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西門子6ES7314-6CH04-0AB0型號規(guī)格
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第一節(jié) PLC概念
1,、PLC的基本概念
可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員,，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),，簡稱PLC,，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展,，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器,，簡稱PC,。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC
2,、PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機,，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示：
a. 中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞,。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),；檢查電源、存儲器,、I/O以及警戒定時器的狀態(tài),，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時,，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi),。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行,，直到停止運行,。
為了進一步提高PLC的可*性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),，或采用三CPU的表決式系統(tǒng),。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障,，整個系統(tǒng)仍能正常運行,。
b、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器,。
存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器,。
C、電源
PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用,。如果沒有一個良好的,、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視,。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi),，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。
3,、PLC的工作原理
一. 掃描技術(shù)
當PLC投入運行后,，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣,、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段,。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段,。
(一) 輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi),。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段,。在這兩個階段中,，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變,。因此,，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,，才能保證在任何情況下,，該輸入均能被讀入,。
(二) 用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖),。在掃描每一條梯形圖時,，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右,、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài),；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài),；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即,，在用戶程序執(zhí)行過程中,，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,，而且排在上面的梯形圖,，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反,，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用,。
(三) 輸出刷新階段
當掃描用戶程序結(jié)束后,，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間,，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時,，才是PLC的真正輸出,。
比較下二個程序的異同：
程序1：
程序2：
這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果一樣，但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣,。
※ 程序1只用一次掃描周期,，就可完成對%M4的刷新；
※ 程序2要用四次掃描周期,，才能完成對%M4的刷新,。
這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同,，執(zhí)行的結(jié)果也不同,。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別,。當然,，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略,，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。
一般來說,，PLC的掃描周期包括自診斷,、通訊等，如下圖所示,，即一個掃描周期等于自診斷,、通訊、輸入采樣,、用戶程序執(zhí)行,、輸出刷新等所有時間的總和。
二. PLC的I/O響應(yīng)時間
為了增強PLC的抗干擾能力,，提高其可*性,，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。
為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制,，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式(掃描技術(shù)),。
以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多,，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期,，一般均大于一個掃描周期甚至更長。
所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間,。其最短的I/O響應(yīng)時間與最長的I/O響應(yīng)時間
. 壓鑄機的主要工作原理是壓鑄成型,。在高壓的作用下，使液態(tài)或半液態(tài)的金屬,，以較高的速度填充壓鑄型型腔,，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。系統(tǒng)有2組比例閥：比例壓力和比例流量,，用來控制機器的液壓動作,，如動芯一入、動芯二入,、靜芯入,、動芯一出、動芯二出,、靜芯出,、開模、合模,、頂針進,、頂針退;壓射動作分3步：慢壓射、快壓射和增壓射,，由3個獨立的步進電機調(diào)節(jié)油泵的開口;輔機由噴霧機械手,、給湯機械手和取件機械手組成,，動作速度由畫面設(shè)定，由相應(yīng)的變頻器控制輸出,。
3. 項目當中使用的西門子自動化產(chǎn)品的型號,、數(shù)量、類型,、何種控制對象
4. 照片
新瑞SR150型壓鑄機
二,、控制系統(tǒng)構(gòu)成
1. 硬件配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及選擇依據(jù)
系統(tǒng)由HMI和S7-300型PLC構(gòu)成,。因為有位置,、壓力、速度等曲線需要顯示,，所以選擇了OP270 10,。顯示效果比較好，有操作按鍵,，容易維護;由于需要3路PWM輸出控制步進電機,，所以選擇了CPU313C，幾乎全部利用該CPU的數(shù)字量輸入輸出及模擬量輸入輸出,，性價比非常好;另外,，由于壓射過程非常快,，通常為10-50m/s,，有時甚至可以達到100m/s以上。系統(tǒng)需要高速采集大量的數(shù)據(jù)進行顯示,、分析和比較，因此選擇了SM335模塊,，它的模擬量輸入輸出速度快,、精度高，還可以產(chǎn)生硬件中斷,。
2. 附加系統(tǒng)的硬件配置圖,，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用中的監(jiān)視畫面,。
輔機系統(tǒng)主要是由3個機械手構(gòu)成：噴霧機械手,、給湯機械手和取件機械手。他們根據(jù)壓鑄機的動作循環(huán),，在相應(yīng)的位置進行動作,。
3. 多種可選方案的比較：由于有3個步進電機需要控制，在選擇方案時考慮過用CPU313C加3個FM353模塊,，該模塊是1軸步進電機定位模塊,，最高脈沖頻率可達200KHz,，但此方案成本太高;考慮到本機器對脈沖頻率要求不高，CPU313C模塊中集成的3路PWM輸出脈沖頻率可達2.5KHz,，已經(jīng)可以滿足系統(tǒng)的要求,。