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西门子6ES7314-1AG14-0AB0支持验货
一、引言
随着生产力的发展和自动化水平的提高,在越来越多的控制系统中需要灵活的微型控制系统。M40DR是V80系列小型PLC中的CPU单元,它具有24路输入回路、16路继电器输出回路。具有功能丰富、性高、自我知识产权、自主及本地化服务等特点,目前已被广泛应用于各种控制领域,实现逻辑、步进、数字、模拟量等的自动控制。V80系列PLC提供了功能强大的运动控制功能块,可实现灵活的过程控制。本文以自动读卡机系统为例,介绍V80系列PLC的脉冲输出功能。
二、脉冲输出功能设置及模式
V80有两路立的高速脉冲输出接口,每路脉冲输出有两种输出模式可选择,即:PWM模式和PTO模式。
2.1 PWM模式
PWM模式是指输出任意占宽比的无限个数的脉冲序列。通过调用PWM设置功能块(PWMSET)可以选择脉冲输出工作在PWM模式。
在设置好相关参数后,调用脉冲输出运行功能块(PLSRUN)就能把新设置好的PWM波形输出去。图1是设置脉冲输出回路1为PWM输出模式的一个例子。
2.2 PTO模式
PTO模式是指输出等占宽比的有限个数的脉冲序列。根据不同的情况又有3种不同的参数设置方式,见表格1。
用户可以根据实际需要选择某种设置模式来设置PTO。
在设置好相关参数后,调用脉冲输出运行功能块(PLSRUN)就能把新设置好的PTO波形输出去。下面将结合一个自动读卡机控制系统的案例来具体阐述脉冲输出PTO的使用。
三、自动读卡机控制系统的梯形图设计及编程范例
3.1 自动读卡机系统简述
自动读卡机系统由上位机、V80-M40DR、两个步进电机及机械系统组成(参见图2)。上位机与PLC之间进行通讯,完成对PLC的编程,以及命令控制和过程监控,PLC用于控制2个步进电机的动作。具体的工艺流程是:上位机发“推卡”命令,PLC做出相应的控制,并且由脉冲输出接口1驱动电机1把卡推放到工作台,然后等待上位机进行数据读写处理;接着上位机根据读写情况,发“好卡” 或“坏卡”命令,PLC由脉冲输出接口2驱动电机2把卡推放到目标位置。要使电机以一个比较“平稳运动”的方式运作,电机应该从一个比较低的速度平稳加速到目标速度,再以目标速度匀速运行一定时间后,然后平稳减速到停止,V80系列PLC的PTO包络输出方式能很好满足平稳运动的性能要求。本系统中还需配合电机的运动做一些与顺序相关的其它I/O的控制,本系统将采用V80的CAM功能块来完成此项任务。
3.4 软件实现说明
3.4.1
自动部分:
结合工艺要求,主程序采用步进阶梯指令编程,实现工艺流程自动按要求完成燃烧全过程。
3.4.2
手动部分:
用来进行设备调试及应急处理,用通用梯形图指令编写。
3.4.3
相关子程序部分:
温度变换子程序
输出转换子程序
AD值采样滤波子程序。
温度控制自动调节子程序
3.4.4
人机界面程序及功能
手自动的调节
参数的设置
温度、压力信号的显示
燃烧器工艺流程显示
报警指示等
注:程序在此省略,对程序感兴趣者可以来电索取。
4、系统特点
4.1通用性强,开发廉,工艺保密性好。混合型PLC既可以处理开关量信号又可以处理模拟量信号,节省了不必要的开支,大大降低了成本,同时还具有工艺保密性好,用户可以自己加密,自己编写程序,知识产权得到了保护。
4.2强大的网络功能
4.2.1混合型PLC选用CANbus作为现场组网总线,凡按该标准开发的CAN网络从站设备均可连入EASY为主站的CAN网络,从而拥有CAN网络带给的增值服务,如利用平台节点进行梯形图编程,将产品信息送到人机界面等。
4.2.2 混合型PLC的另一通信网络是RS485网络,其物理接口是串口1,在串口1上,在运行模式下加载了三菱FX2N计算机链接格式1协议的子集,即只对数据寄存器D进行读写操作,但嵌入式PLC既可为该协议的主站,也可作为该协议的从站。RS485网络通信速度规定为9600 BPS,但主从站的设置,通信报文数及报文长度的设定,报文发送频率控制等网络通信控制,由梯形图完成。
5、结束语
用作燃烧控制器的混合型PLC,提供了如下多种控制方式:手动控制、自动控制、风门段火控制、变频段火控制、风门调节比例控制、变频调节比例控制、触摸屏数字变频比例控制,可实现自动点火、熄火保护、火力自动调节的功能,具有节能、、稳定、网络互联等特点。
1 引言
桥式起重机是厂矿、仓库等部门常用的起重设备,在工业生产过程中起重举足轻重的作用。传统的桥 式起重机主要是有交流凸轮控制器进行控制,采用绕线式电动机转子串电阻调速,交流控制器由于频繁的动作和高压的影响,经常会出现触点烧损的现象,电阻箱受 工作环境的影响容易腐蚀、老化。频繁的生产事故势必会影响生产。
