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西門子6SL3210-1KE17-5UP1西門子6SL3210-1KE17-5UP1西門子6SL3210-1KE17-5UP1西門子S7-300PLC應(yīng)用技術(shù) 上海施承電氣自動(dòng)化有限公司 聯(lián)系人:萬(wàn)工 電話:18621018503、021-31662620 QQ:994020680
的PLC產(chǎn)品。以此來(lái)提高產(chǎn)品的性能和降低產(chǎn)品的成本,提高產(chǎn)品的易用性和專業(yè)化水平。 2、規(guī)模向小型化和大型化的方向發(fā)展,小型化是指提高系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)上,產(chǎn)品的體積越來(lái)越小,功能越來(lái)越強(qiáng);大型化是指應(yīng)用在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域較大的應(yīng)用市場(chǎng),應(yīng)用的規(guī)模從幾十點(diǎn)擴(kuò)展到上千點(diǎn),應(yīng)用功能從單一的邏輯運(yùn)算擴(kuò)展幾乎能滿足所有的用戶要求。 3、系統(tǒng)向標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放化方向發(fā)展,以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),在windows平臺(tái)上開(kāi)發(fā)符合全新一體化開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的PLC。通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放化的接口,可以很方便地將PLC接入其它系統(tǒng)[2]。 2.2 PLC的功能特點(diǎn) 2.2.1 PLC的功能 隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展,PLC的功能日益增多。它不僅能實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制,而且能實(shí)現(xiàn)多機(jī)群控制;不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制,還能實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)處理等,其主要功能如下: 1、開(kāi)關(guān)量邏輯控制 這是PLC的最基本的功能。PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力,它提供了與、或、非等各種邏輯指令,可實(shí)現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)等各種連接的開(kāi)關(guān)控制,常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。使用PLC提供的定時(shí)、計(jì)數(shù)指令,可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)功能,其定時(shí)值和計(jì)數(shù)值既可由用戶在編程時(shí)設(shè)定,也可用數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定,其值可進(jìn)行在線修改,操作十分靈活方便。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,有許多連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。PLC提供了各種智能模塊,如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻用模擬量輸入模塊、熱電阻用模擬量輸出模塊等,通過(guò)使用這些模塊,把現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送CPU處理;而CPU處理的數(shù)字結(jié)果,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備,以完成對(duì)連續(xù)量的控制。 3、閉環(huán)過(guò)程控制 使用PLC不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制,而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。配置PID西門子6SL3210-1KE17-5UP1西門子6SL3210-1KE17-5UP1 控制單元或模塊,對(duì)控制過(guò)程中某一變量(如速度、溫度、電流、電壓等)進(jìn)行PID控制。 4、定時(shí)、定位、計(jì)數(shù)控制 PLC具有定時(shí)控制的功能,它為用戶提供了若干個(gè)定時(shí)器,定時(shí)器的時(shí)間可以由用戶在編寫程序時(shí)設(shè)定,也可以用撥盤開(kāi)關(guān)在外部設(shè)定,實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制。定位控制是PLC不可缺少的控制功能之一。PLC提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊,以實(shí)現(xiàn)各種需求的定位控制。PLC具有計(jì)數(shù)控制的功能,它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器或高速計(jì)數(shù)模塊。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫程序時(shí)設(shè)定,也可以用撥盤開(kāi)關(guān)在外部設(shè)定,實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)控制。 5、順序(步進(jìn))控制 在工業(yè)控制中,選用PLC實(shí)現(xiàn)順序控制,可以采用IEC規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言——順序功能圖進(jìn)行設(shè)計(jì),可以用移位寄存器和順序控制指令編寫程序。 6、網(wǎng)絡(luò)通信 現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能,它既可以對(duì)遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行控制,又能實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信,從而構(gòu)成“集中管理,分散控制”的分布式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。PLC通過(guò)RS232接口可與各種RS232設(shè)備進(jìn)行通信。PLC還可與其它智能控制設(shè)備(如變頻器、數(shù)控裝置)實(shí)現(xiàn)通信。PLC與變頻器組成聯(lián)合控制系統(tǒng),可提高交流電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化控制水平。 7、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,或?qū)⑺鼈兇蛴≈票韀2]。 2.2.2 PLC的特點(diǎn) 1、通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,具有面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)。通過(guò)選配相應(yīng)的控制模塊便可適用于各種不同的工業(yè)控制系統(tǒng)。同時(shí),由于PLC采用存儲(chǔ)邏輯,其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中,當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時(shí),不必改變
