工控系统及装备
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发布时间:2017-11-06 09:36:49 产品编号:GY-5-174073025  分享
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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、CPUI/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CPUI/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PLCCPU、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、**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)**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。**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PLCI/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CPU8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。

如:GE-I     美国通用电气(GE)公司

    TI100      美国德洲仪器公司

    FF1F2  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2562048点;双CPU,用户存储器容量28K

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-5SU-6   德国西门子公司

C-500        日本立石公司

GE-        GE公司

  (3). 大型PLC——I/O点数> 2048点;多CPU16位、32位处理器,用户存储器容量816K

    如:S7-400  德国西门子公司

PLC编程的一般步骤是什么?

1.对于较复杂系统,需要绘制系统的功能图;对于简单的控制系统也可省去这一步。

2.设计梯形图程序。

3.根据梯形图编写指令表程序。

4.对程序进行模拟调试及修改,直到满足控制要求为止。调试过程中,可采用分段调试的方法,并利用编程器的监控功能。

1、 数据传送指令

 数据传送指令包括MOV(传送)、SMOVBCD码移位传送)、CML(取反传送)、BMOV(数据块传送)、FMOV(多点传送)、XCH(数据交换)。这里主要介绍MOV(传送)指令。

传送指令MOV将源操作数据传送到指定目标,其指令代码为FNC12,源操作数[S·]可取所有的数据类型,即KHKnXKnYKnMKnSTCDVZ,其目标操作数[D·]KnYKnMKnS TCDVZ

如图1所示,,当X0ON时,执行连续执行型指令,数据100被自动转换成二进制数且传送给D10,当X0变为OFF时,不执行指令,但数据保持不变;当X1ON时,T0当前值被读出且传送给D20;当X2ON时,数据100传送给D30,定时器T20的设定值被间接指定为10秒,当M0闭合时,T20开始计时;MOVP)为脉冲执行型指令,当X5OFF变为ON时指令执行一次,(D10)的数据传送给(D12),其它时刻不执行,当X5变为OFF时,指令不执行,但数据也不会发生变化;X3ON时,(D1D0)的数据传送给(D11D10),当X4ON时,将(C235)的当前值传送给(D21D20)。注意:运算结果以32位输出的应用指令、32位二进制立即数及32位高速计数器当前值等数据的传送,必须使用(DMOV或(DMOVP)指令。

如图2所示,可用MOV指令等效实现由X0X3Y0Y3的顺序控制。

2比较指令

比较指令有比较(CMP)、区域比较(ZCP)两种,CMP的指令代码为FNC10ZCP的指令代码为FNC11,两者待比较的源操作数[S·]均为K HKnXKnYKnMKnSTCDVZ,其目标操作数[D·]均为YMS

CMP指令的功能是将源操作数[S1·][S2·]的数据进行比较,结果送到目标操作元件[D·]中。在图3中,当X0ON时,将十进制数100与计数器C2的当前值比较,比较结果送到M0M2中,若100C2的当前值时,M0ON,若100=C2的当前值时,M1ON

100C2的当前值时,M2ON。当X0OFF时,不进行比较,M0M2的状态保持不变。

 ZCP指令的功能是将一个源操作数[S·]的数值与另两个源操作数[S1·][S2·]的数据进行比较,结果送到目标操作元件[D·]中,源数据[S1·]不能大于[S2·]。在图4中,当X1ON时,执行ZCP指令,将T2的当前值与10150比较,比较结果送到M0M2中,若10T2的当前值时,M0ON,若10T2的当前值≤150时,M1ON,若150T2的当前值时,M2ON。当X1OFF时,ZCP指令不执行,M0M2的状态保持不变。

3、加1指令和减1指令

1指令INC和减1指令DEC的操作数均可取KnYKnMKnSTCDV、,它们不影响零标志、借位标志和进位标志。INC指令代码为FNC24DEC的指令代码为FNC25INC指令的功能是将指定的目标操作元件[D·]中二进制数自动加1DEC指令的功能是将指定的目标操作元件[D·]中二进制数自动减1

