PLC中的常用的CPU和存储器简介
CPU模块相当于人的大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出;存储器用来储存程序和数据。
1.CPU芯片
CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。PLC使用以下几类CPU芯片:
(1)通用微处理器,如Intel公司的8086,80186到Pentium系列芯片;
(2)单片微处理器(单片机),如Intel公司的MCS51/96系列单片机;
(3)位片式微处理器,如AMD 2900系列位片式微处理器。
2.存储器
PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统,它使PLC具有基本的智能,能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM内,用户不能直接读取。PLC的用户程序由用户设计,它决定了PLC的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字(每个字由16位二进制数组成)为单位,三菱的FX系列PLC将用户程序存储器的单位称为步(Step,即字)。小型PLC的用户程序存储器容量在lK字左右,大型PLC的用户程序存储器容量可达数M(兆)字。
PLC常用以下几种存储器:
(1)随机存取存储器:(RAM)
用户可以用编程器读出RAM中的内容,也可以将用户程序写入RAM,因此RAM又叫读/写存储器。它是易失性的存储器,将它的电源断开后,储存的信息将会丢失。
RAM的工作速度高,价格低,改写方便。为了在关断PLC外部电源后,保存RAM中的用户程序和某些数据(如计数器的计数值),为RAM配备了一个锂电池。现在有的PLC仍用RAM来储存用户程序。
锂电池可用2~5年,需要更换锂电池时,PLC面板上的“电池电压过低”发光二极管亮,同时有一个内部标志位变为l状态,可以用它的常开触点来接通控制屏面板上的指示灯或声光报警器,通知用户及时更换锂电池。
(2)只读存储器(ROM)
ROM的内容只能读出,不能写入。它是非易失的,它的电源消失后,仍能保存储存的内容。ROM—般用来存放PLC的系统程序。
(3)可电擦除的EPROM(EEPROM或E2PROM)
它是非易失性的,但是可以用编程器对它编程,兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点。但是写入信息所需的时间比RAM长得多,EEPROM用来存放用户程序。有的PLC将EEPROM作为基本配置,有的PLC将EEPROM作为可选件。
继电器的结构和工作原理及其在电机控制中的应用举例
继电器的结构和工作原理
l-2a是继电器结构示意图,它主要由电磁线圈、铁心、触点和复位弹簧组成。继电器有两种不同的触点,在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点(如图1-2中的触3,4),处于闭合状态的触点称为常闭触点(如图1-2中的触点1,2)。
当线圈通电时,电磁铁产生磁力,吸引衔铁,使常闭触点断开,常开触点闭合。线圈电流消失后,复位弹簧使衔铁返回原来的位置,常开触点断开,常闭触点闭合。图l-2b是继电器的线圈、常开触点和常闭触点在电路图中的符号。一只继电器可能有若干对常开触点和常闭触点。在继电器电路图中,一般用相同的由字母、数字组成的文字符号(如KA2)来标注同一个继电器的线圈和触点。
接触器在电机控制中的应用
是用交流接触器控制异步电动机的主电路、控制电路和有关的波形图。接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同,区别仅在于继电器触点的额定电流较小,而接触器是用来控制大电流负载的,例如它可以控制额定电流为几十安至几千安的异步电动机。按下起动按钮SBl,它的常开触点接通,电流经过SBl的常开触点和停止按钮SB2、作过载保护用的热继电器FR的常闭触点,流过交流接触器KM的线圈,接触器的衔铁被吸合,使主电路中的3对常开触点闭合,异步电动机M的三相电源被接通,电动机开始运行,控制电路中接触器KM的常开触点同时接通。放开起动按钮后,SBl的常开触点断开,电流经KM的常开触点和SB2、FR的’常闭触点流过KM的线圈,电动机继续运行。KM的常开触点实现的这种功能称为“自锁”或“自保持”,它使继电器电路具有类似于R-S触发器的记忆功能。
在电动机运行时按停止按钮SB2,它的常闭触点断开,使KM的线圈失电,KM的主触点断开,异步电动机的三相电源被切断,电动机停止运行i同时控制电路中KM的常开触点断开。当停止按钮SB2被放开,其常闭触点闭合后,KM的线圈仍然失电,电动机继续保持停止运行状态。图1.3给出了有关信号的波形图,图中用高电平表示1状态(线圈通电、按钮被按下),用低电平表示0状态(线圈断电、按钮被放开)。
PLC的容量选择两个方面的技巧
PLC的容量选择 PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。
1.I/O点数
PLC的I/O点的价格还比较高,因此应该合理选用PLC的I/O点的数量,在满足控制要求的前提下力争使用I/O点少,但留有一定的备用量。通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要,再加上10%-15%的备用量来确定。
2.用户存储容量
