西門子模塊6SL3130-6TE23-6AA3江蘇回收 |
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西門子模塊6SL3130-6TE23-6AA3江蘇回收
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![]() 可編程邏輯控制器(可編程控制器件)編輯同義詞 PLC(可編程邏輯控制器)一般指可編程邏輯控制器(可編程控制器件)
本詞條由“科普”百科科學詞條編寫與應用工作項目 審核 。
中文名可編程邏輯控制器外文名Programmable Logic Controller簡 稱PLC出現時間1969年特 點工作可靠、可編程等所屬學科計算機
目錄
發展歷史編輯起源
美國汽車工業生產技術要求的發展促進了PLC的產生,20世紀60年代,美國通用汽車公司在對工廠生產線時,發現繼電器、器控制修改難、體積大、噪聲大、不方便以及可靠性差,于是提出了的“通用十條”指標。[2]
1969年,美國數字化設備公司研制可編程控制器(PDP一14),在通用汽車公司的生產線上后,效果顯著;1971年,研制可編程控制器(DCS-8);1973年,德國研制可編程控制器;1974年,我國開始研制可編程控制器:1977年,我國在工業應用領域推廣PLC。[2]
發展
20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器,使可編程邏輯控制器了運算、數據傳送及處理等功能,完成了真正具有計算機特征的工業控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。個人計算機發展起來后,為了方便和反映可編程控制器的功能特點,可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。
20世紀70年代中末期,可編程邏輯控制器進入實用化發展階段,計算機技術已引入可編程控制器中,使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。
20世紀80年代初,可編程邏輯控制器在先進工業中已廣泛應用。上生產可編程控制器的日益增多,產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀80年代至90年代中期,是可編程邏輯控制器發展快的時期,年增長率一直保持為30~40%。在這時期,PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力大幅度,可編程邏輯控制器逐漸進入控制領域,在某些應用上取代了在控制領域處于統治地位的DCS。
20世紀末期,可編程邏輯控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。這個時期發展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元,使應用可編程邏輯控制器的工業控制設備的配套更加容易。
基本結構編輯電源
電源用于將交流電轉換成PLC內部所需的直流電j目前大部分PLC采用開關式穩壓電源供電。[4]
處理單元(CPU)
處理器是PLC的控制中樞,也是PLC的核心部件,其性能決定了PLC的性能。
處理器由控制器、運算器和寄存器組成,這些電路都集中在一塊芯片上,通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連。處理器的作用是處理和運行用戶程序,進行邏輯和數算,控制整個使之協調。[4]
存儲器
存儲器是具有記憶功能的半導體電路,它的作用是存放程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中程序是控制PLC實現各種功能的程序,由PLC生產廠家編寫,并固化到只讀存儲器(ROM)中,用戶不能訪問。[4]
輸入單元
輸入單元是PLC與被控設備相連的輸入接口,是進入PLC的橋梁,它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。[4]
輸出單元
輸出單元也是PLC與被控設備之間的連接部件,它的作用是把PLC的輸出傳送給被控設備,即將處理器送出的弱電轉換成電平,驅動被控設備的執行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。
PLC除上述幾部分外,根據機型的不同還有多種外部設備,其作用是幫助編程、實現監控以及網絡通信。常用的外部設備有編程器、打印機、盒式磁帶錄音機、計算機等。[4
工作原理編輯
當可編程邏輯控制器投入運行后,其工作一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。
輸入采樣階段
在輸入采樣階段,可編程邏輯控制器以掃描依次地讀入所有輸入狀態和數據,并將它們存入I/O映象區中的相應的單元內。輸入采樣結束后,轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態和數據發生變化,I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此,如果輸入是脈沖,則該脈沖的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。
