湖南省西門子模塊中國供貨商
OP狀態(tài)時,系統(tǒng)不執(zhí)行用戶程序。PLC正常工作時應(yīng)處于RUN狀態(tài),而在編制和修改程序時,應(yīng)讓PLC處于STOP狀態(tài)。PLC的兩種工作狀態(tài)可通過開關(guān)進(jìn)行切換。PLC工作在RUN狀態(tài)時,完整執(zhí)行圖1-5過程所需的時間稱為掃描周期,一般為1~100ms。掃描周期與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。PLC是一種由軟件驅(qū)動的控制設(shè)備,PLC軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編制的,并寫入PLC內(nèi)部的ROM中,用戶無法修改。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要編制的程序,再寫入PLC存儲器中。
寫一篇相同內(nèi)容的文章,既可以采用中文,也可以采用英文,還可以使用法文。同樣地,編制PLC用戶程序也可以使用多種語言。PLC常用的編程語言主要有梯形圖(LAD)、功能塊圖(FBD)和指令語句表(STL)等,其中梯形圖語言最為常用。
1.梯形圖(LAD))為繼電器控制電路,當(dāng)SB1閉合時,繼電器KA0線圈得電,KA0自鎖觸點(diǎn)閉合,鎖定KA0線圈得電,當(dāng)SB2斷開時,KA0線圈失電,KA0自鎖觸點(diǎn)斷開,解除鎖定,當(dāng)SB3閉合時,繼電器KA1線圈得電。
圖1-6(b)為梯形圖程序,當(dāng)常開觸點(diǎn)I0.1閉合時,左母線產(chǎn)生的能流(可理解為電流)經(jīng)I0.1和常閉觸點(diǎn)I0.2流經(jīng)輸出繼電器Q0.0線圈到達(dá)右母線(西門子PLC梯形圖程序省去右母線),Q0.0自鎖觸點(diǎn)閉合,鎖定Q0.0線圈得電;當(dāng)常閉觸點(diǎn)I0.2斷開時,Q0.0線圈失電,Q0.0自鎖觸點(diǎn)斷開,解除鎖定;當(dāng)常開觸點(diǎn)I0.3閉合時,繼電器Q0.1線圈得電。
不難看出,兩種圖的表達(dá)方式很相似,不過梯形圖使用的繼電器是由軟件來實(shí)現(xiàn)的,使用和修改靈活方便,而繼電器控制線路采用硬接線,修改S7-200是S7系列中的小型PLC,常用在小型自動化設(shè)備中。根據(jù)使用的CPU模塊不同,S7-200 PLC可分為CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型,除CPU221無法擴(kuò)展外,其他類型都可以通過增加擴(kuò)展模塊來增端接交流220V(允許范圍85~264V);CPU模塊的輸入端子接線使用24V直流電源(DC),輸入開關(guān))為晶體管輸出型PLC,由于晶體管有極性之分,故外部接線只能使用直流電源,當(dāng)PLC內(nèi)部輸出“1”時,內(nèi)部晶體管導(dǎo)通,有電流流過晶體管,有電流流過外部負(fù)載,電流途徑為直流電源正極→1L+端子→導(dǎo)通的晶體管的漏極→源極→Q0.0端子→外部負(fù)載→直流電源負(fù)極。晶體管輸出電路的反應(yīng)速度快,通斷頻率高(可達(dá)20~200kHz),可以輸出脈沖信號,但只能用于驅(qū)動直流負(fù)載,過載能力差(即允許流過的電流?。?。
1.2.4 S7-200 PLC的實(shí)際接線
PLC的接線包括電源接線、輸入端接線和輸出端接線,這3種接線的具體形式可從S7-200 PLC型號看出來,如CPU221 DC/DC/DC型PLC采用直流電源作為工作電源,輸入端接直流電源,輸出端接直流電源(輸出形式為晶體管);CPU221 AC/DC/繼電器型PLC采用交流電源作為工作電源,輸入端接直流電源,輸出形式為繼電器,輸出端接直流、交流電源均可。
1.DC/DC/DC(晶體管)型PLC的接線PLC是在繼電器控制線路基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,繼電器控制線路有時間繼電器、中間繼電器等,而PLC也有類似的器件,稱為編程元件,這些元件是由軟件來實(shí)現(xiàn)的,故又稱為軟元件。PLC編程元件主要有輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和常數(shù)寄存器等。
