西門子6ES7515-2TM01-0AB0技術(shù)參數(shù)
PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 ． PLC 型號(hào)的選擇
在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前,，要詳細(xì)了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制,。
在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器,、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等）,、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁,、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制,、 PID 調(diào)節(jié)等）,、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下,，使用 PLC 控制是很必要的,。
目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品,，使用戶眼花繚亂,、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊,、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的,。一般選擇機(jī)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(shè)備資源的浪費(fèi),。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮。
（ 1 ）對輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇
盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi),。
要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù),，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)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(diǎn)數(shù)。
另外要注意,，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制,，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60 ％； PLC 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的,，有的 PLC 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)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(shí)要考慮這些問題,。
PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式,、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)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(diǎn)的價(jià)格較高,。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離,，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。
（ 2 ）對存儲(chǔ)容量的選擇
對用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算,。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中,，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來估算；計(jì)數(shù)器 / 定時(shí)器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個(gè)估算,；有運(yùn)算處理時(shí)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(chǔ)容量來估算,；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算,。后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量,。對缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者,，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。
（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇
PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)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(shí)間延遲（一般在 2 ～ 3 個(gè)掃描周期）等,。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求,，可不必考慮 I/O 響應(yīng)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(gè)問題,。
（ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型
不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求,。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載,，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的,，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn),，如導(dǎo)通壓降小,，有隔離作用，價(jià)格相對較便宜,，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流,、可直流）且電壓等級范圍大等,。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)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(jī)和編程器共用一個(gè) CPU ,，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài),。編程狀態(tài)時(shí),， CPU 只為編程器服務(wù),，而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。編程器編程屬于這種情況,。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè) CPU ,，主機(jī)的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個(gè)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(jī),，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程,，也能實(shí)現(xiàn)在線編程,。在線編程需購置計(jì)算機(jī)，并配置編程軟件,。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定,。
（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型
若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能,，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC ,、上位計(jì)算機(jī)及 CRT 等的接口。大,、中型機(jī)都有通信功能,，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。
（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇
在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下,，整體式比模塊式價(jià)格低,。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊）,，容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn),，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。
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2 ．分配輸入 / 輸出點(diǎn)
一般輸入點(diǎn)和輸入信號(hào),、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對應(yīng)的,。
分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào),，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào),，即進(jìn)行編號(hào)。
在個(gè)別情況下,，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的,，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)）,，然后再接到輸入點(diǎn),。
（ 1 ）確定 I/O 通道范圍
不同型號(hào)的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的,，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號(hào),，查閱相應(yīng)的編程手冊,，決不可“張冠李戴"。必須參閱有關(guān)操作手冊,。
（ 2 ）部輔助繼電器
內(nèi)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(shí)器 / 計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用,。
從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器,。
未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 ： 1 鏈接時(shí)的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用,。根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要，應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器,，在設(shè)計(jì)說明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途,，避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊,。