![]() 用戶程序執行階段
在用戶程序執行階段,可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算,然后根據邏輯運算的結果,刷新該邏輯線圈在RAM存儲區中對應位的狀態;或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態;或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。
即,在用戶程序執行中,只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化,而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化,而且排在上面的梯形圖,其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用;相反,排在下面的梯形圖,其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
在程序執行的中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話,輸入影像寄存器的值不會被更新,程序直接從I/O模塊取值,輸出影像寄存器會被立即更新,這跟立即輸入有些區別。
輸出刷新階段
當掃描用戶程序結束后,可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路,再經輸出電路驅動相應的外設。這時,才是可編程邏輯控制器的真正輸出。
小結
根據上述的描述,可以對PLC工作的特點小結如下:[5]
①PLC采用集中采樣、集中輸出的工作,這種了外界的影響。
②PLC的工作是循環掃描的,循環掃描時間的長短取決于指令執行速度、用戶程序的長度等因素。
③輸出對輸入的影響有滯后現象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作,當采樣階段結束后,輸入狀態的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收,因此這個滯后時間的長短又主要取決于循環周期的長短。此外,影響滯后時間的因素還有輸入濾波時間、輸出電路的滯后時間等。
④輸出映像寄存器的內容取決于用戶程序掃描執行的結果。
⑤輸出鎖存器的內容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數據決定。
⑥PLC當前實際的輸出狀態有輸出鎖存器的內容決定。
功能特點編輯
(1)可靠性高。由于PLC大都采用單片微型計算機,因而集成度高,再加上相應的保護電路及自診斷功能,了的可靠性。
(2)編程容易。PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句,其數量比微型機指令要少得多,除中、PLC外,一般的小型PLC只有16條左右。由于梯形圖形象而簡單,因此容易、使用方便,甚至不需要計算機專業知識,就可進行編程。
(3)組態靈活。由于PLC采用積木式結構,用戶只需要簡單地組合,便可靈活地改變控制的功能和規模,因此,可適用于任何控制。
(4)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的大優點之一,是針對不同的現場(如直流或交流、開關量、數字量或模擬量、電壓或電流等),均有相應的模板可與工業現場的器件(如按鈕、開關、傳感電流變送器、電機啟動器或控制閥等)直接連接,并通過總線與CPU主板連接。
(5)安裝方便。與計算機相比,PLC的安裝既不需要專用機房,也不需要嚴格的屏蔽措施。使用時只需把檢測器件與執行機構和PLC的I/O接口端子正確連接,便可正常工作。
(6)運行速度快。由于PLC的控制是由程序控制執行的,因而不論其可靠性還是運行速度,都是繼電器邏輯控制無法相比的。
近年來,微處理器的使用,特別是隨著單片機大量采用,大大增強了PLC的能力,并且使PLC與微型機控制之間的差別越來越小,特別是PLC更是如此。[6]
集成編輯
在制造工業中存在大量的開關量為主的開環的順序控制,它按照邏輯條件進行順序號按照時序;另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護的控制;以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限等狀態量為主的—離散量的數據采集。由于這些控制和的要求,使PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產品。PLC廠家在原來CPU模板上提逐漸了各種通訊接口,現場總線技術及以太網技術也同步發展,使PLC的應用范圍越來越廣泛。 PLC具有可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作方便的優點,這是它能持久的占有市場的根本原因。
PLC控制器本身的硬件采用積木式結構,有母板,數字I/O模板,模擬I/O模板,還有特殊的定位模板,條形碼識別模板等模塊,用戶可以根據需要采用在母板上擴展或者利用總線技術配備遠程I/O從站的來想要的I/O數量。
