江门西门子S7-200代理商

发布时间:2018-05-02

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詹雪芬  9 9:85011-1590
  PLC从结构上可分为哪2种形式? 1)整体式——主机 +(叠装式)扩展单元 2)模块式——机架 +(插装式)扩展单元 (插装式)模块是遵守同一总线协议的电路板。 [电源块、CPU块、I/0块]等都插装在[机架]上。 SFC图英文缩写是Sequential Function Chart,SFC的意思是顺序功能图,类似于计算机编程的流程图。 SFC图的3种基本结构
本系统采用西门子PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和 profibus-DP的主/从站接口模块,CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中,除了上述主站外,从站是由 22个ET200S和22个ET200ECO组成,分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成 profibusⅠ线,CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。

系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型,基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2~12个,标准型的接口模块其范围为2~63个。所以当从站I/O模块较多时,宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。

系统中ET200ECO从站中选用了8DI和16DI两种模板,模板结构紧凑,模板的供电采用7/8电源线,模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速,方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。

网络设备按照适应工业现场环境的程度,以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块,对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块,置于生产线滚轮下方,由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境,因此需要有防水防油防尘等功能。

3 目标控制系统
3.1 系统设计汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性,工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式,采用以西门子PLC为核心构成的计算机控制系统,各独立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键,由于每个工位之间是流水线生产,因此每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度,才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200ECO站共同构成一个工位, ET200ECO主要是采集现场数据用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式,就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致,操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。

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选择序列PLC SFC编程方法 (1)选择性分支的编程 当某个状态的转移条件过一个时,需要用选择性分支编程。与一般状态编程一样,行驱动处理,然后设置转移条件,编程时要由左至右逐个编程,如图1所示 (2)选择性汇合编程 如图2,设三个分支分别编审到状态S29、S39、S49时,汇合到状态S50,其用户程序编制时,行汇合前状态的输出处理,然后向汇合状态转移,此后由左至右进行汇合转移,这是为了自动生成SFC画面而追加的规则。 分支、汇合的转移处理程序中,不能用MPS、MRD、MPP、ANB、ORB指令。 是对图5-40功能表图采用STL指令编写的梯形图。对于并行序列的分支,当S0的STL触点和X0的常开触点均接通时,S31和S34被同时置位,系统程序将前级步S0变为不活动步;对于并行序列的合并,用S32、S35的STL触点和X2的常开触点组成的串联电路使S33置位。在图5-41中,S32和S35的STL触点出现了两次,如果不涉及并行序列的合并,同一状态器的STL触点只能在梯形图中使用一次,当梯形图中再次使用该状态器时,只能使用该状态器的一般的常开触点和LD指令。另外,FX系列PLC规定串联的STL触点的个数不能过8个,换句话说,一个并行序列中的序列数不能过8个。 图5-41 并行序列的梯形图 (2)使用通用指令的编程 如图5-42所示的功能表图包含了跳步、循环、选择序列和并行序列等基本环节。 图5-42 复杂的功能表图 如图5-43所示是对图5-42的功能表图采用通用指令编写的梯形图。步M301之前有一个选择序列的合并,有两个前级步M300和M313,M301的起动电路由两条串联支路并联而成。M313与M301之间的转换条件为,相应的起动电路的逻辑表达式为,该串联支路由M313、X13的常开触点和C0的常闭触点串联而成,另一条起动电路则由M300和X0的常开触点串联而成。步M301之后有一个并行序列的分支,当步M301是活动步,并且满足转换条件X1,步M302与步M306应同时变为活动步,这是用M301和Xl的常开触点组成的串联电路分别作为M302和M306的起动电路来实现的,与此同时,步M301应变为不活动步。步M302和M306是同时变为活动步的,因此只需要将M302的常闭触点与M301的线圈串联就行了。 图5-43 使用通用指令编写的梯形图 步M313之前有一个并行序列的合并,该转换实现的条件是所有的前级步(即步M305和M311)都是活动步和转换条件X12满足。由此可知,应将M305,M311和X12的常开触点串联,作为控制M313的起动电路。M313的后续步为步M314和M301,M313的停止电路由M314和M301的常闭触点串联而成。 编程时应该注意以下几个问题: 1)不允许出现双线圈现象。 2)当M314变为“1”状态后,C0被复位(见图5-43),其常闭触点闭合。下一次扫描开始时M313仍为“1”状态(因为在梯形图中M313的控制电路放在M314的上面),使M301的控制电路中上面的一条起动电路接通,M301的线圈被错误地接通,出现了M314和M301同时为“1”状态的异常情况。为了解决这一问题,将M314的常闭触点与M301的线圈串联。 3)如果在功能表图中仅有由两步组成的小闭环,如图5-44a所示,则相应的辅助继电器的线圈将不能“通电”。例如在M202和X2均为“1”状态时,M203的起动电路接通,但是这时与它串联的M202的常闭触点却是断开的,因此M203的线圈将不能“通电”。出现上述问题的根本原因是步M202既是步M203的前级步,又是它的后序步。如图5-44b所示在小闭环中增设一步就可以解决这一问题,这一步只起延时作用,延时时间可以取得很短,对系统的运行不会有什么影响。 图5-44 仅有两步的小闭环的处理 (3)使用以转换为中心的编程 与选择序列的编程基本相同,只是要注意并行序列分支与合并处的处理。 (4)使用仿STL指令的编程 如图5-45所示是对图5-42功能表图采用仿STL指令编写的梯形图。在编程时用接在左侧母线上与各步对应的辅助继电器的常开触点,分别驱动一个并联电路块。这个并联电路块的功能如下:驱动只在该步为“1”状态的负载的线圈;将该步所有的前级步对应的辅助继电器复位;指明该步之后的一个转换条件和相应的转换目标。以M301的常开触点开始的电路块为例,当M301为“1”状态时,仅在该步为“1”状态的负载Y0被驱动,前级步对应的辅助继电器M300和M313被复位。当该步之后的转换条件X1为“1”状态时,后续步对应的M302和M306被置位。 图5-45 采用仿STL指令编写的梯形图 如果某步之后有多个转换条件,可将它们分开处理,例如步M302之后有两个转换,其中转换条件T0对应的串联电路放在电路块内,接在左侧母线上的M302的另一个常开触点和转换条件X2的常开触点串联,作为M305置位的条件。某一负载如果在不同的步为“1”状态,它的线圈不能放在各对应步的电路块内,而应该用相应辅助继电器的常开触点的并联电路来驱动它。

