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西门子6ES7211-0AA23-0XB0参数方式
本文讲述了可编程控制器(简称PLC)简介有应用。
什么是 可编程控制器?
可编程控制器(简称PLC)是以微处理器为核心,将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体的一种新型的高可靠性的工业自动化控制装置。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点,被广泛地应用在各种控制中,迅速地改变着工厂自动化的面貌和进程,成为当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。因此专家认为,可编程控制器技术、计算机辅助设计/计算机辅助制造以及机器人技术,将成为工业生产自动化的三大支柱。
可编程控制器的应用:
《可编程控制器应用技术》以西门子公司的S7-200系列可编程控制器(PLC)为例,介绍了PLC的硬件结构和工作原理,PLC的存储器数据类型、指令系统和编程软件的使用方法,以及梯形图的经验设计法、根据继电器电路图设计梯形图的方法和顺序功能图的编程方法。这些设计方法很容易被初学者掌握,用它们可以迅速地设计出任意复杂的数字量控制系统的梯形图。书中提供了大量的实验内容,还介绍了PLC的人机界面、模拟量闭环控制、高速计数器、通信网络、PLC通信程序的设计方法、PLC的参数设置、节省PLC输入/输出点数的方法、PLC控制系统的可靠性措施等。为方便教学和自学,各章均配有习题以供练习。《可编程控制器应用技术》可作为大专院校工业自动化、电气工程及其自动化、应用电子、计算机应用、机电一体化及其他有关专业的教材,也可供工程技术人员自学和作为培训教材使用,对S7-200系列PLC的用户亦有很大的参考价值。
顺序功能图常用来编制顺序控制程序,它包括步、动作、转换三个要素。顺序功能图法可以将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态。对于这些小状态的功能依次处理后再把这些小状态依一定顺序控制要求连接成组合整体的控制程序。图1-6所示为采用顺序功能图编制的程序段,
功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言,用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系,方块左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入端、输出端的小圆点表示“非”运算,信号自左向右流动。类似于电路一样,方框被“导线”连接在一起。图1-7所示为功能块图示例。
目前,可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。随着其性能价格比的不断提高,应用范围还在不断扩大,主要有以下几个方面:
1. 逻辑控制
可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算的能力,可以实现逻辑运算,用触点和电路的串、并联,代替继电器进行组合逻辑控制,定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动生产线,其应用领域较为普及,包括微电子、家电行业也有广泛的应用。
2. 运动控制
可编程序控制器使用专用的运动控制模块,或灵活运用指令,使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。随着变频器、电动机起动器的普遍使用,可编程序控制器可以与变频器结合,运动控制功能更为强大,并广泛地用于各种机械,如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。
3. 过程控制
可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量,通过模拟量I/0模块,实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换和D/A转换,并对被控模拟量实行闭环PID(比例-积分-微分)控制。现代的大中型可编程序控制器一般都有PID闭环控制功能,此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备,以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
4. 数据处理
可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以是运算的中间参考值,也可以通过通信功能传送到别的智能装置,或者将它们保存、打印。数据处理一般用于大型控制系统,如无人柔制造系统,也可以用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5. 构建网络控制
可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。
当然,并非所有的可编程序控制器都具有上述功能,用户应根据系统的需要选择可编程序控制器,这样既能完成控制任务,又可节省资金。


PLC的故障诊断
任何PLC都具有自诊断功能,当PLC异常时应该充分利用其自诊断功能以分析故障原因。一般当PLC发生异常时,首先请检查电源电压、PLC及I/O端子的螺丝和接插件是否松动,以及有无其他异常。然后再根据PLC基本单元上设置的各种LED的指示灯状况,以检查PLC自身和外部有无异常。
下面以FX系列PLC为例,来说明根据LED指示灯状况以诊断PLC故障原因的方法。
1.电源指示([POWER]LED指示)
当向PLC基本单元供电时,基本单元表面上设置的[POWER]LED指示灯会亮。如果电源合上但[POWER]LED指示灯不亮,请确认电源接线。另外,若同一电源有驱动传感器等时,请确认有无负载短路或过电流。若不是上述原因,则可能是PLC内混入导电性异物或其他异常情况,使基本单元内的保险丝熔断,此时可通过更换保险丝来解决。