PLC在實現各種數量的I/O控制的同時,還具備輸出模擬電壓和數字脈沖的能力,使得它可以控制各種能接收這些的伺服電機,步進電機,變頻電機等,加上屏的人機界面支持,施耐德的PLC可以您在控制中任何層次上的需求。
選型規則編輯
在可編程邏輯控制器設計時,首先應確定控制方案,下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據?删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P設備應是集成的、的,按照易于與工業控制形成一個整體,易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的,可編程邏輯控制器的硬件、配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間,因此,工程設計選型和估算時,應詳細分析工藝的特點、控制要求,明確控制任務和范圍確定所需的操作和,然后根據控制要求,估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設備特性等,后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制。
輸入輸出(I/O)點數的估算
I/O點數估算時應考慮適當的余量,通常根據統計的輸入輸出點數,再10%~20%的可擴展余量后,作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時,還需根據制造廠商可編程邏輯控制器的產品特點,對輸入輸出點數進行圓整。
存儲器容量的估算
存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小,程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小,因此程序容量小于存儲器容量。設計階段,由于用戶應用程序還未編制,因此,程序容量在設計階段是未知的,需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算,通常采用存儲器容量的估算來替代。
存儲器內存容量的估算沒有固定的公式,許多文獻資料中給出了不同公式,大體上都是按數字量I/O點數的10~15倍,加上模擬I/O點數的100倍,以此數為內存的總字數(16位為一個字),另外再按此數的25%考慮余量。
控制功能的選擇
該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。
1、運算功能
簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能;普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能;較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等;大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他運算功能。隨著開放的出現,在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能,有些產品具有與下位機的通信,有些產品具有與同位機或機的通信,有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發,合理選用所需的運算功能。大多數應用,只需要邏輯運算和計時計數功能,有些應用需要數據傳送和比較,當用于模擬量檢測和控制時,才使用代數運算,數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。
2、控制功能
控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等,應根據控制要求確定?删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂,因此,大多數常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制,有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能,可編程邏輯控制器的處理速度和節省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。
3、通信功能
大中型可編程邏輯控制器應支持多種現場總線和通信協議(如TCP/IP),需要時應能與工廠網(TCP/IP)相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信,應是開放的通信網絡。
可編程邏輯控制器的通信接口應包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等;大中型可編程邏輯控制器通信總線(含接口設備和電纜)應1:1冗余配置,通信總線應符合,通信距離應裝置實際要求。
可編程邏輯控制器的通信網絡中,上級的網絡通信速率應大于1Mbps,通信負荷不大于60%?删幊踢壿嬁刂破鞯耐ㄐ啪W絡主要形式有下列幾種形式:
1)、PC為主站,多臺同型號可編程邏輯控制器為從站,組成簡易可編程邏輯控制器網絡;