 

安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来,ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为高精度的数据量,通过高速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到中央控制器,控制器根据具体工艺要求进行处理,再通过Profibus-DP网络将控制输出下传给ET200S,实现各工位的控制流程。 PROFIBUS是全球应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化;PROFIBUS-DP用于制造业自动化;PROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域,包括冶金、化工、环保、轻工、制药等领域。除了安装简单外,它有极高的传输速率,可达12Mbits/s,通讯距离可达到1000米,如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里,具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。

整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可独立完成各自的控制任务,并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接,由上位系统实现各部分的协调控制。

装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:

(1)计算机集成自动化过程控制系统,分布式、高可靠性、高稳定性。

(2)从站作为相对独立的系统分散控制各个工位的运行。

3.2 系统控制要点
(1)该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多,在利用STEP7 V5.5编程软件进行硬件配置时,根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范,对于数字量输入输出,其地址分配的参数范围为0.0~127.7。因此在进行硬件配置时,西门子PLC S7-300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0~127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O地址无论处个范围中,都必须采用间接寻址方式。

(2)关于接触器的硬件互锁。对于转台工位,转台有正转和反转两种工作状态,因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制),接触器分正转接触器和反转接触器,输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。当程序在执行过程中,若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时,则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接,造成接触器短路损坏,主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生,首先保证程序中不能出现两个接触器同时置1的情况,其次即是采用接触器上硬件互锁,点Q1、点Q2是输出控制点,Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,同理, Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子,但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点,互锁中只需用到常闭点,当输出点Q1闭合时,正向接触器上常闭点随之断开,则Q2输出点两端之间不可能形成回路,也就不会出现短路跳闸的事故。

