變頻器模塊6SL3210-5BB13-7UV1變頻器模塊6SL3210-5BB13-7UV1

6SL3210-5BB13-7UV1 SINAMICS V20 200-240V 1AC -10/+10% 47-63Hz 標稱(chēng)功率 0.37kW 有 60 秒 150 % 過(guò)載 未過(guò)濾 I/O：4 DI，2 DO，2 AI，1 個(gè)模擬輸出 現場(chǎng)總線(xiàn)：USS/MODBUS RTU 安裝有基本操作面板 保護：IP20/ UL 開(kāi)放 尺寸：AA 68x142x108（寬x高x深

PLC種類(lèi)很多，但結構大同小異，典型的PLC控制系統組成方框圖如圖1-5所示。在組建PLC控制系統時(shí)，需要給PLC的輸入端子連接有關(guān)的輸入設備（如按鈕、觸點(diǎn)和行程開(kāi)關(guān)等），給輸出端子接有關(guān)的輸出設備（如指示燈、電磁線(xiàn)圈和電磁閥等）。如果需要PLC與其他設備通信，可在PLC的通信接口連接其他設備；如果希望增強PLC的功能，可給PLC的擴展接口接上擴展單元。

圖1-5 典型的PLC控制系統組成方框圖

1.3.2  PLC內部組成單元說(shuō)明

從圖1-5可以看出，PLC內部主要由CPU、存儲器、輸入接口、輸出接口、通信接口和擴展接口等組成。

1. CPU

CPU又稱(chēng)中央處理器，它是PLC的控制中心，它通過(guò)總線(xiàn)（包括數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)）與存儲器和各種接口連接，以控制它們有條不紊地工作。CPU的性能對PLC工作速度和效率有很大的影響，故大型PLC通常采用高性能的CPU。

CPU的主要功能有：

①接收通信接口送來(lái)的程序和信息，并將它們存入存儲器。

②采用循環(huán)檢測（即掃描檢測）方式不斷檢測輸入接口送來(lái)的狀態(tài)信息，以判斷輸入設備的輸入狀態(tài)。

③逐條運行存儲器中的程序，并進(jìn)行各種運算，再將運算結果存儲下來(lái)，通過(guò)輸出接口輸出，以對輸出設備進(jìn)行有關(guān)控制。

④監測和診斷內部各電路的工作狀態(tài)。

2. 存儲器

存儲器的功能是存儲程序和數據。PLC通常配有ROM（只讀存儲器）和RAM（隨機存儲器）兩種存儲器，ROM用來(lái)存儲系統程序，RAM用來(lái)存儲用戶(hù)程序和程序運行時(shí)產(chǎn)生的數據。

系統程序由廠(chǎng)家編寫(xiě)并固化在ROM存儲器中，用戶(hù)無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)和修改系統程序。系統程序主要包括系統管理程序和指令解釋程序。系統管理程序的功能是管理整個(gè)PLC，讓內部各個(gè)電路能有條不紊地工作。指令解釋程序的功能是將用戶(hù)編寫(xiě)的程序翻譯成CPU可以識別和執行的程序。

用戶(hù)程序是由用戶(hù)編寫(xiě)并輸入存儲器的程序，為了方便調試和修改，用戶(hù)程序通常存放在RAM中，由于斷電后RAM中的程序會(huì )丟失，RAM專(zhuān)門(mén)配有后備電池供電。有些PLC采用EEPROM（電可擦寫(xiě)只讀存儲器）來(lái)存儲用戶(hù)程序，由于EEPROM存儲器中的信息可使用電信號擦寫(xiě)，并且掉電后內容不會(huì )丟失，采用這種存儲器后可不要備用電池。

3.輸入/輸出接口電路

輸入/輸出接口電路（即輸入/輸出電路）又稱(chēng)I/O接口電路或I/O模塊，是PLC與外圍設備之間的連接橋梁。PLC通過(guò)輸入接口電路檢測輸入設備的狀態(tài)，以此作為對輸出設備控制的依據，PLC又通過(guò)輸出接口電路對輸出設備進(jìn)行控制。

PLC的I/O接口能接收的輸入和輸出信號個(gè)數稱(chēng)為PLC的I/O點(diǎn)數。I/O點(diǎn)數是選擇PLC的重要依據之

PLC外圍設備提供或需要的信號電平是多種多樣的，而PLC內部CPU只能處理標準電平信號，I/O接口要能進(jìn)行電平轉換；為了提高PLC的抗干擾能力，I/O接口一般采用光電隔離和濾波功能；為了便于了解I/O接口的工作狀態(tài)，I/O接口還帶有狀態(tài)指示燈。