2)、1臺可編程邏輯控制器為主站,其他同型號可編程邏輯控制器為從站,構成主從式可編程邏輯控制器網絡;
3)、可編程邏輯控制器網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網;
4)、專用可編程邏輯控制器網絡(各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網絡)。
為減輕CPU通信任務,根據網絡組成的實際需要,應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現場總線、)通信處理器。
4、編程功能
離線編程:可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU,編程器在編程時,CPU只為編程器提供服務,不對現場設備進行控制。完成編程后,編程器切換到運行,CPU對現場設備進行控制,不能進行編程。離線編程可成本,但使用和調試不方便。在線編程:CPU和編程器有各自的CPU,主機CPU負責現場控制,并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換,編程器把在線編制的程序或數據發送到主機,下一掃描周期,主機就根據新收到的程序運行。這種成本較高,但調試和操作方便,在大中型可編程邏輯控制器中常采用。
五種化編程語言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結構文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其(IEC6113123),同時,還應支持多種語言編程形式,如C,Basic等,以特殊控制的控制要求。
5、診斷功能
可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置,診斷分內診斷和外診斷。通過對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷,通過對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。
可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱,直接影響對操作和人員技術能力的要求,并影響平均維修時間。
6、處理速度
可編程邏輯控制器采用掃描工作。從實時性要求來看,處理速度應越快越好,如果時間小于掃描時間,則可編程邏輯控制器將掃描不到該,造成數據的丟失。
處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、等有關?删幊踢壿嬁刂破鹘狱c的響應快、速度高,每條二進制指令執行時間約0.2~0.4Ls,因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應:小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K;大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K。
可編程邏輯控制器的類型
可編程邏輯控制器按結構分為整體型和模塊型兩類,按應用分為現場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發,通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。
整體型可編程邏輯控制器的I/O點數固定,因此用戶選擇的余地較小,用于小型控制;模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制的I/O點數,功能擴展方便靈活,一般用于大中型控制。
PLC輸入/輸出類型
開關量
開關量主要指開入量和開出量,是指一個裝置所帶的輔助點,譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(變壓器超溫后變位)、閥門凸輪開關所帶的輔助點(閥門開關后變位),器所帶的輔助點(器后變位)、熱繼電器(熱繼電器后變位),這些點一般都傳給PLC或綜保裝置,電源一般是由PLC或綜保裝置提供的,自己本身不帶電源,所以叫無源接點,也叫PLC或綜保裝置的開入量。
1、數字量
在時間上和數量上都是離散的物理量稱為數字量。把表示數字量的叫數字。把工作在數字下的電子電路叫數字電路。
例如:
用電子電路記錄從自動生產線上輸出的零件數目時,每送出一個零件便給電子電路一個,使之記1,而平時沒有零件送出時加給電子電路的是0,所在為記數?梢姡慵䲠的窟@個無論在時間上還是在數量上都是不連續的,因此他是一個數字。小的數量單位就是1個。
2、模擬量
在時間上或數值上都是連續的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的叫模擬。把工作在模擬下的電子電路叫模擬電路。
例如:
熱電偶在工作時輸出的電壓就屬于模擬,因為在任何情況下被測溫度都不可能發生突跳,所以測得的電壓無論在時間上還是在數量上都是連續的。而且,這個電壓在連續變化中的任何一個取值都是具體的物理意義,即表示一個相應的溫度。
轉換原理
