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PLC的特点
1、通用性强、灵活性好、功能齐全 PLC是专为在工业环境下应用而设计的,具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配相应的控制模块便可适用于各种不同的工业控制系统。同时,由于PLC采用存储逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中,当生产工艺改变或生产设备更新时,不必改变
1. 向高集成、高性能、高速度,大容量发展
微处理器技术、存储技术的发展十分迅猛,功能更强大,价格更便宜,研发的微处理器针对性更强。这为可编程序控制器的发展提供了良好的环境。大型可编程序控制器大多采用多CPU结构,不断地向高性能、高速度和大容量方向发展。
在模拟量控制方面,除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块,某些可编程序控制器还具有模糊控制、自适应、参数自整定功能,使调试时间减少,控制精度提高。
2. 向普及化方向发展
由于微型可编程序控制器的价格便宜,体积小、重量轻、能耗低,很适合于单机自动化,它的外部接线简单,容易实现或组成控制系统等优点,在很多控制领域中得到广泛应用。
3. 向模块化、智能化发展
可编程序控制器采用模块化的结构,方便了使用和维护。智能I/O模块主要有模拟量I/O、高速计数输人、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、热电阻输入、条形码阅读器、多路BCD码输人/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模块。智能I/O模块本身就是一个小的微型计算机系统,有很强的信息处理能力和控制功能,有的模块甚至可以自成系统,单独工作。它们可以完成可编程序控制器的主CPU难以兼顾的功能,简化了某些控制领域的系统设计和编程,提高了可编程序控制器的适应性和可靠性。
4. 向软件化发展
编程软件可以对可编程序控制器控制系统的硬件组态,即设置硬件的结构和参数,例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通信接口的参数等。在屏幕上可以直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的相互转换。可编程序控制器编程软件有调试和监控功能,可以在梯形图中显示触点的通断和线圈的通电情况,查找复杂电路的故障非常方便。历史数据可以存盘或打印,通过网络或Modem卡,还可以实现远程编程和传送。
个人计算机(PC)的价格便宜,有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。目前已有多家厂商推出了在PC上运行的可实现可编程序控制器功能的软件包,如亚控公司的KingPLC。“软PLC"在很多方面比传统的“硬PLC"有优势,有的场合“软PLC"可能是理想的选择。
5. 向通信网络化发展
伴随科技发展,很多工业控制产品都加设了智能控制和通信功能,如变频器、软启动器等。可以和现代的可编程序控制器通信联网,实现更强大的控制功能。通过双绞线、同轴电缆或光纤联网,信息可以传送到几十公里远的地方,通过Modem和互联网可以与**上其他地方的计算机装置通信。
相当多的大中型控制系统都采用上位计算机加可编程序控制器的方案,通过串行通信接口或网络通信模块,实现上位计算机与可编程序控制器交换数据信息。组态软件引发的上位计算机编程革命,很容易实现两者的通信,降低了系统集成的难度,节约了大量的设计时间,提高了系统的可靠性。国际上比较**的组态软件有Intouch、Fix等,国内也涌现出了组态王、力控等一批组态软件。有的可编程序控制器厂商也推出了自己的组态软件,如西门子公司的WINCC。
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S7-300
-
模块化微型PLC系统,满足中、小规模的性能要求
-
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
-
简单实用的分布式结构和多界面网络能力,应用十分灵活
-
方便用户和简易的无风扇设计
-
当控制任务增加时,可自由扩展
-
大量的集成功能使它功能非常强劲
信号模块是 SIMATIC S7-300 与过程相连的接口。
大量不同的数字量和模拟量模块可**提供每种任务所需的输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。
对于在此列举的所有模块系列,SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。
另外,面向安全的应用中还可使用故障安全模块。
数字量输入/输出模块具有下列机械特性:
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括:
-
绿色 LED,用于指示输入/输出的信号状态
-
前连接器插座,通过前门保护
-
前门上的标签区。
-
连接器针脚分配,用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则;输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时,可以对数字量输入/输出模块进行热插拔,而不会有任何反应。其它模块继续工作。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当首次连接模块时,编码设备锁定在连接器中,这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时,对于新的同类型模块,可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。
-----------------------------------------------------------------------------------------
S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品,它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。这就是说,S7-300 是用于集中式或分布式结构的解决方案。坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值概述。
数字量输入/输出模块用于处理自动化系统中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
模块化微型PLC系统,满足中、小规模的性能要求
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
简单实用的分布式结构和多界面网络能力,应用十分灵活
方便用户和简易的无风扇设计
当控制任务增加时,可自由扩展
大量的集成功能使它功能非常强劲
