丹东回收台达PLC模块
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在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。

  

  个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

  

  上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

  

  PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。



2 PLC的构成

  

  从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。



3 CPU的构成



  CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。

  

  CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。

  

  在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。

  

  CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。



4 I/O模块

  

  PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。

  

  常用的I/O分类如下:

  

  开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。



  模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。

  

  除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

  

  按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受大的底板或机架槽数限制。



5 电源模块

  

  PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。



6 底板或机架



  大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。



7 PLC系统的其它设备



  7.1 编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。也就是我们系统的上位机。



  7.2 人机界面:简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。



8 PLC的通信联网

  

  依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此,网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著,甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

  

  PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口,还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。
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S7-300系列PLC的输入/输出模块的外部接线接在插入式的前连接器的端子上,前连接器插在前盖后面的凹槽内。不需断开前连接器上的外部连线,就可以迅速地更换模块。次插入连接器时,有一个编码元件与之啮合,这样该连接器就只能插入同样类型的模块中。

信号模块面板上的LED用来显示各数字量输入/输出点的信号状态,模块安装在DIN标准导轨上,通过总线连接器与相邻的模块连接。模块的默认地址由所在的位置决定,也可以用STEP 7指定模块的地址。

1.数字量模块

(1)数字量输入模块SM321

数字量输入模块将现场过程送来的数字1信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入器件,仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后,一般都经过光电隔离和滤波,然后才送至输入缓冲期等待CPU采样。采样时,信号经过背板总线进入到输入映像区。


数字量输入模块SM321的技术特性如表1-14所示。模块的每个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态,输入开关闭合(即有输入电压)时,二极管点亮。


数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平,同时有隔离和功率放大作用,可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等,输出电流的典型值为0.5~2A,负载电源由外部现场提供。

数字量输出模块按输出开关器件的种类不同,可分为晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触点输出方式。晶体管输出方式的模块只能带直流负载,属于直流输出模块;晶闸管输出方式属于交流输出模块;继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看,晶体管输出方式响应快,继电器触点输出方式响应慢;从安全隔离效果及应用灵活性角度来看,以继电器触点输出方式佳。

32点数字量晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图如图1-15所示。晶体管输出模块只能驱动直流负载,具有过载能力差、响应速度快等特点,适合动作比较频繁的应用场合。


32点数字量晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接线图如图1-16所示。晶闸管输出模块一般只能驱动交流负载,具有响应速度快、过载能力差等特点,适合动作比较频繁的应用场合。


16点数字量继电器触点输出模块的内部电路及外部端子接线图如图1-17所示。继电器触点输出模块既能用于交流负载,也能用于直流负载,具有负载电压范围宽、道通压降小、承受瞬时过电压和过电流的能力强等优点,但继电器动作时间长,不适合要求频繁动作的应用场合。


数字量输出模块SM322的技术特性如表1-15所示。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管显示输出状态,输出逻辑“1”时,发光二极管点亮。

在选择数字量输出模块时,应注意电压的种类和大小、工作频率和负载的类型(电阻性、电感性负载、机械负载或者白炽灯)。除了每一点的输出电流外,还应注意每一组的大输出电流。此外,因每个模块的端子共地情况不同,还要考虑现场输出信号负载回路的供电情况。例如,现场需输出4点信号,但每点用的负载回路电源不同,此时8点继电器输出模块将是佳的选择,选用别的输出模块将增加模块的数量。

(3)数字量输入/输出模块SM323

数字量输入/输出模块SM323是在一块模块上同时具备输入点和输出点的信号模块。SM323模块的输入和输出电路均设有光电隔离电路,输出点采用晶体管输出,并设有电子式短路保护装置,在额定输入电压下输入延时为1.2~4.8ms。DI16/D016模块的内部电路及外部端子接线图如图1-18所示。


(4)数字量输入/可配置输入或输出模块SM327

SM327数字量输入/可配置输入或输出模块具有8个独立输入点,8个可独立配置为输入或输出点,带隔离功能,额定输入电压和额定负载电压均为DC 24V,输出电流为0.5A,在RUN模式下可动态地修改模块的参数。SM327数字量模块的内部电路及外部端子接线图如图1-19所示。


