SIMATIC 箱式 PC 能够为机械工程师、工厂工程师和控制箱制造商提供其强固的工业 PC,用于要求功能强大而结构紧凑的应用。
针对不同要求,这些设备可分为以下三个等级:
SIPLUS IPC227(微型箱式 PC):性能优化的紧凑型箱式 PC – 免维护,结构坚固
SIPLUS IPC427(小型箱式 PC):功能强大的嵌入式 IPC – 免维护,配置多样
共享的工业功能性:
结构为紧凑
获得市场认证
使用 SIMATIC 组件进行了系统测试
能够承受工作期间的高震动/撞击
工作温度范围宽
坚固耐用的数据存储装置(CF 卡或固态硬盘 (SSD))
可改变安装方式,安装灵活
设计用于 24 小时连续运行
集成了可参数化的监视功能(温度、风扇、加密狗)
高维护友好性
预安装、激活了操作系统,可以实现快速启用
主板由西门子开发制造
使用寿命为 3 到 6 年
5 年维修和备件服务
具有较高部件/设计连续性
由英特尔嵌入式生产线生产的 PC 组件的长期可获得性
无风扇操作
高性能,为紧凑而坚固,适合直接安装在机器上
专门为嵌入式应用进行了优化
使用灵活,可使用一个或两个 PCIe I/O 卡(可选)进行扩展
安装方式灵活,可进行标准导轨/墙壁/前部竖直安装,甚至可安装在控制柜外部
NVRAM 保持数据存储器(可选)
SIMATIC IPC227
是一种特别紧凑的节能型微型箱式 PC。该微型箱式 PC 的核心部件是高性能 Intel 处理器,具有十分多样的安装选件。
SIMATIC IPC427(小型箱式 PC)
是针对 DIN 导轨安装或壁式安装、用于机器内部的紧凑、坚固的设备:总深度从 55mm 起。
所有设计都意在在存在振动和冲击负荷的情况表下取得高安全性。例如,硬盘的特殊悬置减振机构可确保即使在高机械负荷下也具有运行可靠性。易于从外部接触的闪盘插槽或固态硬盘 (SSD) 可用来配置低成本、低维护性、高可用性无磁盘系统。
由于没有风扇且并使用 CompactFlash 或 CFast 卡,这种小型箱式 PC 和微型箱式 PC 尤其适合全天候、免维护连续运行。
此箱式 PC 可方便地折起,便于快速换部件。设备内部易于接触,便于将来扩展。
在箱式 PC 上,所有接口都位于一侧。箱式 PC 可通过内置以太网接口与控制层/生产单元层连接,并在现场通过集成的 PROFIBUS 接口(作为选件提供)进行通信。通过 DVI-I 或 DisplayPort 接口,可以连接外部显示器或显示屏。
尤其是,带有 5 个空闲 PC 插槽的 SIMATIC IPC827 可进行多种方式的扩展。所有箱式 PC 都通过了在工业应用以及住所/商业应用中使用的 CE 认证,除了可在工业应用中使用外,还可在楼宇自动化或公共设施内使用。
SIMATIC 箱式 PC 采用西门子自行开发和制造的主板,提供了高度的投资连续性和安全性。SIMATIC 箱式 PC 的订货期通常为 3 年,有效市场销售期过后,至少在 5 年内提供备件。
SIMATIC 箱式 PC 可提供定制配置,并且可以随时供货。通过设计实现的高系统可用性可借助于附加的数据备份选件(如 RAID 系统、SIMATIC IPC Image & Partition Creator)和高效的自诊断软件 (SIMATIC IPC DiagMonitor) 进一步扩展。
确定PLC编程工具
(1) 一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表(STL)编程。这种方式效率低,但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜,具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。
(2) 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图(LAD)编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
(3) 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率高的一种方式,但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试,主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编程。
3 PLC控制系统的设计
PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
3.1 PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节,这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。
(1) PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V,适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术,即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地,次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地,以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量,并作好防短路措施,这对系统供电安全和PLC安全至关重要,因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行,一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍,PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝,防止短路。
(2) PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求,各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出,它适应于高频动作,并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下,应继电器输出,采用这种方法,输出电路的设计简单,抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载,负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击,为此,对直流感性负载应在其旁边并接续流二管,对交流感性负载应并接浪涌吸收电路,可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次/min 以下时,既可以采用继电器输出方式,也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR),再驱动负载。
PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展,晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛,这带来了交流电网的污染,也给控制系统带来了许多干扰问题,防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:
隔离:由于电网中的高频干主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成,所以建议采用1:1隔离变压器,并将中性点经电容接地。
屏蔽:一般采用金属外壳屏,将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地,能起到良好的静电、磁场屏蔽作用,防止空间辐扰。
布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线,并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
3.2 PLC 控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图,这是PLC应用的关键的问题,程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中,良好的软件设计思想是关键,的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
(1) PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同,可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程,也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想,基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块,分别编写和调试,后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想,因为各模块具有相对立性,相互连接关系简单,程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
(2) PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配,依据生产流水线从前至后,I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址,以利于维护。定时器、计数器要统一编号,不可重复使用同一编号,以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位),也要统一编号,进行分配。
在地址分配完成后,应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件,如电机的正/反转等,其输出地址应连续安排,如Q2.0/Q2.1等。
(3) PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了,易于编程输入,少占内存,减少扫描时间,这是PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用,*用复杂的程序来减少触点使用次数。
同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出,双线圈输出容易引起误动作,在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出,可以采用置位和复位操作(以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0)。
如果要使PLC多个输出为固定值 1 (常闭),可以采用字传送指令完成,例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1,可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备,可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端,或者通过PLC编程来减少I/O点数,节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止,就可以采用二分频来实现。
模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块,正反转点动封装成为一个模块,在PLC程序中我们可以重复调用该模块,不但减少编程量,而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。
4 PLC控制系统程序的调试
PLC控制系统程序调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容,良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
4.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号,以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证,PLC输入端子的指示灯点亮,表示正常;反之,应检查接线或者是I/O点坏。
我们可以编写一个小程序,在输出电源良好的情况下,检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮,表示正常。反之,应检查接线或者是I/O点坏。
4.2 系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好,然后装载程序于PLC中,运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统,包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
(1) 对每一个现场信号和控制量做单测试;
(2) 检查硬件/修改程序;
(3) 对现场信号和控制量做综合测试;
(4) 带设备调试;
(5) 调试结束。
西门子S7-1200系列订货数据
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6ES7215-1HG40-0XB0 CPU 1215C DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
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