6ES7221-1EF22-0XA0使用说明
1.CPU运算和控制中心起“心脏”作用。
纵:当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中,然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序),把用户程序翻译成plc内部所认可的用户编译程序。
横:输入状态和输入信息从输入接口输进,CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把存入输出映象寄存器或工作数据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成:CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
2.存储器
具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序,包括管理程序,监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的,内容不可更改,断电不消失。
用户存储器:分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(RAM)组成。用户使用的。断电内容消失。常用的锂电池作为后备电源,寿命一般为3~5年。
3.输入/输出接口
(1)输入接口:
光电耦合器由两个发光二较度管和光电三极管组成。
发光二级管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号,
发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管:在光信号的照射下导通,导通程度与光信号的强弱有关。
在光电耦合器的线性工作区内,输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程:当开关合上,二极管发光,然后三极管在光的照射下导通,向内部电路输入信号。当开关断开,二极管不发光,三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
(2)输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程:当内部电路输出数字信号1,有电流流过,继电器线圈有电流,然后常开触点闭合,提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0,则有电流流过,
继电器线圈没有电流,
然后常开触点断开,
断开负载的电流或电压。
也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型:
继电器输出:有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出:无触点、寿命长、直流负载。
晶闸管输出:无触点、寿命长、交流负载
4.编程器
编程器分为两种,一种是手持编程器,方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-软件(或bbbbbbS下软件)向PLC内部输入程序。
plc与继电器控制的主要区别有以下几点:
1.组成器件不同
继电器控制线路是由许多真正的硬件继电器组成的。而PLC是由许多“软继电器”组成的,这些“继电器”实际上是存储器中的触发器,可以置“0”或置“1”。
2.触点的数量不同
硬继电器的触点数有限,一般只有4至8对;而“软继电器”可供编程的触点数有无限对,因为触发器状态可取用任意次。
3.控制方法不同
继电器控制是通过元件之间的硬接线来实现的,因此其控制功能就固定在线路中了,因此功能专一,不灵活;而PLC控制是通过软件编程来解决的,只要程序改变,功能可跟着改变,控制很灵活。又因PLC是通过循环扫描工作的,不存在继电器控制线路中的联锁与互锁电路,控制设计大大简化了。
4.工作方式不同
在继电器控制线路中,当电源接通时,线路中各继电器都处于受制约状态,该合的合,该断的断。而在PLC的梯形图中,各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中,从客观上看,每个“软继电器”受条件制约,接通时间是短暂的。也就是说继电器在控制的工作方式是并行的,而PLC的工作方式是串行的。一、选择合适的网络
对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲,选择网络是很重要的,甚至有人提出了“网络就是控制器”的概念。首先,网络必须是开放的,以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展;其次,针对不同网络层次的传输性能要求来选择网络的形式,这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行;另外,综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题,确定不同层次所使用的网络标准。一个实时系统的性能可从时间、可靠性和应用对象三个方面来衡量。二、掌握plc扫描原理
与其它控制设备比较,PLC较重要的特征是“扫描”。PLC上电后,自动重复执行程序扫描和I/O扫描,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O 映象区中相应的单元内,输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段,即使输入状态和数据发生变化,I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。在用户程序执行阶段,PLC按由上而下、先左后右的顺序依次地扫描程序(梯形图),根据逻辑运算的结果,刷新RAM存储区或I/O映象区对应单元的状态。(//www./版权所有)在输出刷新阶段,根据I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设,这时,才是PLC 的真正输出。可见,采用PLC程序控制的过程和结果与继电器逻辑回路是有区别的,特别是涉及到梯级的次序、脉冲信号的捕捉等,与PLC的扫描原理是密切相关的。实践中,大量的程序问题均源于此,常常会出现不可思议的。因此,设计PLC程序,必须精通PLC的基本原理。
