西门子S7-300系列plc是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性价比较高的PLC系统。其中,微型的有SIMATIC S7-200系列,配置为8DI/6DO,可扩展2~7个模块,I/O点数为64 DI/DO、12 AI/4AO;中小型的有SIMATIC S7-300系列;中高档性能的有SIMATIC S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点,使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的产品。该系统提供了完成控制任务既方便又经济的解决方案。其中,
以便PID指令功能块接受,也就是说把外界实际物理量转换成PID指令可以接收的数据,即输入/输出的转换与标准化处理。3.PID控制编程调试在本套系统中,为了生产需求,锅炉内蒸汽压力应维持在0.85-1.0MPa之间,压力的大小由压力变送器检测,变送器压力量程0-2.5MPa,输出DC4-20mA。因此在0.85MPa时,相应的电流输出是9.44Ma,同样1.0MPa时输出为10.4mA。其标准化刻度值如下图所示。512.jpg过程变量值是压力变送器检测的单极性模拟量,回路输出值也是一个单极性模拟量用来控制鼓风机的速度。这两个模拟量的范围是0.0-1.0,分辨率为1/32000(标准化)。可以初步确定Kc=0.0。
除CPU模块外,每块信号模块都带有总线连接器,安装时先将总线连接器装在CPU模块并固定在导轨上,然后依次将各模块装入,通过背板总线将各模块从物理上和电气上连接起来。(2)电源模块(PS)。电源模块用于将SIMATICS7-300连接到120/230V交流电源或24/48/60/110V直流电源。它与CPU模块和其它信号模块之间通过电缆连接,而不是通过背板总线连接。(3)*处理单元模块(CPU)。SIMATICS7-300提供了多种不同性能的CPU以满足用户不同的要求,有CPU312IFM、CPUCPUCPUCPU315-2DP等。CPU模块除完成执行用户程序的主要任务外。还为S7-300背板总线提供5V直流电。
不加中继器远通讯距离可达1.2公里,多可以采用9个中继器,远通讯距离可达9公里。采用光纤时,远通讯距离可达100公里以上,其中采用多膜光纤,两点间远距离可达3公里,采用单膜光纤时,两点间远距离可达3公里。2.2Modbus协议简介Modbus协议是一种适用于工业控制领域的主从式串口通讯协议,它采用查询通讯方式进行主从设备的信息传输,可寻址1-247个设备地址范围。协议包括广播查询和单独设备查询两种方式,二者区别就是广播查询不需要从设备回应信息,主、从设备查询通讯过程见图804610.jpg图2Modbus主、从设备查询响应Modbus协议常用功能码如图3所示:813143.jpg图3Modbus协议常用功能码Modbus协议有两种传输模式:ASCII模式和RTU模。
所以除电气联锁外还应加装机械连锁。机械连锁更可靠地保证两个接触器不会同时吸合,但是只能在空间位置比较靠近的两个接触器间安装。电器连锁可以不受空间位置的限制,但在接触器触头焊住时不能起到保护作用。在线路中不允许单独采用机械连锁,因为当一个接触器吸合时,按另一接触器的按钮,虽然由于机械连锁的作用,另一接触器不会吸合,但它的线圈却通过所谓的“起动”电流(铁心未闭合时,交流接触器线圈的感抗小、电流大),时间过长就会烧毁线圈。为了克服以上困难,这里采用定时器T37,T38分别作为正转、反转切换的保护手段。由于加入了定时器操,作者可以根据不同的需要设定正反转切换的时间,可以有效地克服正反转换向时可能因电弧没有断开而引起电源的短。
如只有压力传感器信号,则PLC和变频器也都可以正常接收压力传感器的信号。而当液位传感器的信号也同时接入PLC和变频器时,因PLC接收信号的-端都在变频器的+端,当两传感器的信号电流不一样时,就有可能使PLC两-端的电位有较大的差异,就就形成了共模干扰电压。如PLC输入端又互相不是隔离的,则会造成PLC的模拟信号输入端接收不正常。变频器的两输入信号是在PLC的后面,其-端电位可保持在变频器内部电路设定的状态,问题不大。为编程继电器,它们都有许多用软件实现的常开、常闭触点,这些触点只能在PLC内部(即编程时)使用。现场各种智能仪表(采用的是Modbus协议或者各种非标协议,接口为RSRS422或者RS232)都能够通过上海泗博自动化的通用串口(Modbus/RS485/RS422/RS232)转Profibus-DP网关PM-160连接到西门子S7-300PL。
如果消息起始条件没有达到,那就一直处于等待接收的状态;如果消息始终没有开始或者结束,通信口就一直处于接收状态。这时如果尝试执行XMT指令,就不会发送任何消息。所以要结束接收RCV接收状态后才能执行XMT。如何结束RCV接收状态?电动机由正转向反转换向时有可能产生的电弧熄灭,能有效地避免直接换向产生的电弧所引起的短路事故。停机时,按下停止按钮SB1,就会使中间继电器M0.0失电,从而使正向起动按钮SB2或反向起动按钮SB3失电。中间继电器M0.1或M0.2就会失电,正、反转延时定时器T37或T38失电导轨是安装S7-300各类模块的机架,它是特制不锈钢异型板,电源模块、CPU及其它信号模块都可方便地安装在导轨。
提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。(三)通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如TCP/IP),需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准,应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等;大中型PLC通信总线(含接口设备和电缆)应1冗余配置,通信总线应符合标准,通信距离应满足装置实际要求。PLC系统的通信网络中,上级的网络通信速率应大于1Mbps,通信负荷不大于60。
主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。•PROFIBUSPA:电源和通信数据通过总线并行传输,主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。•PROFIBUSFMS:定义了主站和主站之间的通讯模型,主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换其中,PROFIBUS-DP是高速网络,通讯速率达到12M。PROFIBUS-DP可以连接远程I/O、执行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门定位器、变频器等智能设备,一条PROFIBUS-DP总线可以多连接123个从站设备。PROFIBUS-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型,通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤,也支持红外传输,采用双绞线。
