产品描述
西门子6ES7341-1AH02-0AE0型号规格
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
1.按结构形式分类
(1)整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内, 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口,以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等,没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以扩展。
(2)模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分,分别作成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活,可根据需要选配不同规模的系统,而且装配方便,便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来,构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块,但它们之间是靠电缆进行联接,并且各模块可以一层层地叠装。这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧。
2.按功能分类
根据PLC所具有的功能不同,可将PLC分为低档、中档、高档三类。
(1)低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
(2)中档PLC 除具有低档PLC的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能,适用于复杂控制系统。
(3)高档PLC 除具有中档机的功能外,还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
3.按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数的多少,可将PLC分为小型、中型和大型三类。
(1).小型PLC——I/O点数< 256点;单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下
、国外PLC发展概况
PLC自问世以来,经过40多年的发展,在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
目前,世界上有200多个厂家生产PLC,较**的:美国:AB通用电气、公司;日本:三菱、富士、欧姆龙、松下电工等;德国:西门子公司;法国:TE 施耐德公司;韩国:三星、LG公司等。
二、技术发展动向
1. 产品规模向大、小两个方向发展
大: I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描
速度高速化。
小: 由整体结构向小型模块化结构发展,增加了配置的灵活性,降低了成本。
2. PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3. 不断加强通讯功能
4. 新器件和模块不断推出
高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外,还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等**化模块。
5. 编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向标准化
有各种简单或复杂的编程器及编程软件,采用梯形图、功能图、语句表等编程语言,亦有高档的PLC指令系统。
6. 发展容错技术
采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7.追求软硬件的标准化。
三、国内发展及应用概况
我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段:顺序控制器(1973~1979)——一位处理器为主的工业控制器(1979~1985)——8位微处理器为主的可编程序控制器(1985以后)。在对外开放政策的推动下,国外PLC产品大量进入我国市场,一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套,还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在,PLC在国内的各行各业也有了较大的应用,技术含量也越来越高。
PLC的控制方式属于存储程序控制,其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的,若要对控制功能作必要修改,只需改变控制程序即可,这就实现了控制的软件化。可编程控制器的优点在于"可"字,从软件来讲,其控制程序可编辑、可修改;从硬件上讲,其外部设备配置可变。构建一个PLC控制系统的重心就在于控制程序的编制,但外部设备的选用也将对程序的编制产生影响。因此在进行程序设计时应结合实际需要,硬、软件综合考虑。本文就硬、软两方面,选取梯形图为编程语言,以松下电工FPO-C32型PLC为例,对PLC使用过程中易出现的几个问题及解决方法进行了分析。
一、外部输入设备的选用与PLC输入继电器的使用
1. 外部输入信号的采集
PLC的外部设备主要是指控制系统中的输入输出设备,其中输人设备是对系统发出各种控制信号的主令电器,在编写控制程序时必须注意外部输入设备使用的是常开还是常闭触点,并以此为基础进行程序编制。否则易出现控制错误。
在PLC内部存储器中有**于输入状态存储的输入继电器区,各输入设备(开关、按钮、行程开关或传感器信号)的状态经由输入接口电路存储在该区域内,每个输入继电器可存储一个输入设备状态。PLC中使用的"继电器"并非实体继电器,而是"软继电器",可提供无数个常开、常闭触点用于编程。每个"软继电器"仅对应PLC存储单元中的一位(bit),该位状态为"1",表示该"软继电器线圈"通电,则程序中所有该继电器的触点都动作。输入继电器作为PLC接收外部主令信号的器件,通过接线与外部输入设备相联系,其"线圈"状态只能由外部输入信号驱动。输入信号的采集工作示意图如图1。
输入继电器线圈其状态取决于外部设备状态
图1 PLC输入信号采集示意图
