6GK73425DA020XE0
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行 业:电气 工控电器 DCS/PLC系统
发布时间:2021-12-17
西门子PLC控制系统设计的几个步骤
(一)决定系统所需的动作及次序。
当使用可编程控制器时,重要的一环是决定系统所需的输入及输出。输入及输出要求:
(1) 是设定系统输入及输出数目。
(2) 第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。
(二)对输入及输出器件编号
每一输入和输出,包括定时器、计数器、内置寄存器等都有一对应编号,不能混用。
(三)画出梯形图。
根据控制系统的动作要求,画出梯形图。
(四)将梯形图转化为程序
把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码,当完成梯形图以后,下一步是把它的编码编译成可编程控制器能识别的程序。
这种程序语言是由序号(即地址)、指令(控制语句)、器件号(即数据)组成。地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置,指令告诉可编程控制器怎样利用器件作出相应的动作。
(五)在编程方式下用键盘输入程序。
(六)编程及设计控制程序。
(七)测试控制程序的错误并修改。
(八)保存完整的控制程序。
一、移位指令和循环指令概述
1、功能:STEP7移位指令能够将累加器1低字的内容或者整个累加器的内容逐位向左或者向右移动。移动位数由输入值N决定。向左移位相当于累加器的内容乘以2的幂次方;向右移位相当于累加器的内容除以2的N次方。循环指令能够将累加器1整个内容逐位向左或者向右循环移位。
2、分类:
移位指令:字左移指令SHL_W
字右移指令SHR_W
CPU 315-2 DP 安装有:
微处理器;
处理器对每条二进制指令的处理时间大约为 50 ns,每个浮点预算的时间为 0.45 μs。
256 KB 工作存储器(相当于大约 85 K 条指令);
与执行程序段相关的大容量工作存储器可以为用户程序提供足够的空间。作为程序装载存储器的微型存储卡(大为 8 MB)也允许将可以项目(包括符号和注释)保存在 CPU 中。装载存储器还可用于数据归档和配方管理。
灵活的扩展能力;
多达 32 个模块,(4排结构)
MPI多点接口;
集成的 MPI 接口多可以同时建立与 S7-300/400 或编程设备、PC、OP 的 16 条连接。在这些连接中,始终为编程器和 OP 分别预留一个连接。通过“全局数据通讯”,MPI可以用来建立多16个CPU组成的简单网络。
PROFIBUS DP 接口:
带有 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 315-2 DP 可以用来建立高速、易用的分布式自动化系统。对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程).
全面支持 PROFIBUS DP V1 标准。它提高了 DP V1 标准从站的诊断和参数化能力
H 系列是金升阳为客户提供的小体积模块式AC/DC电源模块。该系列电源具有输入电压范围、交直流两用、低功耗、率、高可靠性、安全隔离等优点。产品安全可靠,抗浪涌性能优越,EMC 及安全规格满足IEC/EN61000-4、CISPR22/EN55022、UL60950 和EN60950等标准。其中LH-ER2系列是金升阳为客户提供的第二代电力系统模块式开关电源,防浪涌性能满足4级标准。
开关量模板
6ES7321-1BH02-0AA0开入模块(16点,24VDC)
6ES7321-1BH10-0AA0开入模块(16点,24VDC)
6ES7321-1BH50-0AA0开入模块(16点,24VDC,源输入)
6ES7321-1BL00-0AA0开入模块(32点,24VDC)
6ES7321-7BH01-0AB0开入模块(16点,24VDC,诊断能力)
6ES7321-1EL00-0AA0开入模块(32点,120VAC)
6ES7321-1FF01-0AA0开入模块(8点,120/230VAC)
6ES7321-1FF10-0AA0开入模块(8点,120/230VAC)与公共电位单连接
6ES7321-1FH00-0AA0开入模块(16点,120/230VAC)
6ES7321-1CH00-0AA0开入模块(16点,24/48VDC)
6ES7321-1CH20-0AA0开入模块(16点,48/125VDC)
6ES7322-1BH01-0AA0开出模块(16点,24VDC)
6ES7322-1BH10-0AA0开出模块(16点,24VDC)高速
6ES7322-1CF00-0AA0开出模块(8点,48-125VDC)
6ES7322-8BF00-0AB0开出模块(8点,24VDC)诊断能力
6ES7322-5GH00-0AB0开出模块(16点,24VDC,立接点,故障保护)
6ES7322-1BL00-0AA0开出模块(32点,24VDC)
6ES7322-1FL00-0AA0开出模块(32点,120VAC/230VAC)
6ES7322-1BF01-0AA0开出模块(8点,24VDC,2A)
6ES7322-1FF01-0AA0开出模块(8点,120V/230VAC)
6ES7322-5FF00-0AB0开出模块(8点,120V/230VAC,立接点)
6ES7322-1HF01-0AA0开出模块(8点,继电器,2A)
