2 可编程控制器的介绍
先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2、硬件配套齐全,功能完善,适用性强。PLC发展到今天,已经形成了大、
中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3、易学易用,深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机,是面
向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4、系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造。PLC的梯形图
程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5、体积小,重量轻,能耗低。以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸
小于100mm,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备[3]。
2.1.3 可编程控制器的分类
可编程控制器可分: 1.按输入/输出点数分 (1)小型机
小型PLC I/O总点数在256点以下,用户程序存储容量在4KB左右。
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(2)中型机
中型PLC I/O总点数在256—2048点之间,用户程序存储容量在8KB左右。本次设计采用的是中型PLC。
(3)大型机
大型PLC I/O总点数在2048点以上,用户程序存储容量在16KB以上。 2.按结构形式分 (1)整体式
(2)模块式,本次设计采用模块式。 3.按生产厂家分
目前世界上PLC产品按地域分成三大流派:美国、欧洲和日本。日本和美国PLC产品较相似。占PLC市场80%以上的生产公司是:德国的西门子(SIEMENS)公司、法国的施耐德(SCHNEIDER)自动化公司、日本的欧姆龙(OMRON)和三菱公司。
目前国内常用的主要是西门子S7-300、S7-400中大型机等。
2.1.4 PLC的应用领域
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:
1、开关量逻辑控制
取代传统的继电器控制电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于控制单台设备,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2、工业过程控制
在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量),PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3、运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块,
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2 可编程控制器的介绍
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4、数据处理
PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、造纸、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5、通信及联网
PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
但是,可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制[4]。
2.2 S7-300简介
2.2.1 S7-300的硬件介绍
S7-300为标准模块式结构化PLC,各种模块相互独立,并安装在固定在机架(导轨)上,构成一个完整的PLC应用系统。
图2-1 S7-300 PLC介绍
2.2.2 S7-300的CPU模块
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1.电源模块 2.后备电池 3. 24V DC 连接器 4.模式开关 5.状态和故障指示灯
6.存储器卡(CPU 313 以上) 7. MPI多点接口 8.前连接器 9.前盖
图2-2 S7-300 PLC
S7-300的CPU模块(简称为CPU)都有一个编程用的RS-485接口,有的有PROFIBUS-DP接口或PtP串行通信接口,可以建立一个MPI(多点接口)网络或DP网络。
功能最强的CPU的RAM为512KB,最大8192个存储器位,512个定时器和512个计数器,数字量最大65536,模拟量通道最大为4096。有350多条指令。
计数器的计数范围为1~999,定时器的定时范围为10ms~9990s。
扩展机架机架2IM电源模块34567891011槽号扩展机架机架1IM电源模块34567891011槽号中央机架机架0IM111234567891011槽号电源模块CPU模块
图2-3 多机架的S7-300 PLC
只需要扩展一个机架,可以使用价格便宜的IM 365接口模块对。 数字量模块从0号机架的4号槽开始,每个槽位分配4个字节的地址,32个I/O点。
模拟量模块一个通道占一个字地址。从IB256开始,给每一个模拟量模块分配8个字。
1.模块诊断功能
可以诊断出以下故障:失压,熔断器熔断,看门狗故障,EPROM、RAM故障。 模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。 2.过程中断
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2 可编程控制器的介绍
数字量输入信号上升沿、下降沿中断,模拟量输入超限,CPU暂停当前程序,处理OB40。
3.状态与故障显示LED
SF(系统出错/故障显示,红色):CPU硬件故障或软件错误时亮。 BATF(电池故障,红色):电池电压低或没有电池时亮。 DC 5V(+5V电源指示,绿色): 5V电源正常时亮。 FRCE(强制,黄色):至少有一个I/O被强制时亮。
RUN(运行方式,绿色):CPU处于RUN状态时亮;重新启动时以2 Hz的频率闪亮; HOLD(单步、断点)状态时以0.5Hz的频率闪亮。
STOP(停止方式,黄色):CPU处于STOP,HOLD状态或重新启动时常亮。 BUSF(总线错误,红色)。
SFBATFDC 5VFRCERANSTOPSF DPBASF状态与故障LED存储器卡插槽RAN-PRAN模式选择器STOPMRES后备电池多点接口(MPI)PROFIBUS-DP接口电源与系统接地端子
图2-4 CPU 318-2的面板
4.模式选择开关
(1)RUN-P(运行-编程)位置:运行时还可以读出和修改用户程序,改变运行方式。
(2)RUN (运行)位置:CPU执行、读出用户程序,但是不能修改用户程序。 (3)STOP(停止)位置:不执行用户程序,可以读出和修改用户程序。 (4)MRES(清除存储器):不能保持。将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置,可复位存储器,使CPU回到初始状态。
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