西门子S120控制器模块6SL3131-6AE21-0AA1使用西门子S120控制器模块6SL3131-6AE21-0AA1使用
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概述
什么是硬PLC?硬PLC的特点举例说明
什么是硬PLC呢?所谓硬PLC从严格意义上来说是由硬件或者一块的ASIC芯片来实现PLC指令的持行.而软PLC是用一些通用的CPU或者MCU来实现PLC指令的解释或者编译持行.
像三菱(FX)和欧姆龙的PLC多是硬PLC,而西门子的有几种型号是属于软PLC的。
硬PLC的核心是一个位处理器,也就是一个持行PLC指今的ASIC芯片,以前各厂商的这种处理器执行的是自家指令,但自从伟大而神圣的IEC61131-3出现后,大家都向这个上看齐了,IEC61131-3定义了5种语言——LD、FBD、SFC、ST、IL其中IL是像汇编的,所以大多数厂商的这个位处理器都是执行的一种类IL语言。我们在这里将这个位处理暂命名为IEC处理器。也有厂商用FPGA来实现这个处理器,由于这个处理器执行的是指令,所以速度相对软PLC来说要快许多倍。但它也有它的弱点,就是灵活性不高,并具一般只能处理位指令,而现代的PLC功能越来越强大,对模拟量的处理已和DCS不相上下,所以厂商一般要另加一块通用CPU来处理模拟量和复杂功能的实现。软PLC分为编译和解释两种实现,其中解释型有点像早期的大型机一样,是基于一个虚拟机的,程序由一些伪代码组成,工程师在机编好程后通过编译器转换为这种的伪代码下载到PLC内。运行时虚拟机扫描并解释这些指令运行,这样的实现使工程人员编的T型图之类的与底下PLC的平台无关,保证了PLC核心的性,同时它能很好的扩展和功能块而不受硬件的影响,但这种是慢的一种。
软PLC还有一种是编译,编译是将各种IEC指令转换为汇编或者C语言,再将其到一个框架代码内调用C或汇编编译器生成真正的CPU指令。
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PLC扫描工作原理
当PLC运行时,是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的,需要执行众多的操作,但CPU不可能同时去执行多个操作,它只能按分时操作(串行工作),每一次执行一个操作,按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快,所以从宏观上来看,PLC外部出现的结果似乎是同时(并行)完成的。这种串行工作称为PLC的扫描工作。
用扫描工作执行用户程序时,扫描是从条程序开始,在无中断或跳转控制的情况下,按程序存储顺序的先后,逐条执行用户程序,直到程序结束。然后再从头开始扫描执行,周而复始重复运行。
PLC的扫描工作与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作,如果某个继电器的线圈通电或断电,那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上,都会立即同时;而PLC采用扫描工作(串行工作),如果某个软继电器的线圈被接通或断开,其所有的触点不会立即,必须等扫描到该时才会。但由于PLC的扫描速度快,通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。
PLC执行程序的分为三个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段,如图1所示。
图1 PLC执行程序示意图
1.输入采样阶段
在输入采样阶段,PLC以扫描工作按顺序对所有输入端的输入状态进行采样,并存入输入映象寄存器中,此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段,在程序执行阶段或其它阶段,即使输入状态发生变化,输入映象寄存器的内容也不会改变,输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。
2.程序执行阶段
在程序执行阶段,PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示,则是按先上后下,先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时,则根据跳转条件是否来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时,PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出,根据用户程序进行运算,运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说,其内容会随程序执行的而变化。
3.输出刷新阶段
当所有程序执行完毕后,进入输出处理阶段。在这一阶段里,PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态(输出继电器状态)转存到输出锁存器中,并通过一定输出,驱动外部负载。
因此,PLC在一个扫描周期内,对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被,直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这称为集中采样,即在一个扫描周期内,集中一段时间对输入状态进行采样。
在用户程序中如果对输出结果多次赋值,则后一次有效。在一个扫描周期内,只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出,对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种称为集中输出。
对于小型PLC,其I/O点数较少,用户程序较短,一般采用集中采样、集中输出的工作,虽然在一定程度上了的响应速度,但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离,从根本上了的抗能力,增强了的可靠性。
而对于大中型PLC,其I/O点数较多,控制功能强,用户程序较长,为响应速度,可以采用定期采样、定期输出,或中断输入、输出以及采用智能I/O接口等多种。
从上述分析可知,当PLC的输入端输入发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应,需要一段时间,这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。对一般的工业控制,这种滞后是完全允许的。应该注意的是,这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作造成,更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入,以及输出接驱动器件的时间带来输出,同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用时应注意把握的一个参数。
哪些措施可以PLC的搞性能
1、采用性能优良的电源,电网引入的
在PLC控制中,电源占有极重要的地位。电网串入PLC控制主要通过PLC的供电电源(如CPU 电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在,对于PLC供电的电源,一般都采用隔离性能电源,而对于变送器供电的电源和PLC有直接电气连接的仪表的供电电源,并没受到足够的,虽然采取了一定的隔离措施,但普遍还不够,主要是使用的隔离变压器分布参数大,能力差,经电源耦合而串入共模、差模。所以,对于变送器和共用仪表供电应选择分布电容小、带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器,以PLC的。
此外,位保证电网馈点不中断,可采用在线式不间断供电电源(UPS)供电,供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的隔离性能,是一种PLC控制的电源。
2、电缆选择的敖设
为了动力电缆辐射电磁,尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中,采用了铜带铠装屏蔽电力电缆,从而了动力线生产的电磁,该工程投产后取得了满意的效果。
不同类型的分别由不同电缆传输,电缆应按传输种类分层敖设,严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和,避免线与动力电缆靠行敖设,以电磁。
3、 硬件滤波及抗如果措施
由于电磁的复杂性,要根本迎接影响是不可能的,因此在PLC控制的设计和组态时,还应在方面进行抗处理,进一步的可靠性。常用的一些措施:数字滤波和工频采样,可有效周期性;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用信息冗余技术,设计相应的标志位;采用间接跳转,设置陷阱等结构可靠性。
在接入计算机前,在线与地间并接电容,以共模;在两极间加装滤波器可差模。
对干较低信噪比的模拟量.常因现场瞬时而产生较动,若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差,为此可采用数字滤波。
现场模拟量经A/D转换后变成离散的数字,然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理,滤去噪声部分单纯, 可对输入用m次采样值的平均值来代替当前值,但井不是通常的每采样。次求一次平均值,而是每采样一次就与近的m-l次历史采样值相加,此反应速度快,具有很好的实时性,输入经过处理后用干显示或回路调节,有效地了噪声。
由干工业恶劣,较多, I/ O传送距离较长,常常会使传送的有误。为运行的可靠性,使PLC在出错倩况下能及时发现错误,并能排除错误的影响继续工作,在程序编制中可采用容错技术。
4、正确选择接,完善接地
接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了。完善的接地是PLC控制抗电磁的重要措施。
接地有:浮地、直接接地和电容接地三种。对PLC控制而言,它属高速低电平控制装置,应采用直接接地。由于电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的交换一般都低于1MHz,所以PLC控制接地线采用一点接地和串联一点接地。集中布置的PLC适于并联一点接地,各装置的柜体中心接以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大,应采用串联一点接地。用一根大截面铜母线(或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接,然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22 mm2的铜导线,母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω,接地极好埋在距建筑物10 ~ 15m远处(或与控制器间不大于50m),而且PLC接必须与强电设备接相距10m以上。
源接地时,屏蔽层应在侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点的屏蔽双绞线与多芯对绞屏电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。
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