如图5所示,当X0每次由OFF变为ON时,D20中的数自动增加1,当X1每次由OFF变为ON时,D21中的数自动减1

若用连续执行型加1指令INC或连续执行型减1指令DEC,当条件成立时,在每个扫描周期内指定的目标操作元件[D·]中数据要自动加1或自动减116位数据运算时,+32767再加1就变为-32768-32768再减1就变为+3276732位数据运算时,+2147483647再加1就变为-2147483648-2147483648再减1就变为+2147483647

西门子S7-200系列PLC与PC通信程序流程图及工作过程

 在上述通信方式下,由于只用两根线进行数据传送,所以不能够利用硬件握手信号作为检测手段。因而在PC机与PLC通信中发生误码时,将不能通过硬件判断是否发生误码,或者当PC PLC工作速率不一样时,就会发生冲突。这些通信错误将导致PLC控制程序不能正常工作,所以必须使用软件进行握手,以保证通信的可靠性。

由于通信是在PC机以及PLC之间协调进行的,所以PC机以及PLC中的通信程序也必须相互协调,即当一方发送数据时另一方必须处于接收数据的状态。如图7-18、图7-19所示分别是PCPLC的通信程序流程。

 

 

7-18  PC机通信程序流程图

 

 

7-19  S7-PLC通信程序流程图

通信程序的工作过程:PC每发送一个字节前首先发送握手信号,PLC收到握手信号后将其传送回PCPC只有收到PLC传送回来的握手信号后才开始发送一个字节数据。PLC收到这个字节数据以后也将其回传给PCPC将原数据与PLC传送回来的数据进行比较,若两者不同,则说明通信中发生了误码,PC机重新发送该字节数据;若两者相同,则说明PLC收到的数据是正确的,PC机发送下一个握手信号,PLC收到这个握手信号后将前一次收到的数据存入指定的存储区。这个工作过程重复一直持续到所有的数据传送完成。

    采用软件握手以后,不管PCPLC的速度相差多远,发送方**也不会**于接收方。软件握手的缺点是大大降低了通信速度,因为传送每一个字节,在传送线上都要来回传送两次,并且还要传送握手信号。但是考虑到控制的可靠性以及控制的时间要求,牺牲一点速度是值得的,也是可行的。

PLC方的通信程序只是PLC整个控制程序中的一小部分,可将通信程序编制成PLC的中断程序,当PLC接收到PC发送的数据以后,在中断程序中对接收的数据进行处理。PC方的通信程序可以采用VBVC等语言,也可直接采用西门子专用组态软件,如STEP7WinCC

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几种结构形式及其特点

 单元式

单元式的特点是结构紧凑。它将所有的电路都装入一个模块内,构成一个整体,这样体积小巧、成本低、安装方便。

FX2 系列可编程控制器由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器等四种产品构成。仅用基本单元或将上述各种产品组合起来使用均可。

  基本单元( M ):内有 CPU 与存贮器,为必用装置。

扩展单元( E  : 要增加I/O点数时使用的装置。

可利用扩展模块,以 8 为单位增加输入/输出点数。也可只增加输入点数或只增加输出点数,因而使输入/输出的点数比率改变。

.模块式

模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统,在一块基板上插上 CPU 、电源、I/O模块及特殊功能模块,构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。

这种结构形式的特点是 CPU 为独立的模块 , 输入、输出也是独立模块。

.叠装式

它的结构也是各种单元、 CPU 自成独立的模块,但安装不用基板,仅用电缆进行单元间联接,且各单元可以一层层地叠装。

FX2 系列 PLC 是单元式和模块式相结合的叠装式结构。

带过程仿真的S7-200的PID控制程序举例

本例描述了用S7-200实现PID控制功能。这个程序是一个带过程仿真的独立执行的PID例子,它很容易修改后与模拟模块EM235一起使用。

例图

程序结构图

程序及注解

初始化部分将PID的所有值复位,并定义了计算P旧控制器的控制周期Tc.计算PID过程中,出现了某些数字方面的问题,以及控制周期丁c的计算。山于扫描时间的限制,除法运算通过移位来实现(1024近似为1000),而未调用专门的除法子程序。

微分和积分是另外2个比较灵敏的数学运算,采用如下公式:

微分运算:

