用UC3842和MAX4080構成DC-DC轉(zhuǎn)換電路。UC3842是一塊功能齊全、較為典型的單端電流型PWM控制集成電路，內(nèi)包含誤差放大器、電流檢測比較器、PWM鎖存器、振蕩器、內(nèi)部基準電源和欠壓鎖定等單元。電流控制型升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路，外接元器件少、控制靈活、成本低，輸出功率容易做到100W以上。當然，DC-DC轉(zhuǎn)換電路也可以采用成品模塊，若用PI公司生產(chǎn)的DPA-Switch設計開關電源具有集成度高、外圍電路簡單、發(fā)熱量少、性能指標優(yōu)良。
   
    由UC3842設計的DC-DC升壓電路直接用誤差信號控制電感峰值電流，間接地控制PWM脈沖寬度，達到控制輸出端電壓的目的。開關管以UC3842設定的頻率周期開閉，使電感L儲存能量并釋放能量。當開關管導通時，電感充電，把能量儲存在L中。當開關截止時，L產(chǎn)生反向感應電壓，通過二極管把儲存的電能釋放到輸出電容器中。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制，而傳遞能量的多少由通過電感電流的峰值來控制。具體設計電路如圖1.2所示。

1．2 保護電路
    在大電流的情況下容易損壞芯片，所以需要對大電流的情況給予電路保護。設計中采用單片機控制繼電器的通斷來控制電路中的電流，對輸出電路電流采樣，采樣值與額定值比較，反饋比較電路如圖1．3所示，當電流大于2．5A時，則產(chǎn)生信號使單片機進入中斷處理程序，使繼電器起動，實現(xiàn)DC-DC電路的斷電，從而達到保護電路的作用。單片機控制電路如圖1．4所示。該方案中單片機控制繼電器的吸合時間短，而且易于實現(xiàn)。


1．3 數(shù)字設定及顯示電路
    采用AT89S52單片機和集成芯片CD4051實現(xiàn)程控和步進，用單片機控制鍵盤實現(xiàn)輸出電壓的初始設定，可以實現(xiàn)電壓的步進1V，步減1V。使用液晶顯示輸出電壓和電流，可撥動轉(zhuǎn)換開關來選擇顯示電壓／電流模式。
1．4 程序設計
    在設計好相關電路的基礎上，通過編程由單片機對開關電源進行智能控制。系統(tǒng)由單片機AT89S52控制，電源系統(tǒng)具有"＋‰"和"－"步進功能，步進幅度為1V。同時AT89S52結(jié)合繼電器等電路實現(xiàn)了電路過流保護功能，并且能實時顯示開關電源的輸出電壓和電流。程序總流程圖和中斷流程圖如圖1(5，6)所示。

2 提高效率
    如何提高開關電源的效率顯得尤為重要。在提高開關電源的效率上采取了如下措施。
2．1 DC-DC轉(zhuǎn)換電路中電感在很大程度上影響系統(tǒng)的效率。市場上很難買到符合要求的電感，在繞制時對電感磁芯和漆包線的要求非常高，應將輸出電壓紋波降到最小。
2．2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路中開關管采用MOS管取代雙極性晶體管，串聯(lián)柵極電阻將衰減由MOS輸入電容、柵一源電路引線電感所產(chǎn)生的高頻寄生振蕩?？捎行岣咿D(zhuǎn)換效率，若選用幾個MOS管IRF530并聯(lián)，可進一步提高效率。
2．3續(xù)流二極管選擇肖特基二極管，其開啟時間短、管壓降小，可使電感存儲能量大，有利于提高電源轉(zhuǎn)換效率。
2．4二極管、電感和MOS管的柵極最好盡可能地靠近焊接，這樣可以減少損耗，有利于提高系統(tǒng)的效率。
 
3 測試數(shù)據(jù)和分析
3．1 電壓調(diào)整率SU
    電壓調(diào)整率SU指U2在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓U0的變化率。用自耦調(diào)壓器調(diào)節(jié)U2從15V到21V之間變化，在輸出電流為2A時候，測量出輸出電壓，從而得到電壓調(diào)整率SU。

 
3．2 負載調(diào)整率SI
    負載調(diào)整率SI指I0在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓U0的變化率。改變負載電阻，使輸出電流在0～2A以內(nèi)變化時，得到負載調(diào)整率數(shù)據(jù)如下。