1.輸入繼電器(I)輸出繼電器又稱輸出過程映像寄存器,它通過輸出模塊來驅(qū)動輸出端子的外接負(fù)載,一個輸出繼電器只有一個與輸出端子連接的常開觸點(diǎn)(又稱硬觸點(diǎn)),而內(nèi)部常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可以有很多個。輸出繼電器的表示符號為Q,按八進(jìn)制方式編址(或稱編號),PLC型號不同,輸出繼電器個數(shù)會有所不同。常用型號 PLC的輸出繼電器編址見表
3.通用輔助繼電器(M)
通用輔助繼電器又稱為位存儲器,是PLC內(nèi)部繼電器,它類似于繼電器控制線路中的中間繼電器,與輸入/輸出繼電器不同,通用輔助繼電器不能接收輸入端子送來的信號,也不能驅(qū)動輸出端子。通用輔助繼電器的表示符號為M。
4.特殊輔助繼電器(SM)
特殊輔助繼電器又稱特殊標(biāo)志位存儲器,它主要用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)和控制等信息。特殊輔助繼電器的表示符號為SM。一些常用特殊輔助繼電器的功能見表1-3。
表1-3 一些常用特殊輔助繼電器的功能
5.狀態(tài)繼電器(S)
狀態(tài)繼電器又稱順序控制繼電器,是編制順序控制程序的重要器件,它通常與順控指令一起使用以實(shí)現(xiàn)順序控制功能。狀態(tài)繼電器的表示符號為S。
6.定時器(T)
定時器是一種按時間動作的繼電器,相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器。一個定時器可有很多常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn),其定時單位有1ms、10ms、100ms三種。定時器的表示符號為T。
7.計數(shù)器(C)讀
計數(shù)器是一種用來計算輸入脈沖個數(shù)并產(chǎn)生動作的繼電器,一個計數(shù)器可以有很多常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。計數(shù)器可分為遞加計數(shù)器、遞減計數(shù)器和雙向計數(shù)用戶可根據(jù)實(shí)際的需要對數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)字量擴(kuò)展模塊不能單獨(dú)使用,需要通過自帶的連接器插在CPU模塊上。
數(shù)字量擴(kuò)展模塊通常有3類,分別為數(shù)字量輸入模塊,數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入輸出混合模塊。
數(shù)字量輸入模塊有2個,型號分別為EM DE08和EM DE16,EM DE08為8點(diǎn)輸入,EM DE16為16點(diǎn)輸入。
數(shù)字量輸出模塊有4個,型號分別為EM DR08、EM DT08、EM QR16和EM QT16。其中,EM DR08模塊和EM QR16模塊為8點(diǎn)和16點(diǎn)繼電器輸出型,每點(diǎn)額定電流為2A;EM DT08模塊和EM QR16為8點(diǎn)和16點(diǎn)晶體管輸出型,每點(diǎn)額定電流為0.75A。S7-200 SMART PLC有3種信號板,分別為模擬量輸入/輸出信號板、數(shù)字量輸入/輸出信號板和RS-485/RS-232信號板。信號板的外形,
模擬量輸入信號板型號為SB AE01,1點(diǎn)模擬量輸入,輸入量程有± 10V、± 5V、± 2.5V或0~20mA共4種,電壓模式的分辨率為11位+符號位,電流模式的分辨率為11位,對應(yīng)的數(shù)據(jù)字范圍-27648~27648;模擬量輸出信號板型號為SB AQ01,1點(diǎn)模擬量輸出,輸出量程為±10V或0~20mA,對應(yīng)數(shù)據(jù)字范圍為±27648或0~27648。模擬量擴(kuò)展模塊為主機(jī)提供了模擬量輸入、輸出功能,適用于復(fù)雜控制場合。它通過自帶連接器與主機(jī)相連,并且可以模擬量輸入模塊有2種,分別為4路輸入和8路輸入,對應(yīng)型號為EM AE04和EM AE08,量程有4種,分別為±10V、±5V、±2.5V和0~20mA。其中,電壓型模擬量輸入模塊的分辨率為12位+符號位,滿量程輸入對應(yīng)的數(shù)字量范圍為-27648~27648,輸入阻抗不小于9MΩ;電流型的分辨率為12位,滿量程輸入對應(yīng)的數(shù)字量范圍為0~27648,輸入阻抗為250Ω。
