| 西門子6ES7321-1FF10-0AA0DI數(shù)字里輸入模塊 |
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湖南迪碩自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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西門子6ES7321-1FF10-0AA0DI數(shù)字里輸入模塊
湖南迪碩自動(dòng)化設(shè)備有限公司
6ES7 317-2AJ10-0AB0
、問(wèn)題提出 近幾年來(lái)PLC新興的應(yīng)用領(lǐng)域
(1) 近年來(lái)，和利時(shí)礦用PLC產(chǎn)品的不斷推陳出新，以其可靠性、高性能等優(yōu)勢(shì)得到了用戶的廣泛認(rèn)可。和利時(shí)礦用PLC產(chǎn)品大量應(yīng)用于低壓饋電開(kāi)關(guān)、高壓配電裝置、組合開(kāi)關(guān)、負(fù)荷中心等產(chǎn)品，正逐步替代單片機(jī)保護(hù)器和普通PLC類產(chǎn)品，裝備和利時(shí)礦用PLC開(kāi)始成為一些礦用設(shè)備公司產(chǎn)品的賣點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
(2) 利用PLC來(lái)開(kāi)發(fā)新型的集熱式太陽(yáng)能熱水器，可以克服傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器存在受氣候影響大、水溫不穩(wěn)定等缺陷，還可以對(duì)多個(gè)用戶集中供水。采用西門子S7-200 系列PLC 進(jìn)行控制操作，配合相應(yīng)的溫度、液位和流量傳感器及PLC的模擬量輸入擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)對(duì)集熱式太陽(yáng)能熱水器中水溫、水位和流量的控制。同時(shí)，PLC與西門子文本顯示器T D400 集成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，對(duì)集熱式熱水器內(nèi)部的水溫和水位進(jìn)行實(shí)時(shí)在線顯示和設(shè)置。
(3) 隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，自動(dòng)門在日常生活中也得到了廣泛的應(yīng)用。過(guò)去的自動(dòng)門系統(tǒng)一般采用邏輯控制模塊控制，因故障率高、可靠性低、維修不方便等原因而逐步被淘汰。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中選用三菱PLC作為控制器，以一個(gè)發(fā)射的超聲開(kāi)關(guān)和一個(gè)接收的光電開(kāi)關(guān)作為此系統(tǒng)的輸入設(shè)備，兩套不同的傳感器輸入控制信號(hào)給PLC，利用PLC對(duì)系統(tǒng)的編碼表、I/O分配表和自動(dòng)門的動(dòng)作過(guò)程等實(shí)施控制，從而實(shí)現(xiàn)控制門的開(kāi)放或關(guān)閉( 上升或下降) 。
其他還有很多新應(yīng)用領(lǐng)域如：物聯(lián)網(wǎng)，市政，新能源發(fā)電，智能樓宇電量采集，醫(yī)療系統(tǒng)配電電源等，就不一一列舉了。 PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。（1）系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機(jī)。編譯程序用來(lái)把程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。診斷程序用來(lái)診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預(yù)。 （2）用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制的需要，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序，用以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。用戶程序由用戶用編程器鍵入到PLC內(nèi)存。小型PLC的用戶程序比較簡(jiǎn)單，不需要分段，而是順序編制的。大中型PLC的用戶程序很長(zhǎng)，也比較復(fù)雜，為使用戶程序編制簡(jiǎn)單清晰，可按功能結(jié)構(gòu)或使用目的將用戶程序劃分成各個(gè)程序模塊。按模塊結(jié)構(gòu)組成的用戶程序， 每個(gè)模塊用來(lái)解決一個(gè)確定的技術(shù)功能，能使很長(zhǎng)的程序編制得易于理解，還使得程序的調(diào)試和修改變得很容易。 對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床PLC中的用戶程序由機(jī)床制造廠提供，并已固化到用戶 EPROM中，機(jī)床用戶不需進(jìn)行寫入和修改，只是當(dāng)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)機(jī)床廠提供的梯形 圖和電氣原理圖，來(lái)查找故障點(diǎn)，進(jìn)行維修。 根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。 2 ． 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟， 1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟 （ 1 ）深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求 a ．被控對(duì)象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過(guò)程。 b ．控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這種可化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。 （ 2 ）確定 I/O 設(shè)備 根據(jù)被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 （ 3 ）選擇合適的 PLC 類型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （ 4 ）分配 I/O 點(diǎn) 分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 （ 5 ）設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 （ 6 ）將程序輸入 PLC 當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過(guò)上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 （ 7 ）進(jìn)行軟件測(cè)試 程序輸入 PLC 后，應(yīng)先進(jìn)行測(cè)試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可先進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來(lái)總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。 （ 9 ）編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說(shuō)明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。 三、 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(duì)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(guó)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(wú)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(lái)考慮。 （ 1 ）對(duì)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(duì)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(guò)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(wèn)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(jí)，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(duì)存儲(chǔ)容量的選擇 對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開(kāi)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(lái)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(lái)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。最后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。對(duì)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(duì) 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(duì)開(kāi)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(wèn)題。但對(duì)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(wèn)題。 （ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對(duì) 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(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)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(jí)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(duì)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(guò)編程器的方式選擇開(kāi)關(guān)來(lái)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，而不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。專用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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(gòu)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(duì) 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。 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(duì)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(cè)，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊(cè)。 （ 2 ）部輔助繼電器 內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)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(shuō)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(cè)。 （ 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(jiàn)有關(guān)操作手冊(cè)。 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(jiàn)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。 西門子SM321數(shù)字量輸入模塊6ES7321-1FF10-0AA0 STEP7-Mirco/WIN編程元素及項(xiàng)目組件
s7-200的三種程序組織單位（POU）指主程序、子程序和中斷程序。STEP 7-Micro/WIN為每個(gè)控制程序在程序編輯器窗口提供分開(kāi)的制表符，主程序總是第一個(gè)制表符，后面是子程序或中斷程序。 一個(gè)項(xiàng)目（Project）包括的基本組件有程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號(hào)表、狀態(tài)圖表、交叉引用表。程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊須下載到PLC，而符號(hào)表、狀態(tài)圖表、交叉引用表不下載到PLC。 程序塊由可執(zhí)行代碼和注釋組成，可執(zhí)行代碼由一個(gè)主程序和可選子程序或中斷程序組成。程序代碼被編譯并下載到PLC，程序注釋被忽略。 2 2 在“指令樹(shù)”中 右擊“程序塊”圖標(biāo)可以插入子程序和中斷程序。 數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)（包括初始內(nèi)存值和常數(shù)值）和注釋兩部分組成。 數(shù)據(jù)被編譯后，下載到可編程控制器，注釋被忽略。 系統(tǒng)塊用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，包括通信口配置信息、保存范圍、模擬和數(shù)字輸入過(guò)濾器、背景時(shí)間、密碼表、脈沖截取位和輸出表等選項(xiàng)。系統(tǒng)塊如圖1所示。 2 2 單擊“瀏覽欄”上的“系統(tǒng)塊”按鈕，或者單擊“指令樹(shù)”內(nèi)的“系統(tǒng)塊”圖標(biāo)，可查看并編輯系統(tǒng)塊。 系統(tǒng)塊的信息須下載到可編程控制器，為PLC提供新的系統(tǒng)配置。
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