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西門子s7-200CPU226可編程控制器
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PLC的分類標準及基本類型
可編程控制器類型很多，可從不同的角度進行分類： 1按控制規(guī)模分 控制規(guī)模主要指控制開關量的入、出點數(shù)及控制模擬量的模入、模出，或兩者兼而有之（閉路系統(tǒng)）的路數(shù)。但主要以開關量計。模擬量的路數(shù)可折算成開關量的點，大致一路相當于8～16點。 依這個點數(shù)，PLC大致可分為微型機、小型機、中型機及大型機、超大型機。 微型機控制點僅幾十點，為OMRON公司的CPM1A系列PLC，西門子的Logo僅10點。 小型機控制點可達100多點。如OMRON公司的C60P可達148點，CQM1達256點。德國西門子公司的S7-200機可達64點。 中型機控制點數(shù)可達近500點，以至于千點。如OMRON公司C200H機普通配置最多可達700多點，C200Ha機則可達1000多點。德國西門子公司的S7300機最多可達512點。 大型機：控制點數(shù)一般在1000點以上。如OMRON公司的C1000H、CV1000，當?shù)嘏渲每蛇_1024點。C2000H、CV2000當?shù)嘏渲每蛇_2048點。 超大型機：控制點數(shù)可達萬點，以至于幾萬點。如美國GE公司的90－70機，其點數(shù)可達24000點，另外還可有8000路的模擬量。再如美國莫迪康公司的PC－E984--785機，其開關量具總數(shù)為32k（32768），模擬量有2048路。西門子的SS－115U－CPU945，其開關量總點數(shù)可達8k，另外還可有512路模擬量。等等。 以上這種劃分是不嚴格的，只是大致的，目的是便于系統(tǒng)的配置及使用。 一般講，根據(jù)實際的I/O點數(shù)，凡落在上述不同范圍者，選用相應的機型，性能價格比必然要高；相反，肯定要差些。 自然，也有特殊情況。如控制點數(shù)不是非常之多，不是非用大型機不可，但因大型機的特殊控制單元多，可進行熱備配置，因而采用了大型機。 2按結構劃分 PLC可分為箱體式及模塊式兩大類。微型機、小型機多為箱體式的，但從發(fā)展趨勢看，小型機也逐漸發(fā)展成模塊式的了。如OMRON公司，原來小型機都是箱體式，現(xiàn)在的CQM1則為模塊式的。 箱體的PLC把電源、CPU、內存、I/O系統(tǒng)都集成在一個小箱體內。一個主機箱體就是一臺完整的PLC，就可用以實現(xiàn)控制。控制點數(shù)不符需要，可再接擴展箱體，由主箱體及若干擴展箱體組成較大的系統(tǒng)，以實現(xiàn)對較多點數(shù)的控制。 模塊式的PLC是按功能分成若干模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。大型機的模塊功能更單一一些，因而模塊的種類也相對多些。這也可說是趨勢。目前一些中型機，其模塊的功能也趨于單一，種類也在增鄉(xiāng)。如同樣OMRON公司C20系列PLC，H機的CPU單元就含有電源，而Ha機則把電源分出，有單獨的電源模塊。 模塊功能更單一、品種更多，可便于系統(tǒng)配置，使PLC更能物盡其用，達到更高的使用效益。 由模塊聯(lián)結成系統(tǒng)有三種方法： ①無底板，靠模塊間接口直接相聯(lián)，然后再固定到相應導軌上。OMRON公司的CQM1機就是這種結構，比較緊湊。 ②有底板，所有模塊都固定在底板上。OMRON公司的C200Ha機，CV2000等中、大型機就是這種結構。它比較牢固，但底板的槽數(shù)是固定的，如3、5、8、10槽等等。槽數(shù)與實際的模塊數(shù)不一定相等，配置時難免有空槽。這既浪費，又多占空間，還得占空單元把多余的槽作填補。 ③用機架代替底板，所有模塊都固定在機架上。這種結構比底板式的復雜，但更牢靠。一些特大型的PLC用的多為這種結構。 3按生產(chǎn)廠家分 目前生產(chǎn)PLC的廠家較多。但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不算太多。較有影響的，在中國市場占有較大份額的公司有： 德國西門子公司：它有SS系列的產(chǎn)品。有SS－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機，控制點數(shù)可達6000多點，模擬量可達300多路。最近還推出S7系列機，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機（大型）。性能比S5大有提高。 日本OMRON公司：它有CPM1A型機，P型機，H型機，CQM1、CVM、CV型機，Ha型、F型機等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長，在中國及世界市場，都占有相當?shù)姆蓊~。 美國GE公司、日本FANAC合資的GE－FANAC的90－70機也是很吸引人的。據(jù)介紹。它具有25個特點。