西门子PLC模块6ES7 332-5HB01-0AB0   西门子PLC模块6ES7 332-5HB01-0AB0

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铁壳开关图(封闭式负荷开关)的特点与选用

铁壳开关也称封闭式负荷开关图是它的外形与结构图。它有安装在铸铁或钢板制成的外壳内的刀式触头和灭弧系统、熔断器以及操作机构等组成。与闸刀开关相比它有以下特点：

（1）触头设有灭弧室（罩）、电弧不会喷出，可不必顾虑会发生相间短路事故；

（2）熔断丝的分断能力高，一般为5KA，高者可达50KA以上；

（3）操作机构为储能合闸式的，且有机械联锁装置。前者可使开关的合闸和分闸速度与操作速度无关，从而改善开关的动作性能和灭弧性能；后者则保证了在合闸状态下打不开箱盖及箱盖未关妥前合不上闸，提高了安全性；

（4）有坚固的封闭外壳，可保护操作人员免受电弧灼伤。

铁壳开关有HH3、HH3、HH10、HH11等系列，其额定电流由10A到400A可供选择，其中60A及以下的可用于异步电动机的全压起动控制开关。

用铁壳开关控制电加热和照明电路时，可按电路的额定电流选择。用于控制异步电动机时，由于开关的通断能力为4Ie,而电动机全压起动电流却在（4~7）额定电流以上，故开关的额定电流应为电动机额定电流的1.5倍以上。

基于PLC的温度检测和控制系统

用PLC构成温度的检测和控制系统，接线图及原理图如图40，41所示。

1. 控制要求

温度控制原理：通过电压加热电热丝产生温度，温度再通过温度变送器变送为电压。加热电热丝时根据加热时间的长短可产生不一样的热能，这就需用到脉冲。输入电压不同就能产生不一样的脉宽，输入电压越大，脉宽越宽，通电时间越长，热能越大，温度越高，输出电压就越高。

 PID闭环控制：通过PLC+A/D+D/A实现PID闭环控制，接线图及原理图如图40，41所示。比例，积分，微分系数取得合适系统就容易稳定，这些都可以通过PLC软件编程来实现。

2. 程序设计

    如图42所示梯形图模拟量模块以EM235或EM231+EM232为例。

 

图42  PID控制梯形图

 图42（续）

 

  

图40  温度检测和控制示意图

西门子PLC S7-200 CPU 22X 主机的技术指标

    由表1可知，CPU 22X 系列具有不同的技术性能，使用于不同要求的控制系统：

CPU 221：用户程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数处理能力，适合用于点数少的控制系统。

CPU222：和CPU221相比，它可以进行一定模拟量的控制，可以连接2个扩展模块，应用更为广泛。

CPU224：和前两者相比，存储容量扩大了一倍，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，使用很普遍。

CPU 226：和CPU224相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

CPU226XM：它是西门子公司推出的一款增强型主机，主要在用户程序和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU 226相同。

PLC的运行对环境的要求注意事项

国产plc因而正在运用中应留意以下成绩：电源：PLC关于电源线带来的搅扰存正在一定的抵抗力。正常PLC都由直流24 V输入需要应输出端，当输出端运用外接电流源时，应选用直流稳压电源。 

 环境：防止有侵蚀和易爆的气体，相似化学的酸碱等。 国产plc关于环境中有较多粉尘或者侵蚀性气体的条件，可将PLC装置正在开启性较好的掌握室或者掌握柜中。相似电厂的干排渣、干除灰等，正在基建前期增多了开启蜗居。  

震动：应使PLC远离激烈的震动源，预防振动频次为10～55 Hz的屡次或者陆续振动。当运用条件没有可防止震动时，必需采取减震措施，如采纳减震胶。 

湿度：为了保障PLC的绝缘功能，环境的绝对于湿度应小于85％(无凝露)。 

温度：PLC请求条件温度正在0～55℃，装置时没有能放正在发烧能大的部件上面，四处透风散热的时间应剩余大。

PLC是国产plc一种用来轻工业消费主动化掌握的设施，正常没有需求采取什么措施，就能够间接正在轻工业条件中运用。但是，虽然有如上所述的牢靠性较高，抗搅扰威力较强，但当消费 条件过于顽劣，电磁搅扰尤其激烈，或者装置运用没有当，就能够形成顺序谬误或者演算谬误，从而发生误输出并惹起误输入，这将会形成设施的失控和误举措，国产plc从而没有能保障PLC的畸形运转。要进步PLC掌握零碎牢靠性，一范围请求PLC消费厂家进步设施的抗搅扰威力；另一范围，请求设想、装置和运用保护中惹起高低注重，多方合作能力完美处理成绩，无效地加强零碎的抗搅扰功能。