（ 3 ）分配定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器
PLC 的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊,。
7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟
7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法
在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了,。編制 PLC 控制程序的方法很多,，這里主要介紹幾種典型的編程方法。
1. 圖解法編程
圖解法是靠畫圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì),。常見的主要有梯形圖法,、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法,。
(1) 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序,。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近,。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語言,。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是方便的一種編程方法,。
(2) 邏輯流程圖法：邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過程,，反應(yīng)輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程,，用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖,。這種方法編制的 PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及聯(lián)鎖條件明確,。邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清楚，便于分析控制程序,，便于查找故障點(diǎn),，便于調(diào)試程序和維修程序,。有時(shí)對一個(gè)復(fù)雜的程序，直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手,，則可以先畫出邏輯流程圖,，再為邏輯流程圖的各個(gè)部分用語句表和梯形圖編制 PLC 應(yīng)用程序。
(3) 時(shí)序流程圖法：時(shí)序流程圖法使首先畫出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖（即到某一個(gè)時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時(shí)序圖）,，再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖,，后把程序框圖寫成 PLC 程序。時(shí)序流程圖法很適合于以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法,。
(4) 步進(jìn)順控法：步進(jìn)順控法是在順控指令的配合下設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序,。一般比較復(fù)雜的程序，都可以分成若干個(gè)功能比較簡單的程序段,，一個(gè)程序段可以看成整個(gè)控制過程中的一步,。從整個(gè)角度去看，一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個(gè)步組成的,。系統(tǒng)控制的任務(wù)實(shí)際上可以認(rèn)為在不同時(shí)刻或者在不同進(jìn)程中去完成對各個(gè)步的控制,。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進(jìn)順控指令,。在畫完各個(gè)步進(jìn)的狀態(tài)流程圖之后,，可以利用步進(jìn)順控指令方便地編寫控制程序。
2. 經(jīng)驗(yàn)法編程
經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序,，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序"。結(jié)合自己工程的情況,，對這些“試驗(yàn)程序"逐一修改,，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗(yàn),，有的是來自自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),，有的可能是別人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就需要日積月累,，善于總結(jié),。
3. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過 PLC 編程軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線或在線編程,、離線仿真和在線調(diào)試等等,。使用編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試,，使用編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取,、加密以及形成 EXE 運(yùn)行文件。
7.3.2 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟
在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上，就要實(shí)際地編寫 PLC 程序了,。編寫 PLC 程序和編寫其他計(jì)算機(jī)程序一樣,，都需要經(jīng)歷如下過程。
1. 對系統(tǒng)任務(wù)分塊
分塊的目的就是把一個(gè)復(fù)雜的工程,，分解成多個(gè)比較簡單的小任務(wù),。這樣就把一個(gè)復(fù)雜的大問題化為多個(gè)簡單的小問題。這樣可便于編制程序,。
2. 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖
從邏輯關(guān)系圖上,，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又英國導(dǎo)出哪些動(dòng)作,。這個(gè)邏輯關(guān)系可以是以各個(gè)控制活動(dòng)順序?yàn)榛鶞?zhǔn),，也可能是以整個(gè)活動(dòng)的時(shí)間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動(dòng),，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系,。
3. 繪制各種電路圖
繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計(jì)的地址和名稱起來,。這是很關(guān)鍵的一步,。在繪制 PLC 的輸入電路時(shí)，不僅要考慮到信號(hào)的連接點(diǎn)是否與命名*,，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適,，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端,，把高壓引入 PLC 輸入端,，會(huì)對 PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時(shí),，不僅要考慮到輸出信號(hào)的連接點(diǎn)是否與命名*,，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力。此外,，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題,。在整個(gè)電路的繪制中，還要考慮設(shè)計(jì)的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性,。雖然用 PLC 進(jìn)行控制方便,、靈活。但是在電路的設(shè)計(jì)上仍然需要謹(jǐn)慎,、全面,。因此，在繪制電路圖時(shí)要考慮周全,，何處該裝按鈕,，何處該裝開關(guān),，都要一絲不茍。
4. 編制 PLC 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試
在繪制完電路圖之后,，就可以著手編制 PLC 程序了,。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時(shí),，除了要注意程序要正確、可靠之外,，還要考慮程序要簡捷,、省時(shí)、便于閱讀,、便于修改,。編好一個(gè)程序塊要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這樣便于查找問題,，便于及時(shí)修改,，不要整個(gè)程序完成后一起算總帳。
5. 制作控制臺(tái)與控制柜
在繪制完電器,、編完程序之后,，就可以制作控制臺(tái)和控制柜了。在時(shí)間緊張的時(shí)候,，這項(xiàng)工作也可以和編制程序并列進(jìn)行,。在制作控制臺(tái)和控制柜的時(shí)候要注意選擇開關(guān)、按鈕,、繼電器等器件的質(zhì)量,，規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全,、可靠,。比如說屏蔽問題、接地問題,、高壓隔離等問題必須妥善處理,。
6. 現(xiàn)場調(diào)試
現(xiàn)場調(diào)試是整個(gè)控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計(jì)很難說不經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試就能使用的,。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處,；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試才能后實(shí)地測試和后調(diào)整控制電路和控制程序,，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求,。
7. 編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運(yùn)行
經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以后，控制電路和控制程序基本被確定了,，整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件基本沒有問題了,。這時(shí)就要全面整流技術(shù)文件,，包括整理電路圖、 PLC 程序,、使用說明及幫助文件,。到此工作基本結(jié)束
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