諸如，用軟設定代硬設定，結構化編程，多種編程語言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多種型號。另外，還有中型機90－30系列，其型號有344、331、323、321多種；還有90－20系列小型機，型號為211。 美國莫迪康公司(施奈德)的984機也是很有名的。其中E984－785可安31個遠程站點，總控制規(guī)?？蛇_63535點。小的為緊湊型的，如984-120，控制點數(shù)為256點，在最大與最小之間，共20多個型號。 美國AB（Alien－Bradley）公司創(chuàng)建于1903年，在世界各地有20多個附屬機構，10多個生產(chǎn)基地?？删幊炭刂破饕彩撬闹匾a(chǎn)品。它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多種型號。另外，它也有微型PLC，SLC－500即為其中一種。有三種配置，20、30及40I/O配置選擇，I/O點數(shù)分別為12/8、18/12及24/16三種。 日本三菱公司的PLC也是較早推到我國來的。其小型機FI前期在國內用得很多，后又推出FXZ機，性能有很大提高。它的中、大型機為A系列。AIS、AZC、A3A等。 日本日立公司也生產(chǎn)PLC，其E系列為箱體式的?；鞠潴w有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O點數(shù)分別為12/8、16/12、24/16及40/24。另外，還有擴展箱體，規(guī)格與主箱體相同其EM系列為模塊式的，可在16～160之間組合。 日本東芝公司也生產(chǎn)PLC，其EX小型機及EX－PLUS小型機在國內也用得很多。它的編程語言是梯形圖，其專用的編程器用梯形圖語言編程。另外，還有EX100系列模塊式PLC，點數(shù)較多，也是用梯形圖語言編程。 日本松下公司也生產(chǎn)PLC。FPI系列為小型機，結構也是箱體式的，尺寸緊湊。FP3為模塊式的，控制規(guī)模也較大，工作速度也很快，執(zhí)行基本指令僅0?l微秒。 日本富士公司也有PLC。其NB系列為箱體式的，小型機。NS系列為模塊式。 美國IPM公司的IP1612系列機，由于自帶模擬量控制功能，自帶通訊口，集成度又非常之高，雖點數(shù)不多，僅16入，12出，但性價比還是高的，很適合于系統(tǒng)不大，但又有模擬量需控制的場合。新出的lP3416機，I/O點數(shù)擴大到34入、12出，而且還自帶一個簡易小編程器，性能又有改進。 國內PLC廠家規(guī)模多不大。最有影響的算是無錫的華光。、它也生產(chǎn)多種型號與規(guī)格的PLC，如SU、SG等，發(fā)展也很快，在價格上很有優(yōu)勢。相信會在世界PLC之林中一定有其位置的。西門子s7-200CPU226可編程控制器
應對PLC工作環(huán)境中干擾措施
1 引言
PLC由于具有功能強、程序設計簡介，維護方便等優(yōu)點，特別是高可靠性、較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，已被廣泛應用于自來水行業(yè)。但由于現(xiàn)場環(huán)境條件惡劣、濕度高、以及各種工業(yè)電磁、輻射干擾等，會影響系統(tǒng)的正常工作,因此必須重視工程的抗干擾設計。
水廠應用中的PLC所受的干擾源主要有電源系統(tǒng)引入的干擾、接地系統(tǒng)引入的干擾和輸入輸出電路引入的干擾三類。如果PLC的干擾問題解決得不好，系統(tǒng)將無法可靠運行，將會影響到正常供水。因此，有必要對PLC應用系統(tǒng)中的干擾問題進行探討。主要本文分別討論PLC的三種抗干擾技術。
2 抗干擾的技術對策分析
為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施，其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道，降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。
2.1 電源系統(tǒng)引入的干擾
電網(wǎng)的干擾，頻率的波動，將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。
(1) 加裝濾波、隔離、屏蔽、開關穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。
設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從電源線傳導到系統(tǒng)中，使用隔離變壓器，必須注意:屏蔽層要良好接地;次級連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾)，隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線;次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。