随着工业自动化的发展,PLC、变频器工厂设备中的应用越来越广泛。由于PLC的工作性高,因此用PLC来代替传统的交流控制器已成为一种必然趋势。
2 两种改造方案
桥 式起重机的主要设备有:大车电机2台、小车电机1台、主钩电机1台、副钩电机1台,若仍采用绕线式电动机进行控制,则可以用PLC进行改造。若车间工 作环境比较恶劣,如腐蚀性粉尘,容易对电阻箱及电动机碳刷等设备部件腐蚀和过早老化,则可以采用鼠笼式电动机进行控制。此时可以采用PLC加变频器进行改 造。
种方案优点是改造过程简单,可以节约部分设备费用。缺点是:
(1) 电动机转子所串电阻易烧损和断裂;
(2) 转子串电阻调速,机械特性比较软,负载变化时转速也变化,调果不理想;
(3) 所串电阻长期发热,电能浪费大,效率低。
而二种方案中鼠笼式电动机价格、经久,在生产中受到工程欢迎,并且由PLC加变频器进行控制,其调果加稳定,电能可以充分利用。
3 系统设计
3.1 PLC绕线电机改造方案
此 种方案只需对原交流控制器进行编程即可,为了节省I/O点,改为有主令控制器控制电机的正反转、前后行走和钩子的升降。电机的提速与减速有两个按钮开关进 行控制。本系统有20路输入、30点输出共50点,采用西门子S7-200(CPU为224)PLC,其扩展2块数字量模块EM222
一、PLC 控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图,这是PLC应用的关键的问题,程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中,良好的软件设计思想是关键,的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
(1) PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同,可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程,也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想,基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块,分别编写和调试,后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想,因为各模块具有相对立性,相互连接关系简单,程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
(2) PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配,依据生产流水线从前至后,I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址,以利于维护。定时器、计数器要统一编号,不可重复使用同一编号,以确保PLC工作运行的性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位),也要统一编号,进行分配。
在地址分配完成后,应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件,如电机的正/反转等,其输出应连续安排,如Q2.0/Q2.1等。
(3) PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了,易于编程输入,少占内存,减少扫描时间,这是PLC 编程遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用,用复杂的程序来减少触点使用次数。
同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出,双线圈输出容易引起误动作,在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果是双线圈输出,可以采用置位和复位操作(以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0)。
如果要使PLC多个输出为固定值 1 (常闭),可以采用字传送指令完成,例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1,可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备,可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端,或者通过PLC编程来减少I/O点数,节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止,就可以采用二分频来实现。
