版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、第一篇 可編程控制器理論知識(shí)第1章 可編程控制器概述1.1可編程控制器的產(chǎn)生隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及,成為自動(dòng)化技術(shù)的重要組成??删幊炭刂破髯钕瘸霈F(xiàn)在美國,1968年,美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求,并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件:(1)編程簡單,可在現(xiàn)場修改程序; (2)維護(hù)方便,最好是插件式; (3)可靠性高于繼電器控制柜; (4)體積小于繼電器控制柜; (5)可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī);(6)在成本上可與繼電器控制柜競爭; (7)輸入可以是交流115V(即用美國的電網(wǎng)電壓); (8)輸出為交流115V
2、、2A以上,能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥; (9)在擴(kuò)展時(shí),原有系統(tǒng)只需要很小的變更; (10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB。 于是可編程控制器應(yīng)運(yùn)而生1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器,并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller),目的是用來取代繼電器,以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。緊接著,美國MODICON公司也開發(fā)出同名的控制器,1971年,日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù),很快研制成了日本第一臺(tái)可編程控制器。1973年,西歐國家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。隨著半導(dǎo)
3、體技術(shù),尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,到70年代中期以后,特別是進(jìn)入80年代以來,PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器,輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路,使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時(shí)的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能,還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能,稱之為可編程序控制器(Programmable Controller)更為合適,簡稱為PC,但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Persona1 Computer)的簡稱PC相區(qū)別,一般仍將它簡稱為PLC(Programmable Logic Controll
4、er)。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象,將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史,它是用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電系統(tǒng)的控制方法,在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中,故障的查找和排除困難,花費(fèi)時(shí)間長,嚴(yán)重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下,控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動(dòng),改造工期長、費(fèi)用高,以至于用戶寧愿另外制作一臺(tái)新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線
5、復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn),充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn),并將控制器和被控對(duì)象方便的連接起來。由于PLC是由微處理器、存儲(chǔ)器和外圍器件組成,所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一類。對(duì)用戶來說,可編程控制器是一種無觸點(diǎn)設(shè)備,改變程序即可改變生產(chǎn)工藝,因此如果在初步設(shè)計(jì)階段就選用可編程控制器,可以使得設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看,在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器,適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn),可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎,并得到迅速的發(fā)展。目前,可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具,得到了廣泛的應(yīng)用。我國從1974年也開始研制
6、可編程序控制器,1977年開始工業(yè)應(yīng)用。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。掌握可編程序控制器的工作原理,具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力,已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。1.2 可編程控制器的定義國際電工委員會(huì)(IEC)曾于1982年11月頒發(fā)了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿,1985年1月又發(fā)表了第二稿,1987年2月頒發(fā)了第三稿。該草案中對(duì)可編程控制器的定義是:“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)
7、部存儲(chǔ)和執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令,并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備,都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?!倍x強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”,是一種計(jì)算機(jī)。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的工業(yè)計(jì)算機(jī),是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī),除了能完成各種各樣的控制功能外,還有與其他計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”,因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)操作,它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入輸出控制”的能力,并且非常容易與
8、“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”,易于“擴(kuò)充”。定義還強(qiáng)調(diào)了可編程控制器應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境,它須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,可編程控制器與以往所講的順序控制器在“可編程”方面有質(zhì)的區(qū)別。PLC引入了微處理機(jī)及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代電子器件,并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程,能靈活地修改,即用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的。可編程序控制器是應(yīng)用面最廣、功能強(qiáng)大、使用方便的通用工業(yè)控制裝置,自研制成功開始使用以來,它已經(jīng)成為了當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。1.3 可編程控制器的基本組成1.3.1 控制組件可編程控制器主要由CPU、存儲(chǔ)器、
9、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成??删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)多種多樣,但其組成的一般原理基本相同,都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu),如圖1-1所示。編程裝置將用戶程序送入可編程控制器,在可編程控制器運(yùn)行狀態(tài)下,輸入單元接收到外部元件發(fā)出的輸入信號(hào),可編程控制器執(zhí)行程序,并根據(jù)程序運(yùn)行后的結(jié)果,由輸出單元驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。圖1-1 可編程控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. CPU單元CPU是可編程控制器的控制中樞,相當(dāng)于人的大腦。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有:它在系統(tǒng)監(jiān)控程
10、序的控制下工作,通過掃描方式,將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域,PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后,從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令,按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等,然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器、單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。通用型微處理器常見的如Intel公司的8086、80186、到Pentium系列芯片,單片機(jī)型的微處理器如Intel公司的MCS-96系列單片機(jī),位片式微處理器如AMD 2900系列的微處理器。小型PLC 的CPU多采用單片機(jī)或?qū)S肅PU,中型PLC的CPU大多采用16位微處理器或單片機(jī),大型PLC的CPU多用高速位片式處理器,具
11、有高速處理能力。 2. 存儲(chǔ)器可編程控制器的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和可電擦寫的存儲(chǔ)器EEPROM三大部分構(gòu)成,主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 只讀存儲(chǔ)器ROM用以存放系統(tǒng)程序,可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中,用戶是不可改變的。用戶程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中,RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,可用鋰電池做備用電源。它存儲(chǔ)的內(nèi)容是易失的,掉電后內(nèi)容丟失;當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí),用戶程序可以保存在只讀存儲(chǔ)器EEPROM或由高能電池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn),用來存放需要長期保存
12、的重要數(shù)據(jù)。3. I/O單元及I/O擴(kuò)展接口(1)I/O單元PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路(如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等)提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào),通過光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力,輸入響應(yīng)時(shí)間一般在0.115ms之間。根據(jù)輸入信號(hào)形式的不同,可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同,可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類。(2)I/O擴(kuò)展接口可編程控制器利用I/O擴(kuò)展接口使I/O擴(kuò)展單元與PLC的基本單元實(shí)現(xiàn)連接,當(dāng)基本I/O單元的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠使用時(shí),可以用I/O擴(kuò)展單元來擴(kuò)
13、充開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的I/O端子。4. 外設(shè)接口外設(shè)接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器,并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接,可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。5. 電源電源單元的作用是把外部電源(220V的交流電源)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源,通過PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源,將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源(直流5伏、正負(fù)12伏、24伏),并為外部輸入元件(如接近開關(guān))提供24V直流電源(僅供輸入端點(diǎn)使用),而驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。1.3.
