西门子PLC DP数据总线插头
浔之漫智控技术(上海)有限公司(xzm-wqy-sqw)
是中国西门子的合作伙伴,公司主要从事工业自动化产品的集成,销售和维修,是全国的自动化设备公司。
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用继电器—接触器控制完成一项控制工程,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然后画出电气元器件的布置和接线图等,再进行安装调试,以后修改起来十分不便。而采用PLC控制,由于其靠软件实现控制,硬件线路非常简洁,而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行,因而缩短了设计周期,使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线来实现控制功能,大大减轻了繁重的安装接线工作,缩短了施工周期。
和继电器控制系统相比,PLC具有修改程序就能改变控制功能的优点,但是在进行简单控制时,成本较高。另外,利用单片机也能实现自动控制,各种控制系统的比较
在众多国产PLC品牌中,北京和利时是我国工控市场较早的参与者之一,长期专注自动化控制系统。主要产品有可编程序控制器、集散控制系统(Distributed Control System,DCS)、核电站数字化仪控系统、运动控制器、触摸屏、驱动器、光电接近开关、变频器等。
除此之外,还有无锡信捷、黄石科威、安控科技、上海正航电子科技、汇川技术和英威腾等一大批公司也都是国内致力于工业控制领域PLC产品开发的企业。
1.1.2 PLC的特点
S7-300的模拟量地址由地址标志域(I和Q)、数字长度标志(W)和字节地址(0~30之间的十进制偶数)组成。其中I表示模拟量输入,Q表示模拟量输出。例如IW12,I表示模拟量输入,W说明数据长度为字,字节地址为12。设备和网络”可以显示所有设备、添加设备以及组态网络;“PLC编程”可以创建PLC程序;“可视化”可以组态HMI画面;“在线与诊断”可以显示组态的设备以及状态。PLC系统通电后,首先进行内部处理,包括:①系统的初始化,如设置堆栈指针,工作单元清零,初始化编程接口,设置工作标志及工作指针等;②工作状态选择,如编程状态、运动状态等。PLC系统工作过程对用户编程来说影响不大,但是PLC在运行用户程序时的工作过程对于用户编程者来说关系密切,务必引起用户编程人员注意。
严格地讲,一个扫描周期主要包括:为保障系统正常运行的公共操作占用时间,系统与外界交换信息占用时间及执行用户程序占用时间三部分,输入信号采样阶段又叫输入刷新(I刷新)阶段,PLC以扫描方式顺序读入外面信号的输入状态(接通或断开状态),并将此状态输入到输入映像存储器中,PLC工作在输入刷新阶段,只允许PLC接受输入口的状态信息,PLC的第二、第三阶段的动作处于屏蔽状态。
用户指令执行阶段:PLC执行用户程序总是根据梯形图的顺序先左后右,从上到下地对每条指令进行读取及解释,并送至输入映像存储器和输出映像存储器中读取输入和输出的状态,结合原来的各软元件的数据及状态进行逻辑运算,运算出每条有的CPU集成装载存储器,有的可以用微存储器卡(Multi-Media Card,MMC)来扩展,CPU 31xC的用户程序只能装入插入式的MMC。断电时数据保存在MMC存储器中,数据块的内容基本上保留。下载程序时,用户程序被下载到CPU的装载存储器,CPU把可执行部分复制到工作存储器,符号表和注释保存在编程设备中。2.工作存储器
它是集成的RAM存储器,用于存储用户程序和数据,包括组织块、功能、功能块、数据块。为了保证程序执行的快速性和不过多占用工作存储器,只有与程序执行有关的块才会被装入工作存储器。复位CPU的存储器时,工作存储器中数据会被清除,但程序不会被删除。3.系统存储器
系统存储器是CPU为用户运行程序提供的存储区。系统存储器被划分成多个地址区,常用的存储区有过程映像输入区(I)、过程映像输出区(Q)、外部设备输入区(PI)、外部设备输出区(PQ)、位存储区(M)、定时器(T)、计时器(C)、数据块寄存器(DB/DI)、本地数据寄存器(L)、累加器(ACCU)、地址寄存器(AR)和状态字寄存器等。
1)过程映像输入区(I)又称输入继电器区,在每个扫描周期开始时,CPU将输入模块外部端子的状态读入过程映像输入区,该过程称为输入刷新。在执行程序阶段,CPU不理会新状态值,直到下一个扫描周期开始才读入新状态值。
2)过程映像输出区(Q)又称输出继电器区,在执行程序阶段,产生的各种输出值不是马上送往输出模块,而是先保存在过程映像输出区,等程序执行结束后,CPU马上将过程映像输出区的这些输出值送往输出模块,使之从输出端子产生输出,该过程称为输出刷新。
3)对外部输入/输出设备进行访问,除了可以通过映像区外,还可以通过外部设备输入/输出区(PI/PQ)直接进行访问。但通过外部设备输入/输出区访问时,只能是按照字节、字、双字来存取。由于过程映像区在CPU模块中,所以访问过程映像区要比外部设备输入/输出区速度快得多。
