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电源模块的选择
电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言,对于整体式PLC不存在电源模块的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块输出的额定电流必须大于CPU模块、I/O模块和其他特殊模块等消耗电流的总和,还应考虑今后I/O模块的扩展等因素;电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。(5)对存储容量的选择
用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量,用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC控制系统的功能有关,还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者,在完成同一复杂功能时,其程序量可能相差25%之多,对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。
存储器容量是PLC本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用存储单元的大小,程序容量小于存储器容量。在设计阶段,由于用户应用程序还未编制,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来替代。在存储容量选择的应注意对存储器类型的选择。
PLC控制系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成,存储器的容量随机型的大小变化,一般小型机的大存储能力低于6KB,中型机的大存储能力可达64KB,大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型,必要时也可专门进行存储器的扩充设计。
PLC的存储器容量选择和计算的种方法是:根据编程使用的节点数**计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法,用户可根据控制规模和应用目的,按照表2-4的公式来估算。为了使用方便,一般应留有25%~30%的裕量,选择存储容量的佳方法是生成程序,即用了多少字。知道每条指令所用的字数,用户便可确定准确的存储容量。
可编程控制器的等效电路
可编程控制器是一个执行逻辑功能的工业控制装置。为便于理解可编程控制器是怎样完成逻辑控制的,可以用类似于继电器控制的等效电路来描述可编程控制器内部工作情况。
PLC由CPU模块、输入模块和输出模块、电源等组成。CPU模块又称基本模块和主机,是一个完整的控制系统,它可以单独完成一定的控制任务,主要功能是采集输入信号、执行程序、发出输出信号和驱动外部负载。
(1)CPU模块的组成
CPU模块由中央处理单元、存储器单元、输入输出接口单元以及电源组成。
①中央处理单元 中央处理单元(CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU是PLC的核心,它不断采集输入信号,执行用户程序,刷新系统输出。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据,检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并且能够诊断用户程序中的语法错误。
②存储器单元 PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。存放系统软件的存储器称为系统存储器,存放应用软件的存储器称为用户存储器。常用的存储器有RAM、ROM、EEPROM三种。
RAM为随机存取存储器,价格便宜、改写方便,但断电后储存的信息会丢失。ROM为只读存储器,只能读出,不能写入,断电后储存的信息不会丢失。EEPROM为可电擦除可编程的只读存储器,其数据可以读出和改写,断电后信息不会丢失。但EEPROM写入数据的时间比RAM长,改写的次数有限制,一般用来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。
③输入输出接口单元 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路组成,其作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号传递到CPU。
现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路组成,其作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号,例如可以控制接触器线圈等电器的通、断电。
④电源 PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源,使PLC能正常工作。一般交流电压波动在±10%范围内。
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(2)CPU模块的数字量输入输出电路
①数字量输入电路 如图1-1所示,输入采用光电耦合电路,1M是同一组输入点内部电路的公共点。当外部触点接通时,电路中有电流通过,发光二极管发光,使光敏三极管饱和导通;当电流从输入端流入时为漏型输入,则为源型输入。输入电流为数毫安
①数字量扩展模块 当CPU模块I/O点数不能满足控制系统的需要时,用户可对I/O点数进行扩展。数字量扩展模块不能单独使用,需要与CPU模块相连。数字量扩展模块通常有3类,分别为数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。常见扩展模块如图1-4所示。
②模拟量扩展模块 模拟量输入模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出模块将PLC中的多位数字量转换为模拟量电压或电流。
模拟量扩展模块为主机提供了模拟量输入输出功能,适用于复杂控制场合。它通过自身扁平电缆与主机相连,并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类,分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。
③特殊功能扩展模块 当需要完成特殊功能控制任务时,需要用到特殊功能扩展模块。常见的特殊功能扩展模块有通信模块、热电阻和热电偶扩展模块等。
a.通信模块。S7-200 SMARTPLC主机集成1个RS485通信接口和一个以太网接口(CR系列只有以太网接口),为了扩大其接口的数量和联网能力,各PLC还可以接入通信模块。常见的通信模块有PROFIBUS-DP从站模块(EMDP01)、RS485/232信号板(SBCM01)。
PLC控制与接触器控制的比较
在PLC出现以前,以各种继电器为主要元件的电气控制线路,承担着生产过程自动控制的艰巨任务,往往需要由成百上千只各类继电器构成复杂的控制系统,需要数倍于甚至数十倍于继电器数量的导线进行连接。当这些继电器运行时,不仅要消耗大量的电能,还要产生大量的噪声污染。生产中,为了保证控制系统的正常运行,需要安排大量的维护技术人员进行维护与检修,因为有时某个继电器的故障或者是某个继电器的触点接触不好都会影响整个控制系统的正常运行。如果系统出现故障,检查和排除故障是非常艰巨和困难的工作,这完全需要依靠现场电气技术人员长期积累的经验。如果生产工艺发生变化,往往需要增加很多的继电器,重新接线或改线的工作量极大,有些极端情况甚至需要重新设计控制系统,造成大量的人力和资金的投入。如此,这种由继电器实现的控制系统的功能也仅仅局限在能实现粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。市场迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统,使电气控制系统工作更可靠、维修更容易、更能适应经常变化的生产工艺要求。