14、2 輸入輸出接口電路輸入輸出接口電路實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。輸入輸出接口電路要有良好的電隔離和濾波作用。1 輸入接口電路由于生產(chǎn)過程中使用的各種開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到PLC輸入接口電路上,為防止由于觸點(diǎn)抖動(dòng)或干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào),輸入接口電路必須有很強(qiáng)的抗干擾能力。 如圖1-2所示,輸入接口電路提高抗干擾能力的方法主要有:(1)利用光電耦合器提高抗干擾能力。 光電耦合器工作原理是:發(fā)光二極管有驅(qū)動(dòng)電流流過時(shí),導(dǎo)通發(fā)光,光敏三極管接收到光線,由截止變?yōu)閷?dǎo)通,將輸入信號(hào)送入PLC內(nèi)部。光電耦合器中的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)元件,要有足夠的能量才能驅(qū)動(dòng)。
15、而干擾信號(hào)雖然有的電壓值很高,但能量較小,不能使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光,所以不能進(jìn)入PLC 內(nèi),實(shí)現(xiàn)了電隔離。(2)利用濾波電路提高抗干擾能力。 最常用的濾波電路是電阻電容濾波,如圖1-2中的R1、C 。圖1-2中,S為輸入開關(guān),當(dāng)S閉合時(shí),LED點(diǎn)亮,顯示輸入開關(guān)S處于接通狀態(tài)。光電耦合器導(dǎo)通,將高 圖1-2 可編程控制器輸入電路 電平經(jīng)濾波器送到PLC內(nèi)部電路中。當(dāng)CPU在循環(huán)的輸入階段鎖入該信號(hào)時(shí),將該輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的映像寄存器狀態(tài)置1;當(dāng)S斷開時(shí),則對(duì)應(yīng)的映像寄存器狀態(tài)置0。根據(jù)常用輸入電路電壓類型及電路形式不同,可以分為干接點(diǎn)式、直流輸入式和交流輸入式。輸入電路的電源可由外部提供,有的也可由
16、PLC內(nèi)部提供。2 輸出接口電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件不同可將輸出接口電路分為三種:(1)小型繼電器輸出形式,如圖1-3所示。這種輸出形式既可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載,又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。它的優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍比較寬,導(dǎo)通壓降小,承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)作速度較慢,動(dòng)作次數(shù)(壽命)有一定的限制。建議在輸出量變化不頻繁時(shí)優(yōu)先選用。圖1-3所示電路工作原理是:當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí),使繼電器K的線圈通電,產(chǎn)生電磁吸力,觸點(diǎn)閉合,則負(fù)載得電,同時(shí)點(diǎn)亮LED,表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時(shí),使繼電器K的線圈無電流,觸點(diǎn)斷開,則負(fù)載斷電,同時(shí)LED熄滅,表示該路輸出點(diǎn)無輸出。圖1-3 小型繼電
17、器輸出形式電路(2)大功率晶體管或場效應(yīng)管輸出形式,如圖1-4所示。這種輸出形式只可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng),執(zhí)行速度快,壽命長。缺點(diǎn)是過載能力差。適合在直流供電、輸出量變化快的場合選用。圖1-4所示電路工作原理是:當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí),光電耦合器T1導(dǎo)圖1-4 大功率晶體管輸出形式電路 通,使大功率晶體管VT飽和導(dǎo)通,則負(fù)載得電,同時(shí)點(diǎn)亮LED,表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時(shí),光電耦合器T1斷開,大功率晶體管VT截止,則負(fù)載失電,LED熄滅,表示該路輸出點(diǎn)無輸出。當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載,VT關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的反電勢,VD的作用是為其提供放電回路,避免VT承受過
18、電壓。(3)雙向晶閘管輸出形式,如圖1-5所示。這種輸出形式適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。由于雙向可控硅和大功率晶體管同屬于半導(dǎo)體材料元件,所以優(yōu)缺點(diǎn)與大功率晶體管或場效應(yīng)管輸出形式的相似,適合在交流供電、輸出量變化快的場合選用。圖1-5所示電路工作原理是:當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí),發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光,相當(dāng)于雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào),無論外接電源極性如何,雙向晶閘管T均導(dǎo)通,負(fù)載得電,同時(shí)輸出指示燈LED點(diǎn)亮,表示該輸出點(diǎn)接通;當(dāng)對(duì)應(yīng)T的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)為0時(shí),雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào),雙向晶閘管關(guān)斷,此時(shí)LED不亮,負(fù)載失電。 圖1-5 雙向可控硅輸出形式電路3 I/O電路的常見問題(1)用三極管等有源元
19、件作為無觸點(diǎn)開關(guān)的輸出設(shè)備,與PLC輸入單元的連接時(shí),由于三極管自身有漏電流存在,或者電路不能保證三極管可靠截止而處于放大狀態(tài),使得即使在截止時(shí),仍會(huì)有一個(gè)小的漏電流流過,當(dāng)該電流值大于1.3mA時(shí),就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動(dòng)作??稍赑LC輸入端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻來分流,使流入PLC的電流小于1.3mA。(2)應(yīng)在輸出回路串聯(lián)保險(xiǎn)絲,避免負(fù)載電流過大,會(huì)損壞輸出元件或電路板。(3)由于晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在,當(dāng)驅(qū)動(dòng)不同類型的負(fù)載時(shí),需要考慮電平匹配和誤動(dòng)等問題。(4)感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生很高的反電勢,對(duì)輸出單元電路產(chǎn)生沖擊,對(duì)于大電感或頻繁關(guān)斷的感性負(fù)載應(yīng)使用外部