4)位存储区(M)又称辅助继电器,辅助继电器可分为普通型和保持型,普通型继电器在CPU处于停止状态时,其状态全部复位。保持型继电器在CPU处于停止状态时,其状态保持停止前的状态。辅助继电器通常用来保存中间结果。OR位会被清零。模块式PLC又称为组合式PLC,由机架和模块组成,配置灵活。中、大型PLC常采用模块式,如西门子的S7-300和S7-400系列PLC。模块式PLC将组成PLC的多个单元分别做成相应的模块,各模块可以灵活安插在机架上,通过总线相互联系,进行广泛地组合和扩展。1.CPU模块
CPU(Central Process Unit)模块是PLC的核心部分,主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。CPU模块在PLC系统中的作用类似于人的大脑,其主要任务是:接收输入的用户程序和数据,送入存储器存储;采集现场的输入信号,存入相应的数据区;监控和诊断电源、电路的工作状态和用户程序中的语法错误,执行用户程序,从存储器逐条读取用户指令并完成其功能;根据数据处理的结果刷新系统的输出。PLC采用的CPU芯片随机型不同而异,芯片的性能决定了PLC处理信号的能力和速度。
存储器主要用来存储程序和数据,分为系统程序存储器、用户程序存储器和系统RAM存储区。系统程序存储器用来存放系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块与系统调用程序,是由生产厂家编写并固化在ROM内的,用户不能直接更改;用户程序存储器用来存放用户根据控制任务编写的控制程序,可以是RAM、EPROM或E2PROM存储器,其内容可以由用户任意修改或删减;系统RAM存储区包括I/O映像区和系统软设备存储区,如逻辑线圈、定时器、计数器、数据寄存器和累加器等。2.电源模块
电源模块将输入的交流电转换为CPU、存储器和I/O模块等需要的DC 5 V工作电源,是整个PLC的能源供给中心,直接影响到PLC的功能和可靠性。电源模块还向外部提供DC 24 V稳压电源,向传感器和其他模块供电。3.信号模块量输入信号,模拟量PLC的工作方式是从0000号存储地址存放的条用户程序开始,在无中断或跳转的情况下,按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序,直到END指令结束;然后再从头开始,并周而复始地执行整个用户程序,直到停机或从运行(RUN)工作状态切换为停止(STOP)工作状态,这种执行程序的工作方式称为周期循环扫描工作方式。输入模块用来接收从电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的电压或电流模拟量信号。与外部设备交换信息。PLC与外部设备连接时,在每个扫描周期都要与外部设备交换信息。这些外部设备包括编程器、终端设备、彩色显示器和打印机等。
5)执行用户程序。PLC在运行状态下,每一个扫描周期都要执行用户程序。在执行用户程序时,是以扫描的方式按顺序逐句处理的,扫描一条执行一条,并把运算处理结果存入输出映像寄存区对应的位中。
6)输入、输出信息处理。PLC在运行状态下,每一个扫描周期都要进行输入、输出信息处理,以扫描的方式把外部输入信号的状态存入输入映像寄存区,将运算处理后的结果存入输出映像寄存区,直到传入外部被控设备。
1.1.4 PLC的编程语言
PLC是一种工业计算机,虽然PLC的梯形图与继电器控制电路图很相似,但是两种控制系统却有本质的区别,主要表现在以下几点。
1)组成器件不同。继电器控制系统是由许多硬件继电器组成的,而梯形图是由许多所谓的“软继电器”组成的。这些“软继电器”实质上是存储器的触发器,“软继电器”的“通”或“断”状态也就是触发器置“0”或置“1”的状态,因此不存在电弧、磨损和接触不良等故障。
2)触点数量不同。硬继电器的触点数量是有限的,而梯形图中“软继电器”触点的通断是由对应的触发器的状态决定的,所以每只“软继电器”的触点数是无限制的。
3)控制方法不同。在继电器控制系统中,实现各种逻辑控制关系和联锁关系是通过硬接线来解决的;而PLC是通过梯形图即软件编程解决的。
4)工作方式不同。继电器控制系统采用硬逻辑并行运行的方式,如果某个继电器的线圈通电或断电,无论该继电器的触点在控制系统的哪个位置,也无论是常开触点还是常闭触点,该继电器的所有触点都会立即同时动作。而PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式,如果一个输出线圈和逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作,所以是串行方式。2.语句表
语句表编程语言是用一系列操作指令(即指令助记符)组成的语句表将控制流程描述出来。不同PLC厂家语句表所使用的指令助记符并不相同。结构文本是一种基于“BASIC”或“C”等语音的文本,针对大型、的PLC具有很强的运算与数据处理功能。它是便于用户编程,增加程序的可移植性,用来描述功能、功能块和程序的编程语言。
1.1.5 PLC的应用和发展1.PLC的应用
近年来,随着PLC的成本下降和功能大大增强,能解决复杂的计算和通信问题,因而应用面也日益增大。目前,PLC已广泛应用于钢铁、采矿、石油、化工、电力、机械制造、汽车、造纸、环保以及娱乐等行业。PLC的应用领域包括以下几个方面。