模擬量輸出模塊有2種,分別為2路輸出和4路輸出,對應(yīng)型號為EM AQ02和EM AQ04,量程有2種,分別為±10V和0~20mA。其中,電壓型的分辨率為11位+符號位,滿量程輸入對應(yīng)的數(shù)字量范圍為-27648~27648;電流型的分辨率為11位,滿量程輸入對應(yīng)的數(shù)字量范圍為0~27648。
模擬量輸入/輸出模塊有2種,分別為2路模擬量輸入/1路模擬量輸出和4路模擬量輸入/2路模擬量輸出,對應(yīng)型號為EM AM03和EM AM06。實(shí)際上就是模擬量輸入模塊與模擬量輸出模塊的疊加,故不再贅述。
1.2.5 熱電阻與熱電偶模塊
熱電阻或熱電偶擴(kuò)展模塊是模擬量模塊的特殊S7-200 SMART PLC主機(jī)的外形結(jié)構(gòu),。其CPU單元、存儲器單元、輸入/輸出單元及電源集中封裝在同一塑料機(jī)殼內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時,可選用需要的擴(kuò)展模塊與主機(jī)連接。
1)輸入端子:輸入端子是外部輸入信號與PLC連接的接線端子,位于頂部端蓋下面。此外,頂部端蓋下面還有輸入公共端子和PLC工作電源接線端子。
2)輸出端子:輸出端子是外部負(fù)載與PLC連接的接線端子,位于底部端蓋下面。此外,底部端蓋下面還有輸出公共端子和24V直流電源端子,24V直流電源為傳感器和光電開關(guān)等提供能量。
3)輸入狀態(tài)指示燈(LED):輸入狀態(tài)指示燈用于顯示是否有輸入控制信號接入PLC。當(dāng)指示燈亮?xí)r,表示有控制信號接入PLC;當(dāng)指示燈不亮?xí)r,表示沒有控制信號接入PLC。
4)輸出狀態(tài)指示燈(LED):輸出狀態(tài)指示燈用于顯示是否有輸出信號驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備。當(dāng)指示燈亮?xí)r,表示有輸出信號驅(qū)動外部設(shè)備;當(dāng)指示燈)選擇器件:可以選擇信號板或通信板,實(shí)現(xiàn)精確化配置的同時,又可以節(jié)省控制柜的安裝空間。
9)RS-485通信接口:可以實(shí)現(xiàn)PLC與計算機(jī)之間、PLC與PLC之間、PLC與其他設(shè)備之間的通信。
10)以太網(wǎng)接口:用于程序下載和設(shè)備組態(tài)。下載程序時,只需要一條以太網(wǎng)線即可,無須購買專用的程序下載線。)選擇器件:可以選擇信號板或通信板,實(shí)現(xiàn)精確化配置的同時,又可以節(jié)省控制柜的安裝空間。
9)RS-485通信接口:可以實(shí)現(xiàn)PLC與計算機(jī)之間、PLC與PLC之間、PLC與其他設(shè)備之間的通信。
10)以太網(wǎng)接口:用于程序下載和設(shè)備組態(tài)。下載程序時,只需要一條以太網(wǎng)線即可,無須購買專用的程序下載線。
1.4 S7-200 SMART PLC主機(jī)的接線及應(yīng)用實(shí)例
S7-200 SMART PLC的主機(jī)(CPU模塊)型號雖然較多,但接線方式相似,因此本書以CPU SR20/ST20為例,對S7-200 SMART PLC的主機(jī)(CPU模塊)接線進(jìn)行講解。
1.4.1 CPU SR20的接線打開計算機(jī)的控制面板,若是Windows XP操作系統(tǒng),雙擊“網(wǎng)絡(luò)連接”圖標(biāo),打開對話框,按圖1-38所示設(shè)置IP地址即可。這里的IP地址設(shè)置為“192.168.2.170”,子網(wǎng)掩碼默認(rèn)為“255.255.255.0”,網(wǎng)關(guān)無須設(shè)置。若是Windows7 SP1操作系統(tǒng),打開控制面板,單擊“更改適配器設(shè)置”,再雙擊“本地連接”,在對話框中,單擊“屬性由于PLC是一種計算機(jī)化的高科技產(chǎn)品,相對繼電器來說價格較高,因此在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計之前,就要考慮是否有必要使用PLC。
通常在以下情況可以考慮使用PLC:
1)控制系統(tǒng)的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)較多,控制要求復(fù)雜,若使用繼電器控制,則需要大量的中間繼電器、時間繼電器等器件。