根據與的理論,數字階梯狀可以看作沖激采樣和矩形脈沖的卷積,那么由卷積定理,數字的頻譜就是沖激采樣的頻譜與矩形脈沖頻譜(即Sa函數)的乘積。這樣,用Sa函數的倒數作為頻譜特性補償,由數字便可恢復為采樣。由采樣定理,采樣的頻譜經低通濾波便原來模擬的頻譜。
一般實現時,不是直接依據這些原理,因為尖銳的采樣很難,因此,這兩次濾波(Sa函數和低通)可以合并(級聯),并且由于這各的濾波特性是物理不可實現的,所以在真實的中只能近似完成。
2. 模數轉換器是將模擬轉換成數字的,是一個濾波、采樣保持和編碼的。
選擇型號編輯
PLC產品的種類繁多。PLC的型號不同,對應著其結構形式、性能、容量、指令、編程、價格等均各不相同,適用的也各有側重。因此,合理選用PLC,對于PLC控制的技術經濟指標有著重要意義。
PLC機型的選擇
PLC的選擇主要應從PLC 的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮。PLC機型選擇的基本原則是在功能要求及保證可靠、方便的前提下,力爭佳的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的結構型式,安裝的選擇,相應的功能要求,響應速度要求,可靠性的要求,機型盡量統一等因素。
合理的結構型式
PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。
整體式PLC的每一個I/O點的平格比模塊式的便宜,且體積相對較小,一般用于工藝較為固定的小型控制中;而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在I/O點數、輸入點數與輸出點數的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大,且維修方便,一般于較復雜的控制。
安裝的選擇
PLC的安裝分為集中式、遠程I/O式以及多臺PLC聯網的分布式。
集中式不需要設置驅動遠程I/O硬件,反應快、成本低;遠程I/O式適用于大型,的裝置分布范圍很廣,遠程I/O可以分散安裝在現場裝置附近,連線短,但需要增設驅動器和遠程I/O電源;多臺PLC聯網的分布式適用于多臺設備分別控制,又要相互聯系的,可以選用小型PLC,但必須要附加通訊模塊。
相應的功能要求
一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數等功能,對于只需要開關量控制的設備都可。
對于以開關量控制為主,帶少量模擬量控制的,可選用能帶A/D和D/A轉換單元,具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜,要求實現PID運算 、閉環控制、通信聯網等功能,可視控制規模大小及復雜程度,選用中檔或PLC。但是中、PLC價格較貴,一般用于大規?刂坪图⒖刂频。
響應速度要求
PLC是為工業自動化設計的通用控制器,不同檔次PLC的響應速度一般都能其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用PLC,或者某些功能或有特殊的速度要求時,則應該慎重考慮PLC的響應速度,可選用具有高速I/O處理功能的PLC,或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。
可靠性的要求
對于一般PLC的可靠性均能。對可靠性要求很高的,應考慮是否采用冗余或熱備用。
機型盡量統一
一個企業,應盡量做到PLC的機型統一。主要考慮到以下三方面問題:
1)機型統一,其模塊可互為備用,便于備品備件的采購和。
2)機型統一,其功能和使用類似,有利于技術力量的培訓和技術水平的。
3)機型統一,其外部設備通用,資源可共享,易于聯網通信,配計算機后易于形成一個多級分布式控制。
應用概況編輯開關量的開環控制
開關量的開環控制是PLC的基本控制功能。PLC的指令具有強大的邏輯運算能力,很容易實現定時、計數、順序(步進)等各種邏輯控制。大部分PLC就是用來取代的繼電器控制。
模擬量閉環控制
對于模擬量的閉環控制,除了要有開關量的輸入輸出外,還要有模擬量的輸入輸出點,以便采樣輸入和調節輸出實現對溫度、流量、壓力、位移、速度等參數的連續調節與控制。目前的PLC不但大型、中型機具有這種功能外,還有些小型機也具有這種功能。
數字量的智能控制
控制具有編碼器和脈沖伺服裝置(如步進電動機)時,可利用PLC實現接收和輸出高速脈沖的功能,實現數字量控制,較為先進的PLC還專門了數字控制模塊,可實現曲線插補功能,近來又推出了新型運動單元模塊,還能提供數字量控制技術的編程語言,使PLC實現數字量控制更加簡單。
數據采集與監控
由于PLC主要用于現場控制,所以采集現場數據是十分必要的功能,在此基礎上將PLC與計算機或屏相連接,既可以觀察這些數據的當前值,又能及時進行統計分析,有的PLC具有數據記錄單元,可以用一般個人電腦的存儲卡到該單元中保存采集到的數據。PLC的另一個特點是自檢多.利用這個特點,PLC控制可以實現白診斷式監控,的故障,的可靠性。