為了抑制電網(wǎng)大容量設備起停(如送水泵等)引起電網(wǎng)電壓的波動，保持供電電壓的穩(wěn)壓，可采用開頭穩(wěn)壓電源。
西門子s7-200CPU226可編程控制器
(2) 分離供電系統(tǒng)
PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當輸入輸出供電斷電時，不會影響到控制器的供電。如圖1所示。
圖1 分離供電系統(tǒng)圖
2.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾
PLC系統(tǒng)分為邏輯電路接地和功率電路接地，有共地、浮地及機殼共地和電路浮地等三種方式。一般采用控制器與其它設備分別接地方式最好，接地時注意:接地線盡量粗，一般大于2mm2的線接地;接地點應盡量靠近控制器，接地點與控制器之間的距離不大于50m;接地線應盡量避開強電回路和主回路的電線，不能避開時，應垂直相交，應盡量縮短平行走線的長度。
實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
2.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾
為了實現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離，近年來在控制系統(tǒng)中光電耦合得到廣泛應用，已成為防止干擾的最有效措施之一。光電耦合器具有以下特點:首先，由于是密封在一個管殼內，不會受到外界光的干擾;其次，由于靠光傳送信號，切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系;第三，發(fā)光二極管動態(tài)電阻非常小，而干擾源的內阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小;第四，光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比，一般很小，遠不如晶體管對干擾信號那么靈敏，而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光。因此，即使是在干擾電壓幅值較高的情況下，由于沒有足夠的能量，仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可以有效地抑制掉干擾信號。由于光電耦合器的線性區(qū)一般只能在某一特定的范圍內，因此，應保證被傳信號的變化范圍始終在線性區(qū)內。為了保證線性耦合，既要嚴格挑選光電耦合器，又要采取相應的非線性較正措施，否則將產(chǎn)生較大的誤差。
(1) 光電耦合輸入電路如圖2所示。其中圖2(a)、圖2(b)用的較多，高電平時接成形式，低電平輸入時接成形式。圖2(c)為差動型接法，它具有兩個約束條件，對于防止干擾有明顯的優(yōu)越性，適用于外部干擾嚴重的環(huán)境，當外部設備電流較大時，其傳輸距離可達100~200m，圖2(d)考慮到COMS電路的輸出驅動電流較小，不能直接帶動發(fā)光二極管，所以加接一級晶體管作為功率放大，需要注意的是圖中發(fā)光二極管和光敏三極管應分別由兩個電源供電，電阻值視電壓高低選取。
圖2 光電耦合輸入電路
(2) 光電耦合輸出電路如圖3所示。為了得到和輸入同相的信號，可以采用圖3(a)形式。若要求輸出和輸入反相，可以接成圖3(b)形式。當輸出電路所驅動的元件較多時，可以加接一級晶體管作為驅動功率放大，其接法如圖3(c)所示。有時為了獲得更好的輸出波形，輸出信號可經(jīng)施密特電路整形。
圖3 光電耦合輸出電路
以上兩點是對開關量輸入輸出信號的處理方法，而對模擬輸入輸出信號，為了消除工業(yè)現(xiàn)場瞬時干擾對它的影響，除加A/D、D/A轉換電路和光電耦合外，可根據(jù)需要采取軟件的數(shù)字濾波技術如中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等算法。
3 結束語
PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設計是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及到具體的輸入輸出設備和工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，在設計抗干擾系統(tǒng)時要求要綜合考慮各方面的因素。
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PLC輸入輸出接口的安全保護
當輸出口連接電感類設備時，為了防止電路關斷時刻產(chǎn)生高壓對輸入、輸出口造成破壞，應在感性元件兩端加保護元件。對于直流電源，應并接續(xù)流二極管，對于交流電路應并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51～120Ω，電容取0.1～0.47μF，電容的額定電壓應大于電源的峰值電壓。續(xù)流二極管可選1A的管子，其額定電壓應大于電源電壓的3倍。圖1為輸入輸出口的保護示意圖。