2)對控制系統(tǒng)的可靠性要求較高,繼電器控制系統(tǒng)難以滿足控制要求。
3)由于生產(chǎn)工藝流程或產(chǎn)品的變化,需要經(jīng)常改變控制系統(tǒng)的控制關(guān)系或控制參數(shù)。
4)可以用一臺PLC控制多個生產(chǎn)設(shè)備。最大限度地滿足生產(chǎn)工藝的控制要求。充分發(fā)揮PLC強(qiáng)大的控制功能,最大限度地滿足生產(chǎn)工藝的控制要求,是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的首要前提。這就需要設(shè)計人員深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究,收料,同時要注意與操作員和工程管理人員密切的配合,共同討論,解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題。
2)確??刂葡到y(tǒng)的工作。確??刂葡到y(tǒng)的工作,是設(shè)計的重要原則。這就要求設(shè)計者在設(shè)計時,應(yīng)全面地考慮控制系統(tǒng)硬件和軟件。
3)力求使系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維修方便。在滿足生產(chǎn)工藝的控制要求前提下,要注意降低工程成本,提高工程效益,符合用戶的操作習(xí)慣和方便維修。
4)應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和改進(jìn),在設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)留有裕量。深入了解被控系統(tǒng)的工藝過程和控制要求
深入了解被控系統(tǒng)的工藝過程和控制要求是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵,這一步的好壞,直接影響著系統(tǒng)設(shè)計和施工的質(zhì)量。首先應(yīng)該詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn),了解被控對象機(jī)、電、液之間的關(guān)系,提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的要求。具體控制要求包括:
1)控制的基本方式:行程控制、時間控制、速度控制、電流和電壓控制等。
2)需要完成的動作:動作及其順序、動作條件。
3)操作方式:手動(點(diǎn)動、回原點(diǎn))、自動(單步、單PLC是英文Programmable Logic Controller的縮寫,意為可編程序邏輯控制器,是一種專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的控制器。世界上第一臺PLC于1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制成功,隨著技術(shù)的發(fā)展,PLC的功能越來越強(qiáng)大,不再僅限于邏輯控制,因此美國電氣制造協(xié)會于1980年對它進(jìn)行重命名,稱其為可編程控制器(Programmable Controller),簡稱PC,但由于PC容易和個人計算機(jī)PC(Personal Computer)混淆,故人們?nèi)粤?xí)慣將PLC當(dāng)作可編程控制器的縮寫。當(dāng)按下啟動按鈕SB1時,24V電源、SB1與PLC的I0.0、1M端子內(nèi)部的I0.0輸入電路構(gòu)成回路,有電流流過I0.0 輸入電路(電流途徑是:24V+→SB1→I0.0端子→I0.0輸入電路→1M端子→24V-),I0.0輸入電路有電流流過,馬上使程序中的I0.0常開觸點(diǎn)閉合,程序中左母線的模擬電流(也稱能流)經(jīng)閉合的I0.0常開觸點(diǎn)、I0.1常閉觸點(diǎn)流經(jīng)Q0.0線圈到達(dá)右母線,程序中的Q0.0線圈得電,一方面會使程序中的Q0.0常開自鎖觸點(diǎn)閉合,還會控制Q0.0輸出電路,使之輸出電流流過繼電器的線圈,繼電器觸點(diǎn)被吸合,于是有電流流過主電路中的接觸器KM線圈,KM主觸點(diǎn)閉合,電動機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)。