20、抑制電路,一般采用阻容吸收電路或二極管吸收電路。1.3.3 編程器編程器是PLC的重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器,還可以用編程器檢查程序,修改程序,監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。 常見的給PLC編程的裝置有手持式編程器和計(jì)算機(jī)編程方式。在可編程序控制器發(fā)展的初期,使用專用編程器來編程。小型可編程序控制器使用價(jià)格較便宜、攜帶方便的手持式編程器,大中型可編程序控制器則使用以小CRT作為顯示器的便攜式編程器。專用編程器只能對(duì)某一廠家的某些產(chǎn)品編程,使用范圍有限。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖,只能輸入和編輯指令,但它有體積小,便于攜帶,可用于現(xiàn)場調(diào)試,價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。 計(jì)算機(jī)的普
21、及,使得越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件。目前有的可編程序控制器廠商或經(jīng)銷商向用戶提供編程軟件,在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖纯捎脗€(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程。利用微機(jī)作為編程器,可以直接編制并顯示梯形圖,程序可以存盤、打印、調(diào)試,對(duì)于查找故障非常有利。1.4 可編程控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)1.4 可編程控制器的工作原理結(jié)合PLC的組成和結(jié)構(gòu)分析PLC的工作原理更容易理解。PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式,CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對(duì)用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描,并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個(gè)掃描周期主要可分為:
22、(1)讀輸入階段。 每次掃描周期的開始,先讀取輸入點(diǎn)的當(dāng)前值,然后寫到輸入映像寄存器區(qū)域。在之后的用戶程序執(zhí)行的過程中,CPU訪問輸入映像寄存器區(qū)域,而并非讀取輸入端口的狀態(tài),輸入信號(hào)的變化并不會(huì)影響到輸入映像寄存器的狀態(tài),通常要求輸入信號(hào)有足夠的脈沖寬度,才能被響應(yīng)。(2)執(zhí)行程序階段。 用戶程序執(zhí)行階段,PLC按照梯形圖的順序,自左而右,自上而下的逐行掃描,在這一階段CPU從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結(jié)束,程序運(yùn)行結(jié)果放入輸出映像寄存器區(qū)域。在此階段,允許對(duì)數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進(jìn)行處理,在掃描周期的各個(gè)部分,均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。(3)處理
23、通信請(qǐng)求階段。 是掃描周期的信息處理階段,CPU處理從通信端口接收到的信息。(4)執(zhí)行CPU自診斷測試階段。在此階段CPU檢查其硬件,用戶程序存儲(chǔ)器和所有I/O模塊的狀態(tài)。(5)寫輸出階段。每個(gè)掃描周期的結(jié)尾,CPU把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)字量輸出端點(diǎn)(寫入輸出鎖存器中),更新輸出狀態(tài)。然后PLC進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期,重新執(zhí)行輸入采樣階段,周而復(fù)始。如果程序中使用了中斷,中斷事件出現(xiàn),立即執(zhí)行中斷程序,中斷程序可以在掃描周期的任意點(diǎn)被執(zhí)行。如果程序中使用了立即I/O指令,可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)值時(shí),相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改,用立即I/O指令寫輸出點(diǎn)值時(shí)
24、,相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被修改。1.4.2 可編程控制器主要技術(shù)指標(biāo)可編程控制器的種類很多,用戶可以根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求選擇不同技術(shù)性能指標(biāo)的PLC。可編程控制器的技術(shù)性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面: 1 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的一個(gè)重要的參數(shù)。 2 存儲(chǔ)容量PLC的存儲(chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器,用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三部分組成。PLC存儲(chǔ)容量通常指用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量之和,表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源,是系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。 3 掃描速度可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作,完成1次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。影
25、響掃描速度的主要因素有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型。PLC中CPU的類型、機(jī)器字長等直接影響PLC運(yùn)算精度和運(yùn)行速度。 4 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和??删幊炭刂破鞯木幊讨噶钤蕉?,軟件功能就越強(qiáng),但掌握應(yīng)用也相對(duì)較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。 5. 通信功能通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊,通信接口,通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。 廠家的產(chǎn)品手冊(cè)上還提供PLC的負(fù)載能力、外形尺寸、重量、保護(hù)等級(jí)、適用的安裝和使用環(huán)境如溫度、濕度等性能指標(biāo)參數(shù),供
