PLC電源模塊及其它外設(shè)的選擇步驟與原則

1．電源模塊的選擇

  電源模塊選擇僅對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，對(duì)于整體式PLC不存在電源的選擇。

電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。電源模塊的輸出額定電流必須大于CPU模塊、I／O模塊和其它特殊模塊等消耗電流的總和，同時(shí)還應(yīng)考慮今后I／O模塊的擴(kuò)展等因素；電源輸入電壓一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要而定。

   2．編程器的選擇

   對(duì)于小型控制系統(tǒng)或不需要在線編程的系統(tǒng)，一般選用價(jià)格便宜的簡(jiǎn)易編程器。對(duì)于由中、高檔PLC構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)或需要在線編程的PLC系統(tǒng)，可以選配功能強(qiáng)、編程方便的智能編程器，但智能編程器價(jià)格較貴。如果有現(xiàn)成的個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可以選用PLC的編程軟件，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)編程器的功能。

  3．寫入器的選擇

為了防止由于干擾或鋰電池電壓不足等原因破壞RAM中的用戶程序，可選用EPROM寫入器，通過它將用戶程序固化在EPROM中。有些PLC或其編程器本身就具有EPROM 寫入的功能。

帶過程仿真的S7-200的PID控制程序舉例

本例描述了用S7-200實(shí)現(xiàn)PID控制功能。這個(gè)程序是一個(gè)帶過程仿真的獨(dú)立執(zhí)行的PID例子，它很容易修改后與模擬模塊EM235一起使用。

例圖

程序結(jié)構(gòu)圖

程序及注解

初始化部分將PID的所有值復(fù)位，并定義了計(jì)算P舊控制器的控制周期Tc.計(jì)算PID過程中，出現(xiàn)了某些數(shù)字方面的問題，以及控制周期丁c的計(jì)算。山于掃描時(shí)間的限制，除法運(yùn)算通過移位來實(shí)現(xiàn)(1024近似為1000)，而未調(diào)用專門的除法子程序。

微分和積分是另外2個(gè)比較靈敏的數(shù)學(xué)運(yùn)算，采用如下公式:

微分運(yùn)算:

S7-200PLC高速計(jì)數(shù)器的工作模式簡(jiǎn)介

高速計(jì)數(shù)器有12種工作模式，模式0～模式2采用單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制加/減計(jì)數(shù)；模式3～模式5采用單路脈沖輸入的外部方向控制加/減計(jì)數(shù)；模式6～模式8采用兩路脈沖輸入的加/減計(jì)數(shù)；模式9～模式11采用兩路脈沖輸入的雙相正交計(jì)數(shù)。

S7-200 CPU224有 HSC0-HSC5六個(gè)高速計(jì)數(shù)器，每個(gè)高速計(jì)數(shù)器有多種不同的工作模式。HSC0和HSC4有模式0、1、3、4、6、7、8、9、10；HSC1和HSC2有模式0～模式11；HSC3和HSC5有模式只有模式0。每種高速計(jì)數(shù)器所擁有的工作模式和其占有的輸入端子的數(shù)目有關(guān)。如表1所示。

表1 高速計(jì)數(shù)器的工作模式和輸入端子的關(guān)系及說明

說明：表中×表示沒有

選用某個(gè)高速計(jì)數(shù)器在某種工作方式下工作后，高速計(jì)數(shù)器所使用的輸入不是任意選擇的，必須按系統(tǒng)指定的輸入點(diǎn)輸入信號(hào)。如HSC1在模式11下工作，就必須用I0.6為A相脈沖輸入端，I0.7為 B相脈沖輸入端，I1.0為復(fù)位端，I1.1為起動(dòng)端。

PLC的主要模塊構(gòu)成（系統(tǒng)組成圖）

  PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成(見圖1），有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成某些特殊的任務(wù)。

  1．CPU模塊 

  CPU模塊主要由微處理器(CPU芯片)和存儲(chǔ)器組成。在PLC控制系統(tǒng)中廠CPU模塊相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。

  2.I/O模塊 

  輸入(1nput)模塊和輸出(Output)模塊簡(jiǎn)稱為I／O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。   

輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕；選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等過來的開關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號(hào)。

    開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊月手來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。   

圖1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 

  CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC的輸入／輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I／O模塊中，用光耦合器、光電晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的I／O電路，I／O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。

  3．編程器   

    編程器用來生成用戶程序，并用它進(jìn)行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。

    使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。

    4．電源   

    PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC 5V，±12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器(如接近開關(guān))提供24V直流電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。