3．3 DC-DC變換器效率
    效率η=P0／PIN，其中P0=U0I0，PIN=UINIIN。用毫伏表在DC-DC模塊端口直接讀出輸入和輸出電壓電流各值，可得變換器效率。

3．4 紋波電流
    在開關電源設計中，MOS管源極接上1kΩ的電阻，電源濾波處加無極性電容，濾除高頻紋波。電流紋波實測數(shù)據(jù)如下

 
    基于AT89S52的開關穩(wěn)壓電源具有良好智能控制和步進功能，測試數(shù)據(jù)表明電源系統(tǒng)具有較高的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，并具有很高的效率，電源在最大輸出功率下能連續(xù)安全工作足夠長的時間。當然可通過對MOS管及相關元器件選擇、電路優(yōu)化設計，或選擇DC-DC成品模塊可進一步提高電源性能。
 

西門子PLC的發(fā)展史 SIMATIC商標

S7-200是西德西門子公司的產(chǎn)品之一，其注冊商標為SIMATIC。

1．西門子公司的產(chǎn)品最早是1975年投放市場的SIMATIC S3，它實際上是帶有簡單操作接口的二進制控制器；

2．1979年，S3系統(tǒng)被SIMATIC S5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器；

3．20世紀80年代初，S5系統(tǒng)進一步升級——U系列PLC，較常用機型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U

4．1994年4月，S7系列誕生，它具有更國際化、更高性能等級、安裝空間更小、更良好的WINDOWS用戶界面等優(yōu)勢，其機型為：S7-200、300、400

5．1996年，在過程控制領域，西門子公司又提出PCS7（過程控制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢的WINCC（與WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場總線）、COROS（監(jiān)控系統(tǒng)）、SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡）及控調(diào)技術溶為一體

6．現(xiàn)在，西門子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動化系統(tǒng)，將PLC技術溶于全部自動化領域。

SM 1231 模擬量輸入信號模塊允許將控制器與過程中的模擬信號連接。

這為用戶提供了下列優(yōu)勢：

• 最佳適應性：
  使用模擬信號模塊，用戶可以使其控制器最佳地滿足更加復雜的任務要求
• 直接連接傳感器：
  高達 14 位的分辨率和不同的輸入范圍允許在沒有附加放大器的情況下連接傳感器
• 靈活性：
  如果任務后續(xù)有所擴展，可以升級控制器。更新用戶程序非常簡單。

使用 SM 1278 模塊，可通過一條 3 線制電纜與最多 4 個外部 IO-Link 設備或 4 個標準執(zhí)行器/傳感器進行數(shù)據(jù)交換。 由于有大量參數(shù)設置選項，可以針對通信伙伴靈活調(diào)整控制。由于 IO-Link 與標準傳感器兼容，也可在 IO-Link 主站上運行符合 IEC 61131 類型 1 的市售傳感器。

• 擴展限制
  • 電纜長度:最大 20 m
  • 每個端口最多 32 個字節(jié)輸入和輸出數(shù)據(jù)
  • 每個模塊最多 32 個字節(jié)輸入和輸出數(shù)據(jù)

LED 指示燈

• DIAG:模塊上具有運行狀態(tài)指示燈（綠色/紅色）
• C1..C4：端口 1、2、3 和 4 的端口狀態(tài)指示燈（綠色）
• Q1..Q4：端口 1、2、3 和 4 的通道狀態(tài)指示燈（綠色）
• F1..F4：端口 1、2、3 和 4 的端口故障指示燈（紅色）

根據(jù)所使用的 CPU 類型，一個 S7-1200 CPU 上可連接多達 8 個 SM 1278 模塊。

西門子S7-200 PLC的安裝方式、安裝環(huán)境和安裝注意事項

西門子S7-200 PLC安裝：

（1）安裝方式

S7-200的安裝方法有兩種：底板安裝和DIN導軌安裝。底板安裝是利用PLC機體外殼四個角上的安裝孔，用螺釘將其固定在底版上。DIN導軌安裝是利用模塊上的DIN夾子，把模塊固定在一個標準的DIN導軌上。導軌安裝既可以水平安裝，也可以垂直安裝。