1）控制规模不断扩大，单台PLC可控制成千乃至上万个点，多台PLC进行同位链接可控制数万个点。

    2）指令系统功能增强，能进行逻辑运算、计时、计数、算术运算、PID运算、数制转换、ASCⅡ码处理。高档PLC还能处理中断、调用子程序等。使得PLC能够实现逻辑控制、模拟量控制、数值控制和其他过程监控，以至在某些方面可以取代小型计算机控制。

    3）处理速度提高，每个点的平均处理时间从10μs左右提高到1μs以内。

    4）编程容量增大，从几K字节增大到几十K，甚至上百K字节。

    5）编程语言多样化，大多数使用梯形图语言和语句表语言，有的还可使用流程图语言或高级语言。

    6）增加通信与联网功能，多台PLC之间能互相通信，互相交换数据，PLC还可以与上位计算机通信，接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。通信接口多采用RS-422／RS-232C等标准接口，以实现多级集散控制。

    目前，为了适应不同的需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展。其一是低档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之广泛地取代继电器控制；其二是中、高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模的复杂系统进行综合性的自动控制。

在数控机床上采用PLC代替继电器控制，使数控机床结构更紧凑，功能更丰富，响应速度和可靠性大大提高。在数控机床、加工中心等自动化程度高的加工设备和生产制造系统中，PLC是不可缺少的控制装置。

PLC控制系统与电器控制系统的区别

 PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：

 1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。

   2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。

  3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。

 4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。

  5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

PLC控制系统的设计步骤

设计步骤框图

1．根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)。

    2．根据控制要求确定系统控制方案。

    3．根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。

    4．根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I／0点数。

    5．选择PLC。分配PLC的I／O点，设计I／O连接图

    6．进行PLC的程序设计，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。

    7．联机调试。如不满足要求，再返回修改程序或检查接线，直到满足要求为止。

    8．编制技术文件。交付使用。

线性化编程；分部编程以及结构化编程（工业搅拌系统）。

被搅拌的对象要求如下：

1．当成分A（B）泵工作时要求：1）成分A（B）的进料阀已开，出料阀已开；2）搅拌桶未满，搅拌的出料阀关闭；3）泵的驱动电机无故障，没有紧急停止动作。

2．拌电机工作时的条件：1）搅拌桶未空，搅拌桶的出料阀关闭；2）搅拌马达无故障，紧急停止没有动作。

3．开排放阀的条件：搅拌马达停止，紧急停止没有动作。

系统中的液位开关让操作者了解搅拌桶内的液位情况，并且提供输送泵和搅拌电机之间的连锁关系。

一、线性化编程

线性化编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，即一个简单的程序块内包含系统的所有指令。线性化编程不带分支，通常是OB1程序按顺序执行每一条指令，软件管理的功能相对简单。

二、分部编程

分部式编程是把一项控制任务分成若干个独立的块，每个块用于控制一套设备或一系列工作的逻辑指令，而这些块的运行靠组织块OB内指令来调用。

三、结构化编程

结构化程序把过程要求的类似或相关的功能进行分类，并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案。向指令块提供有关信息（以参数形式），结构化程序能够重复利用这些通用模块。

控制软件分为五个功能块：

FC10   功能块用于控制成分A的供料泵；

FC20   功能块用于控制成分B的供料泵；

FC30   功能块用于控制搅拌马达；

FC40   功能块用于控制排料电磁阀；

FC50   功能块用于控制操作站上的指示灯。

PLC输入模块简介

是FX_lN系列的直流输入电路和内部电路的示意图。PLC外部的虚线框内是NPN管集电极开路输出的电子传感器(如接近开关)的示意图。图2-4是扩展模块FX_2N?48ER?UAl／UL的交流输入电路的示意图。

 

 

         当图2-3中的外接触点接通或图中的NPN型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、S／S端子、内部电路、X0等输入端子和外部的触点或晶体管，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中两个反芳联的发光二极管中的一个亮，光敏三极管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是数字1；外接触点断开或．NPN晶体管处于截止状态时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU在输入阶段读入的是数字0。  

       当图2-4中的外接触点接通，或图中的PNP型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、外部的触点或晶体管、X0等输入端子、内部电路和S/S端子，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中的发光二极管亮，光敏三极管饱和导通。

       输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为10～20ms(信号上升沿)和20～50ms(信号下降沿)，输入电流约5～10mA.