(5)仿真模块SM374

SM374主要用于程序的调试,比较适合于教学,它可以仿真DI16/D016、DI8/D08的数字量模块。SM374的操作面板如图1-20所示。


SM374面板上有一个功能设定开关,它可以仿真所需要的数字量模块;有16个开关,用于输入状态的设置;有16个绿色LED指示灯,用于指示I/O状态。

需要注意,当CPU处于RUN模式时,不能通过开关进行模式设置。

2.模拟量模块

生产过程中有大量连续变化的模拟量需要用PLC来测量或者控制,有的是非电量,如温度、压力、流量、液位、物体的成分(例如气体中的含氧量)和频率等;有的是强电电量,如发电动机机组的电流、电压、有功功率和无功功率、功率因数等。

模拟量模块包括模拟量输入模块(AI) SM331、模拟量输出模块(AO) SM332和模拟量输入/输出模块(AI/AO) SM334等。

(1)模拟量值的表示方法

S7-300/400的CPU用16位二进制补码定点数来表示模拟量值。其中,高位(第15位)为符号位,正数的符号位为0,负数的符号位为1。

模拟量输入模块的模拟量值与模拟量之间的对应关系如表1-16所示,模拟量的上、下限(±100%)分别对应于十六进制模拟量值6COOH和9400H(H表示十六进制数)。

模拟量输入模块的模拟量值与模拟量之间的对应关系



(2)模拟量输入模块SM331

SM331用于将现场各种模拟量测量传感器输出的直流电压或电流信号转换为PLC内部处理用的数字信号。该类模块主要由A/D转换器、转换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器及逻辑电路等组成。图1-21所示为AI 8×13位模拟量输入模块的内部电路及端子接线图,从图中可以看出SM331内部只有一个

(3)模拟量输出模块SM332

SM332用于将S7-300系列PLC的数字信号转换成系统所需要的模拟量信号,控制模拟量调节器或执行机构。SM332目前有4种模块,其中SM332 A0 4×12位模块的内部电路及端子接线图

(4)模拟量输入/输出模块

模拟量输入/输出模块有SM334和SM335两个子系列,SM334为通用模拟量输入/输出模块,SM335为高速模拟量输入/输出模块,并具有一些特殊功能。图1-23所示为SM334 AI 4/AO2×8/8位模块的内部电路及端子接线图。

(5)模拟量输入模块的接线

在使用模拟量输入模块时,根据测量方法的不同,可以将电压、电流传感器或电阻器等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。


为了减少电子干扰,对于模拟信号应使用屏蔽双绞线电缆。模拟信号电缆的屏蔽层应两端接地。如果电缆两端存在电位差,将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流,造成对模拟信号的干扰,在这种情况下,应让电缆的屏蔽层一点接地。

对于带隔离的模拟量输入模块,在CPU的M端和测量电路的参考点MANA之间没有电气连接。如果测量电路参考点MANA和CPU的M端存在一个电位差UIs0,则必须选用带隔离模拟量输入模块。通过在MANA端子和CPU的M端子之间使用一根等电位连接导线,可以确保UISO不会超过允许值。

对于不带隔离的模拟量输入模块,在CPU的M端和测量电路的参考点MANA之间必须建立电气连接。为此,应连接MANA端子与CPU或IM153的M端子。MANA和CPU或

IM153的M端子之间的电位差会造成模拟信号的中断。


图1-40通过补偿盒将热电偶连接到带隔离的模拟量输入模块

连接带温度补偿的热电偶时,可以通过参考结(带0℃或50℃循环控制)连接热电偶,此时的所有8个输入均可用作测量通道。参考连接如图1-41所示。


利用热敏电阻也可以连接热电偶,此时参考结端子处的温度由范围为-25~85℃的热电偶温度发送器确定。参考连接如图1-42所示。


(6)模拟量输出模块的接线

模拟量输出模块可用于驱动负载或驱动端,其输出有电流和电压两种形式。对于电压型模拟量输出模块,与负载的连接可以采用二线制或四线制电路;对于电流型模拟量输出模块,与负载的连接只能采用二线制电路。各种参考连接如图1-43~图1-46所示,图中各符号的意义如下。



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