6ES7322-1HF10-0AA0开出模块(8点,继电器,*,立接点)
6ES7322-1HH01-0AA0开出模块(16点,继电器)
6ES7322-5HF00-0AB0开出模块(8点,继电器,*,故障保护)
6ES7322-1FH00-0AA0开出模块(16点,120V/230VAC)
6ES7323-1BH01-0AA08点输入,24VDC;8点输出,24VDC模块
6ES7323-1BL00-0AA016点输入,24VDC;16点输出,24VDC模块
模拟量模板
6ES7331-7KF02-0AB0模拟量输入模块(8路,多种信号)
6ES7331-7KB02-0AB0模拟量输入模块(2路,多种信号)
6ES7331-7NF00-0AB0模拟量输入模块(8路,15位精度)
6ES7331-7NF10-0AB0模拟量输入模块(8路,15位精度)4通道模式
6ES7331-7HF01-0AB0模拟量输入模块(8路,14位精度,快速)
6ES7331-1KF01-0AB0模拟量输入模块(8路, 13位精度)
6ES7331-7PF01-0AB08路模拟量输入,16位,热电阻
6ES7331-7PF11-0AB08路模拟量输入,16位,热电偶
6ES7332-5HD01-0AB0模拟输出模块(4路)
6ES7332-5HB01-0AB0模拟输出模块(2路)
6ES7332-5HF00-0AB0模拟输出模块(8路)
6ES7332-7ND02-0AB0模拟量输出模块(4路,15位精度)
6ES7334-0KE00-0AB0模拟量输入(4路RTD)/模拟量输出(2路)
6ES7334-0CE01-0AA0模拟量输入(4路)/模拟量输出(2路)
从PCS 7 V7.0开始,SIEMENS支持冗余的PROFIBUS PA总线,基本的设备需要DP/PA 连接器和DP/PA 耦合器。
DP/PA 连接器包含一个或两个 IM 153-2 接口模块,以及通过无源总线耦合器或总线模块
相互连接的一到五个 DP/PA 耦合器。DP/PA 连接器在 PROFIBUS DP 主站系统到 PROFIBUS PA 之间形成了网络转换。在此种情况下,通过 IM 153-2,两个总线系统在物理(电气)上以及协议和时间方面互不影响。通过使用两个 IM 153-2 接口模块,可将整个下级 PROFIBUS PA 主站系统作为切换式外设连接至 S7-400H 的冗余 DP 主站系统。为此,始终使用总线模块来执行安装。
具有诊断功能的 DP/PA 耦合器 FDC 157-0 是从 PROFIBUS DP 到 PROFIBUS PA 的过
渡,其上连接有现场设备。使用 DP/PA 耦合器对和现场分配器,可以两种不同的方式在等电位连接线上启用冗余运行:
• 使用有源现场分配器(AFD)启用环型冗余
• 使用有源现场分离器(AFS)启用耦合器冗余
本文主要讲述了这两种冗余方式的如何使用及入门指南。
西门子可编程控制器CPU312C西门子可编程控制器CPU312C
*、环型冗余
如果系统配置成环型冗余,就必须使用有源现场分配器(AFD)。有源现场分配器(AFD)与 2 个 DP/PA 耦合器 FDC 157-0 配合使用可以环型冗余方式运行。在此种情况下,连接 2 个 DP/PA 耦合器和 PA 现场设备时,多可以使用 8 个有源现场分配器(AFD)。您多可以将 4 个 PA 现场设备连接至一个有源现场分配器(AFD)。等电位连接线上的 PA 现场设备的总数为 31,大电流限制为 1 A。
使用有源现场分配器(AFD)的主要功能:
PROFIBUS PA 的现场设备的连接
自动总线终端
隔离有缺陷的 PA 区段
修复故障后连接隔离的 PA 区段
运行期间扩展 PA 区段
有源现场分配器(AFD)的主要特点:
PA 主线使用 2 个电缆压盖
4 个 PA 现场设备使用 4 个电缆压盖
通过笼式弹簧方法连接 PROFIBUS PA 主线和 PA 支线
反极性保护连接
通过 LED 诊断
通过 PA 总线供电
拧紧底层上的压盖,或者在装配导轨上安装适配器
防护等级 IP66
外部接地端子
S7-300 是由各种模块部件所组成,各模块能以各种不同方式组合在
一起。这表明可将控制系统根据需要设计成不同的应用。
除了模块之外,用户其他所需要的就是一种DIN标准导轨。各模块
安装在导轨上,并用螺丝固定。这种结构形式既可靠又电磁兼容。
背板总线集成在各模块上, 通过将总线连接器插在模块机壳的背后, 使
背板总线联成一体。 多8个模板可一起装在一个机架上 (控制器/
扩展单元)。
CPU的种类
有各种不同性能档次的CPU可供控制器使用。从范围广泛的基本功能
(指令执行,I/O读写,通过MPI和CP模块的通讯),集成功能和集成I/O
模块,到广泛的通讯选项,因此总能有一种CPU能满足用户的需要。
指令集
S7-300的指令集包含350多条指令,包括普通STEP 5和TISOFT的
操作指令。附加的功能不仅省时又省存储器,例如二进制处理和32位
浮点运算。在所有的程序块中 (FC,FB,OB) 能使用全部指令。
集成系统功能能提供,例如,中断处理和诊断信息这样一类的功能。
由于它们是集成在操作系统中,因此也省了很多RAM空间。
程序设计
使用STEP 7软件就可对S7-300进行编程。而且能简单又方便地将
S7-300全部功能加以利用。STEP 7软件还包含自动化项目中每一
阶段 (从项目的实施到起动、测试以及服务) 所需的功能。
S7-300/300C系列 CPU单元
S7-300
模块化微型PLC 系统,满足中、小规模的性能要求
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