西門子6SL3210-1KE17-5UP1西門子6SL3210-1KE17-5UP1西門子6SL3210-1KE17-5UP1 槽和3號(hào)槽上。一條導(dǎo)軌共有11個(gè)槽號(hào):1號(hào)槽至11號(hào)槽,其中4號(hào)槽至11號(hào)槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如:DI(數(shù)字量輸入)、DO(數(shù)字量輸出)、AI(模擬量輸入)、AO(模擬量輸出)、FM(功能模塊)和CP(通信模塊)等[3]。 2.3.2 S7-300 CPU模塊 CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)系統(tǒng)的中央控制責(zé)任,存儲(chǔ)并執(zhí)行程序,實(shí)現(xiàn)通信功能,為U形總線提高5V電源。 CPU有4種操作模式:STOP(停機(jī)),STARTUP(啟動(dòng)),RUN(運(yùn)行)和HOLD(保持)。在所有的模式中,都可以通過(guò)MPI接口與其他設(shè)備通信。 S7-300的CPU模塊大致可以分為以下幾類: 1、6種緊湊型CPU,帶有集成的功能和I/O:CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。 2、革新的標(biāo)準(zhǔn)型CPU:CPU 312、314和315-2DP。 3、5種標(biāo)準(zhǔn)的CPU:CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。 4、戶外型CPU:CPU 312 IFM、314 IFM、314戶外型和315-2DP。 5、大容量高端型CPU:317-2DP和CPU 318-2DP。 6、主從接口安全型CPU:CPU 315F-2DP[3]。 2.3.3 S7-300的模擬量輸入模塊 在生產(chǎn)過(guò)程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來(lái)測(cè)量或控制。有的是非電量,例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強(qiáng)電量,例如發(fā)電機(jī)組的電流、電壓、有功功率和無(wú)功功率等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的量程的直流電流和直流電壓信號(hào),例如DC1~5V和DC4~20mA。 模擬量輸入模塊用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào),其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般都是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓,直流電流信號(hào)。 模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值,模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼來(lái)表示最高位為符號(hào)位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分?jǐn)?shù)表示的模擬量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:雙極性模擬量量程的上下限(100%和-100%)分別對(duì)應(yīng)模擬值27648和-27648。單極性模擬量量程的上下限(100%和0%)分別對(duì)應(yīng)于模擬值27648和0[3]。
2.4 程序設(shè)計(jì)功能模塊 本程序的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)水箱液位的在線控制而設(shè)計(jì)的,利用PID控制方式,使下水箱液位達(dá)到控制要求。本人設(shè)計(jì)了兩套系統(tǒng),一個(gè)是單閉環(huán)的一個(gè)是三閉環(huán)的,對(duì)其控制效果進(jìn)行比較,得出兩系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)。下面對(duì)本程序的設(shè)計(jì)作詳細(xì)介紹。在本程序中,使用的主要模塊有:OB35,DB41,DB42, DB43,DB44,DB1,OB1和FB41。 2.4.1 OB35模塊 S7 CPU提供循環(huán)中斷OB,可用于按一定間隔中斷循環(huán)程序的執(zhí)行,循環(huán)中斷按間隔觸發(fā),間隔的時(shí)間是從STOP狀態(tài)到RUN時(shí)開(kāi)始計(jì)算。 時(shí)間間隔不能小于5ms,如果時(shí)間間隔過(guò)短,還沒(méi)有執(zhí)行完循環(huán)中斷程序又開(kāi)始調(diào)用它,將會(huì)產(chǎn)生時(shí)間錯(cuò)誤事件。在本程序中,使用循環(huán)中斷OB35,其默認(rèn)的時(shí)間間隔為100ms,程序運(yùn)行后每隔100ms將自動(dòng)調(diào)用一次OB35,周期性地執(zhí)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID運(yùn)算程序[3]。 2.4.2 FB41模塊 FB41稱為連續(xù)控制的PID用于控制連續(xù)變化的模擬量,其功能是S7-300提供的標(biāo)準(zhǔn)的已經(jīng)為用戶編制好程序模塊,用戶可以直接調(diào)用它們,以便高效地編制自己的程序,但不能修改這些功能塊。系統(tǒng)功能塊有存儲(chǔ)功能,其變量保存在指定給它的背景數(shù)據(jù)塊中。FB41的框圖如圖2.1所示
(1) 對(duì)設(shè)定值、過(guò)程變量和誤差的處理 設(shè)定值的輸入:浮點(diǎn)數(shù)格式的設(shè)定值用變量SP_INT(內(nèi)部設(shè)定值)輸入。 過(guò)程變量的輸入:可以用兩種方式輸入過(guò)程變量(即反饋值): 1、用PV_IN(過(guò)程輸入變量)輸入浮點(diǎn)格式的過(guò)程變量,此時(shí)開(kāi)關(guān)量PVPER_ON(外圍設(shè)備過(guò)程變量ON)應(yīng)為0狀態(tài)。 2、用PV_PER(外圍設(shè)備過(guò)程變量)輸入外圍設(shè)備(I/O)格式的過(guò)程變量,即用模擬量輸入輸出的數(shù)字值作為PID調(diào)節(jié)的過(guò)程變量,此時(shí)開(kāi)關(guān)量PVPER_ON應(yīng)為1狀態(tài)。 外圍設(shè)備過(guò)程變量轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù):外圍設(shè)備(即模擬量輸入模塊)正常范圍的最大輸出值(100.0%)為27648(6C00H),功能CRP_IN將外圍設(shè)備輸入值轉(zhuǎn)換為-100.0%至100.0%之間的浮點(diǎn)數(shù)格式的數(shù)值,CPR_IN的輸出(以%為單位)用下式計(jì)算: 100/27648 =*PER_PVR_PV (2.1) 外圍設(shè)備過(guò)程變量的標(biāo)準(zhǔn)化:PV_NORM功能用下面的公式將CPR_IN的輸出PV_R格式化:
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