西门子PLC模块6ES7341-1CH02-0AE0 西门子PLC模块6ES7341-1CH02-0AE0
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机电系统中的磁敏传感器的结构及应用
磁敏传感器是机电系统和工控领域经常用到的传感器。
磁敏传感器是利用导体或半导体的磁电转换原理，将磁场信息变换成相应电信号的元器件。目前应用**广泛的是半导体磁敏传感器，包括霍尔元件，磁阻元件，磁敏二极管，磁敏晶体管及磁敏集成电路等。此外，强磁性金属制作的磁敏元件，韦干特磁敏传感器及超导金属制成的约瑟夫逊超导量子干涉器件(SQUID)等，也是近年来开发的极重要的磁敏传感器。
1)磁敏传感器的外形结构
磁敏传感器的种类很多，应用场合也各不相同，外形结构更是多种多样。图1所示是部分磁敏传感器的外形结构图。
2)磁敏传感器的符号
磁敏传感器作为开关使用时的符号即磁性开关的符号如图2所示。
图2 磁性开关的符号
3）磁敏传感器的应用
磁敏传感器利用磁场作为媒介可以检测很多物理量，例如：位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。在磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是**的。它主要用于无刷直流电机（霍尔电机）中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍尔传感器还用于测转速、流量、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。磁敏传感器在车辆检测中的应用实例如图3所示。
PLC在摇臂钻床电气控制中的应用举例
下面介绍FX2系列PLC控制系统取代Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方法。
一、分析控制对象、确定控制要求
1.对M1电动机的要求：单方向旋转，有过载保护；
2.对M2电动机的要求：全压正反转控制，点动控制；启动时，先启动电动机M3，再启动电动机M2；停机时，电动机M2先停止，然后电动机M3才能停止。电动机M2设有必要的互锁保护；
3.对电动机M3的要求：全压正反转控制，设长期过载保护；
4.电动机M4容量小，由开关SA控制，单方向运转；
二、确定I/O点数
根据图1找出PLC控制系统的输入、输出信号，共有13个输入信号，9个输出信号。
三、绘制I/O端子接线图
根据I/O分配结果，绘制端子接线图
四、设计梯形图
1.控制主轴电动机M1的梯形图
梯形图如图2所示。
2.控制电动机M2与M3的梯形图
①摇臂升降过程
②主轴箱和立柱箱的松开与夹紧控制
PLC程序中标准触点指令的使用介绍（附梯形图和语句表举例）
LD动合触点指令，表示一个与输入母线相连的动合触点指令，即动合触点逻辑运算起始。
LDN动断触点指令，表示一个与输入母线相连的动断触点指令，即动断触点逻辑运算起始。
A 与动合触点指令，用于单个动合触点的串联。
AX 与非动断触点指令，用于单个动断触点的串联。
O 或动合触点指令，用于单个动合触点的并联。
ON 或非动断触点指令，用于单个动断触点的并联。
LD、LDN、A、AN、O、ON触点指令中变量的数据类型为布尔(BOOC)型。LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上，A、AN、O、ON指令均可多次重复使用，但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用后述的OLD指令。
例子：
|
步序 |
指令 |
器件号 |
步序 |
指令 |
器件号 |
|
0 |
LD |
I0.0 |
5 |
= |
Q0.3 |
|
1 |
AN |
I0.1 |
6 |
= |
Q0.4 |
|
2 |
O |
I0.2 |
7 |
AN |
I0.5 |
|
3 |
A |
I0.3 |
8 |
= |
Q0.5 |
|
4 |
ON |
I0.4 |
|
|
|
PLC现场安装的注意事项的安装步骤
