西门子PLC DC/DC/DC继电器CPU1214C 质量保障

PLC的基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接的开关控制，常用于取代传统的继电器控制系统。使用PLC提供的定时、计数指令，可实现定时、计数功能，其定时值和计数值既可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来设定，其值可进行在线修改，操作十分灵活方便。
2、模拟量控制
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等，通过使用这些模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理；而CPU处理的数字结果，经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。
3、闭环过程控制
使用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID控制单元或模块，对控制过程中某一变量（如速度、温度、电流、电压等）进行PID控制。
4、定时、定位、计数控制
PLC具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器，定时器的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时控制。定位控制是PLC不可缺少的控制功能之一。PLC提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种需求的定位控制。PLC具有计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制。、 5、顺序（步进）控制
在工业控制中，选用PLC实现顺序控制，可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言——顺序功能图进行设计，可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序。
6、网络通信
现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信。PLC还可与其它智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制系统，可提高交流电动机的自动化控制水平。
7、数据处理
现代PLC具有数算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表[2]。
（ 3 ）分配定时器 / 计数器
PLC 的定时器 / 计数器数量分别见有关操作手册。
7.3 PLC 软件系统设计方法及步骤
7.3.1 PLC 软件系统设计的方法
在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法
基本简介:
M/T测速法虽然具有定的测量精度和较宽的测量范围，但这种方法有其固有的缺陷，主要包括：1）测速周期内必须检测到少个完整的码盘脉冲，限制了低可测转速；2）用于测速的2个控制系统定时器开关难以严格保持同步，在速度变化较大的测量场合中无法保证测速精度。因此应用该测速法的传统速度环设计方案难以提高伺服驱动器速度跟随与控制
SIGENTICS工业发电机的额定功率范围从0.3 MVA扩展到28 MVA，
可满足所有工业应用–无论该应用涉及柴油发电机组，涡轮发电机还是小型水力发电厂。
SIGENTICS工业发电机始终提供大的发电量-可靠且具有稳定性。
伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否，对于整个伺服控制系统，特别是速度控制的发挥起到关键作用 [1]
在伺服驱动器速度闭环中，电机转子实时速度测量精度对于改善速度环的转速控制动静态特性关重要。为寻求测量精度与系统成本的平衡，般采用增量式光电编码器作为测速传感器，与其对应的常用测速方法为M/T测速法。
CPU 处于 RUN 模式时拔出存储卡的风险
在 CPU 处于 RUN 模式时插入或拔出存储卡会使 CPU 进入 STOP 模式，这可能导致受控的设备或过程受损。
只要插入或拔出存储卡，CPU 就立即进入 STOP 模式。在插入或拔出存储卡前，务必确保 CPU 当前未控制任何机器或过程。因此务必要为您的应用或过程安装急停电路。
如果在 CPU 处于 RUN 模式时在分布式 I/O 机架（AS‑i、PROFINET 或 PROFIBUS）中插入或拔出模块，CPU 将在诊断缓冲区中生成一个条目，若存在拔出或插入模块 OB 则执行该 OB，并且默认保持在 RUN 模式。
