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潯之漫 智控技術有限公司  上海詩慕自動化設備有限公司
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應用

CPU 1511C-1 PN 是入門級 CPU,，用于非連續(xù)生產技術中對處理速度和響應速度要求不高的應用,。

CPU 1511C-1 PN 具有 5 點模擬量輸入；通過這些輸入,，可以獲得壓力或溫度等模擬過程信號,。其中 4 點個輸入可用于電流或電壓測量，1 點輸入可用于電阻測量。
CPU 上的集成模擬量輸出將 16 位數字值轉換為電流或電壓并輸出到過程,。例如,，它們適合控制比例閥。
借助于 16 點集成式數字量輸入,，可在控制器上直接記錄來自設備的 24 V DC 信號,。
16 點集成式數字量輸出可以切換 24 V DC 電壓，從而將內部信號從控制器傳送到設備,。
集成的計數器可記錄速度高達 100 kHz 的信號并直接在控制器中分析計數器狀態(tài)或當前速度,，無需使用附加模塊。速度可以頻率或周期的形式輸出,，或以用戶歸一化速度的形式輸出,。
CPU 的運動控制功能可將計數器用作實際位置值，將模擬量輸出用作速度設定值輸出,。4 – 100 kHz 輸出可用于：

• 直接控制步進電機
• 輸出頻率

或通過 PWM 功能進行控制：

• 直接控制閥門或
• 通過數字方式發(fā)送模擬信號

另外,，CPU 通過易組態(tài)的塊提供全面控制功能，以及通過標準化 PLC-open 塊 提供連接至驅動器的能力,。

CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系統(tǒng)（PROFINET 智能設備）,。集成式 PROFINET IO IRT 接口設計為雙端換機以便在系統(tǒng)中設立總線型拓撲。

設計

CPU 1511C-1 PN 的特點：

• 功能強大的處理器：
  該 CPU 的單條二進制命令的命令執(zhí)行時間可低至 60 ns,。
• 大容量工作存儲器：
  175 KB 用于程序,，1 MB 用于數據
• 集成輸入/輸出；
  16 點數字量輸入和 16 點數字量輸出以及 5 點模擬量輸入和 2 點模擬量輸出（用于電流/電壓信號）,，并具有一個用于測量 CPU 溫度的附加輸入,。
• SIMATIC 存儲卡作為裝載存儲器：
  具有數據記錄和歸檔等附加功能
• 靈活的擴展功能：
  單層組態(tài)多可支持 32 個模塊（CPU + 31 個模塊）
• 具有以下功能的屏幕畫面：
  • 顯示概覽信息，如集成接口的 IP 地址,、站名稱,、設備名稱、位置標識符等,。
  • 顯示器以及診斷確認和用戶消息
  • 模塊信息顯示
  • 顯示可由用戶定義的徽標
  • 顯示設置
  • 設置 IP 地址
  • 設置日期和時間
  • 選擇運行模式
  • 將 CPU 復位為出廠設置
  • 項目的備份與恢復
  • 禁用/啟用顯示
  • 啟用保護級別
• PROFINET IO IRT 接口：
  具有通過 PROFINET 連接分布式 I/O 的選件,。

功能

性能

• 指令處理速度更快, 取決于 CPU 型號、語言擴展和新的數據類型
• 由于背板總線速度顯著提高,，CPU 的響應時間縮短
• 功能強大的網絡連接：
  每個 CPU 均標配PROFINET IO IRT（2 端換機）標準接口,。
• 集成技術
  • 通過標準化的塊 (PLCopen) 連接模擬驅動器和具有 PROFIdrive 功能的驅動器

    
    PLC 硬件系統(tǒng)設計

    1 ． PLC 型號的選擇

    在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求,，從而決定是否選用 PLC 進行控制,。

    在控制系統(tǒng)邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器,、計數器等）,、工藝流程和產品改型較頻繁,、需要進行數據處理和信息管理（有數據運算、模擬量的控制,、 PID 調節(jié)等）,、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下,，使用 PLC 控制是很必要的,。

    目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品,，使用戶眼花繚亂,、無所適從。所以全面權衡利弊,、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的,。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全,，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮,。

    （ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

    盲目選擇點數多的機型會造成一定浪費,。

    要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數，再按實際所需總點數的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數,。

    另外要注意,，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％,； PLC 每個輸出點的驅動能力（ A/ 點）也是有限的,，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等,。在選型時要考慮這些問題,。

    PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法,。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級,，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離,，則應選擇前兩種輸出方式的 PLC ,。

    （ 2 ）對存儲容量的選擇

    對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統(tǒng)中,，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點＋輸出總點數乘 5 字 / 點來估算,；計數器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算,；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中,，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算,；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數量粗略估算。后,，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量,。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些,。

    （ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

    PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲,、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統(tǒng),，PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求,，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng),、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題,。