到了现场后，进行系统安装前，需要考虑安装环境是否满足PLC的使用环境要求，这一点可以参考各类产品的使用手册。但无论什么PLC，不都能装设在下列场所：含有腐蚀性气体之场所，阳光直接照射到的地方，温度上下值在短时间内变化急遽的地方，油、水、化学物质容易侵入的地方，有大量灰尘的地方，振动大且会造成安装件移位的地方。
如果必须要在上面的环境使用，则要为PLC制作合适的控制箱，采用规范和必要的防护措施。如果需要在野外极低温度下使用，可以使用有加热功能的控制箱。如何做这些防护箱或控制箱，各制造商和和资格的系统集成商将会为客户提供相应的供应和设计。
在使用控制箱时，在控制箱内OpenPLC安装的位置要注意如下事项：控制箱内空气流通是否顺畅（各装置间须保持适当的距离），变压器、马达控制器、变频器等是否与PLC保持适当距离，动力线与信号控制线是否分离配置，组件装设之位置是否利于日后之检修，是否需预留空间，供日后系统扩充使用。
除了上述注意事项之外，还有其它注意事项要留意。
首先比较重要的是静电的隔离。静电是无形的杀手，但可能因为不会对人造成生命危险，所以许多人常常忽视它。在中国的北方、干燥的场所，人体身上的静电都是造成静电损坏电子组件的因素。虽然你被静电打到的话，只不过是轻微的酥麻，但这对PLC和其它任何电子器件就足以致命了。
要避免静电的冲击有下列三种方式：在进行维修或更换组件时，请先碰触接地的金属，以去除身上的静电；不要碰触电路板上的接头或是IC接脚；电子组件不使用时，请用有隔离静电的包装物，将组件放置在里面。想象PLC里的元器件是一个娇嫩的婴儿，而那些静电会导致这个婴儿死亡，你就会更容易以正确的态度对待这个问题了。
基座安装（RACK）时，在决定控制箱内各种控制组件及线槽位置后，要依照图纸所示尺寸，标定孔位，钻孔后将固定螺丝旋紧到基座牢固为止。在装上电源供应模块前，必须同时注意电源线上的接地端有无与金属机壳连结，若无则须接上。接地不好的话，会导致一系列的问题，静电、浪涌、外干扰，等等。由于不接地，往往PLC也能够工作，因此，不少经验不足的工程师就误以为接地不那么重要了。这就像登山的时候，没有系上保护缆绳一样，虽然你正常前进的时候，保护缆绳没有任何作用，但一旦你失足的时候，没有那根绳子，你的生命就完结了。PLC的接地，就相当于给PLC系上保护缆绳。
在I/O模块安装时，须注意如下事项：I/O模块插入机架上的槽位前，要先确认模块是否为自己所预先设计的模块；I/O模块在插入机架上的导槽时，务必插到底，以确保各接触点是紧密结合的；模块固定螺丝务必锁紧；接线端子排插入后，其上下螺丝必须旋紧。由于现场的变压器、电机等影响，多少会有振动，如果这些螺丝钉松动了，会导致模块从机架中松开。
西门子S7-200网络的通讯设置和元件选择
S7-200的端口是不隔离的，如果想使网络隔离，应考虑使用RS-485中继器或者EM277。
注意：
●具有不同电位的互联设备有可能导致不希望的电流流过连接电缆。
●这种不希望的电流可能导致通讯失败或者设备损坏。
●要确保用通讯电缆连接的所有设备有相同的参考电位，或者彼此隔离，来避免产生这种不希望的电流。
为网络确定通讯距离、通讯速率和电缆类型
网段的**长度取决于两个因素：隔离（用RS-485中继器）和波特率。但连接具有不同电位的设备是需要隔离。当接地点之间的距离很远时，有可能具有不同的地电位。即使距离较近，大型机械的负载电流也能导致地电位的不同。
表1 网络电缆的**长度
|
波特率 |
非隔离CPU口1 |
有中继器的CPU口或者EM277 |
|
9.6K到187.5K |
50m |
1000m |
|
500k |
不支持 |
400m |
|
1M到1.5M |
不支持 |
200m |
|
3M到12M |
不支持 |
100m |
1 如果不是用隔离端和中继器，允许的**距离为50m。测量该距离时，从网段的**个节点开始。到网段的**后一个节点。
在网络中使用中继器
RS-485中继器为网段提供偏压电阻和终端电阻。目的是为了：
●增加网络的长度：在网络中使用一个中继器可以使网络的通讯距离扩展50m。如果使用两个中继器而且中间没有其他节点，网络的通讯距离按照所使用的波特率扩展一个网段的长度。在一个串联网络中，**多可以使用9个中继器。但网络的长度不能超过9600m.