过程映像更新与过程映像分区
CPU 伴随扫描周期使用内部存储区（即过程映像）对本地数字量和模拟量 I/O 点进行同步更新。过程映像包含物理输入和输出（CPU、信号板和信号模块上的物理 I/O 点）的快照。
可组态在每个扫描周期或发生特定事件中断时在过程映像中对 I/O 点进行更新。也可对 I/O 点进行组态使其排除在过程映像的更新之外。例如，当发生如硬件中断这类事件时，过程可能只需要特定的数据值。通过为这些 I/O 点组态映像过程更新，使其与分配给硬件中断 OB 的分区相关联，就可避免在过程不需要持续更新时，CPU 于每个扫描周期中执行不必要的数据值更新。
对于需要在每个扫描周期进行更新的 I/O，CPU 将在每个扫描周期期间执行以下任务：
CPU 将过程映像输出区中的输出值写入到物理输出。
CPU 仅在用户程序执行前读取物理输入，并将输入值存储在过程映像输入区。这样一来，这些值便将在整个用户指令执行过程中保持一致。
CPU 执行用户指令逻辑，并更新过程映像输出区中的输出值，而不是写入实际的物理输出。
这一过程通过在给定周期内执行用户指令而提供一致的逻辑，并防止物理输出点可能在过程映像输出区中多次改变状态而出现抖动。
为控制在每个扫描周期或在事件触发时是否自动更新 I/O 点，S7-1200 提供了五个过程映像分区。个过程映像分区 PIP0 用于每个扫描周期都自动更新的 I/O，此为默认分配。其余四个分区 PIP1、PIP2、PIP3 和 PIP4 可用于将 I/O 过程映像更新分配给不同的中断事件。在设备组态中将 I/O 分配给过程映像分区，并在创建中断 OB 或编辑 OB 属性时将过程映像分区分配给中断事件。
默认情况下，在设备视图中插入模块时，STEP 7 会将其 I/O 过程映像更新为“自动更新”(Automatic update)。对于组态为“自动更新”(Automatic update) 的 I/O，CPU 将在每个扫描周期自动处理模块和过程映像之间的数据交换。
在 CPU 通电时在机架中插入或拔出模块（SM、SB、BB、CD、CM 或 CP）可能导致不可预知的行为，从而导致设备受损和/或人员受伤。
在机架中插入或拔出模块前，请务必切断 CPU 和机架的电源并遵守相应的安全预防措施。
可在 CPU 通电时插入或拔出 SIMATIC 存储卡。但在 CPU 处于 RUN 模式时插入或拔出存储卡会使 CPU 进入 STOP 模式。
三、使用数据块
用户编程时可以编辑数据块，数据块用于给S7-2()0 CPU的V存储区赋予初始值。由于数据块在S7 - 200项目到CPU中时，直接存储到EEPROM 中，所以数据块的内容永远不会丢失。
数据块可以用于保存程序中用到的不改变的一些参数。
四、断电自动保存
S7 - 200 CPU的M存储区有14字货（MI3◦〜MB13 >，以在C'PU断电时自动将其中的内容：EEPROM的相应区域中，则数据可以水久保存。
默认情况下存储区的这14个字节未设®为迮断电时自动保存，要在S7-200项目的系统块中进行设置。
五、编程保存数据
在程序中利用SMB31和SMW32存储器，可以把V存储区中的任意地址的数据写*保次操 西门子数字化工业软件今日宣布，与的储能技术研发中心天目湖*储能技术研究院（TIES）达成合作伙伴关系，共建*电池技术创新中心 作可以写人1个字节、者双字长度的数据。多次执行操作，可以写人多个数据。
由于EEPROVI的写操作次数有限（少10万次，典型100万 次），在程序中必须注意写入操作的频度对于类似由操作人员不定期更改的工艺参数等数据，可以在用户 程序中判断其状态，在变化之后执行写入EEPROM的操作。

1、开关指令信号的输入
变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、段速、点动等运行状态进行控制的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC相连，得到运行状态指令。
在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，以保证系统的可靠性。
在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流有可能引起变频器内部元器件的损坏或失效进而导致变频器误动作，因此应尽量避免这种情况的发生。
当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电经过二管接到PLC。
2、数值信号的输入