用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量。需要的用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。
一般可按下式估算,再按实际需要留适当的余量(20%-30%)来选择。
存储容量=开关量I/O点总数X10十模拟量通道数X100绝大部分PLC均能满足上式要求。应当要注意的是:当控制系统较复杂。数据处理量较大时,可能会出现存储容量不够的问题,这时应对待。
PLC的机型选择基本原则
机型选择的基本原则是在满足功能要求及可靠、维护方便的前提下,力争佳的性能价格比。
1.合理的结构型式
整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便,I/O点数量、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面,选择余地较大。维修时只要更换模块,判断故障的范围也很方便。因此,模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差(维修量大)的场合。
2.安装方式的选择
根据PLC的安装方式,系统分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I/O式,因为它们的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在I/O装置附近,I/O连线比集中式的短,但需要增设驱动器和远程I/O电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型PLC,但要附加通信模块。
3.相当的功能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A单元。具有加减算术运算。数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或PLC。但是中、PLC价格较贵,一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
4.响应速度的要求
PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2-3个扫描周期。对于大多数应用场合来说,PLC的响应速度都可以满足要求,不是主要问题。然而对于某些个别场合,则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I/O响应的延迟时间,可以选用扫描速度高的PLC,或选用具有高速I/O处理功能指令的PLC,或选用具有响应模块和中断输入模块的PLC等。
5.系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。
6.机型统一
一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的问题:
(l)同一机型的PLC,其编程方法相同,有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
(2)同一机型的PLC,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理。
(3)同一机型的PLC,其设备通用,资源可共享,易于联信,配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
用于 SIMATIC S7-1200 的模拟量输入 •极短转换时间 •无需额外的放大器,就可连接模拟传感器 •用于应对更为复杂的自动化任务 应用 SM 1231 模拟量输入信号模块允许将控制器与过程中的模拟信号连接。 这为用户提供了下列优势: •佳适应性: 使用模拟信号模块,用户可以使其控制器佳地满足更加复杂的任务要求 •直接连接传感器: 高达 14 位的分辨率和不同的输入范围允许在没有附加放大器的情况下连接传感器 •灵活性: 如果任务后续有所扩展,可以升级控制器。更新用户程序非常简单。 设计 信号模块具有与基本设备相同的设计特点。 •安装在 DIN 导轨上: 模块安装在右侧 CPU 旁边的导轨上,相互电气、机械地连接,并且通过滑块机构连接到 CPU。 •直接安装: 水平或垂直安装在 DIN 导轨上或使用集成插片直接安装在控制柜中。 功能 SM 1231 模拟量输入信号模块将过程中的模拟信号转换为数字信号,以供 SIMATIC S7-1200 控制器进行内部处理。 技术规范 商品编号 6ES7231-4HD32-0XB0 6ES7231-4HF32-0XB0 6ES7231-5ND32-0XB0 一般信息 产品类型标志 SM 1231,AI 4x13 bit SM 1231,AI 8x13 bit SM 1231,AI 4x16 bit 电源电压 额定值 (DC) ● DC 24 V 是 是 是 输入电流 耗用电流,典型值 45 mA 45 mA 65 mA 来自背板总线 DC 5 V,典型值 80 mA 90 mA 80 mA 功率损失 功率损失,典型值 1.5 W 1.5 W 1.8 W 模拟输入 模拟输入端数量 4; 电流或电压差分输入 8; 电流或电压差分输入 4; 电流或电压差分输入 电压输入允许的输入电压(毁坏限制),大值 35 V 35 V ±35 V 电流输入允许的输入电流(毁坏限制),大值 40 mA 40 mA 40 mA 循环时间(所有通道),大值 625 µs 625 µs 100 µs