26、用戶參考。 1.5 可編程控制器的分類、特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展1.5.1 可編程控制器的分類1 按控制規(guī)模分類可編程控制器用于對(duì)外部設(shè)備的控制,外部信號(hào)的輸入、PLC的運(yùn)算結(jié)果的輸出都要通過PLC輸入輸出端子來進(jìn)行接線,輸入、輸出端子的數(shù)目之和被稱作PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù),簡稱I/O點(diǎn)數(shù)。由I/O點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC的I/O點(diǎn)數(shù)分成小型、中型和大型。小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn),以開關(guān)量控制為主,具有體積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)??捎糜陂_關(guān)量的控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)的控制、順序控制及少量模擬量的控制場合,代替繼電器-接觸器控制在單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在2561024之間,功能比較
27、豐富,兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力,適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的邏輯控制和閉環(huán)過程的控制。大型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上。用于大規(guī)模過程控制,集散式控制和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。2 按結(jié)構(gòu)形式分類PLC可分為整體式結(jié)構(gòu)、模塊式結(jié)構(gòu)和分散式三大類。整體式PLC是將CPU、存儲(chǔ)器、I/O部件等組成部分集中于一體,安裝在印刷電路板上,并連同電源一起裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi),形成一個(gè)整體,通常稱為主機(jī)或基本單元。整體式結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。一般小型或超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式PLC是把各個(gè)組成部分做成獨(dú)立的模塊,如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。各模塊作成插件式,并將
28、組裝在一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機(jī)架內(nèi)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活,裝配和維修方便,易于擴(kuò)展。一般大中型的PLC都采用這種結(jié)構(gòu)。所謂分散式的結(jié)構(gòu)就是將可編程控制器的CPU、電源、存儲(chǔ)器集中放置在控制室,而將各I/O模板分散放置在各個(gè)工作站,由通信接口進(jìn)行通信連接,由CPU集中指揮。圖1-5可編程控制器外觀結(jié)構(gòu)分類示意圖3根據(jù)用途分類可編程控制器根據(jù)其應(yīng)用的對(duì)象不同又可分為用于順序邏輯控制、用于閉環(huán)過程控制、用于多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)以及用于機(jī)械加工的數(shù)字控制和機(jī)器人控制等幾個(gè)方面。(1)用于順序邏輯控制。早期的可編程控制器主要用于取代繼電器控制電路,完成如順序、連鎖、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)得開關(guān)量
29、的控制,因此順序邏輯控制是可編程控制器的最基本的控制功能,也是可編程控制器應(yīng)用最多的場合。比較典型的應(yīng)用如自動(dòng)電梯的控制、自動(dòng)化倉庫的存取、各種管道上的電磁閥的自動(dòng)開啟和關(guān)閉、皮帶傳輸機(jī)的順序啟動(dòng),或者自動(dòng)化生產(chǎn)線的多機(jī)控制等,這些都是順序邏輯控制。要完成這類控制,不要求可編程控制器有太多的功能,只要有足夠數(shù)量的I/O回路即可因此可選用低檔的可編程控制器。(2)用于閉環(huán)過程控制。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng),除了開關(guān)量的I/O點(diǎn)實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制外,還要有模擬量的I/O回路,以供采樣輸入和調(diào)節(jié)輸出,實(shí)現(xiàn)過程控制中的PID調(diào)節(jié),形成閉環(huán)過程控制系統(tǒng)。而中期的可編程控制器由于具有數(shù)值運(yùn)算和處理模擬信號(hào)的功能,可以設(shè)
30、計(jì)出各種PID控制器。現(xiàn)在隨著可編程控制器控制規(guī)模的增大,PLC可控制的回路數(shù)已叢幾個(gè)增加到幾十個(gè)甚至幾百個(gè),因此可實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的閉喚控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、位置、速度等物理量的連續(xù)調(diào)節(jié)。比較典型的應(yīng)用例如連軋機(jī)的速度和位置控制、鍋爐的自動(dòng)給水、加熱爐的溫度控制等。要完成這類控制,不僅要求可編程控制器有足夠的I/O點(diǎn),還要有模擬量的處理能力,因此對(duì)PLC的功能要求高,根據(jù)能處理的模擬量的多少,至少應(yīng)選用中檔的可編程控制器。(3)用于多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)。在多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)中,除了要求所選用的可編程控制器具有上述功能外,還要求具有較強(qiáng)的通信功能,以實(shí)現(xiàn)各工作站之間的通信,最
31、終實(shí)現(xiàn)全廠的自動(dòng)化,形成通信網(wǎng)絡(luò)。由于近期的PLC都具有很強(qiáng)的通信和聯(lián)網(wǎng)功能,建立一個(gè)自動(dòng)化工廠已成為可能。顯然,能勝任這種工作的可編程控制器為高檔PLC。(4)用于機(jī)械加工的數(shù)字控制和機(jī)器人控制。機(jī)械加工行業(yè)也是PLC廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域,可編程控制器與CNC(Computer Number Control 計(jì)算機(jī)數(shù)值控制)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來,可以進(jìn)行數(shù)值控制。由于PLC的處理速度不斷提高和存儲(chǔ)器容量的不斷擴(kuò)大,使CNC的軟件不斷豐富,擁護(hù)對(duì)機(jī)械加工的程序編制越來越方便。隨著人工視覺等高科技技術(shù)的不斷完善,各種性能的機(jī)器人相繼問世,很多機(jī)器人制造公司也選用PLC作為機(jī)器人的控制器,因此PLC在這個(gè)
32、領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越多。在這類應(yīng)用中,除了要有足夠的開關(guān)量I/O,模擬量I/O外,還要有一些特殊功能的摸板,如速度控制、運(yùn)動(dòng)控制、位置控制、步進(jìn)電機(jī)控制、伺服電機(jī)控制、單軸控制、多軸控制等特殊功能的模板,以適應(yīng)特殊工作需要。4根據(jù)生產(chǎn)廠家分類PLC的生產(chǎn)廠家很多,每個(gè)生產(chǎn)廠家的PLC,其點(diǎn)數(shù)、容量、功能各有差異,但都自成系列,指令及外設(shè)向上兼顧,因此在選擇PLC時(shí)若選擇同一系列的產(chǎn)品,則可以使系統(tǒng)構(gòu)成容易、操作人員使用方便,備用品配件的通用性及兼容性好。比較有代表性日本歐姆龍(OMRON)公司的C系列,三菱(MITSUBISHI)公司的F系列,東芝(TOSHIBA)公司的EX系列,美國歌德(G