变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为模拟输入和模拟输出两种。模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过 0～10V/5V的电压信号或0/4～20ｍＡ的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。
当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需要用并、串联的方式接入电阻，以次来限制电流或分去部分电压，以保证进行开闭时不**过变频器和PLC相应的容量。此外，在连线时还应注意将控制电路和主电路分开，控制电，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路
西门子变频器通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，如输出电压、转速等。信号的范围为0～10V的直流电压信号。根据用户的需要可以连接电压表或转速表，来显示变频器在运行时输出的电压或转速，但无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不**过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。
另外，在使用PLC进行顺序控制时，由于进行数据处理需要时间，以及程序编写时排列的顺序不同和指令的使用不同等都会导致系统在运行时存在一定的时间延迟，故在较的控制时应予以考虑以上因素。
因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，故将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：
（1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。
（2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器、电抗器和能降低噪音用的器件等，另外，若有必要，在变频器输入一侧也应采取相应的措施。
（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。
（4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。

该DC/DC模块电路结构与通常的斩波DC/DC转换器相似，可参考原理框图及相关资料，这里不再赘述。  在原理上，VICOR模块区别于通常产品之处主要是它使用了软开关的ZCS技术，见图2。  通常的硬开关斩波器波形近似为矩形波，即强迫开关器件在电压不为零时开通，电流不为零时关断，这样在矩形波的边沿就会因寄生参数而产生频振荡，导致开关损耗，频率越，开关损耗越大；而VICOR模块应用谐振技术，使开关器件中的电流波形近似于半周期的正弦信号，这样开关的导通、关断时刻都对应零输入电流（即开关管电流），从而即使开关频率**过1MHz，开关损耗也只占小的百分比。高的开关频率、低的开关损耗便产生了一系列优点：功率密度高、传导和辐射噪声小、响应快、转换效率高等。  VICOR模块的另一特点是输出电压可在额定值基础上，在5％到110％的范围内方便地调节（12V、15V是±10％）。电路原理参见图3。  内部误差放大器的负输入端是输出电压的采样值，正输入端与Trim端相连。当Trim端悬空时，其上的电位由2.5V的基准源（Bandgap）决定，亦为2.5V，此时电路输出为额定值。以简单的外接电阻网络，通过调节Trim端电压（即误差放大器的基准电压），可相应地调节输出电压。  降压时外接元件值的计算与额定输出电压无关。只需在Trim端与－OUT端间接一电阻与R5分压以确定Trim端电压。其值的计算方法如下（以－20％为例）：  要使输出电压降低20％，Trim端电压也需降低20％，这些电压都降落在内部电阻R5上：  UR5=2.5V×20％=0.5V  IR5=0.5V/10k=50?A  IR5=IRd  故 Rd=（2.5V－0.5V）/50?A=40k  升压时，需提Trim端电压，一般是从＋OUT端接一电阻Ru到Trim端，故外接元件值的计算与额定输出电压相关。Ru的计算方法如下（以24V提5％为例）：  要使输出电压提5％，Trim端电压也需相应提5％，这些电压也都降落在内部电阻R5上（但方向与降压时相反）UR5=2.5V×5％=0.125V  IR5=0.125V/10k=12.5?A  IR5=IRu  又 URu=Uout－Utrim  =（24V＋24V×5％）－（2.5V＋0.125V）  =22.575V  故 Ru=22.575V/12.5?A=1.8M  当用VICOR模块进行二次开发时，有时要利用Trim功能构成闭环（见本文的应用举例），此时就不需要上述的电阻网络。