西門子PLC模塊EM231CN

西門子PLC模塊EM231CN

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1. 按I/O點(diǎn)數(shù)和功能分類
     可編程控制器用于對(duì)外部設(shè)備的控制，外部信號(hào)的輸入、PLC的運(yùn)算結(jié)果的輸出都要通過(guò)PLC輸入輸出端子來(lái)進(jìn)行接線，輸入、輸出端子的數(shù)目之和被稱作PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱I/O點(diǎn)數(shù)。
    由I/O點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC的I/O點(diǎn)數(shù)分成小型、中型和大型。
    小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，以開關(guān)量控制為主，具有體積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。可用于開關(guān)量的控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)的控制、順序控制及少量模擬量的控制場(chǎng)合，代替繼電器-接觸器控制在單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中使用。
    中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在256～1024之間，功能比較豐富，兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的邏輯控制和閉環(huán)過(guò)程的控制。
    大型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上。用于大規(guī)模過(guò)程控制，集散式控制和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。
    2. 按結(jié)構(gòu)形式分類
    PLC可分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩大類。
    整體式PLC是將CPU、存儲(chǔ)器、I/O部件等組成部分集中于一體，安裝在印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)整體，通常稱為主機(jī)或基本單元。整體式結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。一般小型或超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。
     模塊式PLC是把各個(gè)組成部分做成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。各模塊作成插件式，并將組裝在一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機(jī)架內(nèi)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝配和維修方便，易于擴(kuò)展。一般大中型的PLC都采用這種結(jié)構(gòu)。

    為此,本文提出一種基于RT-Linux操作系統(tǒng)的嵌入式PLC,利用RT-Linux的開放性、模塊化和可擴(kuò)展性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性和多線程/多任務(wù)的系統(tǒng)環(huán)境,在保證實(shí)時(shí)性的同時(shí),使故障風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)分散。

    數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC的硬件結(jié)構(gòu)

    數(shù)控系統(tǒng)硬件建立在通用工業(yè)PC的開放體系之上,數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC硬件包括:工控機(jī)及其外圍設(shè)備,基于ISA總線的開關(guān)量輸入輸出接口卡,光電隔離模塊,繼電器輸出模塊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。    

    工控機(jī)采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面、數(shù)控代碼處理、軌跡規(guī)劃、參數(shù)管理以及PLC控制都通過(guò)工控機(jī)由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),不需要獨(dú)立的PLC控制器,減少了數(shù)控系統(tǒng)對(duì)硬件的依賴,有利于提高系統(tǒng)的開放性。

    I/O輸入輸出信息通過(guò)PC機(jī)I/O接口卡實(shí)現(xiàn)主機(jī)與伺服接口模塊和I/O接口模塊之間的信息交換,PC機(jī)I/O接口卡基于ISA或者PCI總線。

軟起動(dòng)器還具有其它集成式功能，如可調(diào)限流、電機(jī)過(guò)載和本征設(shè)備保護(hù)及可選熱敏電阻電機(jī)保護(hù)。由于這些功能，無(wú)需再購(gòu)買和安裝如過(guò)載繼電器等保護(hù)設(shè)備，因此，電機(jī)額定值越 高，這些功能也越重要。 內(nèi)部本征設(shè)備保護(hù)可防止晶閘管熱過(guò)載及功率方面的缺陷。另一個(gè)選擇，可使用半導(dǎo)體保險(xiǎn)絲防止晶閘管短路。 由于集成式狀態(tài)監(jiān)控和故障監(jiān)控，該緊湊型軟起動(dòng)器具有許多不同的診斷功能。 使用 4 個(gè) LED 和繼電器輸出，來(lái)指示工作狀態(tài)以及電源或相位故障、負(fù)載缺失、不允許的脫扣時(shí)間/等級(jí)設(shè) 置、熱過(guò)載或設(shè)備故障等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和診斷。 起動(dòng)器額定功率達(dá) 250 kW（400 V 時(shí)），可用于三相電網(wǎng)中的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。超小外形尺寸、低功率損耗和簡(jiǎn)單起動(dòng)僅僅是 SIRIUS 3RW40 軟起動(dòng)器的眾多優(yōu)點(diǎn)中的三個(gè)。 “增安型”防護(hù) EEx e，符合 ATEX 指令 94/9/EU S0 到 S12 規(guī)格的 3RW40 軟起動(dòng)器適合起動(dòng)帶“增安”型保護(hù) EExe 的防爆電機(jī)。 關(guān)于產(chǎn)品目錄 IC 10 中的 SIRIUS 開關(guān)單元，請(qǐng)參見“附錄”->“標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證”->“防爆認(rèn)證”。 功能性 緊湊型 SIRIUS 3RW40 軟起動(dòng)器所需的空間僅為用于比較額定值 wye-delta 起動(dòng)的接觸器所需空間的三分之一。這不僅節(jié)約了控制柜和標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌的空間，還*省去了 wye-delta 起動(dòng) 器所需的布線工作。

PLC有兩種基本的工作模式，即運(yùn)行(RUN)模式與停止(STOP)模式。在運(yùn)行模式，PLC通過(guò)反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。

除了執(zhí)行用戶程序外，在每次循環(huán)過(guò)程中， PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段（見圖1-5）。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度*，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。

在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU．模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些其它內(nèi)部工作。

在通信服務(wù)階段，PLC與其它的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。

  當(dāng)PLC處于停止(STOP)模式時(shí)，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運(yùn)行(RUN)模式時(shí)，還要完成另外三個(gè)階段的操作。

    在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。

   在輸入處理階段，PLC把所有外部輸入電路的接通，斷開狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。 外部輸入電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為l狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外部輸入觸點(diǎn)電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。

PLC的控制方式屬于存儲(chǔ)程序控制，其控制功能是通過(guò)存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，若要對(duì)控制功能作必要修改，只需改變控制程序即可，這就實(shí)現(xiàn)了控制的軟件化。可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)在于"可"字，從軟件來(lái)講，其控制程序可編輯、可修改；從硬件上講，其外部設(shè)備配置可變。構(gòu)建一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的重心就在于控制程序的編制，但外部設(shè)備的選用也將對(duì)程序的編制產(chǎn)生影響。因此在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際需要，硬、軟件綜合考慮。本文就硬、軟兩方面，選取梯形圖為編程語(yǔ)言，以松下電工FPO-C32型PLC為例，對(duì)PLC使用過(guò)程中易出現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題及解決方法進(jìn)行了分析。