33、OULD)公司的M84系列,美國通用電氣(GE)公司的GE系列,美國A-B公司的PLC-5系列,德國西門子(SIEMENS)公司的S5系列、S7系列等。1.5.2 可編程控制器的特點(diǎn)1 可編程控制器的特點(diǎn)(1)編程簡單,使用方便梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言,其符號(hào)與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員只要很短的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言,并用來編制用戶程序,梯形圖語言形象直觀,易學(xué)易懂,。(2)控制靈活,程序可變,具有很好的柔性可編程序控制器產(chǎn)品采用模塊化形式,配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用,用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置,組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)??删?/p>
34、程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件,硬件配置確定后,可以通過修改用戶程序,不用改變硬件,方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化,具有很好的柔性。(3)功能強(qiáng),擴(kuò)充方便,性能價(jià)格比高可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件,有很強(qiáng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能,可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。如果元件不夠,只要加上需要的擴(kuò)展單元即可,擴(kuò)充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比,具有很高的性能價(jià)格比。(4)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少,維修方便可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多,故可以省下大量的配線,減少大量的安裝接線時(shí)間
35、,開關(guān)柜體積縮小,節(jié)省大量的費(fèi)用??删幊绦蚩刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力、可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線??删幊绦蚩刂破鞯墓收下屎艿?,且有完善的自診斷和顯示功能,便于迅速地排除故障。(5)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)可編程序控制器是為現(xiàn)場工作設(shè)計(jì)的,采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施,硬件措施如屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)、隔離、后備電池等,例如,西門子公司S7-200系列PLC內(nèi)部EEPROM中,儲(chǔ)存用戶原程序和預(yù)設(shè)值在一個(gè)較長時(shí)間段(190小時(shí)),所有中間數(shù)據(jù)可以通過一個(gè)超級(jí)電容器保持,如果選配電池模塊,可以確保停電后中間數(shù)據(jù)能保存200天。軟件措施如故障檢測、信息保護(hù)
36、和恢復(fù)、警戒時(shí)鐘,加強(qiáng)對(duì)程序的檢測和校驗(yàn)。從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力,平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上,可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場,可編程序控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。(6)體積小、重量輕、能耗低,是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品。2 可編程控制器PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC的主要差異(1)PLC工作環(huán)境要求比PC低,PLC抗干擾能力強(qiáng);(2)PLC編程比PC簡單易學(xué);(3)PLC設(shè)計(jì)調(diào)試周期短;(4)PC應(yīng)用領(lǐng)域與PLC不同;(5)PLC的輸入/輸出響應(yīng)速度慢,(一般ms級(jí)),而PC的響應(yīng)速度快(為微秒級(jí));(6)PLC維護(hù)比PC容易。3 PLC與繼電器控制的區(qū)別PLC與繼電
37、器控制的區(qū)別主要體現(xiàn)在:組成器件不同,PLC中是軟繼電器;觸點(diǎn)數(shù)量不同,PLC編程中無觸點(diǎn)數(shù)的限制;實(shí)施控制的方法不同,PLC是主要軟件編程控制,而繼電器控制依靠硬件連線完成。1.5.3 可編程控制器的應(yīng)用目前,可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)部門。隨著其性能價(jià)格比的不斷提高,應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大,主要有以下幾個(gè)方面:1 邏輯控制可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運(yùn)算的能力,可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算,用觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián),代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制,定時(shí)控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備,也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線,其應(yīng)用領(lǐng)域最為普及,包括微電子、家電行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。
38、2 運(yùn)動(dòng)控制 可編程序控制器使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊,或靈活運(yùn)用指令,使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)地結(jié)合在一起。隨著變頻器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的普遍使用,可編程序控制器可以與變頻器結(jié)合,運(yùn)動(dòng)控制功能更為強(qiáng)大,并廣泛地用于各種機(jī)械,如金屬切削機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場合。3 過程控制可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量,通過模擬量I/0模塊,實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換,并對(duì)被控模擬量實(shí)行閉環(huán)PID(比例-積分-微分)控制?,F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能,此功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、加熱爐、鍋爐等設(shè)備