●为网络增加设备：在9600的波特率下。50米距离之内，一个网段**多可以连接32个设备，使用一个中继器允许在网络上增加32个设备。
●在不同的网段之间电隔离：如果不同的网段具有不同的地电位，将他们隔离会提高网络的通讯质量。
一个中继器在网络中被算作网段的一个节点，但没有被指定站地址。
图1带有中继器的网络
选择网络电缆
S7-200 网络使用RS-485标准，是用双绞线电缆。在一个网段上可以连接32个设备。
表2 网络电缆的通用指标
|
技术指标 |
描述 |
|
电缆类型 |
屏蔽双绞线 |
|
回路阻抗 |
≤115Ω/Km |
|
有效电容 |
30pF/m |
|
标称阻抗 |
大约135Ω-160Ω（频率=3MHz-20MHz） |
|
衰减 |
0.9Db/100m(频率=200KHz) |
|
导线截面积 |
0.3mm2-0.5mm2 |
|
电缆直径 |
8mm±0.5mm |
西门子S7-214与SIMOVERT电机驱动器通信设计
S7-214通过与一台SIMOVERT微型主电机驱动器通信来起动，停止电机，以及改变输出到电机的频率。通信是通过S7-200自由通信口模式进行，使用USS5字协议。输入仿真器用来初始化发给电机驭动器的命令。
这个程序假定使用者己正确地将电机和微型主电机驭动器接好线，并且所有的电机和微型主电机驱动器的参数已诵讨人工设定了。必须把微型主电机驱动器设置在遥控方式。
程序结构
程序和注释
西门子SIMATIC系列PLC的子系列的功能和适用范围
SIMATIC S7-200系列PLC
SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。 
SIMATIC S7-300系列PLC
S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品，它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台，是用于集中式或分布式结构的优化解决方案。模块化设计，安装简单、维护方便。
S7系列PLC分为S7-200小型机、 S7-300中型机、S7-400大型机。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。
S7-200系列PLC的外形图
什么是PLC，可编程序控制器的定义
可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下**后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的**，二，三稿。
在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
定义强调了PLC是：1 数字运算操作的电子系统——也是一种计算机
2 专为在工业环境下应用而设计
3 面向用户指令——编程方便
4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作
5 数字量或模拟量输入输出控制
6 易与控制系统联成一体
7 易于扩充
西门子PLC高速计数器的控制字和状态字介绍
1. 控制字节
定义了计数器和工作模式之后，还要设置高速计数器的有关控制字节。每个高速计数器均有一个控制字节，它决定了计数器的计数允许或禁用，方向控制（**模式0、1和2）或对所有其他模式的初始化计数方向，装入当前值和预置值。控制字节每个控制位的说明如表7所示。
2. 状态字节
每个高速计数器都有一个状态字节，状态位表示当前计数方向以及当前值是否大于或等于预置值。每个高速计数器状态字节的状态位如表8所示。状态字节的0-4位不用。监控高速计数器状态的目的是使外部事件产生中断，以完成重要的操作。
表7 HSC的控制字节
|
HSC0 |
HSC1 |
HSC2 |
HSC3 |
HSC4 |
HSC5 |
说明 |
|
SM37.0 |
SM47.0 |
SM57.0 |
|
SM147.0 |
|
复位有效电平控制： 0=复位信号高电平有效；1=低电平有效 |
|
|
SM47.1 |
SM57.1 |
|
|
|
起动有效电平控制： 0=起动信号高电平有效；1=低电平有效 |
|
SM37.2. |
SM47.2 |
SM57.2 |
|
SM147.2 |
|
正交计数器计数速率选择： 0=4×计数速率；1=1×计数速率 |
|
SM37.3 |
SM47.3 |
SM57.3 |
SM137.3 |
SM147.3 |
SM157.3 |
计数方向控制位： 0 = 减计数1 = 加计数 |
|
SM37.4 |
SM47.4 |
SM57.4 |
SM137.4 |
SM147.4 |
SM157.4 |
向HSC写入计数方向： 0 = 无更新1 = 更新计数方向 |
|
SM37.5 |
SM47.5 |
SM57.5 |
SM137.5 |
SM147.5 |
SM157.5 |
向HSC写入新预置值： 0 = 无更新1 = 更新预置值 |
|
SM37.6 |
SM47.6 |
SM57.6 |
SM137.6 |
SM147.6 |
SM157.6 |
向HSC写入新当前值： 0 = 无更新1 = 更新当前值 |
|
SM37.7 |
SM47.7 |
SM57.7 |
SM137.7 |
SM147.7 |
SM157.7 |
HSC允许： 0 = 禁用HSC 1 = 启用HSC |
表8 高速计数器状态字节的状态位
|
HSC0 |
HSC1 |
HSC2 |
HSC3 |
HSC4 |
HSC5 |
说明 |
|
SM36.5 |
SM46.5 |
SM56.5 |
SM136.5 |
SM146.5 |
SM156.5 |
当前计数方向状态位： 0 = 减计数；1 = 加计数 |
|
SM36.6 |
SM46.6 |
SM56.6 |
SM136.6 |
SM146.6 |
SM156.6 |
当前值等于预设值状态位： 0 = 不相等；1 = 等于 |
|
SM36.7 |
SM46.7 |
SM56.7 |
SM136.7 |
SM146.7 |
SM156.7 |
当前值大于预设值状态位： 0 = 小于或等于；1 = 大于 |
读写西门子S7-214的实时时钟的举例
怎样读和写S7-214的实时时钟?