简单实用的分布式结构和多界面网络能力,使得应用十分灵活
方便用户和简易的无风扇设计
当控制任务增加时,可自由扩展
大量的集成功能使它功能非常强劲
SIPLUS S7-300
用于恶劣环境条件下的PLC
扩展温度范围从-25°C 到+70°C
适用于的环境( 污染空气中使用)
允许短时冷凝以及短时机械负载的增加
S7-300 采用经过认证的PLC 技术
易于操作、编程、维护和服务
特别适用于汽车工业、环境技术、采矿、化工厂、生产技术以及食品加工等领域
低成本的解决方案
S7-300是模块化小型PlC系统,能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计使得各种单的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
系统组成
处理单元(CPU):各种CPU有不同的性能,例如,有的CPU上集成有PROFIBUS—DP通讯接口等。
信号模块(SM):用于数字量和模拟量输入/输出。
通讯处理器(CP):用于连接网络和点对点连接。
功能模块(FM):用于高速计数,定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。
负载电源模块(PS):用于将SIMATICS7—300连接到120/230V交流电源,或24/48/60/110V直流电源。
接口模块(1M):用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7—300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER),可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。
SIMATICS7—300适用于通用领域:高电磁兼容性和强抗振动,冲击性,使其具有较高的工业环境适应性。
功能
SIMATICS7—300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护,其主要功能如下:
高速的指令处理:0.1—0.6u s的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
浮点数运算:用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。
方便用户的参数赋值:一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值。
人机界面(HMl):方便的人机界面服务已经集成在S7—300操作系统内、因此人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面(HMl)从S7—300中取得数据,S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。
诊断功能:CPU的智能化的诊断系统连续系统的功能是否正常、记录错误和系统事件(例如:超时、模块更换等)。
口令保护:多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密,防止未经允许的复制和修改,操作方式选择开关:操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出
CPU 1510SP-1 PN 是经济型入门级 CPU,用于不连续生产技术中对处理速度和响应速度要求不高的应用。CPU 1510SP-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系统(PROFINET 智能设备)。集成式 PROFINET IO IRT 接口的设计形式为 3 端交换机,这样就可以在系统中通过端口 1 和 2 建立总线型拓扑,并且也可通过端口 3 来连接编程设备/PC 或 HMI 设备。
SIMOTION D410-2 和 SINAMICS S120 PM340 功率模块之间可通过集成 PM-IF 接口或通过 DRIVE-CLiQ 接口(若使用的是 CUA31/CUA32 控制单元适配器)进行连接。
采用 SIMOTION D410-2 的单轴系统结构
为了创建带 SIMOTION D410-2 的多轴系统,通过 PROFIBUS 或 PROFINET 将附加的 SINAMICS S110/S120 控制单元连接至 SIMOTION D410-2。
SIMOTION D410-2 通过使用 SIMOTION 技术功能来集中进行运动控制。
采用 SIMOTION D4x5-2 的单轴系统结构
以下组件可用于构建 SIMOTION D4x5-2 多轴系统:
一个 SIMOTION D4x5-2 控制单元,用于控制多轴系统的开环及闭环
一个SINAMICS S120线路模块(馈电模块)
一个或以上SINAMICS S120电机模块(电源模块)
其他驱动元件,如
电源电压
滤波器
扼流圈等。
SIMOTION D 控制单元与 SINAMICS S120 变频调速柜模块之间通过 DRIVE-CLiQ 进行连接。
注意:
通过使用 CUA31/CUA32 控制单元适配器,SINAMICS S120 PM340 块型功率模块可运行在 SIMOTION D4x5-2上。
使用 I/O 进行扩展
SIMOTION D可扩展出下列I/O:
分布式 I/O 站,(例如,SIMATIC ET 200)