39、,以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4 數(shù)據(jù)處理可編程序控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以是運(yùn)算的中間參考值,也可以通過通信功能傳送到別的智能裝置,或者將它們保存、打印。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人柔性制造系統(tǒng),也可以用于過程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)控制可編程序控制器的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/0之間的通信、多臺(tái)可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、變頻器)之間的通信??删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設(shè)備一起,可以組成“集中管理、分散控
40、制”的分布式控制系統(tǒng)。當(dāng)然,并非所有的可編程序控制器都具有上述功能,用戶應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇可編程序控制器,這樣既能完成控制任務(wù),又可節(jié)省資金。1.5.4 可編程控制器的發(fā)展1 向高集成、高性能、高速度,大容量發(fā)展微處理器技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展十分迅猛,功能更強(qiáng)大,價(jià)格更便宜,研發(fā)的微處理器針對(duì)性更強(qiáng)。這為可編程序控制器的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。大型可編程序控制器大多采用多CPU結(jié)構(gòu),不斷地向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。在模擬量控制方面,除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的PID指令和智能PID模塊,某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能,使調(diào)試時(shí)間減少,控制精度提高。2 向普及化方
41、向發(fā)展由于微型可編程序控制器的價(jià)格便宜,體積小、重量輕、能耗低,很適合于單機(jī)自動(dòng)化,它的外部接線簡單,容易實(shí)現(xiàn)或組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn),在很多控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。3 向模塊化、智能化發(fā)展可編程序控制器采用模塊化的結(jié)構(gòu),方便了使用和維護(hù)。智能I/O模塊主要有模擬量I/O、高速計(jì)數(shù)輸人、中斷輸入、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入、條形碼閱讀器、多路BCD碼輸人/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模塊。智能I/O模塊本身就是一個(gè)小的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),有很強(qiáng)的信息處理能力和控制功能,有的模塊甚至可以自成系統(tǒng),單獨(dú)工作。它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能,簡化了某些控制領(lǐng)域的系統(tǒng)
42、設(shè)計(jì)和編程,提高了可編程序控制器的適應(yīng)性和可靠性。4 向軟件化發(fā)展編程軟件可以對(duì)可編程序控制器控制系統(tǒng)的硬件組態(tài),即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù),例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通信接口的參數(shù)等。在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序,并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換??删幊绦蚩刂破骶幊誊浖姓{(diào)試和監(jiān)控功能,可以在梯形圖中顯示觸點(diǎn)的通斷和線圈的通電情況,查找復(fù)雜電路的故障非常方便。歷史數(shù)據(jù)可以存盤或打印,通過網(wǎng)絡(luò)或Modem卡,還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的價(jià)格便宜,有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。目前已有多家廠商推出
43、了在PC上運(yùn)行的可實(shí)現(xiàn)可編程序控制器功能的軟件包,如亞控公司的KingPLC?!败汸LC"在很多方面比傳統(tǒng)的“硬PLC"有優(yōu)勢,有的場合“軟PLC"可能是理想的選擇。5 向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展伴隨科技發(fā)展,很多工業(yè)控制產(chǎn)品都加設(shè)了智能控制和通信功能,如變頻器、軟啟動(dòng)器等??梢院同F(xiàn)代的可編程序控制器通信聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的控制功能。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯(lián)網(wǎng),信息可以傳送到幾十公里遠(yuǎn)的地方,通過Modem和互聯(lián)網(wǎng)可以與世界上其他地方的計(jì)算機(jī)裝置通信。相當(dāng)多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計(jì)算機(jī)加可編程序控制器的方案,通過串行通信接口或網(wǎng)絡(luò)通信模塊,實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)與可編程序控制
44、器交換數(shù)據(jù)信息。組態(tài)軟件引發(fā)的上位計(jì)算機(jī)編程革命,很容易實(shí)現(xiàn)兩者的通信,降低了系統(tǒng)集成的難度,節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間,提高了系統(tǒng)的可靠性。國際上比較著名的組態(tài)軟件有Intouch、Fix等,國內(nèi)也涌現(xiàn)出了組態(tài)王、力控等一批組態(tài)軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態(tài)軟件,如西門子公司的WINCC。第2章 西門子S7-200系列可編程控制器介紹2.1 西門子S7-200系列PLC概述西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個(gè)系列,分別為S7系列的大、中、小型可編程控制器系統(tǒng)。S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列,CPU22X系列,其中CPU22X型可