![]() 24小時: 上海創大工控設備有限公司 聯系人:黃章海 集散控制的發展趨勢編輯 近年來,在DCS關聯領域有許多新進展,主要在如下一些方面。 (1)功能向開放式方向發展 DCS的結構是封閉式的,不同制造商的DCS之間難以兼容。而開放式的DCS將可以賦予用戶更大的集成自,用戶可根據實際需要選擇不同廠商的設備連同資源連入控制,達到佳的集成。這里不僅包括DCS與DCS的集成,更包括DCS與PLC、FCS及各種控制設備和資源的廣義集成。 (2)儀表技術向數字化、智能化、網絡化方向發展 工業控制設備的智能化、網絡化發展,可以控制的功能進一步分散下移,實現真正意義上的“全數字”、“全分散”控制。另外,由于這些智能儀表具有的精度高、重復性好、可靠性高,并具備雙向通信和自診斷功能等特點,致使的安裝、使用和工作更為方便。 (3)工控正向先進控制方向發展 廣泛應用各種先進控制與技術是挖掘并DCS綜合性能有效、直接、也是具價值的發展方向,主要包括先進控制、、信息集成、集成等的和產業化應用。在未來,工業控制也將繼續向化、網絡化、智能化和開放性發展方向。 (4)架構向FCS方向發展 單純從技術而言,現階段現場總線集成于DCS可以有三種:① 現場總線于DCSI/O總線上的集成――通過一個現場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上,使得在DCS控制器所看到的現場總線來的信息就如同來自一個的DCS設備卡一樣。例如Fisher-Rosemount公司推出的DeltaV采用的就是此種集成方案。② 現場總線于DCS網絡層的集成――就是在DCS更高一層網絡上集成現場總線,這種集成不需要對DCS控制站進行改動,對原有影響較小。如Smar公司的302系列現場總線產品可以實現在DCS網絡層集成其現場總線功能。③ 現場總線通過與DCS并行集成――現場總線和DCS還可以通過橋接實現并行集成。如SUPCON的現場總線,利用HART協議網橋連接操作站和現場儀表,從而實現現場總線設備操作站與HART協議現場儀表之間的通信功能。 一直以來DCS的重點在于控制,它以“分散”作為關鍵字。但現展更著重于全信息綜合,今后“綜合”又將成為其關鍵字,向實現控制體系、運行體系、計劃體系、體系的綜合自動化方向發展,實施從底層的實時控制、控制上升到生產調度、經營,以至高層的戰略決策,形成一個具有柔性、高度自動化的管控一體化。 DCS的硬件體系結構編輯 考察DCS的層次結構,DCS級和控制級是組成DCS的兩個基本的環節。 控制級具體實現了的輸入、變換、運算和輸出等分散控制功能。在不同的DCS中,控制級的控制裝置各不相同,如控制單元、現場控制站、接口單元等等,但它們的結構形式大致相同,可以統稱為現場控制單元FCU。級由工程師站、操作員站、計算機等組成,完成對控制級的集中和,通常稱為操作站。DCS的硬件和,都是按模塊化結構設計的,所以DCS的實際上就是將提供的各種基本模塊按實際的需要組合成為一個,這個稱為的組態。 (1)現場控制單元 現場控制單元一般遠離控制中心,安裝在靠近現場的地方,其高度模塊化結構可以根據監測和控制的需要配置成由幾個監控點到數百個監控點的規模不等的控制單元。 現場控制單元的結構是由許多功能分散的插板(或稱卡件)按照一定的邏輯或物理順序安裝在插板箱中,各現場控制單元及其與控制級之間采用總線連接,以實現信息交互。 現場控制單元的硬件配置需要完成以下內容: 插件的配置 根據的要求和控制規模配置主機插件(CPU插件)、電源插件、I/O插件、通信插件等硬件設備; 硬件冗余配置 對關鍵設備進行冗余配置是DCS可靠性的一個重要手段,DCS通?梢詫χ鳈C插件、電源插件、通信插件和網絡、關鍵I/O插件都可以實現冗余配置。 硬件安裝 不同的DCS,對于各種插件在插件箱中的安裝,會在邏輯順序或物理順序上有相應的規定。另外,現場控制單元通常分為基本型和擴展型兩種,所謂基本型就是各種插件安裝在一個插件箱中,但更多的時候時需要可擴展的結構形式,即一個現場控制單元還包括若干數字輸入/輸出擴展單元,相互間采用總線連成一體。 就本質而言,現場控制單元的結構形式和配置要求與模塊化PLC的硬件配置是一致的。 (2)操作站 操作站用來顯示并記錄來自各控制單元的數據,是人與生產信息交互的操作接口。典型的操作站包括主機、顯示設備、鍵盤輸入設備、信息存儲設備和打印輸出設備等,主要實現強大的顯示功能(如模擬參數顯示、狀態顯示、多種畫面顯示等等)、功能、操作功能、報表打印功能、組態和編程功能等等。 另外,DCS操作站還分為操作員站和工程師站。從功能上看,前者主要實現一般的生產操作和監控任務,具有數據采集和處理、監控畫面顯示、故障診斷和等功能。后者除了具有操作員站的一般功能以外,還應具備的組態、控制目標的修改等功能。從硬件設備上看,多數的工程師站和操作員站合在一起,僅用一個工程師鍵盤加以區分。 DCS的編輯 DCS的體系如圖3.2所示,通?梢詾橛脩籼峁┫喈斬S富的功能模塊和功能包,控制工程師利用DCS提供的組態,將各種功能進行適當的“組裝連接”(即組態),生成控制的要求各種應用。 (1)現場控制單元的 現場控制單元的主要包括以實時數據庫為中心的數據巡檢、控制算法、控制輸出和網絡通信等模塊組成。 實時數據庫起到了中心環節的作用,在這里進行數據共享,各執行代碼都與它交換數據,用來存儲現場采集的數據、控制輸出以及某些計算的中間結果和控制算法結構等方面的信息。數據巡檢模塊用以實現現場數據、故障的采集,并實現必要的數字濾波、單位變換、補償運算等輔助功能。DCS的控制功能通過組態生成,不同的,需要的控制算法模塊各不相同,通常會涉及以下一些模塊:算術運算模塊、邏輯運算模塊、PID控制模塊、變型PID模塊、手自動切換模塊、非線性處理模塊、執行器控制模塊等等?