西门子S7-200网络的通讯设置和元件选择

S7-200的端口是不隔离的,如果想使网络隔离,应考虑使用RS-485中继器或者EM277

注意:

●具有不同电位的互联设备有可能导致不希望的电流流过连接电缆。

●这种不希望的电流可能导致通讯失败或者设备损坏。

●要确保用通讯电缆连接的所有设备有相同的参考电位,或者彼此隔离,来避免产生这种不希望的电流。

为网络确定通讯距离、通讯速率和电缆类型

网段的**长度取决于两个因素:隔离(用RS-485中继器)和波特率。但连接具有不同电位的设备是需要隔离。当接地点之间的距离很远时,有可能具有不同的地电位。即使距离较近,大型机械的负载电流也能导致地电位的不同。

网络电缆的**长度

 

波特率

非隔离CPU1

有中继器的CPU口或者EM277

9.6K187.5K

50m

1000m

500k

不支持

400m

1M1.5M

不支持

200m

3M12M

不支持

100m

如果不是用隔离端和中继器,允许的**距离为50m。测量该距离时,从网段的**个节点开始。到网段的**后一个节点。

在网络中使用中继器

RS-485中继器为网段提供偏压电阻和终端电阻。目的是为了:

●增加网络的长度:在网络中使用一个中继器可以使网络的通讯距离扩展50m。如果使用两个中继器而且中间没有其他节点,网络的通讯距离按照所使用的波特率扩展一个网段的长度。在一个串联网络中,**多可以使用9个中继器。但网络的长度不能超过9600m.

●为网络增加设备:在9600的波特率下。50米距离之内,一个网段**多可以连接32个设备,使用一个中继器允许在网络上增加32个设备。

●在不同的网段之间电隔离:如果不同的网段具有不同的地电位,将他们隔离会提高网络的通讯质量。

一个中继器在网络中被算作网段的一个节点,但没有被指定站地址。

 

 

 

 

 


                      1带有中继器的网络

选择网络电缆

S7-200 网络使用RS-485标准,是用双绞线电缆。在一个网段上可以连接32个设备。

网络电缆的通用指标

技术指标

描述

电缆类型

屏蔽双绞线

回路阻抗

115Ω/Km

有效电容

30pF/m

标称阻抗

大约135Ω-160Ω(频率=3MHz-20MHz

衰减

0.9Db/100m(频率=200KHz)

导线截面积

0.3mm2-0.5mm2

电缆直径

8mm±0.5mm

PLC延时控制阶梯灯梯形图编程举例

阶梯灯的定时点亮的应用

本例程序是用来点亮阶梯灯。不同层上的ON按钮都被接到控制输入端I0.0。当按下I0.0ON按钮,则输出端Q0.0的灯发光30秒,如果在这段时间内又一次按ON按钮,则时间间隔又得从头开始。这样可确保在**后一次按ON按钮,在30秒内灯光小会熄灭。

程序框图

程序和注释

如果按ON按钮,使输入I0.0ON信号有效(I0.0=1),则定时器位T37复位(T37=0)。因而定时器T37从头开始计时。与此同时,输出Q0.0被置位(Q0.0=1,灯亮)。当计足30秒,定时器位T37置位(T37=1),那将又一次使输出Q0.0off (Q0.0=0,灯灭)

本程序的长度为17个字。

SIMATIC S7-300 PLC系统构成和扩展

1. SIMATIC S7-300 PLC系统构成

主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连(见图3-1)。

除了电源模块、CPU模块和接口模块外,一个机架上**多只能再安装8个信号模块或功能模块。

2. SIMATIC S7-300 PLC的扩展

S7-300 PLC**多可扩展4个机架,由IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。

Siemens编程器S7-200系列用在中小型设备上的自动系统的控制单元,适用于各行各业,各种场合中的检测,监测及控制。
在这里,和大家一起来讨论S7-200几个使用方面的情况。
1.步进,伺服脉冲定位控制。
在设备的控制系统中,有关运动控制是很重要的,下面我们来看一看西门子S7-200系列PLC怎样来实现这   个功能。
首先,确定使用哪个端口来发脉冲,如采用Q0.0发脉冲,则它的控制字为SMB67,脉冲同期为SMW68,脉   冲个数存放在SMD72中,