45、編程控制器提供了4個(gè)不同的基本型號(hào),常見的有CPU221,CPU222,CPU224和CPU226四種基本型號(hào)。小型PLC中,CPU221價(jià)格低廉能滿足多種集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的單元,通過可連接的擴(kuò)展模塊即可處理模擬量。CPU 224具有更多的輸入輸出點(diǎn)及更大的存儲(chǔ)器。CPU 226和226XM是功能最強(qiáng)的單元,可完全滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。四種型號(hào)的PLC具有下列特點(diǎn):(1)集成的24V電源可直接連接到傳感器和變送器執(zhí)行器,CPU 221和CPU222具有180mA 輸出。CPU224輸出280mA,CPU 226、CPU 226XM輸出400m
46、A 可用作負(fù)載電源。(2)高速脈沖輸出具有2 路高速脈沖輸出端,輸出脈沖頻率可達(dá)20KHz,用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī),實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。(3)通信口CPU 221、CPU222和CPU224具有1個(gè)RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2個(gè)RS-485通信口。支持PPI、MPI通信協(xié)議,有自由口通信能力。(4)模擬電位器CPU221/222有1個(gè)模擬電位器,CPU224/226/226XM有2個(gè)模擬電位器。模擬電位器用來改變特殊寄存器(SMB28,SMB29)中的數(shù)值,以改變程序運(yùn)行時(shí)的參數(shù)。如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,過程量的控制參數(shù)。(5)中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)
47、的上升沿作出響應(yīng)。(6)EEPROM 存儲(chǔ)器模塊(選件)可作為修改與拷貝程序的快速工具,無需編程器并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。(7)電池模塊用戶數(shù)據(jù)(如標(biāo)志位狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器)可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存儲(chǔ)大約5 天。選用電池模塊能延長存儲(chǔ)時(shí)間到200天(10年壽命)。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。(8)不同的設(shè)備類型CPU 221226 各有2種類型CPU,具有不同的電源電壓和控制電壓。(9)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn);CPU 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn);CPU 224 具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn);CPU226/226XM 具有24個(gè)輸入點(diǎn)和1
48、6個(gè)輸出點(diǎn)。CPU22X主機(jī)的輸入點(diǎn)為24V直流雙向光電耦合輸入電路,輸出有繼電器和直流(MOS型)兩種類型。(10)高速計(jì)數(shù)器CPU 221/222有4個(gè)30KHz高速計(jì)數(shù)器,CPU224/226/226XM有6個(gè)30KHz的高速計(jì)數(shù)器,用于捕捉比CPU掃描頻率更快的脈沖信號(hào)。2.2 S7-200系列CPU224型PLC的結(jié)構(gòu)2.2.1 CPU224型PLC外型及端子介紹1. CPU224型PLC外型CPU224型PLC外型如圖2-1所示,其輸入、輸出、CPU、電源模塊均裝設(shè)在一個(gè)基本單元的機(jī)殼內(nèi),是典型的整體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時(shí),選用需要的擴(kuò)展模塊與基本單元連接。圖2-1 S7-200
49、 PLC外型底部端子蓋下是輸入量的接線端子和為傳感器提供的24V直流電源端子?;締卧吧w下有工作模式選擇開關(guān)、電位器和擴(kuò)展I/O連接器,通過扁平電纜可以連接擴(kuò)展I/O模塊。西門子整體式PLC配有許多擴(kuò)展模塊,如數(shù)字量的I/O擴(kuò)展模塊、模擬量的I/O擴(kuò)展模塊、熱電偶模塊、通信模塊等,用戶可以根據(jù)需要選用,讓PLC的功能更強(qiáng)大。2. CPU224型PLC端子介紹圖2-2基本輸出輸入端子接線圖(1)基本輸入端子CPU224的主機(jī)共有14個(gè)輸入點(diǎn)(I0.0I0.7、I1.0I1.5)和10個(gè)輸出點(diǎn)(Q0.0Q0.7,Q1.0Q1.1),在編寫端子代碼時(shí)采用八進(jìn)制,沒有0.8和0.9。CPU224輸入
50、電路采用了雙向光電耦合器,24V直流極性可任意選擇,系統(tǒng)設(shè)置1M為輸入端子(I0.0I0.7)的公共端,2M為(I1.0I1.5)輸入端子的公共端。(2)基本輸出端子CPU224的10個(gè)輸出端Q0.0Q0.4共用1M和1L公共端,Q0.5Q1.1共用2M和2L公共端,在公共端上需要用戶連接適當(dāng)?shù)碾娫?,為PLC的負(fù)載服務(wù)。CPU224的輸出電路有晶體管輸出電路和繼電器輸出兩種供用戶選用。在晶體管輸出電路中(型號(hào)為6ES7 214-1AD21-0XB0)中,PLC由24V直流供電,負(fù)載采用了MOSFET功率驅(qū)動(dòng)器件,所以只能用直流為負(fù)載供電。輸出端將數(shù)字量輸出分為兩組,每組有一個(gè)公共端,共有1L,
51、2L兩個(gè)公共端,可接入不同電壓等級(jí)的負(fù)載電源。在繼電器輸出電路中(型號(hào)為6ES7 212-1BB21-0XB0),PLC由220V交流電源供電,負(fù)載采用了繼電器驅(qū)動(dòng),所以既可以選用直流為負(fù)載供電,也可以采用交流為負(fù)載供電。在繼電器輸出電路中,數(shù)字量輸出分為三組,每組的公共端為本組的電源供給端,Q0.0Q0.3共用1L,Q0.4Q0.6共用2L,Q0.7Q1.1共用3L,各組之間可接入不同電壓等級(jí)、不同電壓性質(zhì)的負(fù)載電源。如圖2-4所示。(3)高速反應(yīng)性CPU224 PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端(I0.0I0.5),最快的響應(yīng)速度為30KHz用于捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào).CPU224
52、 PLC 有2個(gè)高速脈沖輸出端(Q0.0,Q0.1),輸出頻率可達(dá)20KHz,用于PTO (高速脈沖束)和PWM(寬度可變脈沖輸出)高速脈沖輸出。(4)模擬電位器模擬電位器用來改變特殊寄存器(SM28,SM29)中的數(shù)值,以改變程序運(yùn)行時(shí)的參數(shù)。如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,過程量的控制參數(shù)。(5)存儲(chǔ)卡該卡位可以選擇安裝擴(kuò)展卡。擴(kuò)展卡有EEPROM存儲(chǔ)卡,電池和時(shí)鐘卡等模塊。存儲(chǔ)卡用于用戶程序的拷貝復(fù)制。在PLC通電后插此卡,通過操作可將PLC中的程序裝載到存儲(chǔ)卡。當(dāng)卡已經(jīng)插在基本單元上,PLC通電后不需任何操作,卡上的用戶程序數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)拷貝在PLC中。利用這一功能,可對(duì)無數(shù)臺(tái)實(shí)現(xiàn)同樣控制功能的