三、力求结构化程序设计
全面提高程序的质量,提高编程效率,使程序具有良好的可读性、可靠性、可维护性以及良好的结构,是每位程序设计者的目标。IEC61131-3是国际电工**(IEC)于1999年推出的用于工业控制领域的标准化编程语言,具有开放性、可移植性、结构化编程和结构化数据、检错和纠错能力强等特点,适用于plc编程。采用结构化程序设计,便于构造程序(尤其是复杂的程序)、多人设计,调试以及软件管理。虽然软件工程的思想已被绝大部分程序员所接受,但要将这种思想转化为软件开发过程中的自觉行为却不是一件很容易的事。
四、重视抗干扰措施
自动化系统应用于恶劣的工业现场,抗干扰措施尤为重要。实践中,经常出现由于干扰导致调试失败甚至设备损坏的事例。自动化系统的干扰,有以下3类来源:
1)空间辐射干扰;
2)系统外部线路,包括电源线、信号线、接地系统等引入的干扰;
3)系统内部电磁辐射及线路干扰。
五、针对这些干扰,在工程实施中要考虑以下措施:
1)在系统结构设计与设备选型时,充分考虑环境适应性和电磁兼容性;
2) 采用性能优良的电源,抑制电网引入的干扰;
3)合理选择和敷设电缆、电线;
4)硬件上采取隔离装置或滤波装置;
5)软件上采取提高可靠性的措施,如数字滤波、定时校正参考点电位、信息冗余等;
6)正确选择接地方式,一般采用一点接地和串联一点接地。


(1)从plc主机至I/O站的信号较大衰减值为35dB。因此,电缆敷设前应仔细规划,画出电缆敷设图,尽量缩短电缆长度(长度每增加1km,信号衰减0.8dB);尽量少用分支器(每个分支器信号衰减14dB)和电缆接头(每个电缆接头信号衰减1dB)。
(2)通信电缆较好采用单总线方式敷设,即由统一的通信干线通过分支器接I/O站,而不是呈星状放射状敷设。PLC主机左右两边的I/O站数及传输距离应尽可能一致,这样能保证一个较好的网络阻抗匹配。
(3)分支器应尽可能靠近I/O站,以减少干扰。
(4)通信电缆末端应接75Ω电阻的BNC电缆终端器,与各I/O柜相连接,将电缆由I/O柜拆下时,带75Ω电阻的终端头应连在电缆网络的一头,以保持良好的匹配。
(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV;必须与高压电缆交叉时,必须垂直交叉。
(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设,以减少交流电源对通信的干扰。同理,通信电缆应尽量避开大电机、电焊机、大电感器等设备。
(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。
(8)电缆敷设时要按0.05%/℃留有余地,以满足热胀冷缩的要求。
(9)所有电缆接头,分支器等均应连接紧密,用螺钉紧固。
(10)剥削电缆外皮时,切忌损坏屏蔽层,切断金属铂与绝缘体时,一定要用剥线钳,切忌刻伤损坏中心导线
(1)主机及各分支站以上的部分,其接地应用10mm2的编织铜线汇接在一起经单独引下线接至独立的接地网,一定要与低压接地网分开,以避免干扰。系统接地电阻应小于4Ω。plc主机及各屏、柜与基础底座间要垫3mm厚橡胶使之绝缘、螺栓也要经过绝缘处理。
(2)I/O站设备本体的接地应用单独的引下线引至共用接地网。
(3)通信电缆屏蔽层应在PLC主机侧I/O处理模块处一起汇集接到系统的专用接地网,在I/O站一侧则不应接地。电缆接头的接地也应通过电缆屏蔽层接至专用接地网。要特别提醒的是决不允许电缆屏蔽层有二点接地形成闭合回路,否则易引起干扰。
(4)电源应采用隔离方式,即电源中性线浮地,当不平衡电流出现时将经电源中性线直接进入系统中性点,而不会经保护接地形成回路,造成对PLC运行和干扰。
(5)I/O模块的接地接至电源中性线上。
plc的输出电路形式一般分为:继电器输出,晶体管输出和晶闸管输出三种。弄清这三种输出形式的区别,对于PLC的硬件设计工作非常有必要。下面以三菱plc为例,简要介绍一下这三种输出电路形式的区别和注意事项,其它公司的PLC输出电路形式也大同小异。
1、 继电器输出电路 (MR)
优势:继电器输出可通过交流和直流,一般负载AC250V/50V以下,负载电流可达2A,因此,PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载(一般通过一个小负载来驱动大负载,如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器,再由中间继电器触点驱动大负载,如接触器线圈等)。
劣势:继电器触点的使用寿命也有限制(一般数十万次左右,根据负载而定,如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载)。此外,继电器输出的响应时间也比较慢(10ms)左右,因此,在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式。
2、 晶体管输出电路(MT)
优势:晶体管相应速度快,适用于要求快速响应的场合,如高速输出发脉冲;由于晶体管是无机械触点,因此比继电器输出电路形式的寿命长。
劣势:晶体管输出型电路的外接电源只能是直流电源,另外,晶体管输出驱动能力要小于继电器输出,允许负载电压一般为DC5V~30V,允许负载电流为0.2A~0.5A。这两点的使用晶体管输出电路形式时要注意。
当然在常见输出中不止这些,常见的可控硅放大版等也需要做一些了解,只是其应用逐渐淘汰。
3、NPN和PNP在实际工作理论中,我们需要记住几点
一般PLC采用NPN接法,其公共端为0V ,常见于三菱PLC中;反之PNP接法,公共端接高电平,常见于西门子plc。
4、当然不仅局限于PLC输入输出端信号,传感器也有不同接法
PNP与NPN型传感器一般有三条引出线,即电源线VCC、GND,OUT信号输出线
1、NPN类
NPN是指当有信号触发时,信号输出线OUT和GND连接,相当于OUT输出低电平。
2、PNP类