下面是控制字节的说明: 
Q0.0 Q0.1 
控制字节说明 
SM67.0  SM77.0  PTO/PWM更新周期值 0=不更新,1=更新周期值 
SM67.1  SM77.1  PWM更新脉冲宽度值 0=不更新,1=脉冲宽度值 
SM67.2  SM77.2  PTO更新脉冲数 0=不更新,1=更新脉冲数 
SM67.3  SM77.3  PTO/PWM时间基准选择 0=1微秒值,1=1毫秒值 
SM67.4  SM77.4  PWM更新方法 0=异步更新,1=同步更新 
SM67.5  SM77.5  PTO操作 0=单段操作,1=多段操作 
SM67.6  SM77.6  PTO/PWM模式选择 0=选择PTO1=选择PWM 
SM67.7  SM77.7  PTO/PWM允许 0=禁止PTO/PWM1=允许 

西门子S7-200PLC的触点指令的梯形图和语句表举例

 西门子S7-200 PLC的触点指令如下:

LD:梯形图开始的常开触点

LDN:梯形图开始的常闭触点

A:”与”,串联常开触点

AN:”与非”,串联常闭触点

O:”或”,并联常开触点

ON:”或非”,并联常闭触点

触点指令的梯形图和语句表对照如下:

LD      I  0.1

AN      I  0.2

O         I  0.3

A         I  0.4

=         Q  0.3

=         Q  0.4

AN      I  2.2

=         Q 2.2

 STEP 7-Micro/WIN 32编程软件程序编辑中的语法检查功能可以提前避免一些语法和数据类型方面的错误。梯形图和语句表的错误检查结果如下图所示。









 STEP 7-Micro/WIN 32编程软件功能的实现可以在联机工作方式(在线方式)下进行,部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。

联机方式:有编程软件的计算机或编程器与PLC连接,此时允许两者之间作直接的通信。有关联机的方法可参见PLC之家的其它文章。

离线方式:有编程软件的计算机或编程器与PLC断开连接,此时能完成大部分基本功能。如编程、编译和调试程序、系统组态等。

S7-200 PLC编程——有反馈的电动机星形—三角形起动器

这个示例程序控制三相感应电动机的星形—三角形起动过程。例如,一旦星形起动器出现故障,起动的反馈电路就有发现它。在5秒钟延时之后,SIMATIC S7-200就小切换到三角形连接,这样就能避免可能造成的破坏。

   与输入点I0.0相连的开机点动开关(ON)接通后,电动机绕组接成星形工作方式起动。与输出点Q0.3相连的信号灯指示各种可能出现的故障。

 

 

程序和注释

当输入点l0.0相连的开机开关(0N)动作后,电动机绕组接成星形工作方式起动。如果没有起动器故障信号,电动机绕组将在5秒钟后切换到三角形连接方式。故障信号山与输出点Q0.3相连的信号灯指示。当故障排除后,操作员按与输入点I0.6相连的确认键,即可消除故障信号。起动器反馈信号通过输入点I0.3I0.4I0.5引入。

当关机点动开关或电动机电路断路器(分别与输入点I0.1I0.2连接)动作时,电动**机。如果开机开关和关机开关同时动作,电动机仍然处于关机状态。

“接通星形起动器”、“起动定时器”和“接通主电源起动器”部分增加了一个条件:只有在无故障信号(Q0.3)出版时才动作。除此之外,为相关的起动器

设置下述的存储器标志位:星形起动器(Q0.1 ),主电源起动器(Q0.0),以及起动定时器(T37)

“起动器反馈”部分是新的。从原理上讲,反馈就是将输出信号和表示起动器实际状态的输入信号相比较。

输出信号的状态分别和下述反馈输入信号比较:主电源起动器的状态(I0.3),星形起动器的状态(I0.4),三角形起动器的状态(I0.5)。如果有差异就起动定时器T38T38的预置时问为2秒。这段延迟时问对应起动器动作的**长时间。

如果T38溢出后,状态仍小同,故障指示输出点Q0.3被置位。这个故障信号可以用与输

入点I0.6相连的反馈确认键复位。

该程序的长度为70个字。

 

 

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