西门子S7-300模块6ES7318-3EL01-0AB0

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PLC顺序控制系统的几种简易设计方法

引言

    在生产机械的自动控制领域，PLC顺序控制系统的应用量大面广。然而，工艺不同的生产机械要求设计不同的控制系统梯形图。目前，不少电气设计人员仍然采用经验设计法来设计PLC顺序控制系统，不仅设计效率低，容易出差错，而且设计阶段难以发现错误，需要多次调试、修改才符合设计要。本文提出的4种简易设计方法，能快速地一次设计成功PLC顺序控制系统。

    顺序控制系统的特点及设计思路

    1．特点顺序控制系统是指按照预定的受控执行机构动作顺序及相应的转步条件，一步一步进行的自动控制系统。其受控设备通常是动作顺序不变或相对固定的生产机械。这种控制系统的转步主令信号大多数是行程开关（包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关），有时也采用压力继电器、时间继电器之类的信号转换元件作为某些步的转步主令信号。

    为了使顺序控制系统工作可靠，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电必须以前一步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统前一步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若前一步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。

    2．设计思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。

    由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S×，复位指令为R×；移位指指令为SR×。其中的“×”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号

脉冲电路的另一个特点是一定有电容器（用电感较少）作关键元件，脉冲的产生、波形的变换都离不开电容器的充放电。

产生脉冲的多谐振荡器

    脉冲有各种各样的用途，有对电路起开关作用的控制脉冲，有起统帅全局作用的时钟脉冲，有做计数用的计数脉冲，有起触发启动作用的触发脉冲等等。不管是什么 脉冲，都是由脉冲信号发生器产生的，而且大多是短形脉冲或以矩形脉冲为原型变换成的。因为矩形脉冲含有丰富的谐波，所以脉冲信号发生器也叫自激多谐振荡器 或简称多谐振荡器。如果用门来作比喻，多谐振荡器输出端时开时闭的状态可以把多谐振荡器比作宾馆的自动旋转门，它不需要人去推动，总是不停地开门和关门。

    （ 1 ）集基耦合多谐振荡器

    图 2 是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器。它由两个晶体管反相器经 RC 电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替充放电使两管交替导通和截止，使电路不停地从一个状态自动翻转到另一个状态，形成自激振荡。从 A 点或B 点可得到输出脉冲。当 R b1 =R b2 =R ， C b1 =C b2 =C 时，输出是幅度接近 E 的方波，脉冲周期 T=1.4RC 。如果两边不对称，则输出是矩形脉冲

（ 3 ） RC 环形振荡器

    图 4 是常用的 RC 环形振荡器。它用奇数个门、首尾相连组成闭环形，环路中有 RC 延时电路。图中 RS 是保护电阻，R 和 C 是延时电路元件，它们的数值决定脉冲周期。输出脉冲周期 T=2.2RC 。如果把 R 换成电位器，就成为脉冲频率可调的多谐振荡器。因为这种电路简单可靠，使用方便，频率范围宽，可以从几赫变化到几兆赫，所以被广泛应用。

 脉冲变换和整形电路

    脉冲在工作中有时需要变换波形或幅度，如把矩形脉冲变成三角波或尖脉冲等，具有这种功能的电路就叫变换电路。脉冲在传送中会造成失真，因此常常要对波形不好的脉冲进行修整，使它整旧如新，具有这种功能的电路就叫整形电路。

（ 1 ）微分电路

    微分电路是脉冲电路中常用的波形变换电路，它和放大电路中的 RC 耦合电路很相似，见图 5 。当电路时间常数τ=RC<<t k 时，输入矩形脉冲，由于电容器充放电极快，输出可得到一对尖脉冲。输入脉冲*则输出正向尖脉冲，输入脉冲后沿则输出负向尖脉冲。这种尖脉冲常被用作触发 脉冲或计数脉冲。

（ 2 ）积分电路

    把图 5 中的 R 和 C 互换，并使 τ=RC>>t k ，电路就成为积分电路，见图 6 。当输入矩形脉冲时，由于电容器充放电很慢，输出得到的是一串幅度较低的近似三角形的脉冲波。

 （ 3 ）限幅器

    能限制脉冲幅值的电路称为限幅器或削波器。图 7 是用二极管和电阻组成的上限幅电路。它能把输入的正向脉冲削掉。如果把二极管反接，就成为削掉负脉冲的下限幅电路。

 用二较带或三极管等非线性器件可组成各种限幅器，或是变换波形（如把输入脉冲变成方波、梯形波、尖脉冲等），或是对脉冲整形（如把输入高低不平的脉冲系列削平成为整齐的脉冲系列等）。