信号模块是 SIMATIC S7-300 与过程相连的接口。
大量不同的数字量和模拟量模块可**提供每种任务所需的输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。
对于在此列举的所有模块系列,SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。
另外,面向安全的应用中还可使用故障安全模块。
数字量输入/输出模块具有下列机械特性:
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括:
-
绿色 LED,用于指示输入/输出的信号状态
-
前连接器插座,通过前门保护
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前门上的标签区。
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连接器针脚分配,用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则;输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时,可以对数字量输入/输出模块进行热插拔,而不会有任何反应。其它模块继续工作。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当首次连接模块时,编码设备锁定在连接器中,这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时,对于新的同类型模块,可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。
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S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品,它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。这就是说,S7-300 是用于集中式或分布式结构的解决方案。坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值概述。
数字量输入/输出模块用于处理自动化系统中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
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S7-200 PLC编程中的寻址方式
在S7-200系列中,寻址方式分为两种:直接寻址和间接寻址。直接寻址方式是指在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号,直接查找数据。间接寻址是指使用地址指针来存取存储器中的数据,使用前,首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中,然后根据此地址存取数据。本书仅介绍直接寻址。
直接寻址时,操作数的地址应按规定的格式表示。指令中数据类型应与指令相符匹配。
在S7-200系列中,可以按位、字节、字和双字对存储单元进行寻址。寻址时,数据地址以代表存储区类型的字母开始,随后是表示数据长度的标记,然后是存储单元编号;对于按位寻址,还需要在分隔符后指定位编号。
在表示数据长度时,分别用B、W、D字母作为字节、字和双字的标识符。
1)字节寻址(8 bit)
字节寻址由存储区标识符、字节标识符、字节地址组合而成。如VB100,其字节寻址方式如图所示。
字节寻址的格式:[区域标识][字节标识符].[字节地址]
2)字寻址(16 bit)
字寻址由存储区标识符、字标识符及字节起始地址组合而成。如VW100,其字寻址方式如图所示。
字寻址的格式:[区域标识][字标识符].[字节起始地址]
3)双字寻址(32 bit)
双字寻址由存储区标识符、双字标识符及字节起始地址组合而成。如VD100,其双字寻址方式如图所示。
双字寻址的格式:[区域标识][双字标识符].[字节起始地址]
为使用方便和使数据与存储器单元长度统一,S7-200系列中,一般存储单元都具有位寻址、字节寻址、字寻址及双子寻址4种寻址方式。寻址时,不同的寻址方式情况下,选用同一字节地址作为起始地址时,其所表示的地址空间是不同的。
在S7-200中,一些存储数据专用的存储单元不支持位寻址方式,主要有模拟量输入/输出、累加器、定时器和计数器的当前值存储器等。而累加器不论采用何种寻址方式,都要占用32位,模拟量单元寻址时均以偶数标志。此外,定时器、计数器具有当前值存储器及位存储器,属于同一个器件的存储器采用同一标号寻址。
西门子PLCBCD码与整数的转换指令举例
BCD码与整数之间的转换的指令
LAD |
|
|
STL |
BCDI OUT |
IBCD OUT |
操作数及数据类型 |
IN :VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, 常量 OUT:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC IN/OUT数据类型:字 |
|
功能及 说明 |
BCD-I指令将二进制编码的十进制数IN转换成整数,并将结果送入OUT指定的存储单元。IN的有效范围是BCD码 0至9999 |
I-BCD指令将输入整数IN转换成二进制编码的十进制数,并将结果送入OUT指定的存储单元。IN的有效范围是0至9999 |
ENO=0的错误条件 |
0006 间接地址,SM1.6 无效BCD数值,SM4.3 运行时间 文章来自PLC之家pcl100.com |
注意:(1)数据长度为字的BCD格式的有效范围为:0~9999(十进制),0000~9999(十六进制)0000 0000 0000 0000~1001 1001 1001 1001(BCD码)。
(2)指令影响特殊标志位SM1.6(无效BCD)。
(3)在表5-10的LAD和STL指令中,IN和OUT的操作数地址相同。若IN和OUT操作数地址不是同一个存储器,对应的语句表指令为: MOV IN OUT
BCDI OUT
S7-300的基本位逻辑指令
位逻辑指令的运算结果用两个二进制数字1和0来表示。可以对布尔操作数(BOOL)的信号状态扫描并完成逻辑操作。逻辑操作结果称为RLO(result of logic operation)。
语句表STL表示的基本位逻辑指令
l A And 逻辑“与”
l AN And Not 逻辑“与非”
l O Or 逻辑“或”
l ON Or Not 逻辑“或非”
l X Exclusive Or 逻辑“异或”
l XN Exclusive Or Not 逻辑“异或非”
l = Assign 赋值指令
l NOT Negate RLO RLO取反
l SET Set RLO (=1) RLO=1
l CLR Clear RLO (=0) RLO=0
l SAVE Save RLO in BR Register 将RLO的状态保存到BR。
边沿信号识别指令。
位逻辑指令的运算规则:“先与后或”。
