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SIM提供了方便、强大的仿真模拟功能。与真实的PLC相比,它的灵活性高,提供了许多PLC硬件无法实现的功能,使用也更加方便。但是仿真软件毕竟不能完全取代真实的硬件,不可能实现完全仿真。用户利用S7-PLCSIM进行仿真时,还应该了解它与真实PLC的差别。
1.S7-PLCSIM上有如下功能在真实PLC上无法实现
1)仿真的CPU中正在运行时可以用“Stop”选项中断程序,恢复“运行”时是从程序中断处开始继续处理程序。
2)与真实的CPU一样,仿真软件可以改变CPU的操作模式(RUN、RUN-P和S**)。但与实际CPU不同的是仿真的CPU切换到S**模式并不会改变输出的状态。
3)仿真软件中在目标视图中变量的每个改变,其存储区对应相关地址的内容会被同时更新。CPU并不是等到循环周期结束或开始时才更新改变的数据。
4)使用关于程序处理的选项可以*CPU如何执行程序:
●选择“By cycles”程序执行一个周期后等待命令再执行下一个循环周期。
●选择“Automatic”程序的处理同实际自控系统一样,一旦一个循环周期结束马上执
行下一个周期。
5)仿真定时器可以使用自动或手动方式处理,自动方式按照程序执行结果,手动方式可以给定特殊值或复位定时器。复位定时器可以复位单独的定时器或一次复位所有定时器。
6)可以手动触发诊断中断OB。OB40到OB47(过程中断)、OB70(I/O冗余错误)、OB72(CPU冗余错误)、OB73(通信冗余错误)、OB80(时间错误)、OB82(诊断警告)、OB83(插拔模块警告)、OB85(程序执行错误)和OB86(机架故障)。
7)过程映像区和I/O区。如果改变一个输入映像区的值,S7-PLCSIM立即将此值复制到输入外设区。这就意味着从输入外设区写到输入过程映像区所需要的值在下一个循环周期开始时不会丢失。同样如果改变了输出映像区的一个值,此值立即被复制到输出外设区。
2.S7-PLCSIM与“实际”的自动化系统还有以下不同
1)诊断缓冲区。S7-PLCSIM不能支持所有写入诊断缓冲区的错误消息。例如,关于CPU中的电池电量不足的消息或者EEPROM错误是不能仿真的。但大部分I/O和程序错误都是可以仿真的。
2)在改变操作模式时(比如从RUN切换到S**)输入/输出没有“安全”状态。
3)不支持功能模块(FM)。
4) S7-PLCSIM与S7-400 PLC CPU一样支持4个累加器。在某些情况下S7-PLCSIM上运行的程序与真实的只有两个累加器S7-300 PLC CPU上运行结果不同。
5)输入/输出的不同。大多数S7-300 PLC产品系列的CPU可以自动配置输入/输出设备。如果将模块连接到控制器,CPU即自动地识别此模块。对于仿真的自动化系统,这种自动地识别是不能模拟的。如果把一个自动组态好I/O的S7-300 PLC CPU程序装载到S7-PLCSIM中,系统数据中将不包含任何I/O组态。因此,如果使用S7-PLCSIM来仿真S7-300 PLC的程序,为了使CPU能识别所使用的模块,必须首先装载硬件组态。在S7-PLCSIM中S7-300 PLC CPU不能自动识别I/O,例如CPU 315-2DP,CPU 316-2DP或CPU 318-2DP等,为了能将硬件组态装载到S7-PLCSIM,需要创建一个项目。复制相应的硬件组态到这个项目并装载到S7-PLCSIM。然后从任意STEP 7项目装载程序块,I/O处理都不会有错误。
西门子plc的PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP现场总线通信的物理层都是RS-485,而且采用都是相同的通信线缆和专用网络接头。西门子提供两种网络接头,即标准网络接头和包括编程端口接头,可方便地将多台设备与网络连接,编程端口允许用户将编程站或hmi没备与网络连接,而不会干扰任何现有网络连接,图为带编程口的网络接头。标准网络接头的编程端口接头均有两套终端螺丝钉,用于连接输入和输出网络电缆。这两种接头还配有开关,可选择网络偏流和终端。图显示了电缆接头的普通偏流和终端状况,右端的电阻设置为“on”,而中间的设置为“off”,图中只显示了一个,若有多个也是这样设置。要将偏流电阻设置“on”或者“off”,只要拨动网络接头上的拨钮即可。图中拨钮在“off”一侧,因此偏置电阻未接入电路。