基于驱动的的控制柜I/O(如:TM15、TM31端子模块等)
书本型变频调速柜中的 I/O 模块(例如,TMC1080 PN 等)
西门子PLC S7-300系列选型方法
1、存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器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的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,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。
2、输入输出(I/O)点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。实际订货时,还需根据制造厂商PLC的产品特点,对输入输出点数进行圆整。
3、控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
为减轻CPU通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。
西门子PLC系列S7-200 smart系列USS通信
西门子PLC S7-200 smart CPU本体集成的RS485通信口可以实现USS通讯。它的功能特点如下:
1. USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西门子专为驱动装置开发的通信协议,多年来也经历了一个不断发展、完善的过程。初 USS 用于对驱动装置进行参数化操作,即更多地面向参数设置。在驱动装置和操作面板、调试软件的连接中得到广泛的应用。近来 USS 因其协议简单、硬件要求较低,也越来越多地用于和控制器的通信,实现一般水平的通信控制。
2. 需要用户注意的是,USS 提供了一种低成本的,比较简易的通信控制途径,由于其本身的设计,USS 不能用在对通信速率和数据传输量有较高要求的场合。在这些对通信要求高的场合,应当选择实时性更好的通信方式,如 PROFIBUS-DP 等。在进行系统设计时,必须考虑到 USS 的这一局限性。
3. 举例说明,如果在一些速度同步要求比较高的应用场合,对十几甚至数十台变频器采用 USS 通信控制,其效果可能会不太理想。
4. USS 协议的基本特点如下:
(1)支持多点通信(因而可以应用在 RS 485 等网络上)
(2)采用单主站的“主-从”访问机制
(3)一个网络上多可以有 32 个节点(多 31 个从站)
(4)简单可靠的报文格式,使数据传输灵活
(5)容易实现,成本较低
USS 的工作机制是,通信总是由主站发起,USS 主站不断循环轮询各个从站,从站根据收到的指令,决定是否、以及如何响应。从站永远不会主动发送数据。从站在以下条件满足时应答:接收到的主站报文没有错误,并且本从站在接收到主站报文中被寻址上述条件不满足,或者主站发出的是广播报文,从站不会做任何响应。对于主站来说,从站必须在接收到主站报文之后的一定时间内发回响应。否则主站将视为出错。
电源模块(PS)
将市电电压(AC120/230V)转换为DC24V,为CPU和24V直流负载电路(信号模块、传感器、执行器等)提供直流电源。输出电流有2A、5A、10A三种
●正常:绿色LED灯亮
●过载:绿色LED灯闪
●短路:绿色LED灯暗(电压跌落,短路消失后自动恢复)
●电压波动范围:5%
CPU模块
各种CPU有不同的性能,例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点,有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒(有的CPU没有)
信号模块(SM)
数字量输入模块:24V DC,120/230V AC
数字量输出模块:24V DC,继电器
模拟量输入模块:电压,电流,电阻,热电偶
模拟量输出模块:电压,电流
功能模块 (FM)
功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。
-计数:计数器模块
-定位:快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等
-闭环控制:闭环控制模块
-工业标识系统:接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置等。
接口模块 (IM)
接口模块用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7-300通过分布式的主机架和3个扩展机架,**多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。
连接:
IMS 360发送、IMR 361接收;对于双层组态,常用硬连线的IM 365 接口模块
距离:
采用IM 365 、两层机架,电缆**长度可达1米;采用IM 360 / 361 、多层机架,机架之间电缆长度10米
工作存储器:
工作存储器仅包含运行时使用的程序和数据。RAM 工作存储器集成在CPU中, RAM中的内容通过电源模块供电或后备电池保持。除了S7 417-4 CPU可以通过插入的存储卡来扩展工作存储器外,其他PLC的工作存储器都无法扩展。
3. 装载存储器:
装载存储器是用于存放不包含符号地址分配或注释(这些保留在编程设备的存储器中)的用户程序。装载存储器可以是存储器卡、内部集成的RAM或内部集成的EPROM.