（1）輸入接口電路

PLC的輸入接口電路分為數字量輸入接口電路和模擬量輸入接口電路。數字量輸入接口用于接收“1、0”數字信號或開(kāi)關(guān)通斷信號，又稱(chēng)開(kāi)關(guān)量輸入接口；模擬量輸入接口用于接收模擬量信號（連續變化的電壓或電流）。模擬量輸入接口通常采用A/D轉換電路，將模擬量信號轉換成數字信號。數字量輸入接口電路如圖1-6所示。

當閉合按鈕SB后，24V直流電源產(chǎn)生的電流流過(guò)I0.0端子內部電路，電流途徑是24V正極→按鈕SB→I0.0端子入→R1→發(fā)光二極管VD1→光電耦合器中的一個(gè)發(fā)光二極管→1M端子出→24V負極，光電耦合器的光敏管受光導通，這樣給內部電路輸入一個(gè)ON 信號，即I0.0端子輸入為ON（或稱(chēng)輸入為1）。由于光電耦合器內部是通過(guò)光線(xiàn)傳遞的，故可以將外部電路與內部電路進(jìn)行有效的電氣隔離。

輸入指示燈VD1、VD2用于指示輸入端子是否有輸入。R2、C為濾波電路，用于濾除輸入端子竄入的干擾信號，R1為限流電阻。1M端為同一組數字量（如I0.0～I0.7）的公共端。從圖1-6中不難看出，DC24V電源的極性可以改變（即24V也可以正極接1M端）。

圖1-6 數字量輸入接口電路

（2）輸出接口電路

PLC的輸出接口電路也分為數字量輸出接口電路和模擬量輸出接口電路。模擬量輸出接口電路通常采用D/A轉換電路，將數字量信號轉換成模擬量信號；數字量輸出接口電路采用的電路形式較多，根據使用的輸出開(kāi)關(guān)器件不同可分為：繼電器輸出型接口電路、晶體管輸出型接口電路和雙向晶閘管輸出型接口電路。

圖1-7所示為繼電器輸出型接口電路。當PLC內部電路輸出ON信號（或稱(chēng)輸出為ON）時(shí)，會(huì )輸出電流流經(jīng)繼電器KA線(xiàn)圈，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)KA閉合，負載有電流通過(guò)，電流途徑是DC電源（或AC電源）的一端→負載→Q0.1端子入→內部閉合的繼電器KA觸點(diǎn)→1L端子出→DC電源（或AC電源）的另一端。R2、C和壓敏電阻RV用來(lái)吸收繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)負載線(xiàn)圈產(chǎn)生的瞬間反峰電壓。由于繼電器觸點(diǎn)無(wú)極性，輸出端外部電源可以是直流電源，也可以是交流電源。

繼電器輸出型接口電路的特點(diǎn)是可驅動(dòng)交流或直流負載，允許通過(guò)的電流大，但其響應時(shí)間長(cháng)，通斷變化頻率低。

圖1-7  繼電器輸出型接口電路

圖1-8所示為晶體管輸出型接口電路，它采用光電耦合器與晶體管配合使用。當PLC 內部電路輸出ON信號（或稱(chēng)輸出為ON）時(shí)，會(huì )輸出電流流過(guò)光電耦合器的發(fā)光管使之發(fā)光，光敏管受光導通，晶體管VT的G極電壓下降。由于VT為耗盡型P溝道晶體管，當G極為高電壓時(shí)截止，為低電壓時(shí)導通，光電耦合器導通時(shí)VT也導通，相當于1L 、Q0.2端子內部接通，有電流流過(guò)負載，電流途徑是DC電源正極→負載→1L 端子人→導通的晶體管VT→Q0.2端子出→DC電源負極。由于晶體管有極性，輸出端外部只能接直流電源，并且晶體管的漏極只能接電源正極，源極接電源的負極。

晶體管輸出型接口電路反應速度快，通斷頻率高（可達20～200kHz），但只能用于驅動(dòng)直流負載，且過(guò)流能力差。

圖1-8  晶體管輸出型接口電路

圖1-9所示為雙向晶閘管輸出型接口電路，它采用雙向晶閘管型光電耦合器。當PLC 內部電路輸出ON信號（或稱(chēng)輸出為ON）時(shí)，會(huì )輸出電流流過(guò)光電雙向晶閘管內部的發(fā)光管，內部雙向晶閘管受光導通，電流可以從上往下流過(guò)晶閘管，也可以從下往上流過(guò)晶閘管。由于交流電源的極性是周期性變化的，晶閘管輸出接口電路外部通常接交流電源。