可以用括号将需先运算的部分括起来,运算规则为:
“先括号内,后括号外”。
梯形图LAD表示的基本位逻辑指令
l ---| |--- Normally Open Contact (Address) 常开触点
l ---|/|--- Normally Closed Contact (Address) 常闭触点
l ---(SAVE) Save RLO into BR Memory
将RLO的状态保存到BR
l XOR Bit Exclusive OR 逻辑“异或”
l ---( ) Output Coil 输出线圈
l ---( # )--- Midline Output 中间标志输出
l ---|NOT|---Invert Power Flow RLO取反
功能图FBD表示的位逻辑指令
将在后面的指令详解中给出
可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)简要介绍
可编程控制器是60年代末在美国首先出现,当时叫可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。
随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到70年代中期以后,PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器,输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,这时的PLC已不再是逻辑判断功能,还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器,在实施阶段再确定工艺过程。另一方面,从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。
可编程控制器的结构多种多样,但其组成的一般原理基本相同,都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几个部分组成。
1.中央处理单元(CPU)
CPU作为整个PLC的核心,起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些:从存储器中读取指令,执行指令,取下一条指令,处理中断。
2.存储器(RAM、ROM)
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器;存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序,生成用户数据区,存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器,可用锂电池做备用电源。掉电时,可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
3.输入输出单元(I/O单元)
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器,而继电器有交流和直流型,高电压型和低电压型,电压型和电流型。
4.电源
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池,电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
5.编程器
编程器是PLC的**外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器,还可以用编程器检查程序,修改程序,监视PLC的工作状态。除此以外,在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包,即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器,可以直接编制并显示梯形图。
西门子S7-200系列PLC与PC通信程序流程图及
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与 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PC、PLC的通信程序流程。
图7-18 PC机通信程序流程图
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PC,PC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PC,PC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PC与PLC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VB、VC等语言,也可直接采用西门子专用组态软件,如STEP7、WinCC。
西门子PLC模拟量扩展模块EM235测量温度和监视指定温
用PT100电阻温度传感器测量温度并监视温度
本例讨论如下内容:用模拟量扩展模块EM235测量温度和监视指定温限,在该模拟量模块的一个输入通道上连接PT100温度传感器。
为了把PT100的随温度变化的电阻转换成电压,模拟量输出作为恒电流源而使用,即输出12.5mA随电流供给PT100传感器。在这个电路中,产生了5mV/0C的线性输入电压。EM235把这个电压转换成数字量,程序周期性地读这些数字量,并将所读的这些数,利用下面的公式计算出温度。
硬件描述
温度传感器:
PT100是铂电阻温度传感器,它适用于测量-60到+400度之间的温度。
计算PT100所需电流
PT100在0度时电阻为100,随着温度的变化电阻星线性变化,大约是每摄氏度0.4欧姆。
西门子S7-300PLC的逻辑取反操作及示例
逻辑取反操作对逻辑运算结果RLO取反。
功能图(FBD)符号:
梯形图(LAD)符号:
---|NOT|---
语句表(STL)符号:
NOT
例3.1.4:只有当I 1.0 和I 1.1相与的结果为“0”并且I 1.2 和I 1.3相与的结果为“1”或I 1.4为“1”时,输出Q 4.0才为“1”;否则Q 4.0为“0”。
功能图(FBD)语言如下:
梯形图(LAD)语言如下:
语句表(STL)语言如下:
A I 1.0
A I 1.1
NOT
A(
A I 1.2
A I 1.3
NOT
O I 1.4
)
= Q 4.0
中间输出指令用于存储RLO的中间值,该值是中间输出指令前的位逻辑操作结果。中间输出指令不能用于结束一个逻辑串,因此,中间输出指令不能放在逻辑串的结尾或分支的结尾处。
例3.1.5
M 0.0的缓存器中存放着I 1.0和I 1.1相与后取反的结果;
M 1.1的缓存器中存放着I 1.2和I 1.3相与后取反的结果;
M 2.2的缓存器中存放着I 1.4的逻辑运算结果;
M 3.3的缓存器中存放上述整个逻辑运算的结果。
例3.1.6
M 0.0的缓存器中存放着I 1.0和I 1.1相与的结果;
M 1.1的缓存器中存放着I 1.0、I 1.1、I 1.2和I 1.3四个输入信号相与后取反的结果;
M 2.2的缓存器中存放着整个逻辑运算的结果。