4. 保持存储器:
保持存储器是非易失性的RAM,通过组态可以在PLC掉电后即使没有安装后备电池的情况下,保存一部分位存储器(M)、定时器(T)、计数器(C)和数据块(DB)。在设置CPU参数时一定要要保持的区域。(注意:由于S7-400 PLC没有非易失性RAM,即使组态了保持区域,再掉电时若没有后备电池,也将丢失所有数据。这是S7-300 PLC 与S7-400 PLC 的重要区别)
1) 当在step7 中执行下装(download)时,会把编程设备中的用户程序下装到CPU的装载存储区,同时会把运行时使用的程序和数据写入工作存储区(如OB1和数据块)。
2) 若CPU没有后备电池,当系统断电时,在工作存储器中定义了保持特性的数据块会把数据写入保持存储器中,上电后保持存储器会把断电时的数据写入到工作存储区, 保证了运行数据断电不丢失(过程如图7-1中与箭头所示)。
3) 若CPU没有后备电池,当系统断电时,系统存储区中定义n的保持位存储器(M)、定时器(T)和计数器(C))断电时也会写入保持存储器,恢复上电时断电时的数据重新写入,保证了运行数据断电不丢失(如图7-1中与箭头所示)。
按照CPU 的装载存储器来分类:新型S7-300 CPU、标准型S7-300 CPU、带内置EPROM 的S7300 CPU,具体描述如下:
新型S7-300 CPU是指使用MMC卡作为其装载存储器的CPU,此类CPU不用安装后备电池,免维护。由于新型S7300-CPU它不含内置的装载存储器,因此必须使用MMC卡。新型的S7-300 CPU包括紧凑型 (即CPU31xC系列)和由标准型更新的新型CPU。任何程序的下载方式都直接保存到卡中, 没有MMC卡,是无法把程序下载到CPU中的。
MMC卡需要用户根据程序大小单订货,选型时建议大于CPU工作内存,CPU313,CPU314,CPU315-2DP,CPU317-2DP 系列CPU的可插拔MMC卡大支持8 MB ,其他高支持4 MB
运行模式
S7-300F的安全功能包含在CPU的F程序中,并且位于故障安全信号模块之内。
信号模块采用差异分析方法和测试信号注入技术实现输出和输入信号的。
借助周期性自检、指令检测、程序逻辑检测和程序顺序流检测等方法,CPU可以检测控制器是否工作正常。此外,通过“活跃标志(sign-of-life)”请求,还可以对I/O进行检测。
若判定系统中存在故障,则将该系统切换至安全状态。
CPU 315F与安全有关的程序采用STEP 7语言的梯形图(LAD)和功能图(FBD)编制。与运行有关的功能范围和数据类型均限于在此处设置。编译时使用特定的格式和参数,可以创建安全相关程序。在单个CPU中,标准程序可以同时与故障安全程序一起运行(共存),无任何限制。
PLC与变频器之间连接好DP通讯线缆,其他不需要任何硬连接的线了。那么接下来的工作就是通过PLC编程来控制变频器。一般国内的和中国台湾的例如台达的变频器,和plc连接一般都是RS485,台达的全部都是内置的,不要要另加板子,然后plc对应变频器的通讯地址即可。
2、还可以用PLC的模拟量输出信号(0-10V或4-20mA)控制转速。通过PLC开关量启动变频器,通过模拟量信号控制变频器输出频率。此方法有点是编程简单,缺点是硬件投入比较贵。3,硬接线的方式。变频器自带的DI,DO,AI,AO口子与PLC的DI,DO,AI,AO通过线连接起来。
实现方法大体就是通过编程控制PLC的DO模块输出,为变频器提供一对干触点(无源触点),再用这对干触点来驱动变频器的启动,停止或者电动等。然后PLC的AO模块输出4-20mA等模拟信号连接到变频器的AI口子实现一个模拟给定控制变频器输出频率达到调速的目的