S7-200PLC的外形結(jié)構(gòu)

1．狀態(tài)指示燈（LED）顯示CPU所處的工作狀態(tài)。

SF——System Fault（系統(tǒng)錯(cuò)誤）

RUN——運(yùn)行

STOP——停止

2．存儲(chǔ)卡接口可以插入存儲(chǔ)卡

3．通信接口可以連接RS-485總線的通信電纜

_ EMBED PBrush  ___

4．頂部端子蓋下邊為輸出端子和PLC供電電源端子。輸出端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)指示燈亮。

_ EMBED PBrush  ___

5．底部端子蓋下邊為輸入端子和傳感器電源端子。輸入端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)指示燈亮。

6．前蓋下面有運(yùn)行、停止開關(guān)和接口模塊插座。將開關(guān)撥向停止位置時(shí)，PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)可以對(duì)其編寫程序。將開關(guān)撥向運(yùn)行位置時(shí)，PLC處于運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)不能對(duì)其編寫程序。將開關(guān)撥向監(jiān)控（Term）狀態(tài)，可以運(yùn)行程序，同時(shí)還可以監(jiān)視程序運(yùn)行的狀態(tài)。接口插座用于連接擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展。

利用S7-200 PLC定時(shí)中斷功能編制一個(gè)程序

利用定時(shí)中斷功能編制一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)如下功能：當(dāng)I0.0由OFF→ON，Q0.0亮1s，滅1s，如此循環(huán)反復(fù)直至I0.0由ON→OFF，Q0.0變?yōu)?/span>OFF。

程序如圖1所示。

主程序

LD     I0.0

EU

ATCH   INT_0, 21

ENI

LDN    M0.0

A      I0.0

TON    T32, +1000

LD     T32

=      M0.0

LD     I0.0

ED

DTCH   21

DISI

INT0

LDN    Q0.0

=       Q0.0

高速計(jì)數(shù)器指令有兩條：高速計(jì)數(shù)器定義指令HDEF、高速計(jì)數(shù)器指令HSC。指令格式如表1所示。

（1）高速計(jì)數(shù)器定義指令HDEF。指令指定高速計(jì)數(shù)器（HSCx）的工作模式。工作模式的選擇即選擇了高速計(jì)數(shù)器的輸入脈沖、計(jì)數(shù)方向、復(fù)位和起動(dòng)功能。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器只能用一條“高速計(jì)數(shù)器定義”指令。

（2）高速計(jì)數(shù)器指令HSC。根據(jù)高速計(jì)數(shù)器控制位的狀態(tài)和按照HDEF指令指定的工作模式，控制高速計(jì)數(shù)器。參數(shù)N指定高速計(jì)數(shù)器的號(hào)碼。

表1 高速計(jì)數(shù)器指令格式

西門子PLC的發(fā)展史 SIMATIC商標(biāo)

 S7-200是西德西門子公司的產(chǎn)品之一，其注冊(cè)商標(biāo)為SIMATIC。

1．西門子公司的產(chǎn)品最早是1975年投放市場(chǎng)的SIMATIC S3，它實(shí)際上是帶有簡(jiǎn)單操作接口的二進(jìn)制控制器；

2．1979年，S3系統(tǒng)被SIMATIC S5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器；

3．20世紀(jì)80年代初，S5系統(tǒng)進(jìn)一步升級(jí)——U系列PLC，較常用機(jī)型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U

4．1994年4月，S7系列誕生，它具有更國(guó)際化、更高性能等級(jí)、安裝空間更小、更良好的WINDOWS用戶界面等優(yōu)勢(shì)，其機(jī)型為：S7-200、300、400

5．1996年，在過程控制領(lǐng)域，西門子公司又提出PCS7（過程控制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢(shì)的WINCC（與WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線）、COROS（監(jiān)控系統(tǒng)）、SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）及控調(diào)技術(shù)溶為一體

6．現(xiàn)在，西門子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動(dòng)化系統(tǒng)，將PLC技術(shù)溶于全部自動(dòng)化領(lǐng)域。

S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。

1．基本單元

S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表4-11：

表4-11  S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元

2．?dāng)U展單元

S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表4-12所示。

表4-12  S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)

3．編程器

PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。

簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。

4．程序存儲(chǔ)卡

為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0xA0和6ES 7291-8GD00-0xA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。

5．寫入器

寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)?/span>PLC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。

6．文本顯示器

文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。