刂戚敵瞿K主要實現控制以故障處理的輸出。 (2)操作站的 DCS中的操作站用以完成的、生成、和運行等任務,這就需要相應的支持,這些包括操作、編程語言及各種工具等。一套完善的DCS,在操作站上運行的應用應能實現如下功能:實時數據庫、網絡、歷史數據庫、圖形、歷史數據趨勢、數據庫詳細顯示與修改、記錄報表生成與打印、人機接口控制、控制回路調節、參數列表、串行通信和各種組態等。 DCS的組態(與生成)編輯 DCS的主要是采用組態依據控制的實際需要生成各類應用的。組態功能包括基本配置組態和應用組態;九渲媒M態是給一個配置信息,如的各種站的個數、它們的索引標志、每個控制站的大點數、短執行周期和內存容量等。應用的組態則包括比較豐富的內容,主要包括以下幾個方面。 (1)控制回路的組態 控制回路的組態在本質上就是利用提供的各種基本的功能模塊,來構成各種各樣的實際控制。目前各種不同的DCS提供的組態各不相同,歸納起來有運算模塊連接、判定表、步驟記錄等等。 運算模塊連接是通過調用各種的運算模塊,用線條連接成多種多樣的控制回路,終自動生成控制,這是一種信息流和控制功能都很直觀的組態。判定表是一種純粹的填表形式,只要按照組態表格的要求,逐項填入內容或回答問題即可,這種很利于用戶的組態操作。步驟記入是一種基于語言指令的編寫,編程度大,各種復雜功能都可通過一些實現,但組態效率較低。另外,由于這種組態不夠直觀,往往對組態工程師在技術水平和組態有較高的要求。 (2)實時數據庫生成 實時數據庫是DCS基本的信息資源,這些實時數據由實時數據庫存儲和。在DCS中,建立和修改實時數據庫記錄的有多種,常用的是用通用數據庫工具生成數據庫文件,直接利用這種數據格式進行或采用某種將生成的數據文件轉換為DCS所要求的格式。 (3)工業流程畫面的生成 DCS是一種綜合控制,它必須具有豐富的控制和檢測畫面顯示功能。顯然,不同的控制,需要顯示的畫面是不一樣的。總的來說,結合總貌、分組、控制回路、流程圖、等畫面,以字符、棒圖、曲線等適當的形式表示出各種測控參數、狀態,是DCS組態的一項基本要求。此外,根據需要還可顯示各類變量目錄畫面、操作指導畫面、故障診斷畫面、工程師畫面和組態畫面。 (4)歷史數據庫的生成 所有DCS都支持歷史數據存儲和趨勢顯示功能,歷史數據庫通常由用戶在不需要編程的條件下,通過屏幕編輯編譯技術生成一個數據文件,該文件定義了各歷史數據記錄的結構和范圍。歷史數據庫中數據一般按組劃分,每組內數據類型、采樣時間一樣。在生成時對各數據點的有關信息進行定義。 (5)報表生成 DCS的操作員站的報表打印功能也是通過組態中的報表生成部分進行組態,不同的DCS在報表打印功能方面存在較大的差異。一般來說,DCS支持如下兩類報表打印功能:一是周期性報表打印,二是觸發性報表打印,用戶根據需要和喜好生成不同的報表形式。 DCS中的先進控制技術編輯 DCS在控制上的大特點是依靠各種控制、運算模塊的靈活組態,可實現多樣化的控制策略以不同情況下的需要,使得在單元組合儀表實現起來相當繁瑣與復雜的命題簡單。隨著企業提出的高柔性、益的要求,以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應,以多變量控制為代表的先進控制策略的提出和成功應用之后,先進控制受到了工業界的普遍關注。需要強調的是,廣泛應用各種先進控制與技術是挖掘并DCS綜合性能有效、直接、也是具價值的發展方向。 在實際控制中,基于PID控制技術的占80%以上,PID回路運用優劣在實現裝置平穩、、優質運行中起到舉足輕重的作用,各DCS廠商都以此作為搶占市場的競爭砝碼,出各自的PID自整定。另外,根據DCS的控制功能,在基本的PID算法基礎上,可以各種改進算法,以實際工業控制現場的各種需要,諸如帶死區的PID控制、積分分離的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具有邏輯選擇功能的PID控制等等。 與的PID控制不同,基于非參數模型的控制算法是通過模型預估的未來輸出的狀態,采用策略計算當前控制器的輸出。根據實施方案的不同,有各種算法,例如,內?刂、模型算法控制、動態矩陣控制等。目前,實用控制算法已引入DCS,例如IDCOM控制算法包已廣泛應用于加氫裂化、催化裂化、常壓蒸餾、催化重整等實際工業。此外,還有霍尼韋爾公司的HPC,橫河公司的PREDICTROL,山武霍尼韋爾公司在TDC-3000LCN中的基于卡爾曼濾波器的控制器等等。這類控制器不是單純把卡爾曼濾波器置于以往控制之前進行噪聲濾波,而是把卡爾曼濾波器作為優狀態推測器,同時進行優狀態推測和噪聲濾波。 先進控制算法還有很多。目前,國內、外許多控制公司和DCS廠商都在競相先進控制和控制的工程包,希望在組態中嵌入先進控制和控制策略。 海能達位于深圳的全球制造中心以工業4.0和制造2025為目標, 攜手西門子和IBM,結合自主創新,是全球的集MES、PLM、WMS、QMS、ERP、智能倉儲及物流等信息于一身的智能工廠。海能達在西班牙薩拉戈薩的制造中心是海能達全球供應鏈的重要一環,專注于響應歐美客戶的定制化需求。 ![]() http://a5046136.testmart.cn/西門子模塊6SL3130-6TE23-6AA3江蘇回收
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