下面这个程序示例涉及到关于实时时钟的两种特殊指令:读和写日期及时钟时间。为了进行这些操作，需要有如下结构的8字节缓冲区:
为了读或写方便，这些数据用BCD码存储。当操作开关10.0为1时，就将预定日期和时间写入实际时钟。为了显示当前的秒值，将其值拷贝到输出字节QB0。当10.1=1时，则用BCD码显示;当10.1=0时，则用二进制码显示。
例程：
程序框图
程序和注释
通过按输入开关10.0可调用子程序0。这个子程序按照要求的日期和时问，预先将其值置入VB100到VB107这8个字节，然后用TODW指令，将此设置传送给实时时钟。
每个周期都读出实时时钟的值，这些数据以BCD码形式(4位代表0至9的数字)存储在VB400到VB407这8个字节中。如果输入10.1为1，这些值就被自接拷贝到输出字节QB0，以供显示。
如果输入开关10.1为0，将数据定VW404拷贝到VW204，再将包含分钟值的VB204清零。这一步是必须的，因为把秒值从BCD码形式转换成二进制码形式，只能按字来转换。现时的二进制码的秒值被传输到输出字节QB0，以供显示。
本程序长度为46个字。
STEP7-Mirco/WIN数据块编辑的使用
数据块用来对变量存储器V赋初值，可用字节、字或双字赋值。注解（前面带双斜线）是可选项目。如图1所示。编写的数据块，被编译后，下载到可编程控制器，注释被忽略。
数据块的**行必须包含一个明确地址，以后的行可包含明确或隐含地址。在单地址后键入多个数据值或键入仅包含数据值的行时，由编辑器指定隐含地址。编辑器根据先前的地址分配及数据长度（字节、字或双字）指定适当的V内存数量。
数据块编辑器是一种自由格式文本编辑器，键入一行后，按ENTER键，数据块编辑器格式化行（对齐地址列、数据、注解；捕获V内存地址）并重新显示。数据块编辑器接受大小写字母并允许使用逗号、制表符或空格，作为地址和数据值之间的分隔符。
在数据块编辑器中使用“剪切”、“复制”和“粘贴”命令将数据块源文本送入或送出STEP 7-Micro/WIN 32。
图1 数据块
块需要下载至PLC后才起作用。
1. 在符号表中符号赋值的方法
（1）建立符号表：单击浏览条中的“符号表” 
按钮。符号表见图18。
（2）在“符号”列键入符号名（如，起动），**符号长度为23个字符。注意：在给符号指定地址之前，该符号下有绿色波浪下划线。在给符号指定地址后，绿色波浪下划线自动消失。如果选择同时显示项目操作数的符号和地址，较长的符号名在LAD、FBD和STL程序编辑器窗口中被一个波浪号（~）截断。可将鼠标放在被截断的名称上，在工具提示中查看全名。
（3）在“地址”列中键入地址（例如：I0.0）。
（4）键入注解（此为可选项：**多允许79个字符）。
（5）符号表建立后，使用菜单命令“检视”→选中“符号编址”，直接地址将转换成符号表中对应的符号名。并且可通过菜单命令“工具” →“选项” →“程序编辑器”标签→“符号编址”选项，来选择操作数显示的形式。如选择“显示符号和地址”则对应的梯形图如图19所示。
（6）使用菜单命令“检视”→“符号信息表”，可选择符号表的显示与否。“检视”→ “符号编址”，可选择是否将直接地址转换成对应的符号名。
在STEP 7-Micro/WIN 32中，可以建立多个符号表（SIMATIC编程模式）或多个全局变量表（IEC 1131-3编程模式）。但不允许将相同的字符串多次用作全局符号赋值，在单个符号表中和几个表内均不得如此。
图18 符号表
图19 带符号表的梯形图
2. 在符号表中插入行
使用下列方法之一在符号表中插入行：
2 2 菜单命令“编辑”→“插入” → “行”：将在符号表光标的当前位置上方插入新行。
2 2 用鼠标右键单击符号表中的一个单元格：选择弹出菜单中的命令“插入” →“行”。将在光标的当前位置上方插入新行。
2 2 若在符号表底部插入新行：将光标放在**后一行的任意一个单元格中，按“下箭头”键。
3. 建立多个符号表
默认情况下，符号表窗口显示一个符号名称（USR1）的标签。可用下列方法建立多个符号表。
2 2 从“指令树”用鼠标右键单击“符号表”文件夹，在弹出菜单命令中选择“插入符号表”。
2 2 打开符号表窗口，使用“编辑”菜单，或用鼠标右键单击，在弹出菜单中选择“插入” →“表格”。
插入新符号表后，新的符号表标签会出现在符号表窗口的底部。在打开符号表时，要选择正确的标签。双击或右击标签，可为标签重新命名。