（2）安裝環(huán)境

PLC適用于工業(yè)現(xiàn)場，為了保證其工作的可靠性，延長PLC的使用壽命，安裝時要注意周圍環(huán)境條件：環(huán)境溫度在0～55℃范圍內(nèi)；相對濕度在35%～85%范圍內(nèi)（無結(jié)霜），周圍無易燃或腐蝕性氣體、過量的灰塵和金屬顆粒；避免過度的震動和沖擊；避免太陽光的直射和水的濺射。

（3）安裝注意事項

除了環(huán)境因素，安裝時還應注意：PLC的所有單元都應在斷電時安裝、拆卸；切勿將導線頭、金屬屑等雜物落入機體內(nèi)；模塊周圍應留出一定的空間，以便于機體周圍的通風和散熱。此外，為了防止高電子噪聲對模塊的干擾，應盡可能將S7-200模塊與產(chǎn)生高電子噪聲的設備（如變頻器）分隔開。

S7—200PLC系統(tǒng)主機（CPU）模塊的外形和模塊功能簡介

S7—200系統(tǒng)CPU 22*系列PLC主機(CPU模塊)的外形如圖1所示。S7—200CPU模塊包括一個中央處理單元、存儲器、電源以及數(shù)字I／O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執(zhí)行程序，以便對工業(yè)自動化控制任務或過程進行控制。輸人部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，控制工業(yè)過程中的設備。

圖1 CPU 22*系列PLC的CPU外形

從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7—200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU 21*，現(xiàn)已停產(chǎn)。第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU 22*，是在21世紀初投放市場的。其速度快，具有極強的通訊能力。它具有四種不同結(jié)構配置的CPU單元。

(1)CPU 221 CPU 221具有6輸入／4輸出，共計10個點的I／O，無擴展能力，有6 KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。還具有4個獨立的30 kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20 kHz高速脈沖輸出端，1個RS—485通訊／編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合于小點數(shù)的控制系統(tǒng)。

(2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同點在于：它有8輸人／6輸出，共計14點I／O。可以帶兩個擴展模塊，最多擴展8路模擬量和64個I／O，因此是更廣泛的全功能控制器。

(3)CPU 224 它在CPU 222的基礎上使主機的輸入輸出點數(shù)增為24點，有14輸入／10輸出，可以帶7個擴展模塊，最大可擴展為168點數(shù)字量或者35點模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進一步增加，有內(nèi)置時鐘，還增加了一些數(shù)學指令和高速計數(shù)器的數(shù)量，具有較強的控制能力。

(4)CPU 226 這種模塊在CPU 224的基礎上功能又進一步增強，有24輸入／16輸出，主機輸入和輸出點數(shù)增到40點，最大可擴展為248點數(shù)字量或35點模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大增強；它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。
現(xiàn)在西門子公司新推出了一種增強型的CPU 226XM，它在用戶程序存儲容量上擴大到8K字，其他指標和CPU 226相同。

每一款主機模塊上都集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機構。利用EEPROM存儲存儲程序和配置信息。用戶數(shù)據(jù)可通過主機的超級電容存儲若干天，電池模塊可選，可使數(shù)據(jù)的存儲時間延長到200天?？梢杂闷胀ㄝ斎攵俗硬蹲奖?/span>CPU掃描周期更快的脈沖信號，利用中斷輸入，允許以極快的速度對信號的上升沿做出響應。速度為30 kHz的高速計數(shù)器可以編程，并具有復位輸入端，多個獨立的輸入端，可同時用作加減計數(shù)，可以連接相應數(shù)量的相位差為90度的A／B相增量編碼器。2路最大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進電機和伺服電機以實現(xiàn)準確定位任務?？梢杂媚K上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數(shù)值，可以即時更改程序運行中的一些參數(shù)，如定時／計數(shù)器的設定值、過程量的控制參數(shù)等。實時時鐘可用以對信息加注時間標記，記錄機器運行時間或?qū)^程進行時間控制。