基本单元接地。如果要用扩展单元,其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了加在电源及输入端、输出端的干扰,应给可编程控制器接上地线,接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开。若达不到这种要求,也必须做到与其他设备公共接地,禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能接近PLC。2.4直流24V接线端使用无源触点的输入器件时,PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。PLC上的24V接线端子,还可以向外部传感器(如接近开关或光电开关)提供电流。24V端子作传感器电源时。COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员,则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外,任何外部电源不能接到这个端。
编程软件是STEP7-Micro/WIN32的S7-300可编程序控制器。如图3所示。[page]2.5原理分析当按下正向启动按钮SB2时,会使中间继电器M0.1得电闭合并自锁,同时使反向起动线路中的常闭触点M0.1断开,从而与正向起动线路形成了互锁。这种互锁保证了不会因为误操作而导致电动机正反转同时生效,对电动机起到了保护作用。在按下正向起动按钮SB2的同时,正转延时定时器T37接通,在延时数秒后,正转线圈接通电动机正转起动。当按下反转按钮SB3时,会使中间继电器M0.2得电闭合并自锁同时切断了正转线路。在按下反向起动按钮SB3的同时,反转延时定时器T38接通并延时数秒后反转线圈才得电接通。中间的延时足以使管PLC连接的是单从站还是多从。
改进后的继电器接触控制电气原理图如图1所示,合为电气原理主电路和辅助电路原理图。主电路就是电气线路中强电流通过的部分,即从电源经电源开关QS、接触器KM1或KM2的主触头、热继电器FR的发热元件到电动机M,见图1。辅助电路包括电动机的控制线路,照明、信号线路和保护线路,由继电器和接触器线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、主令电器(主令控制、按钮)、照明灯、信号灯、电笛以及其他电器元件组成。为了易于区别主电路和辅助电路,通过强电流的主电路为图1的左部,通过弱电流的辅助电路为图1的右部。电器原理图只表明电气线路的工作原理,因此电器在图1中一般不表示其空间位置,同一电器各元件往往根据需要画在不同的位。
才重新写入输入端的新内容。所以一般来说,输人信号的宽度要大于一个扫描周期,否则很可能造成信号的丢失。由此可见,输入映像寄存器的数据取决于输入端子上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。(2)程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则,一般来说,PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时,PLC就从输入映像寄存器中“读入”采集到的对应输入端子状态,从元件映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。然后,进行相应的运算,运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说,每一个元件(“软继电器”)的状态会随着程序执行过程而变化。(3)输出刷新阶段在所有指令执行完毕。
PID控制功能是通过PID指令功能块实现的。在S7-200中,PID回路指令运用回路表中的输入信息和组态信息,进行PID运算,交换数据,编程较其简便,该指令影响特殊存储器标志位SM1.1(溢出)。只有在逻辑堆栈栈**值为1时,才能进行PID运算。本指令有两个操作数:TBL和LOOP(如下图所示)。其中TBL是回路表的起始地址,操作数限用VB区,数据类型是BYTE型;LOOP是回路号可以是0到7的整数,因此在程序中多可以用8条PID指令。如果有两个或两个以上的PID指令用了同一个回路号。即使这些指令的回路表不同,那么这些PID运算之间也会产生不可预料的结果。在直接使用PID指令功能块之前,必须把增益(Kc)、采样时间(Ts)、积分时间(Ti)、微分时间(Td)等等这些实数全部转换成0.0-1.0之间的实。
它将传统的继电器控制、计算机和通讯融为一体,具有控制功能强,可*性高,使用灵活方便,易于扩展等优点而应用越来越广泛。但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣,干扰源众多,如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰,电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等通过电磁耦合产生的工频干扰等,都会影响PLC的正常工作。尽管PLC是专门在现场使用的控制装置,在设计制造时已采取了很多措施,使它对工业环境比较适应,但是为了确保整个系统稳定可*。还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件,并采取必要的抗干扰措施。2PLC在安装和维护时应注意的问题2.1PLC的安装PLC适用于大多数工业现场。
PLC内部的等效继电器系统如图7.6所示。输入端子是PLC从外部输入信号的端口。输出端子是PLC驱动外部负载的端口。PLC内部的输入继电器(用I表示)由外部信号通过输入端子驱动。输入继电器可提供无限多对常开、常闭的软触点供内部使用。输出继电器(用Q表示)当plc处于正常运行时,其工作过程包括“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”三个阶段,如图所示。(1)输入采样阶段PLC在输入采样阶段,首先扫描所有输人端点,并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时,输入映像寄存器被刷新。接着,进入程序执行阶段和输出刷新阶段,在此阶段输入映像寄存器与外界隔离,无论输入情况如何变化,其内容保持不变,直到下一个扫描周期的输人采样阶。