图1中,输入设备选用的是按钮SB0的常闭触点,输入继电器X0的线圈状态取决于SB0的状态。该按钮未按下时,输入继电器X0线圈状态为"1"通电状态,程序中所有X0触点均动作,即常开触点接通,常闭触点断开;若按下该按钮,则输入继电器X0线圈状态为"0"断电状态,程序中所有X0触点均恢复常态。如果输入继电器连接的输入设备是按钮SB0的常开触点,则情况恰好相反:在该按钮未按下时,输入继电器X0线圈状态为"0"断电状态,程序中所有X0触点均不动作;若按下该按钮,输入继电器X0线圈状态为"1"通电状态,程序中所有X0触点均动作。
2. 停车按钮使用常闭型
由于PLC在运行程序判别触点通断状态时,只取决于其内存中输入继电器线圈的状态,并不直接识别外部设备,因此编程时,外部设备的选用与程序中的触点类型密切相关。这是一个在对照电气控制原理图进行PLC编程时易出现的问题。较典型的例子是基本控制--"起保停控制"中的停车控制。
图2 "起保停控制"电气原理图
图2为"起保停控制"电气原理图,在该系统中,按钮SB0用于停车控制,因此使用其常闭触点串联于控制线路。SBl为起动按钮,使用其常开触点。若使用相同的设备(即停车SB0用常闭触点,起动SBl用常开触点),利用PLC进行该控制,则需编程梯形图程序(图3):
图3 "起保停控制"梯形图程序(停车按钮使用常闭触点)
I/O分配:SB0--X0,SBl--Xl,输出Y0
该梯形图中停车信号X0使用的是常开触点串联在控制线路中,这是因为外部停车设备选取按钮常闭触点所致,不操作该按钮,则输出Y0正常接通,若按下该按钮,输出Y0断电。
3. 停车按钮使用常开型
若希望编制出符合我们平时阅读习惯的梯形图程序(图4),则在选用外部停车设备时需使用按钮SB0的常开触点与X0相连。
图4 "起保停控制"梯形图程序(停车按钮使用常开触点)
I/O分配:SB0--X0,SBl--Xl,输出Y0
图3、4梯形图完成相同的控制功能,程序中停车信号X0使用的触点类型却不相同,其原因就是连接在输入继电器X0上的外部停车按钮触点类型选用不同。图4所示梯形图程序更加符合我们的阅读习惯,也更易分析其逻辑控制功能,因此在PLC构成控制系统中,外部开关、按钮无论用于起动还是停车,一般都选用常开型,这是一个在使用PLC时需要格外注意的问题。
二、PLC的"串行"运行方式与控制程序的编制
PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器控制系统是按"并行"方式工作的,也就是说是按同时执行的方式工作的,只要形成电流通路,就可能有几个电器同时动作。而PLC是以"串行"方式工作的,PLC在循环执行程序时,是按照语句的书写顺序自上而下进行逻辑运算,而逻辑运算的结果会影响后面语句的逻辑运算结果。因此梯形图编程时,各语句的位置也会对控制功能产生关键影响。例如:
图5 程序1
程序1调试结果:X0接通3次,Y3接通,X0再接通1次,Y3断开。
图6 程序2
程序2程序调试结果.X0接通3次,Y3接通瞬间即断开。
上面两个程序中,输出Y3、计数器CTl02及内部通用继电器R0的逻辑条件均相同,仅仅是计数器CTl02所在语句位置发生了变化,而两段程序的运行结果就截然不同。这是因为CTl02对输出Y3的影响方式发生了变化。执行**段程序时,将首先判断输出Y3的状态,再判断CTl02的状态,CTl02的状态变化只能在下一个扫描周期对Y3产生影响;而执行*二段程序时,将首先判断CTl02的状态,再判断输出Y3的状态,CTl02的状态变化将在该扫描周期直接影响Y3的状态。
从以上讨论可以得出,由于PLC采用"串行"工作方式,所以即使是同一元件,在梯形图中所处的位置不同,其工作状态也会有所不同,因此在利用梯形图进行控制程序编制时,应对控制任务进行充分分析,合理安排各编程元件的位置,才能够更为准确地实现控制。
三、PLC的编程元件
PLC的各种功能主要是通过运行控制程序来实现。编制程序时,需要合理使用PLC提供的编程元件(即软元件)。FPO型PLC中常用的编程元件有两种:位元件(bit)和字元件(word)。位元件实际上是PLC内存区域所提供的一个二进制位单元,又被称为软继电器,主要用作基本顺序指令的编程元件,如输入继电器Xn、输出继电器Yn、内部通用继电器Rn、定时(计数)器等,其参与控制的方式主要是通过对应触点的通断状态改变影响逻辑运算即输出。
字元件则为PLC内存区域内的一个字单元(16bit),主要用作功能指令和高级指令的编程元件,通常用以存放数据,如数据寄存器DTn,定时(计数)器的设定值SVn、经过值EVn等。字元件没有触点,通常以整体内容参与控制。
值得注意的是内存中的输入(X)区、输出(Y)区和内部通用(R)区,该区中的每个bit均可用作位元件,而且每16bit可构成一个字元件,如WRIO即是由16个位元件R100~R10F构成的字元件,该字元件中的内容一旦发生变化,这16个位的状态也随之发生改变。如:
图7 编程元件示例程序
图7所示程序中,WR0即为字元件,是左移位指令SR的编程元件,而Y0为输出软继电器的线圈,X0、X1、X2、X3则为输人软继电器的触点,其中第4步的R4触点为位元件R4的常开触点,而位元件R4又是字元件WR0中的一位,因此其状态受限于WR0的移位结果。
四、顺序控制多步同输出的编程方法
顺序控制是生产现场常见的一类控制任务,步进指令是PLC指令库中**于顺序控制的。步进指令编程时,根据工艺流程将程序划分为一个个独立的程序段,执行时,CPU严格按梯形图编程顺序,只有执行完**段程序后才能下一段程序,并在下一段程序执行之前,将程序段复位。并且在语法上要求各程序段所使用的输出不允许重复。这在解决顺序控制任务中有多步同输出的情况时,就带来了一定的困难。借助于内部通用继电器可方便解决这一难题。如某一顺序控制任务如以下流程图(图8)所示。
图8 某机械手动作流程图
从机械手动作流程图可以看出,这个控制任务每个循环的工作可以划分为八步,其中第1步与第5步动作相同,均为上升;第3步和第7步动作相同,均为下降。在利用步进指令进行编程时,这两个工步所对应的程序段的输出不能直接设置为Y3、Y4,同一个输出使用两次则会出现语法错误。这时应考虑使用用于存储中间状态的内部通用继电器Rn来解决这个问题。如图7所示梯形图程序,其中R1、R5分别被定义为第1步与第5步的输出,R3、R7分别被定义为第3步与第7步的输出,在步进结束后再将R1、R5的状态输出到上升Y3,将R3、R7的状态输出到下降Y4,通过这样的方法可方便解决顺序控制任务中若干工步输出相同的问题。
图9 机械手控制梯形图
五、结束语
初学者对于PLC的基本应用易于掌握,但要做到灵活使用仍需对一些技术难点和使用技巧深刻理解。在编程之前,要对控制任务进行认真分析,合理选择外部设备和编程元件,并以此为基础进行编程;在编程过程中,如能灵话巧妙地使用编程元件,合理地进行程序编排,可使程序逻辑清楚,可读性增强。
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