模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块,正反转点动封装成为一个模块,在PLC程序中我们可以重复调用该模块,不但减少编程量,而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。
二、PLC控制系统程序的调试
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容,良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
2.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号,以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证,PLC输入端子的指示灯点亮,表示正常;反之,应检查接线或者是I/O点坏。
我们可以编写一个小程序,在输出电源良好的情况下,检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮,表示正常。反之,应检查接线或者是I/O点坏。
2.2 系统调试
系统调试应按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好,然后装载程序于PLC中,运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前检查整个PLC控制系统,包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
(1) 对每一个现场信号和控制量做单测试;
(2) 检查硬件/修改程序;
(3) 对现场信号和控制量做综合测试;
(4) 带设备调试;
(5) 调试结束。
结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程,要想做到熟练自如,需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结,在实际应用中具有良好的效果。
1 引言
现代化的工厂中,PLC系统作为工业控制的基础设备已经非常普及。在很多工厂应用中,需要对现场采集过来的脉冲信号进行计数。如果使用脉冲计数模块,可以采集到高速脉冲信号。但是脉冲模块价格昂贵,在一些采集低速脉冲信号的场合其实可以使用普通的开关量输入模块代替脉冲计数模块。这样可以降低系统成套费用和系统的复杂程度,也提高了系统的可维护性。如果使用普通开关量输入模块代替脉冲计数模块,就存在一个问题:普通开关量输入模块采集脉冲信号的速度的限是多少?存在哪些制约条件?以下将以AB公司的ControlLogix 1756系列PLC系统为基础,就这个问题谈一些分析。
2 模块响应速度的制约
开关量输入模块要检测到一个脉冲信号,能完整地采集到脉冲产生的整个过程,如图1所示,开关量输入模块检测脉冲信号的过程可以分解为三个过程。
图1 开关量模块检测脉冲信号过程
从图1可以看出,开关量输入模块能检测到的脉冲信号至少满足以下条件:
(1) 脉冲宽度 t1>T1;
(2) 脉冲周期 t0>T1+T3;
(3) 脉冲间隔 t2>T3。
以AB公司1756-IB16D开关量输入模块为例,其ON时间 = 1,2,or3ms;其OFF时间=4,5,13,or22ms。其不同的ON/OFF时间可以由系统进行配置。在配置快的ON/OFF时间的条件下,可以计算出,1756-IB16D开关量输入模块可以出脉冲宽度为1ms,脉冲周期为5ms的脉冲。如果脉冲宽度增加几个毫秒,脉冲周期就相应增加几个毫秒。结论如下:理想的情况下,1756-IB16D开关量输入模块可以分辨速度200个/秒、脉冲宽度大于1ms的脉冲信号。
3 PLC系统扫描时间的制约
PLC的工作原理是分时扫描,PLC的一个完整扫描周期包括全部I/O新一次的时间和PLC程序执行一次的时间。PLC系统的扫描时间和系统网络情况、远程站的数量以及PLC的CPU模块信号有关。如果现场开关量输入模块出的脉冲信号在一个PLC扫描周期内大于1个,PLC系统将不能正确反映现场脉冲的数量。
PLC系统对开关量输入模块检测信号判断的详细分析如图2。
图2 PLC系统对开关量输入模块检测信号的判断
PLC系统通过扫描新I/O信息,设在时刻0、t1、t2、t3,PLC系统扫描到信号源处,由图2可以看出:
(1) 对于脉冲信号1,PLC系统没有检测到任何脉冲信号。可以得到结论:如果脉冲信号脉冲周期T1<PLC扫描周期T,PLC系统将不能出正确的脉冲数量。
(2) 对于脉冲信号2, PLC系统同样没有检测到任何脉冲信号。这是因为脉冲信号2的脉冲宽度T0<PLC扫描周期T, 脉冲信号的变化有可能发生在一个PLC扫描周期T之内。
(3) 对于脉冲信号3,脉冲信号的脉冲宽度T0>PLC扫描周期T,脉冲周期T1-脉冲宽度T0<PLC扫描周期T,PLC系统未能检测到个信号的消失,此时,PLC系统仍然未能出正确的脉冲数量。
(4) 对于脉冲信号4,脉冲信号脉冲周期T1>PLC扫描周期T,脉冲周期T1-脉冲宽度T0>PLC扫描周期T,PLC系统能出正确的脉冲数量。
对于一个使用AB公司的ControlLogix 1756-L55系列的CPU模块,远程I/O通讯模块选用ControlNet模块1756-CNBR,系统I/O总点数为2000点,远程I/O站数量为6个的中型系统来讲,一个PLC扫描周期约为40~70ms。因此对于本系统来讲,能检测的脉冲信号脉冲宽度应大于70ms,个脉冲信号结束至二个脉冲信号发出的小时间间隔应大于70ms。
4 结束语
综上所述,如果使用普通开关量输入模块代替脉冲计数模块,对脉冲输入信号的制约条件主要是PLC系统的系统扫描时间。对于AB公司的PLC系统来讲,对于脉冲宽度>70ms,个脉冲信号结束至二个脉冲信号发出的小时间间隔大于70ms的脉冲信号是可以接收的。对于其他的PLC系统来讲,其基本工作方式与AB公司的PLC系统是一致的,因此,这个结论也同样适用。对于不满足上述条件的脉冲信号,就考虑脉冲计数模块了。
1 引言
计算机及通讯技术已成为工业环境中大部分解决方案的部分,其在系统中的比重正在增加。在工业控制中,交流电机的拖动越来越多的采用变频器完成,不仅作为一个单的执行机构,而是随着不断的智能化,同远程计算机之间可以通过各种通讯方式结合成一个的整体。在实际工程实施时,变频器的启动、停止、方向、告警、故障指示以及故障复位等控制通常为端子排开关信号控制方式,速度控制采用模拟量给定值控制方式来完成。由于变频器的输出端会产生强烈的干扰信号,控制器有时会造成误动作的情况。当控制距离遥远时,还存在敷线工程量过大的问题。随着现场总线的底层控制网络的发展,变频器生产厂家推出了具有数据通信功能的产品,采用RS-485通信接口用于系统配置和监控是一种的连接方案。
2 西门子变频器的USS控制协议
2.1 USS协议的特点
USS是西门子公司为变频器开发的通信协议,可以支持变频器同PC或PLC之间建立通信连接,常适合于规模较小的自动化系统。它以主从方式构成工业监控网站,在网络内有一个主站,1~31个从站,各站点有的标识码识别。
这种结构的特点是:用单一的、集成的系统来解决自动化问题。所有的西门子变频器都可以采用USS协议作为通信链路。数字化的信息传递,提高了系统的自动化水平及运行的性,解决了模拟信号传输所引起的干扰及漂移问题。通信介质采用RS-485屏蔽双绞线,远可达1000m,因此可有效地减少电缆的数量,从而可以大大减少开发和工程费用,并大地降低客户的启动和维护成本;通信效率较高,可达187.5kbit/s。对于有10个调速器,每个调速器有6个过程数据需刷新的系统,PLC的典型扫描周期为几百毫秒,采用与PROFIBUS相似的操作模式,总线结构为单位站、主从存取方式,报文结构具有参数数据与过程数据,前者用于改变调速器的参数,后者用于快速刷新调速器的过程数据,如启动停止、速度给定、力矩给定等。具有高的快速性和性。利用西门子变频器的主机上提供的USS接口,仅在终端机中插入一RS-485通信板,就可实现变频器的全部远程控制。
2.2 USS协议的通信数据格式
USS协议的通信字符格式为一位起始位、一位停止位、一位偶校验位和八位数据位。数据报文大长度位256个字节,包括3字节的头部、1字节的校验码和主数据块,数据块按照字的方式组织,高字节在前。通信数据报文格式如表1所示。
表1 USS协议的通信数据报文格式
3 PLC控制变频器的程序设计
PLC通讯程序采用子程序方式编制,主控程序对变频器的控制通过调用有关子程序发送命令完成。数据接受由后台中断程序完成。发送命令子程序将变频器目标速度值和命令参数加工为USS协议格式,发送出去,并设置发送标志,复位接受完成标志,并开允许接受中断和定时中断。
当变频器发送响应报文时,后台中断程序接受变频器的状态值和当前速度值,存入接受缓冲区,并复位发送标志,设置接受完成标志。
3.1 主控程序
按照采样时间间隔,主控程序根据发送标志和接受完成标志,检查变频器接受缓冲区内容,并进行相应的处理。通讯程序由通信口初始化、运行、停止、速度设定等5个子程序和一系列中断服务子程序构成