西門子6ES7314-6CH04-0AB0型號規(guī)格

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)控制應用而設計制造的。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邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經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的基本結構 




PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構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據；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場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，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，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據寄存器內。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)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，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構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。



b、存儲器
存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。
存放應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*得電源系統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。



3、PLC的工作原理



一. 掃描技術

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)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。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成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(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)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據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)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。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)行的結果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區(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響應時間

為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。

為了能實現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)。

以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統滿的多，其響應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響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統有關輸出端信號的改變所需的時間。其最短的I/O響應時間與最長的I/O響應時間

. 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，動作速度由畫面設定，由相應的變頻器控制輸出。

3. 項目當中使用的西門子自動化產品的型號、數量、類型、何種控制對象

4. 照片

新瑞SR150型壓鑄機

二、控制系統構成

1. 硬件配置、系統結構及選擇依據

　　　系統由HMI和S7-300型PLC構成。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。系統需要高速采集大量的數據進行顯示、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，還可以產生硬件中斷。

2. 附加系統的硬件配置圖，網絡結構圖，應用中的監(jiān)視畫面。

輔機系統主要是由3個機械手構成：噴霧機械手、給湯機械手和取件機械手。他們根據壓鑄機的動作循環(huán)，在相應的位置進行動作。

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，已經可以滿足系統的要求。