當(dāng)按下停止按鈕SB2時,有電流流過I0.1端子內(nèi)部的I0.1輸入電路,會使程序中的I0.1常閉觸點(diǎn)斷開,程序中的Q0.0線圈失電,一方面會使程序中的Q0.0常開自鎖正常工作時應(yīng)處于RUN狀態(tài),而在編制和修改程序時,應(yīng)讓PLC處于STOP狀態(tài)。PLC的兩種工作狀態(tài)可通過開關(guān)進(jìn)行切換。PLC工作在RUN狀態(tài)時,完整執(zhí)行圖5過程所需的時間稱為掃描周期,一般為1~100ms。掃描周期與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。
1.1.5 PLC的編程語言)為繼電器控制電路,當(dāng)SB1閉合時,繼電器KA0線圈得電,KA0自鎖觸點(diǎn)閉合,鎖定KA0線圈得電,當(dāng)SB2斷開時,KA0線圈失電,KA0自鎖觸點(diǎn)斷開,解除鎖定,當(dāng)SB3閉合時,繼電器KA1線圈得電。
圖1-6(b)為梯形圖程序,當(dāng)常開觸點(diǎn)I0.1閉合時,左母線產(chǎn)生的能流(可理解為電流)經(jīng)I0.1和常閉觸點(diǎn)I0.2流經(jīng)輸出繼電器Q0.0線圈到達(dá)右母線(西門子PLC梯形圖程序省去右母線),Q0.0自鎖觸點(diǎn)閉合,鎖定Q0.0線圈得電;當(dāng)常閉觸點(diǎn)I0.2斷開時,Q0.0線圈失電,Q0.0自鎖觸點(diǎn)斷開,解除鎖定;當(dāng)常開觸點(diǎn)I0.3閉合時,繼電器Q0.1線圈得電。
不難看出,兩種圖的表達(dá)方式很相似,不過梯形圖使用的繼電器是由軟件來實(shí)現(xiàn)的,使用和修改靈活方便,而繼電器控制線路采用硬接線,修改比較麻煩。
2.功能塊圖(FBD)語句表語言與微型計算S7系列PLC是西門子生產(chǎn)的可編程控制器,它包括小型機(jī)(S7-200、S7-1200系列)、中大型機(jī)(S7-S7-200是S7系列中的小型PLC,常用在小型自動化設(shè)備中。根據(jù)使用的CPU模塊不同,S7-200 PLC可分為CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型,除CPU221無法擴(kuò)展外,其他類型都可以通過增加擴(kuò)展模塊來增加CPU224XP型CPU模塊的接線
CPU224XP型CPU模塊的接線)為晶體管輸出型PLC,由于晶體管有極性之分,故外部接線只能使用直流電源,當(dāng)PLC內(nèi)部輸出“1”時,內(nèi)部晶體管導(dǎo)通,有電流流過晶體管,有電流流過外部負(fù)載,電流途徑為直流電源正極→1L+端子→導(dǎo)通的晶體管的漏極→源極→Q0.0端子→外部負(fù)載→直流電源負(fù)極。晶體管輸出電路的反應(yīng)速度快,通斷頻率高(可達(dá)20~200kHz),可以輸出脈沖信號,但只能用于驅(qū)動直流負(fù)載,過載能力差(即允許流過的電流?。?br>1.2.4 S7-200 PLC的實(shí)際接線
PLC的接線包括電源接線、輸入端接線和輸出端接線,這3種接線的具體形式可從S7-200 PLC型號看出來,如CPU221 DC/DC/DC型PLC采用直流電源作為工作電源,輸入端接直流電源,輸出端接直流電源(輸出形式為晶體管);CPU221 AC/DC/繼電器型PLC采用交流電源作為工作電源,輸入端接直流電源,輸出形式為繼電器,輸出端接直流、交流電源均可。PLC是在繼電器控制線路基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,繼電器控制線路有時間繼電器、中間繼電器等,而PLC也有類似的器件,稱為編程元件,這些元件是由軟件來實(shí)現(xiàn)的,故又稱為軟元件。PLC編程元件主要有輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和常數(shù)寄存器等。
1.輸入繼電器(I)值。高速計數(shù)器的表示符號為HC。
9.累加器(AC)
累加器是用來暫時存儲數(shù)據(jù)的寄存器,可以存儲運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。PLC有4個32位累加器,分別為AC0~AC3。累加器的表示符號為AC。
10.變量存儲器(V)
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