编制控制系统的技术文件,包括说明书、电气原理图及电气元件明细表、I/O连接图、I/O地址分配表和控制软件。
① 根据生产工艺过程分析控制要求,如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)。
② 确定用户I/O设备。根据被控对象对PLC控制系统的功能要求,确定系统所需的用户I/O设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等,常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
③ 选择合适的PLC类型。根据已确定的用户I/O设备,统计所需的输入信号和输出信号的点数,选择合适的PLC类型,包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
④ 分配I/O点。分配PLC的I/O点,编制出I/O分配表或者画出I/O端子的接线图。接着进行PLC程序设计,同时也可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
⑤ 设计应用系统程序,根据工作功能块图或状态流程图等进行编程。这一步是整个应用系统设计中核心的工作,也是比较困难的一步。要设计好程序,首先要十分熟悉控制要求,同时还要有一定的电气设计的实践经验。
⑥ 将程序输入PLC。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时,可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC中。
⑦ 进行软件测试。程序输入PLC后,应先进行测试工作。由于在程序设计过程中,难免会有 漏,因此在将PLC连接到现场设备上之前,必须进行软件测试,以排除程序中的错误,同时也为整体调试打好基础,缩短整体调试的周期。
应用系统整体调试。在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后,就可以进行整个系统的联机调试。如果控制系统是由几个部分组成的,则应先做局部调试,然后再进行整体调试;如果控制程序的步数较多,则可先进行分段调试,然后再连接起来总调试。调试中发现的问题要逐一排除,直至调试成功。
编制技术文件。系统技术文件包括功能说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC 程序等。功能说明书是在自动化过程分解的基础上对过程的各部分进行分析,把各部分必须具备的功能、实现的方法和所要求的输入条件及输出结果,以书面形式描述出来。
交 使用。
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PLC应用系统的设计包括硬件设计和应用控制软件设计两大部分。其中,硬件设计主要是选型设计和外围电路的常规设计,应用软件设计则是依据控制要求和PLC指令系统来进行的。
S7-300系列PLC是一种通用型PLC,能适合自动化工程中的各种应用场合,尤其是在生产制造中的应用。S7-300PLC基于模块化、无风扇结构设计,采用DIN标准导轨安装,配置灵活、安装简单、维护容易、扩展方便,各种模块可以进行广泛的组合和扩展
1—负载电源(选项);2—后备电池(CPU 313 以上);3—24V DC连接;4—模式开关;5—状态和故障指示灯;6—存储器卡(CPU 313 以上);7—MPI多点接口;8—前连接器;9—前盖
S7-300 PLC产品的规格众多,而且还在不断扩充中,产品性能主要通过不同的CPU模块进行区分,I/O模块、电源模块、功能模块通用。新S7-300 CPU包括了标准型、革新型、紧凑型、故障安全型、技术功能型5大系列,前期产品还包括“户外型”等;而且同系列产品的性能与型号也有不同程度的变化。因此,S7-300 PLC产品的CPU规格累计多达数十种。1.标准型
S7-300系列标准型CPU包括CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP、CPU316-2DP五种规格。标准型CPU均为模块式结构,CPU无集成I/O点。
在标准型CPU中,CPU313不可以连接扩展机架(只能采用单机架结构),主机架上的多安装模块数为8个,每一模块的多I/O点数为32点,因此,PLC的多I/O点数为256点。其余CPU均可以连接多3个扩展机架,每一机架的安装模块数均为8个,连同主机架PLC的多安装模块数为32个,因此,PLC的多I/O点数为1024点。
S7-300系列紧凑型CPU包括CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP 六种规格。紧凑型CPU与标准型CPU的主要区别是CPU本身带有数量不等的集成I/O点、集成计数、脉冲输出等功能,同样,它也可以根据需要选择不同的I/O模块进行扩展。
与标准型一样,紧凑型的CPU312C同样不可以连接扩展机架,其余CPU均多可以连接3个扩展机架。
虽然,紧凑型CPU的机架安装模块数同样均为8个,每一模块的多I/O点数也为32点,但由于CPU模块本身均有集成的I/O点,此外,集成的计数输入、脉冲输出等功能需要专用相应的I/O地址,因此S7-300系列紧凑型CPU的I/O点数与同规格的标准型不同,当控制系统实际使用的I/O点数接近PLC的多I/O点数时,需要考虑扩展PLC。