工業(yè)自動化集團可提供豐富的自動化系統(tǒng)、工業(yè)控制和工業(yè)軟件產(chǎn)品與系統(tǒng)，以及全面的工業(yè)解決方案，旨在幫助生產(chǎn)和過程工業(yè)中的客戶更加迅速、高效、靈活地進行生產(chǎn)。作為行業(yè)領先的自動化專家和工業(yè)軟件供應商，西門子工業(yè)自動化集團對整個生產(chǎn)鏈進行了優(yōu)化，包括從產(chǎn)品設計和開發(fā)，到產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售和服務。通過幫助生產(chǎn)和過程行業(yè)中的客戶實現(xiàn)生產(chǎn)、管理和維護流程的數(shù)字化無縫集成，其軟件解決方案可顯著降低成本，加快上市時間。

2012 年 3 月 15 日，西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地在成都開工建設，這是西門子在中國設立的最大的現(xiàn)代化數(shù)字工廠，它具備高度自動化水平并滿足嚴格的環(huán)保要求。工廠計劃于 2013 年竣工投產(chǎn)。該項目位于成都高新區(qū)西部園區(qū)，總建筑面積將近 4 萬平方米。新的工廠能為當?shù)匦略鼍蜆I(yè)崗位 1000 余個。

一、人機界面無響應，按觸摸任何部位都無響應。
處理方法：遇到這種情況，首先檢查各接線接口是否出現(xiàn)松動，然后檢查串口及中斷號是否有沖突，如果是由于沖突引起的，那么應調(diào)整資源，避開沖突。
其次，檢查人機界面表面是否出現(xiàn)裂縫，如發(fā)現(xiàn)有裂縫應及時更換。此外，還需要檢查人機界面表面是否有塵垢，若有，用軟布進行清除。觀察檢查控制盒上的指示燈是否工作正常，正常時，指示燈為綠色，并且閃爍。
如果上面的部分均正常，可用替換法檢查人機界面，先替換控制盒，再替換觸摸屏，最后替換主機。
二、人機界面正常但電腦不能操作。一臺人機界面，經(jīng)試驗其本身一切正常，但接上主機后，電腦不能操作。
處理方法：對于這種情況，原因有二。其一，可能是人機界面驅(qū)動程序版本過低，需要安裝最新的驅(qū)動程序。其二，可能是在主機啟動裝載人機界面驅(qū)動程序之前，人機界面控制卡接收到操作信號，只需重新斷電后，再啟動計算機即可。
三、觸摸不準。一臺表面聲波人機界面，用手指觸摸顯示器屏幕的部位不能正常地完成對應的操作。
處理方法：這種現(xiàn)象有2種原因。第一種可能是聲波屏的反射條紋受到輕微破壞，如果遇到這種情況則將無法完全修復；第二種可能是聲波人機界面在使用一段時間后，屏四周的反射條紋上面被灰塵覆蓋，可用一塊干的軟布進行擦拭，然后斷電、重新啟動計算機并重新校準。

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S7-200 CPU22X 系列PLC I/O 點數(shù)擴展和編址

  S7-200 CPU22X 系列的每種主機所提供的本機I/O點的I/O地址是固定的，進行擴展時，可以在CPU右邊連接多個擴展模塊。如圖所示，每個擴展模塊的組態(tài)地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。輸入與輸出模塊的地址不會沖突，模擬量控制模塊地址也不會影響數(shù)字量。

    編址方法是同樣類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按所處的位置而遞增，這種遞增是按字節(jié)進行的，如果CPU或模塊在為物理I/0點分配地址時未用完一個字節(jié)，那些未用的位也不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。

    例如，某一控制系統(tǒng)選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入／輸出點數(shù)為：數(shù)字量輸入24點、數(shù)字量輸出20點、模擬量輸入6點和模擬量輸出2點。

本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，并且各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可能有多種，圖2所示為其中的一種模塊連接形式。表1所示為其對應的各模塊的編址情況。

    表1  各模塊的編址

● 同類型輸入或輸出的模塊按順序進行編制。 
● 數(shù)字量模塊總是保留以8位（1個字節(jié)）遞增的過程映象寄存器空間。如果模塊沒有給保留字節(jié)中每一位提供相應的物理點，那些未用位不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。對于輸入模塊，這些保留字節(jié)中未使用的位會在每個輸入刷新周期中被清零。
● 模擬量I/O點總是以兩點遞增的方式來分配空間。如果模塊沒有給每個點分配相應的物理點，則這些I/O點會消失并且不能夠分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。