但需注意的是，对于‘－2XX’模块，若Trim端电压**过一定值时，模块将会发生过压保护关断（OVPShutDown），此值额定为2.75V（实际值一般略于此值，可达3V）。为避免模块的保护性关断，必须有措施防止此端电压过。   管脚含义及接法  DC/DC模块管脚图见图4。  ＋IN、－IN：直流电压输入正、负端。输入电压可在额定值的－（20～50）％到＋（25～60）％范围内变动，具体值请参阅产品数据手册。  GATEOUT：当多个模块并联以提输出功率时，此端输出的脉冲信号可用于模块间的同步。同步信号一般按‘雏菊链’连接，即一模块的GATEOUT端连到下一模块的GATEIN端，可以得到几乎没有限制的功率提升能力。  GATEIN：此端是集电开路结构，可以看作模块的使能/同步端。当它被拉低时（以－IN为基准，低于0.65V，6mA），模块关闭；浮空时，模块工作。另外，模块频繁开关时，此端接1?F左右电容，可提供软起动功能。

S7 1200 的USS库
USS_DRV 功能块是S7-1200 USS通信的主体功能块，接受变频器的信息和控制变频器的指令都是通过这个功能快来完成的。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
USS_PORT功能块是S7-1200与变频器USS通信的接口,主要设置通信的接口参数。可在主OB或中断OB中调用。
USS_RPM功能块是通过USS通信读取变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
USS_WPM功能块是通过USS通信设置变频器的参数。必须在主 OB中调用，不能在循环中断OB中调用。
这些功能块与变频器之间的控制关系如下图所示：
USS 通信功能块与变频器的控制关系
USS_DRV功能块通过USS_DRV_DB数据块实现与USS_PORT功能块的数据接收与传送，而USS_PORT功能块是S7-1200 PLC CM1241 RS485模块与变频器之间的通信接口。USS_RPM功能块和USS_WPM功能块与变频器的通信与USS_DRV功能块的通信方式是相同的。
每个S7-1200 CPU多可带3个通信模块，而每个CM1241 RS485通信模块多支持16个变频器。因此用户在一个S7-1200 CPU中多可建立3个USS网络，而每个USS网络多支持16个变频器，总共多支持48个USS变频器。
5. 2 S7 1200 PLC进行USS通信的编程
1．USS通信接口参数功能块的编程
USS通信接口参数功能块的编程如下图所示。
USS通信接口参数功能块的编程
USS_PORT功能块用来处理USS网络上的通信，它是S71200 CPU与变频器的通信借口。每个CM1241 RS485模块有且必须有一个USS_PORT功能块。
PORT：指的是通过个通信模块进行USS通信。
BAUD：指的是和变频器进行通行的速率。 变频器的参数P2010种进行设置。
USS_DB：指的是和变频器通信时的USS数据块。每个通信模块多可以有16个USS数据块，每个CPU多可以有48个USS数据块，具体的通信情况要和现场实际情况相联系。每个变频器与S7-1200进行通信的数据块是的。
ERROR：输出错误。
STATUS：扫描或初始化的状态。
S7-1200 PLC与变频器的通信是与它本身的扫描周期不同步的，在完成一次与变频器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多个扫描。
USS_PORT通信的时间间隔是S7-1200与变频器通信所需要的时间，不同的通信波特率对应的不同的USS_PORT通信间隔时间。下图列出了不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间。
不同的波特率对应的USS_PORT小通信间隔时间
USS_PORT在发生通信错误时，通常进行3次尝试来完成通信事件，那么S7-1200与变频器通信的时间就是USS_PORT发生通信**时的时间间隔。例如：如果通信波特率是57600，那么USS_PORT与变频器通信的时间间隔应当大于小的调用时间间隔，即大于36.1Ms而小于109Ms。S7-1200 USS 协议库默认的通信错误**时尝试次数是2次。
基于以上的USS_PORT通信时间的处理，我们建议在循环中断OB块中调用USS_PORT通信功能块。在建立循环中断OB块时，我们可以设置循环中断OB块的扫描时间，以满足通信的要求。
5. 3 S7 1200 PLC进行USS通信的调试
S7-1200 PLC 通过CM1241 RS485模块与变频器进行USS通信时，需要注意如下几点：