    （ 4 ）箝位器

    能把脉冲电压维持在某个数值上而使波形保持不变的电路称为箝位器。它也是整形电路的一种。例如电视信号在传输过程中会造成失真，为了使脉冲波形恢复原样，接收机里就要用箝位电路把波形**部箝制在某个固定电平上。

    图 8 中反相器输出端上就有一个箝位二极管 VD 。如果没有这个二极管，输出脉冲高电平应该是 12 伏，现在增加了箝位二极管，输出脉冲高电平被箝制在 3 伏上

SIMATIC ET 200MP 具有一种可变和可扩展的站设计。大配置为 30 个 I/O 模块，每个站多 512 输入字节和多 512 输出字节。
由于 SIMATIC ET 200MP 十分紧凑，可顺利安装在 SIMATIC S7-300 或 ET 200M 的现有安装空间内。
接口模块和各 I/O 模块的总宽度为 35 mm，还提供了宽度为 25 mm 的模块。
使用 U 型连接器，可方便地将各模块连接在一起，从而节省安装时间。可以安装在 S7-1500 铝制导轨上。可以订购各种长度的导轨（包括 2 米导轨），并可根据需要截短以利用可用的空间。借助于集成式 DIN 导轨，可以卡装很多标准部件，如附加端子、小型断路器或小型继电器。
I/O 信号是通过 40 针前连接器连接的。该端子可以连接截面积为 0.25 mm2至 1.5 mm2（AWG 24 至 AWG 16）的导线。带有螺钉型端子和推入式端子的前连接器适用于 35 mm 模块；带有推入式端子的前连接器适用于 25 mm 模块。
为了对前连接器进行简易接线，可将连接器设置到“预接线位置”。在此位置，连接器尚未与模块接触。此位置还可用于在运行过程中进行改动。用户可借助于前盖内侧的一个印制电缆连接图进行连接。
机械编码可防止意外的不正确插入将电路破坏。从而得到一个故障安全性更高的系统。
ET 200MP 的 IM155-5 PN ST 和 IM 155-5 PN HF 接口模块可确保一个站可配有多 12 个 I/O 模块。通过添加系统电源 (PS)，可在一个站内运行多 30 个 I/O 模块。因此，*调整和重新组态 PROFINET 网络，即可简易改装 I/O 模块。
PROFIBUS 接口模块 IM155-5 DP ST (PROFIBUS) 不需要系统电源 (PS)。在这种情况下，可在一个站内运行多 12 个 I/O 模块。
标签条可用于 SIMATIC ET 200MP 的 I/O 模块。可使用标准激光打印机来打印这些 DIN A4 印刷纸上的标签。*再次输入符号或地址，即可从 TIA Portal 生成自动打印输出。这些标签条的设计形式可确保在标签与通道或诊断显示屏之间进行 1:1 分配。前盖打开时，标签与端子之间的这种 1:1 分配将会保留。
接口模块
接口模块用于将 SIMATIC ET 200MP 连接到 PROFINET 或 PROFIBUS，并在上位控制器与 I/O 模块之间交换数据。
I/O 模块
以下模块类型在 SIMATIC ET 200MP 上使用：
数字量输入模块；16 或 32 通道；24 V DC；230 V AC；漏/源输入；通用大范围模块 24 V ... 125 V
数字量输出模块；8、16 或 32 通道；24 V DC；230 V AC；额定电流 0.5 A、1 A 、2A或 5 A 通道；通用大范围模块 24 V ... 125 V
模拟量输入模块；4 或 8 通道；测量类型：电流、电压、电阻、电阻温度计；热电偶
模拟量输出模块；2、4 或 8 通道；输出范围：电流、电压
特别要注意具有 62.5 μs (AI) 或 125 μs (AQ) 较短转换时间（8 个通道）的告诉 (HS) 模拟量模块
用于计数和定位的工艺模块
用于点到点连接的通讯模块
不久将可供货用于安全仪表应用的 F 模块
提供了各种模块等级，可使用户在其应用中实现扩展。模块本身通过标签进行相应标记：
BA（基本型）：简易低成本模块，无诊断功能，没有参数
ST（标准型）：模块与模块的颗粒或负载组颗粒诊断和参数，如果适用的模拟模块：准确度等级 0.3%
HF（高性能型）：具有与通道的颗粒诊断和参数设置的模块；对于模拟量模块：精度等级 0.1 %，抗扰度和电气隔离程度提高
HS（高速型）：具有较短滤波和转换时间、适用于非常快速应用的模块；例如，转换时间为 125 μs 的 8 通道模拟量模块
扩展功能
某些模块具有扩展功能，便于简单、经济地集成到工艺功能中。
借助于两个高性能型数字量输入模块，可在16 点或 32 点输入中的两点输入上，以1 kHz 频率方便地采集计数脉冲。
2 A 数字量输出模块具有两个通道，频率为 500 Hz 的脉宽调制 (PWM)。