雙向晶閘管輸出型接口電路的響應速度快，動(dòng)作頻率高，一般用于驅動(dòng)交流負載。

圖1-9  雙向晶閘管輸出型接口電路

4.通信接口

PLC配有通信接口，可通過(guò)通信接口與編程器、打印機、其他PLC、計算機等設備實(shí)現通信。PLC與編程器或寫(xiě)入器連接，可以接收編程器或寫(xiě)入器輸入的程序；PLC與打印機連接，可將過(guò)程信息、系統參數等打印出來(lái)；PLC與人機界面（如觸摸屏）連接，可以在人機界面直接操作PLC或監視PLC工作狀態(tài)；PLC與其他PLC連接，可組成多機系統或連成網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現更大規?？刂?；PLC與計算機連接，可組成多級分布式控制系統，實(shí)現控制與管理相結合。

5.擴展接口

為了提升PLC的性能，增強PLC的控制功能，可以通過(guò)擴展接口給PLC增加一些專(zhuān)用功能模塊，如高速計數模塊、閉環(huán)控制模塊、運動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。

6. 電源

PLC一般采用開(kāi)關(guān)電源供電，與普通電源相比，PLC電源的穩定性好、抗干擾能力強PLC的電源對電網(wǎng)提供的電源穩定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內波動(dòng)。有些PLC還可以通過(guò)端子向外提供直流24V穩壓電源。

1.3.3  PLC的工作方式

PLC是一種由程序控制運行的設備，其工作方式與微型計算機不同。微型計算機運行到結束指令時(shí)，程序運行結束；PLC運行程序時(shí)，會(huì )按順序依次逐條執行存儲器中的程序指令，當執行完最后的指令后，并不會(huì )馬上停止，而是又從頭開(kāi)始執行存儲器中的程序，如此周而復始，PLC的這種工作方式稱(chēng)為循環(huán)掃描方式。

PLC的一般工作過(guò)程如圖1-10所示。

圖1-10  PLC的一般工作過(guò)程

PLC通電后，進(jìn)行系統初始化，將內部電路恢復到初始狀態(tài)，進(jìn)行自我診斷檢測內部電路是否正常，以確保系統能正常運行，診斷結束后對通信接口進(jìn)行掃描，若接有外部設備則與之通信。通信接口無(wú)外設或通信完成后，系統開(kāi)始進(jìn)行輸入采樣，檢測輸入端的輸入狀態(tài)（輸入端外部開(kāi)關(guān)閉合時(shí)輸入為ON，斷開(kāi)時(shí)輸入為OFF），并將這些狀態(tài)值寫(xiě)入輸入映像寄存器（也稱(chēng)輸入繼電器）。開(kāi)始從頭到尾執行用戶(hù)程序，程序執行結束后，將得到的輸出值寫(xiě)入輸出映像寄存器（該過(guò)程稱(chēng)為輸出刷新），輸出映像寄存器通過(guò)輸出電路使輸出端內部的硬件繼電器、晶體管或晶閘管導通或斷開(kāi)，從而產(chǎn)生控制輸出。以上過(guò)程完成后，系統又返回，重新開(kāi)始自我診斷，以后不斷重復上述過(guò)程。

PLC有兩個(gè)工作狀態(tài)RUN（運行）狀態(tài)和STOP（停止）狀態(tài)。當PLC工作在RUN狀態(tài)時(shí)，系統會(huì )執行用戶(hù)程序當PLC工作在STOP狀態(tài)時(shí)，系統不執行用戶(hù)程序。PLC正常工作時(shí)應處于RUN狀態(tài)，而在向PLC寫(xiě)入程序時(shí)，應讓PLC處于STOP狀態(tài)。PLC的兩種工作狀態(tài)可通過(guò)面板上的開(kāi)關(guān)切換。

PLC工作在RUN狀態(tài)時(shí)，自我診斷至輸出刷新過(guò)程會(huì )反復循環(huán)執行，執行一次所需要的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期，一般為1～100ms。掃描周期用戶(hù)程序的長(cháng)短、指令的種類(lèi)和CPU執行指令的速度有很大的關(guān)系。

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