紧凑型CPU均带有固定点数的高速计数输入与高速脉冲输出,I/O频率可以达到10~60Hz(点数与I/O频率根据CPU的型号有所不同)。
S7-300系列故障安全型CPU包括CPU315F-2DP、CPU317F-2DP两种规格。故障安全型PLC内部安装有经德国技术监督委员会认可的基本功能块与安全型I/O模块参数化工具,可以用于锅炉、索道及对安全性要求极高的特殊控制场合,它可以在系统出现故障时立即进入安全状态或安全模式,以确保人身与设备的安全。5.技术功能型
S7-300系列技术功能型CPU目前有CPU317-2 PN/DP、CPU317T-2DP两种规格。其中CPU317T-2DP是一种专门用于运动控制的PLC,多可以控制16轴。CPU除可以控制轴定位外,还可以实现简单的插补与同步控制,可以用于需要进行坐标位置、速度等控制的场合。
前期的S7-300系列有专门的所谓“户外型”CPU,常用的有CPU312 IFM、CPU314 IFM、CPU314户外型三种规格。户外型CPU的基本性能与同规格的紧凑型、标准型CPU类似,其主要特点是防护等级高,允许在-25~70℃的环境下使用,可以用于恶劣的环境。
新系列中,户外型的基本型号已经更改为 SIPLUS CPU312C、SIPLUS CPU313C、SIPLUSCPU314、SIPLUS CPU315-2DP,同样允许在-25~70℃并且含有氯、硫气体的环境下使用。
S7-300 PLC采用紧凑的、无槽位限制的模块化组合结构,根据应用对象的不同,可选用不同型号和不同数量的模块,并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上(与CPU312IFM和CPU313配套的模块只能安装在同一个机架上)。导轨是一种专用的金属机架,只需将模块装在DIN标准的安装导轨上,然后用螺栓锁紧就可以了。有多种不同长度规格的导轨供用户选择。
如图2-2所示,电源模块总是安装在机架的左侧,CPU模块紧靠电源模块;如果有接口模块(IM),接口模块放在CPU模块的右侧;除了电源模块、CPU模块和接口模块外,一个机架上多只能再安装8个信号模块、通信处理器模块或功能模块。
也就是说,机架的左边是1号槽,右边是11号槽,电源模块总是在1号槽的位置。中央机架(0号机架)的2号槽上是CPU模块,3号槽是接口模块。信号模块、功能模块和通信处理器模块可以任意安装在4~11号槽内,系统可以自动分配模块的地址。
需要注意的是,槽位号是相对的,每一机架的导轨并不存在物理的槽位。因为模块是用总线连接器连接的(如图2-3所示),而不是像其他模块式PLC那样,用焊在背板上的总线插座来安装模块,所以槽号是相对的,在机架导轨上并不存在物理槽位。例如,在不需要扩展机架时,中央机架上没有接口模块,此时虽然3号槽位仍然被实际上并不存在的接口模块占用,中央机架上的CPU模块和4号槽的模块实际上是挨在一起的。如果有扩展机架,接口模块占用3号槽位,负责与其他扩展机架自动进行数据通信。
S7-300 PLC的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连,为CPU模块提供DC24V电源。PS307电源模块还有一些端子可以为信号模块提供24V电源。
S7-300 PLC用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上,模块通过U形总线连接器相连,每个模块都有一个总线连接器,后者插在各模块的背后(如图2-2所示)。安装时先将总线连接器插在CPU模块上,并固定在导轨上,然后依次装入各个模块。
外部接线接在信号模块和功能模块的前连接器端子上,前连接器用插接的方式安装在模块前门后面的凹槽中(如图2-1所示),前连接器与模块是分开订货的。
更换模块时只需松开安装螺钉,拔下已经接线的前连接器。前连接器上的编码块可以防止将已接线的连接器插到其他模块上。
如果系统任务需要的信号模块、功能模块和通信处理器模块超过8块,则可以增加扩展机架(ER)来进行系统的扩展(如图2-4所示),有的低端CPU没有扩展功能。
IM360/IM361接口模块可以扩展3个机架,中央机架(CR)使用IM360,扩展机架(ER)使用IM361,各相邻机架之间的电缆长为10m。每个IM361需要一个外部DC24V电源向扩展机架上的所有模块供电,可以通过电源连接器连接PS307的负载电源。所有的S7-300模块均可以安装在ER上。接口模块是自组态的,无须进行地址分配。
用于发送的接口模块IM360安装在0号机架3号槽中,它通过专用电缆,将数据从IM360发送到具有接收功能的IM361。IM360和IM361上有指示系统状态和故障的发光二极管(LED),如果CPU不确认此机架,则LED闪烁,可能是连接电缆没接好或者是串行连接的IM361关掉了。具有接收功能的接口模块IM361,用于S7-300 PLC的机架1到机架3的扩展,通过连接电缆把数据从IM360接收到IM361或者从一个IM361传到另一个IM361。IM361不仅提供数据传输,还将DC24V电压转换为DC5V电压,给所在机架的背板总线提供DC5V电源,供电输出电流不超过0.8A。0号机架上的DC5V电源由CPU模块产生,CPU3供电电流不超过1.2A,CPU312-IFM供电电流不超过0.8A。所以,每个机架所能安装的模块数量除了不能大于8块外,还要受到背板总线5V供电电源的限制,即每个机架上各模块消耗的5V电源电流之和应小于该机架大的供电电流。