中断过程——西门子S7-300PLC组织块OB及其应用

系统检测到一个OB块中断时，则被中断块的累加器和寄存器上的当前信息将被作为一个中断堆栈存起来（I堆栈）。

I堆栈中保存的内容有：

F      累加器及地址寄存器的内容；

F      数据块寄存器的内容；

F     局部数据堆栈，状态字，MCR寄存器和B堆栈指针。

如果新的OB块调用FB和FC，则每一个块的处理数据将被存储堆栈中（B堆栈）

B堆栈中保存的内容有：

F      DB和DI寄存器；

F      临时数据（L堆栈）的指针；

F      块的号码及返回地址。

OB类型（优先级）	说明
OB1主程序循环（1）	在上一循环结束时启动
OB10时间中断（2）	在程序设置的日期和时间启动
OB20延时中断（3）	受SFC32控制启动，在一特定延时后运行
OB35循环中断（12）	运行在一特定时间间隔内（1ms-1min）
OB40硬件中断（16）	当检测到来自外部模块的中断请求时启动
OB80到OB87响应异步错误（26/启动时28）	当检测到模块诊断错误或超时错误时启动
OB100启动（27）	当CPU从STOP到RUN状态时启动
OB121，OB122响应同步错误（与被中断OB相同）	当检测到程序错误或接受错误时启动

拾音器俗称电唱头。图 5 （ d ）是立体声唱头的图形符号，它的文字符号是“ B ”。图 5 （ e ）是单声道录放音磁头的图形符号。如果是双声道立体声的，就在符号上加一个“ 2 ”字，见图（ f ）。

扬声器、耳机的符号

扬声器、耳机都是把电信号转换成声音的换能元件。耳机的符号见图 5 （ g ）。它的文字符号是“ B E ”。扬声器的符号见图 5 （ h ），它的文字符号是“ BL ”。

接线元件的符号

电子电路中常常需要进行电路的接通、断开或转换，这时就要使用接线元件。接线元件有两大类：一类是开关；另一类是接插件。

    （ 1 ）开关的符号

在机电式开关中至少有一个动触点和一个静触点。当我们用手扳动、推动或是旋转开关的机构，就可以使动触点和静触点接通或者断开，达到接通或断开电路的目的。动触点和静触点的组合一般有 3 种： ① 动合（常开）触点，符号见图 6 （a ）； ② 动断（常闭）触点，符号是图 6 （ b ）； ③ 动换（转换）触点，符号见图 6 （ c ）。一个最简单的开关只有一组触点，而复杂的开关就有好几组触点。

点下方表示推拉的动作；（ d ）表示旋转式开关，带 3 极同时动合的触点；（ e ）表示推拉式 1×6 波段开关；（ f ）表示旋转式 1×6 波段开关的符号。开关的文字符号用“ S ”，对控制开关、波段开关可以用“ SA ”，对按钮式开关可以用“ SB”。

 （ 2 ）接插件的符号

接插件的图形符号见图 8 。其中（ a ）表示一个插头和一个插座，（有两种表示方式）左边表示插座，右边表示插头。（b ）表示一个已经插入插座的插头。（ c ）表示一个 2 极插头座，也称为 2 芯插头座。（ d ）表示一个 3 极插头座，也就是常用的 3 芯立体声耳机插头座。（ e ）表示一个 6 极插头座。为了简化也可以用图（ f ）表示，在符号上方标上数字6 ，表示是 6 极。接插件的文字符号是 X 。为了区分，可以用“ XP ”表示插头，用“ XS ”表示插座。