该项目中涉及到的变量数目较多,根据现场情况随时可能有更改,为了便于管理,采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半,也将出错概率减少一半。先安装西门子STEP 7软件,之后自定义安装西门子Wincc软件,将Wincc通讯组件安装完整。然后在西门子STEP 7软件中插入OS站,可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择,出现变量选择对话框,即可在西门子STEP 7项目变量表中选择需要的变量,从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。

3.3 系统控制功能
(1)手自动回路的切换在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态,但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下,工位的操作全由下位控制,可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下,操作具有自保护功能,在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。

 (2)安全保护上位监控系统设定了若干级操作密码,管理员和操作员分别有自己的操作权限,且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。

(3)查询源程序代码当上位机画面显示某个工位出现故障时,可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面,即可迅速查找出故障的根本原因,节省了维修时间。

(4)故障报警和报表打印当设备出现故障时,报警框中会出现提示,并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。

4 结
西门子S7-300CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200ECO从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线投运,能够保证生产线连续稳定地生产,尤其在机械动作灵敏度上有较大提高,完全满足了用户的要求。

当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
用户程序执行
在用户程序执行阶段,PLC是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
输出刷新当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图,其排列次序不同,执行的结果也不同。另外,采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然,如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略,那么二者之间就没有什么区别了。

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PLC控制系统设计的基本原则是什么 任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要,从而提高产品质量和生产效率。因此,在设计PLC应用系统时,应遵循以下基本原则: 1.充分发挥PLC功能,大限度地满足被控对象的控制要求。 2.在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 3.保证控制系统安全可靠。 4.应考虑生产的发展和工艺的改进,在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时,应留有适当的余量,以利于系统的调整和扩充。 设计PLC应用系统时,首先是进行PLC应用系统的功能设计,即根据被控对象的功能和工艺要求,明确系统必须要做的工作和因此的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析,即通过分析系统功能,提出PLC控制系统的结构形式,控制信号的种类、数量,系统的规模、布局。后根据系统分析的结果,具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。 PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。 1.熟悉被控对象,制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、液之间的配合,确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。 2.确定I/O设备 根据系统的控制要求,确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I/O点数。 3.选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。 4.分配PLC的I/O地址 根据生产设备现场需要,确定控制按钮,选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量;根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表,以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。 5.设计软件及硬件进行PLC程序设计,进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行,因此,PLC控制系统的设计周期可大大缩短,而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。 6.联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时,先不带上输出设备(接触器线圈、信号指示灯等负载)进行调试。利用编程器的监控功能,采分段调试的方法进行。各部分都调试正常后,再带上实际负载运行。如不符合要求,则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可,全部调试完毕后,交付试运行。经过一段时间运行,如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中,以防程序丢失。 7.整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。 PLC逻辑设计法的特点 逻辑设计法是以布尔代数为理论基础,根据生产过程中各工步之间的各个检测元件(如行程开关、传感器等)状态的变化,列出检测元件的状态表,确定所需的中间记忆元件,再列出各执行元件的工序表,然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式,再转换成梯形图。该方法在单一的条件控制系统中,自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC年增长率保持为20%~30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达的增长速度放缓。但是,在等发展中PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(多可达8000多个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。 近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 通用PLC应用于设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器,PLC产业一定会有一个美好的未来 。非常好用,相当于组合逻辑电路,但和时间有关的控制系统中,就很复杂。

 

S7-300 CPU 的六个性能等级

现有性能范围极宽的分级 CPU 系列,可用于组态控制器。
产品范围包括 7 种标准的 CPU、
7 种紧凑式 CPU、5 种故障防护型 CPU 以及 3 种工艺 CPU。
现有 CPU 的宽度仅 40mm
SIMATICS7-300 是我们全集成自动化设计的一部分,是销量大的控制器。

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应用范围

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