PNP是指当有信号触发时,信号输出线OUT和VCC连接,相当于OUT输出高电平的电源线。1、 plc的日常维护
PLC除了锂电池和继电器输出触点外,基本没有其他易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器(RAM)、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护,锂电池的寿命大约5年,当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时,PLC基本单元上电池电压跌落指示灯亮。提示用户注意,有锂电池所支持的程序还可保留一周左右,必须更换电池,这是日常维护的主要内容。 调换锂电池步骤:(1)在拆装前,应先让PLC通电15 s以上(这样可使作为存储器备用电源的电容器充电,在锂电池断开后,该电容可对PLC做短暂供电,以保护RAM中的信息不丢失);(2)断开PLC的交流电源;(3)打开基本单元的电池盖板;(4)取下旧电池,装上新电池;(5)盖上电池盖板。
注意:更换电池时间要尽量短,一般不允许**过3 min。如果时间过长,RAM中的程序将消失。
2、 PLC应用中需要注意的事项
PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。然而,当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,因此在使用中应注意以下问题:
2.1 、工作环境
(1)温度。PLC要求环境温度在0~55 ℃,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大。
(2)湿度。为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%。
(3)震动。应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为0~55 Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。
(4)空气。避免有腐蚀和易燃的气体,例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
(5)电源。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。
在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。
2.2 控制系统中干扰及其来源
现场电磁干扰是PLC控制系统中较常见也是较易影响系统可靠性的因素之一,所谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。
通常电磁干扰按干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。
2.2.1 PLC系统中干扰的主要来源及途径
(1)强电干扰:PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰。
(2)柜内干扰:控制柜内的高压电器、大的电感性负载、混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
(3)来自接地系统混乱时的干扰:接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰。
(4)来自PLC系统内部的干扰:主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
(5)变频器干扰:一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
2.2.2 主要抗干扰措施
(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰。对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为l︰l的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。
(2)正确选择接地点,完善接地系统。良好的接地是保PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。
(3)安全接地或电源接地:将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电,可从安全接地导入地下,不会对人造成伤害。
3、PLC控制系统在安拆中应注意的事项
3.1、安装环境
(1)请按安装和设置的注意事项,进行准确设置和接线。
(2)再不接编程器时,请不要将编程器连接电缆接在CPU上。不然可能引起程序被破坏,产生误动作。
(3)周围温度应在0—550C范围内的场所施工。
(4)周围湿度应在30—85%RH范围内的场所施工。
(5)不因温度急剧变化,产生凝露的场所施工。
(6)不因有腐蚀性,可燃性体的气体的场所施工。
(7)避免受到阳光直接照射或水的溅射的场所施工。
(8)避免产生强电场,强磁场的场所施工。
(9)因避免空气中有铁粉等导电性粉末,以及油雾盐分,有机溶剂多的场所施工。
(10)避免使本体直接受到振动、冲击等的场所施工。
3.2、注意事项
除满足以上环境条件外,安装时还应注意以下几点:
(1)可编程控制器的所有单元必须在断电时安装和拆卸。
(2)为防止静电对可编程控制器组件的影响,在接触可编程控制器前,先用手接触某一接地的金属物体,以释放人体所带静电。
(3)注意可编程控制器机体周围的通风和散热条件,切勿将导线头、铁屑等杂物通过通风窗落入机体内。
(4)对PLC进行接线时,应按图纸线号进行接线,切勿接错。特别是PLC电源线接线时应先确认电压等级,然后再按线号进行接线;否则将烧坏整个PLC.
(5)切勿对PLC进行敲击和使用高温,以防损坏内部元件。
(6)所有接线应牢固、可靠,避免松动。
(7)安拆中应做好原始记录,并对所接线号进行核实确认,保证正确性。
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