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模拟量输入单元
传感器将被控对象中连续变化的物理量(例如温度、压力、**、速度等)转换成对应的连续电量(电压或电流)并送给PLC,PLC的模拟量输入单元将其转换成数字量后,CPU可对其进行运算处理。模拟量输入单元的核心部件是A-D转换器,对于多路输入的模块,需要多路开关配合使用。
模拟量输入信号可以是电压或电流,在选型时要考虑输入信号的范围以及系统要求的A-D转换精度。常见的输入范围有DC±10V、0~10V、±20mA、4~20mA等,转换精度有8位、10位、11位、12位、16位等,PLC生产厂家的相关技术手册都会提供这些参数。选型时还需要考虑接线形式是否与传感器匹配。
浔之漫智控技术(上海)有限公司
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PLC的品种繁多,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等各有特点,适用场合也各有侧重。站在硬件选型的角度,需要考虑的是设备容量与性能是否与任务相适应;要看PLC运行速度是否能够满足实时控制的要求。
所谓设备容量,主要是指系统I/O点数的多少以及扩充的能力。对于纯开关量控制的应用系统,如果对控制速度的要求不高,比如单台机械的自动控制,可选用小型一体化PLC,例如三菱公司的FX2N系列PLC。
对于以开关量控制为主,带有部分模拟量控制的应用系统,如工业中常遇到的温度、压力、**、液位等,应配备模拟量I/O(AI/AO),并且选择运算功能较强的小型PLC,例如西门子公司的S7-200系列PLC。
对于比较复杂,控制功能要求较高的系统,比如需要PID调节、位置控制、高速计数、通信联网等功能时,应当选用中、大型PLC,这一类PLC多为模块式结构,除了基本的模块外,还提供专用的特殊功能模块。当系统的各个部分分布在不同的地域时,可以利用远程I/O组成分布式控制系统。适合这一类型的产品有西门子公司的S7-300/400系列PLC等。
PLC的输出控制相对于输入的变化总是有滞后的,大可至2~3个循环周期,这对于一般的工业控制是允许的。但有些系统的实时性要求较高,不允许有较大的滞后时间,在这种要求比较高的场合,必须格外重视PLC的指令执行速度指标,选择高性能、模块式结构的PLC较为理想。例如西门子公司的S7-300/400PLC,浮点运算指令的执行时间可以达到微秒级,另一个好处是可以配备专用的智能模块,这些模块都自带CPU独立完成操作,可大大**控制系统的实时性。
PLC的程序结构
控制一个任务或过程,是通过在RUN方式下,使主机循环扫描并连续执行用户程序来实现的,用户程序决定了一个控制系统的功能。程序的编制可以使用编程软件在计算机或其他专用编程设备中进行,也可使用手编器。广义上的PLC程序由三部分构成:即用户程序、数据块和参数块。
(1)用户程序
用户程序是必选项。用户程序在存储器空间中也称为组织块,它处于高层次,可以管理其他块,它是用各种语言(如STL、LAD或FBD等)编写的用户程序。不同机型的CPU,其程序空间容量也不同。用户程序的结构比较简单,一个完整的用户控制程序应当包含一个主程序、若干子程序和若干中断程序三部分。不同编程设备,对各程序块的安排方法也不同。
(2)数据块
数据块为可选部分,它主要存放控制程序运行所需的数据。
(3)参数块
参数块也是可选部分,它存放的是CPU组态数据,如果在编程软件或其他编程工具上未进行CPU的组态,则系统以默认值进行自动配置。第六节PLC的性能指标及分类
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
根据PLC的结构形式,可将PLC分为整体式和模块式两类。
(1)整体式PLC
整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口,以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等,没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以扩展。
(2)模块式PLC
模块式PLC是将PLC各组成部分,分别做成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成,模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活,可根据需要选配不同规模的系统,装配方便,便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来,构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块,但它们之间是靠电缆进行连接,并且各模块可以一层层地叠装。这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧。二、按功能分类
根据PLC所具有的功能不同,可将PLC分为低档、中档、三类。
(1)低档PLC
具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可以有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
(2)中档PLC
除具有低档PLC的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能,适用于复杂控制系统。
(3)PLC
除具有中档机的功能外,还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。PLC具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。
S7系列是传统意义的PLC产品,其中的S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单场合,也可以用于复杂的自动控制系统。S7-300系列是模块化的中小型PLC,多可以扩展32个模块,适用于中等性能的控制要求。S7-400是具有中高性能的PLC,采用模块化无风扇设计,可以扩展200多个模块,适用于对可靠性要求极高的大型复杂控制系统。S7-300/400可以组成MPI(多点接口)、PROFIBUS网络和工业以太网等。
SIMATICM7-300/400PLC采用与S7-300/400相同的结构,它可以作为CPU或功能模块使用。其显著特点是具有AT兼容计算机的功能,使用S7-300/400的编程软件STEP7和可选的M7软包,可以用C、C++或CFC(ContinuousFunctionChart,连续功能图)这类语言来对M7-300/400PLC编程。M7适合于需要处理的数据量大,对数据管理、显示和实时性有较高要求的系统使用。