53、CPU22X系列進(jìn)行程序?qū)懭?。注意:每次通電就寫入一次,所以在PLC運(yùn)行時(shí),不要插入此卡。電池模塊用于長時(shí)間保存數(shù)據(jù),使用CPU224內(nèi)部存儲(chǔ)電容數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)190小時(shí),而使用電池模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)200天。2.2.2 CPU224型PLC的結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)CPU224型可編程控制器主要由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成(見圖2-3)。CPU224型可編程控制器有兩種,一種是CPU 224 AC/DC/繼電器,交流輸入電源,提供24V直流給外部元件(如傳感器等),繼電器方式輸出,14點(diǎn)輸入,10點(diǎn)輸出;一種是CPU 224 DC/DC/DC,直流24V輸入電
54、源,提供24V直流給外部元件(如傳感器等),半導(dǎo)體元件直流方式輸出,14點(diǎn)輸入,10點(diǎn)輸出。用戶可根據(jù)需要選用。圖2-3CPU224型可編程控制器主要外部組成2.2.3 PLC CPU的工作方式1. CPU的工作方式CPU前面板上用兩個(gè)發(fā)光二極管顯示當(dāng)前工作方式,綠色指示燈亮,表示為運(yùn)行狀態(tài),紅色指示燈亮,表示為停止?fàn)顟B(tài),在標(biāo)有SF指示燈亮?xí)r表示系統(tǒng)故障,PLC停止工作。(1)STOP(停止)。CPU在停止工作方式時(shí),不執(zhí)行程序,此時(shí)可以通過編程裝置向PLC裝載程序或進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置,在程序編輯、上下載等處理過程中,必須把CPU置于STOP方式。(2)RUN(運(yùn)行)。CPU在RUN工作方式下,PL
55、C按照自己的工作方式運(yùn)行用戶程序。2. 改變工作方式的方法(1)用工作方式開關(guān)改變工作方式。工作方式開關(guān)有3個(gè)擋位:STOP、TERM(Terminal)、RUN。把方式開關(guān)切到STOP位,可以停止程序的執(zhí)行。把方式開關(guān)切到RUN位,可以起動(dòng)程序的執(zhí)行。把方式開切到TERM(暫態(tài))或RUN位,允許STEP7- Micro/WIN32軟件設(shè)置CPU工作狀態(tài)。如果工作方式開關(guān)設(shè)為STOP或TERM,電源上電時(shí),CPU自動(dòng)進(jìn)入STOP工作狀態(tài)。設(shè)置為RUN時(shí),電源上電時(shí),CPU自動(dòng)進(jìn)入RUN工作狀態(tài)。(2)用編程軟件改變工作方式。把方式開關(guān)切換到TERM(暫態(tài)),可以使用STEP 7-Micro/W
56、IN32編程軟件設(shè)置工作方式。(3)在程序中用指令改變工作方式。在程序中插入一個(gè)STOP指令,CPU可由RUN方式進(jìn)入STOP工作方式。擴(kuò)展單元及電源模塊2.3 擴(kuò)展功能模塊1. 擴(kuò)展單元擴(kuò)展單元沒有CPU,作為基本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充,只能與基本單元連接使用。不能單獨(dú)使用。S7-200的擴(kuò)展單元包括數(shù)字量擴(kuò)展單元,模擬量擴(kuò)展單元,熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊,PROFIBUS-DP通信模塊。用戶選用具有不同功能的擴(kuò)展模塊,可以滿足不同的控制需要,節(jié)約投資費(fèi)用。連接時(shí)CPU模塊放在最左側(cè),擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連。2. 電源模塊外部提供給PLC的電源,有24VDC、220VAC兩種,根
57、據(jù)型號(hào)不同有所變化。S7-200的CPU單元有一個(gè)內(nèi)部電源模塊,S7-200小型PLC的電源模塊與CPU封裝在一起,通過連接總線為CPU模塊、擴(kuò)展模塊提供5V的直流電源,如果容量許可,還可提供給外部24V直流的電源,供本機(jī)輸入點(diǎn)和擴(kuò)展模塊繼電器線圈使用。應(yīng)根據(jù)下面的原則來確定I/O電源的配置。(1)有擴(kuò)展模塊連接時(shí),如果擴(kuò)展模塊對(duì)5VDC電源的需求超過CPU的5V電源模塊的容量,則必須減少擴(kuò)展模塊的數(shù)量。(2)當(dāng)+24V直流電源的容量不滿足要求時(shí),可以增加一個(gè)外部24V直流電源給擴(kuò)展模塊供電。此時(shí)外部電源不能與S7-200的傳感器電源并聯(lián)使用,但兩個(gè)電源的公共端(M)應(yīng)連接在一起。常用擴(kuò)展模塊介紹1. 數(shù)字量擴(kuò)展模塊當(dāng)需要本機(jī)集成的數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)外更多的數(shù)字量的輸入/輸出時(shí),可選用數(shù)字量擴(kuò)展模塊。用戶選擇具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的數(shù)字量擴(kuò)展模塊,可以滿足應(yīng)用的實(shí)際要求,同時(shí)節(jié)約不必要的投資費(fèi)用,可選擇8、16 和32 點(diǎn)輸入/輸出模塊。S7-200PLC系列目前總共可以提供3大類共9種數(shù)字量輸入輸出擴(kuò)展模塊,見表2-4。表2-4 數(shù)字量擴(kuò)展模塊類型型號(hào)各組輸入點(diǎn)數(shù)各組輸出點(diǎn)數(shù)輸入擴(kuò)展模塊EM221EM221 24V DC輸
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025年跨境電商平臺(tái)入駐及貨款墊付合作協(xié)議3篇
- 2025版科技創(chuàng)新反擔(dān)保合同與研發(fā)設(shè)備抵押協(xié)議3篇
- 醫(yī)院與保險(xiǎn)公司合同管理
- 畜牧業(yè)發(fā)展承諾書網(wǎng)上填報(bào)
- 廢舊輪胎處理合同
- 藝術(shù)空間租賃協(xié)議
- 消防安全評(píng)估防水施工合同
- 古玩市場物業(yè)員工招聘合同
- 個(gè)人工作室客戶意見箱管理方案
- 森林防火維護(hù)爆炸品庫房管理方案
- 安捷倫氣質(zhì)聯(lián)用儀(Agilent-GCMS)培訓(xùn)教材
- 2022年FURUNO電子海圖完整題庫
- 奔馳卡車產(chǎn)品分析(課堂PPT)
- 加固工程竣工驗(yàn)收資料(質(zhì)量驗(yàn)收表全套)
- 衛(wèi)生技術(shù)人員執(zhí)業(yè)監(jiān)管記錄
- 反循環(huán)鉆孔灌注樁施工方案
- 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)論文
- 國家開放大學(xué)《納稅籌劃》章節(jié)測試參考答案
- 新能源小客車購車充電條件確認(rèn)書
- 上海市醫(yī)療器械經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范實(shí)施細(xì)則
- 鑄鐵鑲銅閘門
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論