当同一个CM1241 RS485 模块带有多个（多16个）USS变频器时，这个时候通信的USS_DB是同一个，USS_DRV功能块调用多次，每个USS_DRV功能块调用时，相对应的USS站地址与实际的变频器要一致，而其它的控制参数也要一致。
当同一个S7-1200 PLC 带有多个CM1241 RS485模块（多3个）时，这个时候通信的USS_DB相对应的是3个，每个CM1241 RS485模块的USS网络使用相同的USS_DB,不同的USS网络使用不同的USS_DB。
当对变频器的参数进行读写操作时，注意不能同时进行USS_RPM和USS_WPM的操作，并且同一时间只能进行一个参数的读或者写操作，而不能进行多个参数的读或者写操作。
PROFINET IO 控制器
作为采用 PROFINET IO 的 IO 控制器，CPU 可与本地 PN 网络上或通过 PN/PN 耦合器（连接器）连接的多 16 台 PN 设备通信。 有关详细信息，请参见 PROFIBUS 和 PROFINET International (PI)。
PROFIBUS用于使用用户程序通过PROFIBUS网络与其它通信伙伴交换数据：
借助 CM 1242-5，CPU 作为 PROFIBUS DP 从站运行。
借助 CM 1243-5，CPU 作为 1 类 PROFIBUS DP 主站运行。
PROFIBUS DP 从站、PROFIBUS DP 主站和 AS-i（左侧 3 个通信模块）以及 PROFINET 均采用单的通信网络，不会相互制约。
AS-i
通过 S7-1200 CM 1243-2 AS-i 主站可将 AS-i 网络连接到 S7-1200 CPU。
CPU 至 CPU S7 通信
可以创建与伙伴站的通信连接并使用 GET 和 PUT 指令与 S7 CPU 进行通信。
在通过 GPRS 的 TeleService 中，安装了 STEP 7 的站通过 GSM 网络 Internet 和与具有 CP 1242-7 的 SIMATIC S7-1200 站进行通信。该连接通过用作中介并连接到 Internet 的远程控制服务器运行。
利用 S7‑1200 SM 1278 4xIO‑bbbb 主站，可将 IO‑bbbb 设备与 S7-1200 CPU 相连。
紧凑型 CPU 1211C 具有：
3 种设备类型，带有不同的电源和控制电压。
集成的电源，可作为宽范围交流或直流电源（85 至 264 V 交流或 24 V 直流）
集成的 24 V 编码器/负载电流源：
用于直接连接传感器和编码器。300 mA 输出电流，也可用作负载电源。
14 点集成 24 V 直流数字量输入（漏电流/源电流（IEC 1 型漏电流））。
10 点集成数字量输出，24 V 直流或继电器。
2 点集成模拟量输入，0 至 10 V。
2 点脉冲输出 (PTO)，频率高 100 kHz。
脉冲宽度调制输出 (PWM)，频率高 100 kHz。
集成以太网接口（TCP/IP native、ISO-on-TCP）
3 个快速计数器 (100 kHz)，带有可参数化的使能和复位输入，可以同时用作带有单输入的加减计数器，或用于连接增量型编码器。
通过附加通讯接口扩展，例如，RS485 或 RS232
通过信号板使用模拟或数字信号直接在 CPU 上扩展（保持 CPU 安装尺寸）
通过信号模块使用各种模拟量和数字量输入和输出信号扩展
可选存储器扩展（SIMATIC 存储卡）
PID 控制器，具有自动调谐功能
集成实时时钟
中断输入：
对过程信号的上升沿或下降沿作出高速响应
所有模块上均为可拆卸的端子
仿真器（可选）：
用于仿真集成输入和测试用户程序。
节省空间的设计所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都经过设计，以节省控制面板的空间。例如，经过测量，CPU 1214C 的宽度仅为 110 mm，CPU 1212C 和 CPU 1211C 的宽度仅为 90 mm。结合通信模多可连接八个信号模块，以便支持其它数字量和模拟量 I/O。信号板：可将一个信号板连接至所有的 CPU，让您通过在控制器上添加数字量或模拟量 I/O 来自定义 CPU，同时不影响其实际大小。SIMATIC S7-1200 提供的模块化概念可让您设计控制器系统，以完全满足您应用的需求。内存为用户程序和用户数据之间的浮动边界提供多达 50 KB 的集成工作内存。同时提供多达 2 MB 的集成加载内存和 2 KB 的集成记忆内存。可选的 SIMATIC 存储卡可轻松转移程序供多个 CPU 使用。该存储卡也可用于存储其它文件或更新控制器系统固件。
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