2.出错指示([EPROR]LED闪烁)
当程序语法错误(如忘记设定定时器或计数器的常数等),或有异常噪音、导电性异物混入等原因而引起程序内存的内容变化时,[EPROR]LED会闪烁,PLC处于STOP状态,同时输出全部变为OFF。在这种情况下,应检查程序是否有错,检查有无导电性异物混入和高强度噪音源。
发生错误时,8009、8060~8068其中之一的值被写入特殊数据寄存器D8004中,设这个写入D8004中内容是8064,则通过查看D8064的内容便可知道出错代码。与出错代码相对应的实际出错内容参见PLC使用手册的错误代码表。
3.出错指示([EPROR]LED灯亮)
由于PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响,导致CPU失控或运算周期**过200ms,则WDT出错,[EPROR]LED灯亮,PLC处于STOP,同时输出全部都变为OFF。此时可进行断电复位,若PLC恢复正常,请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物混入的情况。另外,请检查PLC的接地是否符合要求。
检查过程如果出现[EPROR]LED灯亮→闪烁的变化,请进行程序检查。如果[EPROR]LED依然一直保持灯亮状态时,请确认一下程序运算周期是否过长(监视D8012可知较大扫描时间)。
如果进行了全部的检查之后,[EPROR]LED 的灯亮状态仍不能解除,应考虑PLC内部发生了某种故障,请与厂商联系。
4.输入指示
不管输入单元的LED灯亮还是灭,请检查输入信号开关是否确实在ON或OFF状态。如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因,容易产生接触不良。当输入开关与LED灯亮用电阻并联时,即使输入开关OFF但并联电路仍导通,仍可对PLC进行输入。如果使用光传感器等输入设备,由于发光/受光部位粘有污垢等,引起灵敏度变化,有可能不能完全进入“ON”状态。在比PLC运算的时间内,不能接收到ON和OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时,会损坏输入回路。
5.输出指示
不管输出单元的LED灯亮还是灭,如果负载不能进行ON或OFF时,主要是由于过载、负载短路或容量性负载的冲击电流等,引起继电器输出接点粘合,或接点接触面不好导致接触不良。
可编程逻辑控制器,又称可编程控制器,有过多种定义。可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机,整个的设计原则就是简单与实用。
1968年,通用汽车公司的液压部门为了既复杂又昂贵的继电器控制系统,确立了**个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术,并要求能够在工业环境中生存,也能够方便地编程,并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间,并为未来提供了可扩展性。该招标由DEC公司中标,这套系统于1969年研制出来,这是**台可编程控制器,型号为PDP-14,应用取得成功。其后,美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器,1971年日本推出了DSC-80控制器,1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些早期的控制器满足了较初的要求,并且打开了新的控制技术的发展的大门。
PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等的发展息息相关,正是这些的发展推动了可编程控制器的发展。
从控制功能来看,可编程控制器的发展大致经历了4个阶段:
1.初级阶段:从**台PLC问世到20世纪70年代中期
由于**代PLC是为了取代继电器的,因此,主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有:MODICON公司的084,AB公司的PDQ-IL,DEC公司的PDP-14,日立公司的SCY-022等。**阶段就采用了梯形图语言作为编程方式,尽管有些枯燥,但却形成了工厂的编程标准。
2.扩展阶段:从20世纪70年代中期到70年代末期
这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184,284,384,西门子公司的SIMATICS3系列,富士电机公司的SC系列产品。
3.通信阶段:20世纪70年代末期到80年代中期
这一阶段产品与计算机通信的发展有关,形成了分布式通信网络。但是,由于各制造商各自为政,通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间内,PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业,作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。其次,产品功能也得到很大的发展。同时,可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIMATICS6系列,GOULD公司的M84,884等,富士电机的MICRO和TI公司的TI530等。
4.开放阶段:从20世纪80年代中期开始
由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI,使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放,使各制造厂商的产品可以通信,通信协议开始标准化,使用户得益。此外,PLC开始采用标准化软件系统,增加语言编程,并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的S7系列,AB公司的PLC-5,SLC500,德维森的V80和PPC11,加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。