继电器的符号

因为继电器是由线圈和触点组两部分组成的，所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分：一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。当触点不多电路比较简单时，往往把触点组直接画在线圈框的一侧，这种画法叫集中表示法，如图 9 （ a ）。当触点较多而且每对触点所控制的电路又各不相同时，为了方便，常常采用分散表示法。就是把线圈画在控制电路中，把触点按各自的工作对象分别画在各个受控电路里。这种画法对简化和分析电路有利。但这种画法必须在每对触点旁注上继电器的编号和该触点的编号，并且规定所有的触点都应该按继电器不通电的原始状态画出。图 9 （ b ）是一个触摸开关。当人手触摸到金属片 A 时， 555 时基电路输出（ 3 端）高电位，使继电器 KR1 通电，触点闭合使灯点亮使电铃发声。 555 时基电路是控制部分，使用的是 6 伏低压电。电灯和电铃是受控部分，使用的是 220 伏市电。

继电器的文字符号都是“ K ”。有时为了区别，交流继电器用“ KA ”，电磁继电器和舌簧继电器可以用“ KR ”，时间继电器可以用“ KT ”。

电池及熔断器符号

电池的图形符号见图 10 。长线表示正极，短线表示负极，有时为了强调可以把短线画得粗一些。图 10 （ b ）是表示一个电池组。有时也可以把电池组简化地画成一个电池，但要在旁边注上电压或电池的数量。图 10 （ c ）是光电池的图形符号。电池的文字符号为“ GB ”。熔断器的图形符号见图 11 ，它的文字符号是“ FU ”。

二极管、三极管符号

半导体二极管在电路图中的图形符号见图 12 。其中（ a ）为一段二极管的符号，箭头所指的方向就是电流流动的方向，就是说在这个二级管上端接正，下端接负电压时它就能导通。图（ b ）是稳压二极管符号。图（ c ）是变容二极管符号，旁边的电容器符号表示它的结电容是随着二极管两端的电压变化的。图（ d ）是热敏二极管符号。图（ e ）是发光二极管符号，用两个斜向放射的箭头表示它能发光。图（ f ）是磁敏二极管符号，它能对外加磁场作出反应，常被制成接近开关而用在自动控制方面。二极管的文字符号用“ V ”，有时为了和三极管区别，也可能用“ VD ”来表示。

可编程序控制器PLC的分类

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

    根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

    （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。

如：GE-I型     美国通用电气（GE）公司

    TI100      美国德洲仪器公司

    F、F1、F2  日本三菱电气公司

    C20 C40    日本立石公司（欧姆龙）

    S7-200     德国西门子公司

    EX20 EX40  日本东芝公司

    SR-20/21   中外合资无锡华光电子工业有限公司

(2). 中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K

如：S7-300     德国西门子公司

SR-400     中外合资无锡华光电子工业有限公司

SU-5、SU-6   德国西门子公司

C-500        日本立石公司

GE-Ⅲ        GE公司

  (3). 大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K

    如：S7-400  德国西门子公司

PLC的容量选择两个方面的技巧

PLC的容量选择  PLC的容量包括I／O点数和用户存储容量两个方面。

1．I／O点数

 

PLC的I／O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I／O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用I／O点最少，但必须留有一定的备用量。通常I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10％－15％的备用量来确定。

 

2．用户存储容量

 

用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量。需要的用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。

 

一般可按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20％－30％）来选择。

 

存储容量=开关量I／O点总数X10十模拟量通道数X100绝大部分PLC均能满足上式要求。应当要注意的是：当控制系统较复杂。数据处理量较大时，可能会出现存储容量不够的问题，这时应特殊对待。

PLC有三类输出：继电器输出、晶体管输出和晶闸管（可控硅）输出。如图1所示。要注意输出负载电源要求。输出主要技术指标见表1。由表1可知，晶闸管输出只可接交流负载，晶体管输出只能接直流负载，继电器输出既可接交流负载也可接直流负载。当负载额定电流、功率等超过接口指标后要用接触器、继电器等过渡，通过它们接大功率电源。

继电器输出PLC控制设备既有直流电源又有交流电源时，可将相同性质、相同幅值电源设备接同一个COM端。切忌将不同电源设备接在同一个COM端。电源相同时，COM端可以连接在一起。

**响应时间0.2 ms是在条件为24V、200 mA时，实际所需时间为电路切断负载电流为0的时间，可用并联续流二极管的方法改善响应时间。如果希望响应时间短于0.5 ms，应保证电源为24V、60 mA。

图2给出的是继电器输出时，交、直流设备混合控制时的接线示意图。图3为晶体管输出控制交流设备或控制大功率设备时，通过继电器过渡的示意图。