西门子模块总代理商-商洛市
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PLC 的基本工作原理及性能指标
1.1 节简单地介绍了 PLC 的硬件和软件知识,本小节简单介绍一下
PLC 的基本工作原理以及相关指标。在后续的章节中还将详细讲解。
1.2.1 PLC 的基本工作原理
PLC 有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。
运行状态时,PLC 通过反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使
PLC 的输出能及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一
次,而是反复不断地重复执行,直至 PLC 停机或切换到 STOP 工作状态。
PLC 工作的全过程可用如图 1.7 所示的流程框图来表示。整个过程可
分为三部分:上电处理、扫描过程和出错处理。![]() 开始调试时,设备可先不运转,甚至了不要带电。可随着调试的进展逐步加电、开机、加载,直到按额定条件运转。具体过程大体是: 1、要查接线、核对地址。要逐点进行,要确保正确无误。可不带电核对,那就是查线,较麻烦。也可带电查,加上信号后,看电控系统的动作情况是否符合设计的目的。 2、检查模拟量输入输出。看输入输出模块是否正确,工作是否正常。必要时,还可用标准仪器检查输入输出的精度。 3、检查与测试指示灯。控制面板上如有指示灯,应先对应指示灯的显示进行检查。一方面,查看灯坏了没有,另一方面检查逻辑关系是否正确。指示灯是反映系统工作的一面镜子,先调好它,将对进一步调试提供方便。 关于影响WinCC通讯质量大家都不约而同谈到了如何优化WinCC组态项目的各种方法。如WinCC对过程变量的归档数量,和存取速度、精简脚本等方式。现我从Industrial Ethernet、PROFIBUS、MPI、ProfiNet这几种常见协议方式,与双绞线、光纤、同轴缆线等传输介质的选用角度,分析通讯质量。当通讯方式和传输介质确定后,在很大部分就决定了通讯质量,此外也将影响通讯质量。具体分析如下: 1。采用Industrial Ethernet协议和双绞线介质——这是目前WinCC通讯较流行和常见的方式,,兼容性也较好。它采用Internet使用的TCP/IP协议,应此还可连接上Internet网络。但该方式通讯采用竞争发送、冲突检测、载波侦听机制,速率不确定,无法做到实时性。取决于网络当前的通讯流量,由于采用双绞线,带宽有限、抗干扰能力差。因此,采用此方式通讯时,既不要与Internet网络相连,又不要与工控无关的电脑相连,这既可降低网络病毒攻击,又可减少网络数据包流量。 在WinCC组态项目中,应尽量减少循环的动态连接(如画面中的控件对象过多的与PLC中变量连接后,作动态位移运动,从而达到形象直观的效果),以降低WinCC与PLC间通讯负担。 但当WinCC在常态工作时,数据包流量都很大(即CP443-1模块上TXD指示灯几乎在任何时候都常亮不熄灭),这说明网络内有多台WinCC的Server与一台PLC通讯,或一台PLC与另一台、及多台PLC通讯,且约定的通讯Byte数也较多。解决方法是1:可采用光纤介质,改善网络带宽,提高传输的抗干扰能力;2:增加一台WinCC的Central Archive Server,从而减少WinCC的Server数量,这可大大降低PLC的通讯负担。 2.采用PROFIBUS协议和PROFIBUS缆线——这是SIEMENS工控网络的标准方式,大多数老一些的SIEMENS工控用户均采用此方式。PROFIBUS协议分DP、FMS、PA三种,其中DP协议较为常见。采用此方式时,安装有WinCC的OS站上必需一块CP5611,或CP5613网卡。这时每台WinCC监控站开启后都作为PLC的DP远程从站进行通讯。但当WinCC监控站电脑故障,或CP5611/CP5613网卡坏需关机更换或维护等情况时,极易造成其它的远程DP站通讯中断,而影响生产,所以采用此方式缆线应尽量连接成环网。 在生产要求高可靠性的地方,此时应采用FMS协议方式。但采用FMS协议需在PLC主站上增加一块Profibus通讯模块(如CP443-5或CP342-5)。这样,每台WinCC监控站与PROFIBUS通讯模块进行通讯联系,在物理上分开了与远程DP从站的联系,这除了对生产的安全可靠性得到提高外,还降低了远程DP从站的数量,从而降低了PLC的CPU处理DP从站的通讯负担,与每台WinCC监控站的通讯由PROFIBUS通讯模块完成。但此FMS协议方式需增加一块Profibus通讯模块(增加硬件成本)。
PA协议方式适用于现场智能设备(如一些智能变送器、智能传感器与PLC的连接)。由于Profibus主站间通讯采用Token Ring(令牌环)方式轮转,WinCC通讯实时性较Industrial Ethernet好,通讯时间间隔相对稳定,网络遭病毒攻击的可能性小,网络安全性也较Industrial Ethernet高。 3.采用MPI协议——这是点对点的连接方式,通讯速率仅为187.5Kbps,类似于串口通讯。且WinCC只能与单台PLC通讯,所以速率慢,通讯范围窄,仅适用于单台现场控制设备和局部范围的通讯。 4.采用PROFINET协议——这是SIEMENS公司的一种基于PROFIBUS-DP和Industrial Ethernet之间的协议(即实时以太网)。它基于Industrial Ethernet,采用TCP/IP标准,所以可将现场级(I/O Field)设备连接到管理级,并且还能实时通讯(Real Time)能力,因此兼具两种网络的优点。这也是SIEMENS公司目前向市场首推的通讯方式。 但目前SIEMENS公司支持PROFINET通讯功能的模块较Industrial Ethernet通讯功能的模块价格贵,市场用量不大。因此如果管理层用户在办公室不需实时掌控现场级设备状况,可不必采用该通讯方式。现场级设备实时状况应更多的由操作人员,和工程师门去掌控和处理,这样更利于分级的管理和设备的运行安全。 ![]() 5、半自动工作。如系统可自动工作,那先调半自动工作能否实现。调试时可一步步推进。直至完成整个控制周期。哪个步骤或环节出现问题,就着手解决哪个步骤或环节的问题。 6、自动工作。在完成半自动调试后,可进一步调试自动工作。要多观察几个工作循环,以确保系统能正确无误地连续工作。 7、模拟量调试、参数确定。以上调试的都是逻辑控制的项目。这是系统调试时,首先要调通的。这些调试基本完成后,可着手调试模拟量、脉冲量控制。主要的是选定合适控制参数。一般讲,这个过程是比较长的。要耐心调,参数也要作多种选择,再从中选出优者。有的PLC,它的PID参数可通过自整定获得。但这个自整定过程,也是需要相当的时间才能完成的。 8、完成上述所有的步骤,整个调试基本算是完成了。但好再进行一些异常条件检查。看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作,是否会停机保护或是报警提示。任何设备的异常,都反应调试的结果,要具体分析具体对待。 PLC 每次上电以后,都有一个初始化的过程。该过程对各输入/输出点、 存储器和 CPU 等进行复位。 整个扫描过程分为自诊断、读入外设命令、输入现场信息、执行程序和 输出控制信号五步。上述过程执行完后,又重新开始,反复地执行。每执行 一遍所需的时间称为扫描周期。PLC 的扫描周期通常为十几毫秒到几十毫 秒。PLC 扫描周期的长短取决于扫描速度和用户程序的大小,扫描速度越 快,用户程序越小,扫描周期越短;反之,则扫描周期越长。 |
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