    （ 4 ）根據輸出負載的特點選型

    不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求。例如,，頻繁通斷的感性負載,，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的,。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點,，如導通壓降小，有隔離作用,，價格相對較便宜,，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流,、可直流）且電壓等級范圍大等,。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC ,。

    （ 5 ）對在線和離線編程的選擇

    離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ,，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài),。編程狀態(tài)時,， CPU 只為編程器服務，而不對現場進行控制,。編程器編程屬于這種情況,。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現場的控制,，在每一個掃描周期末尾與編程器通信,，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制,。計算機輔助編程既能實現離線編程,，也能實現在線編程,。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件,。采用哪種編程方法應根據需要決定,。

    （ 6 ）據是否聯網通信選型

    若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能,，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC ,、上位計算機及 CRT 等的接口。大,、中型機都有通信功能,，目前大部分小型機也具有通信功能。

    （ 7 ）對 PLC 結構形式的選擇

    在相同功能和相同 I/O 點數據的情況下,，整體式比模塊式價格低,。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊）,，容易判斷故障等優(yōu)點,，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。

    2 ．分配輸入 / 輸出點

    一般輸入點和輸入信號,、輸出點和輸出控制是一一對應的,。

    分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號,，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號,。

    在個別情況下,，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前,，按邏輯關系接好線（如兩個觸點先串聯或并聯）,，然后再接到輸入點。

    （ 1 ）確定 I/O 通道范圍

    不同型號的 PLC ,，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的,，應根據所選 PLC 型號，查閱相應的編程手冊,，決不可“張冠李戴”,。必須參閱有關操作手冊。

    （ 2 ）部輔助繼電器

    內部輔助繼電器不對外輸出,，不能直接連接外部器件,，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數器時作數據存儲或數據處理用,。

  • 支持速度控制軸和定位軸以及外部編碼器,，各軸之間可實現位置 的傳動,，凸輪/凸輪軌道和探頭
  • 集成式 I/O，例如,，用于直接操作步進電機和模擬軸或直接記錄HTL編碼器,。
  • 組態(tài)與編程中的計數器功能設計與 TM Count 2x24V 模塊兼容。
  • 追蹤功能適用于所有 CPU 標簽,，既適用于實時診斷,，也適用于偶發(fā)錯誤檢測；還可通過 CPU的網頁服務器進行調用,。
  • 全面的控制功能,，例如，通過便于組態(tài)的塊可自動優(yōu)化控制參數實現優(yōu)控制質量,。
• 集成安全功能
  • 通過密碼進行知識保護,，防止未經*讀取和修改程序塊
  • 通過復制保護，可綁定 SIMATIC 存儲卡的程序塊和序列號：只有在將配置的存儲卡插到 CPU 中時,，該程序塊才可運行,。
  • 4-級 *理念：
    與 HMI 設備的通信也會受到限制。
  • 操作保護：
    控制器識別已改變的或未經*的工程組態(tài)數據的傳輸
• 設計與操作
  • 顯示概覽信息：
    例如,，站名稱,，工廠標識符，位置名稱,，診斷信息,，模塊信息，顯示設置,。
  • 顯示屏上的操作員控制選項：
    設置 CPU 或所連接以太網通信處理器的地址,、設置日期和時間、選擇 CPU 的操作模式,、復位 CPU 至默認設置,、禁用/啟用顯示器、激活保護等級,，確認消息,，備份和恢復項目。
• 集成系統(tǒng)診斷
  • 顯示屏上,、TIA 博途中,、HMI 設備上以及 Web 服務器上以純文本形式一致顯示系統(tǒng)診斷信息（甚至能顯示來自變頻器的消息），即使 CPU 處于停止模式也會進行更新,。
  • 集成在 CPU 的固件中,，無須進行特殊組態(tài)。
• SIMATIC 存儲卡(用來運行 CPU)
  • 用作插入式裝載存儲器,，或用于更新固件,。
  • 還可用于存儲附加文檔或 csv 文件（用于配方和歸檔）
  • 通過用戶程序的系統(tǒng)函數創(chuàng)建數據塊實現數據存儲/讀取
• 數據記錄（歸檔）和配方
  • 配方和歸檔以 csv 文件保存在 SIMATIC 存儲卡中,；
    便于使用 Office 工具或通過 web 服務器，訪問工廠運行數據
  • 通過 Web 瀏覽器或 SD 讀卡器,，可方便地訪問機器的組態(tài)數據（與控制器之間的雙向數據交換）
• 編程
  • 使用 STEP 7 Professional V13 SP 1 UPD 4 或更高版本進行編程
  • 用于從 SIMATIC S7-300/S7-400 移植到 S7-1500 的移植工具,；可基本上自動轉換程序代碼。記錄不可轉換的代碼,，并可以手動進行調整,。
  • 通過復制與粘貼操作，可將 S7-1200 基本程序傳送到 S7-1500