西門子PLC模塊EM231CN

西門子PLC模塊EM231CN

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1. 按I/O點數(shù)和功能分類
     可編程控制器用于對外部設(shè)備的控制，外部信號的輸入、PLC的運算結(jié)果的輸出都要通過PLC輸入輸出端子來進行接線，輸入、輸出端子的數(shù)目之和被稱作PLC的輸入、輸出點數(shù)，簡稱I/O點數(shù)。
    由I/O點數(shù)的多少可將PLC的I/O點數(shù)分成小型、中型和大型。
    小型PLC的I/O點數(shù)小于256點，以開關(guān)量控制為主，具有體積小、價格低的優(yōu)點?？捎糜陂_關(guān)量的控制、定時/計數(shù)的控制、順序控制及少量模擬量的控制場合，代替繼電器-接觸器控制在單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。
    中型PLC的I/O點數(shù)在256～1024之間，功能比較豐富，兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的邏輯控制和閉環(huán)過程的控制。
    大型PLC的I/O點數(shù)在1024點以上。用于大規(guī)模過程控制，集散式控制和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。
    2. 按結(jié)構(gòu)形式分類
    PLC可分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩大類。
    整體式PLC是將CPU、存儲器、I/O部件等組成部分集中于一體，安裝在印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個機殼內(nèi)，形成一個整體，通常稱為主機或基本單元。整體式結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低的優(yōu)點。一般小型或超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。
     模塊式PLC是把各個組成部分做成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。各模塊作成插件式，并將組裝在一個具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機架內(nèi)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝配和維修方便，易于擴展。一般大中型的PLC都采用這種結(jié)構(gòu)。

    為此,本文提出一種基于RT-Linux操作系統(tǒng)的嵌入式PLC,利用RT-Linux的開放性、模塊化和可擴展性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性和多線程/多任務(wù)的系統(tǒng)環(huán)境,在保證實時性的同時,使故障風(fēng)險相對分散。

    數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC的硬件結(jié)構(gòu)

    數(shù)控系統(tǒng)硬件建立在通用工業(yè)PC的開放體系之上,數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC硬件包括:工控機及其外圍設(shè)備,基于ISA總線的開關(guān)量輸入輸出接口卡,光電隔離模塊,繼電器輸出模塊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。    

    工控機采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)的人機界面、數(shù)控代碼處理、軌跡規(guī)劃、參數(shù)管理以及PLC控制都通過工控機由軟件來實現(xiàn),不需要獨立的PLC控制器,減少了數(shù)控系統(tǒng)對硬件的依賴,有利于提高系統(tǒng)的開放性。

    I/O輸入輸出信息通過PC機I/O接口卡實現(xiàn)主機與伺服接口模塊和I/O接口模塊之間的信息交換,PC機I/O接口卡基于ISA或者PCI總線。

軟起動器還具有其它集成式功能，如可調(diào)限流、電機過載和本征設(shè)備保護及可選熱敏電阻電機保護。由于這些功能，無需再購買和安裝如過載繼電器等保護設(shè)備，因此，電機額定值越 高，這些功能也越重要。 內(nèi)部本征設(shè)備保護可防止晶閘管熱過載及功率方面的缺陷。另一個選擇，可使用半導(dǎo)體保險絲防止晶閘管短路。 由于集成式狀態(tài)監(jiān)控和故障監(jiān)控，該緊湊型軟起動器具有許多不同的診斷功能。 使用 4 個 LED 和繼電器輸出，來指示工作狀態(tài)以及電源或相位故障、負載缺失、不允許的脫扣時間/等級設(shè) 置、熱過載或設(shè)備故障等，實現(xiàn)監(jiān)控和診斷。 起動器額定功率達 250 kW（400 V 時），可用于三相電網(wǎng)中的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。超小外形尺寸、低功率損耗和簡單起動僅僅是 SIRIUS 3RW40 軟起動器的眾多優(yōu)點中的三個。 “增安型”防護 EEx e，符合 ATEX 指令 94/9/EU S0 到 S12 規(guī)格的 3RW40 軟起動器適合起動帶“增安”型保護 EExe 的防爆電機。 關(guān)于產(chǎn)品目錄 IC 10 中的 SIRIUS 開關(guān)單元，請參見“附錄”->“標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證”->“防爆認(rèn)證”。 功能性 緊湊型 SIRIUS 3RW40 軟起動器所需的空間僅為用于比較額定值 wye-delta 起動的接觸器所需空間的三分之一。這不僅節(jié)約了控制柜和標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌的空間，還*省去了 wye-delta 起動 器所需的布線工作。

PLC有兩種基本的工作模式，即運行(RUN)模式與停止(STOP)模式。在運行模式，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作模式。

除了執(zhí)行用戶程序外，在每次循環(huán)過程中， PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段（見圖1-5）。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度*，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。

在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU．模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些其它內(nèi)部工作。

在通信服務(wù)階段，PLC與其它的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。

  當(dāng)PLC處于停止(STOP)模式時，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運行(RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。

    在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。

   在輸入處理階段，PLC把所有外部輸入電路的接通，斷開狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。 外部輸入電路接通時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為l狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入觸點電路斷開時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。

PLC的控制方式屬于存儲程序控制，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能作必要修改，只需改變控制程序即可，這就實現(xiàn)了控制的軟件化?？删幊炭刂破鞯膬?yōu)點在于"可"字，從軟件來講，其控制程序可編輯、可修改；從硬件上講，其外部設(shè)備配置可變。構(gòu)建一個PLC控制系統(tǒng)的重心就在于控制程序的編制，但外部設(shè)備的選用也將對程序的編制產(chǎn)生影響。因此在進行程序設(shè)計時應(yīng)結(jié)合實際需要，硬、軟件綜合考慮。本文就硬、軟兩方面，選取梯形圖為編程語言，以松下電工FPO-C32型PLC為例，對PLC使用過程中易出現(xiàn)的幾個問題及解決方法進行了分析。