网络接头的偏流电阻设置图
网络接头的偏流电阻设置图
图 网络接头的偏流电阻设置图
西门子的专用PROFIBUS电缆中有两根线,一根为红色,上标有“B”,一根为绿色,上面标有“A”,这两根线只要与网络接头上相对应的“A”和“B”接线端子相连即可(如“A”线与“A”接线端相连)。网络接头直接插在PLC的通信口上即可,不需要其他设备。注意:三菱的FX系列PLC的RS-485通信要加RS-485专用通信模块和偏流电阻。
西门子S7-300 plc具有非常强大的故障诊断功能,通过STEP 7编程软件可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息,使用户能*地查找到故障。
这里的诊断是指西门子S7-300 PLC内部集成的错误识别和记录功能,错误信息在CPU的诊断缓冲区内。有错误或事件发生时,标有日期和时间的信息被保存到诊断缓冲区,时间保存到系统的状态表中,如果用户已对有关的错误处理组织块编程,CPU将调用该组织块。
在SIMATIC管理器中用菜单命令“查看”→“在线”打开在线窗口。打开所有的站,查看是否有CPU显示了指示错误或故障的诊断符号。
诊断符号用来形象直观地表示模块的运行模式和模块的故障状态,如图所示。如果模块有诊断信息,在模块符号上将会增加一个诊断符号或者模块符号的对比度降低。
诊断符号
诊断符号
图 诊断符号
诊断符号“当前组态与实际组态不匹配”表示被组态的模块不存在或者插入了与组态的模块型号不同的模块。
诊断符号“无法诊断”表示无线上连接或该模块不支持模块诊断信息,例如电源模块或子模块。
“强制”符号表示在该模块上有变量被强制,即在模块的用户程序中有变量被赋予一个固定值,该数据值不能被程序改变。“强制”符号可以与其他符号组合在一起显示,如图中“强制与运行”符号。
从在线的SIMATIC管理器的窗口、在线的硬件诊断功能打开的快速窗口和在线的硬件组态窗口(诊断窗口),都可以观察到诊断符号。
通过观察诊断符号,町以判断CPU模块的运行模式是否有强制变量,CPU模块和功能模块(FM)是否有故障。
打开在线窗口,在SIMATIC管理器中执行菜单命令“PLC”→“诊断/设置”→“硬件诊断”,将打开硬件诊断快速浏览窗口。在该窗口中显示PLC的状态,看到诊断功能的模块硬件故障,双击“故障模块”可以获得详细的故障信息。
尽管梯形图与继电器电路图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面相类似,但它们又有许多不同之处,plc梯形图有自己的编程规则。
1)每一逻辑行总是起于左母线,最后终止于线圈或右母线(右母线可以不画出),如图1所示。
2)无论选用哪种机型的PLC,所用元件的编号必须在该机型的有效范围内。例如西门子S7- 300 PLC中没有M99000.0。
图1 梯形图
a)错误b)正确
3)梯形图中的触点可以任意串联或并联,但继电器线圈只能并联而不能串联。
4)触点的使用次数不受限制。例如,辅助继电器M0.0可以在梯形图中出现无限制的次数,而实物继电器的触点一般少于8对,只能用有限次。
5)在梯形图中同*圈只能出现一次。如果在程序中,同*圈使用了两次或多次,称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”,有些PLC将其视为语法错误,**不允许(如三菱FX系列PLC);有些PLC则将前面的输出视为无效,只有最后一次输出有效(如西门子PLC);而有些PLC在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。
6)西门子PLC的梯形图中不能出现Ⅰ线圈。
7)对于不可编程的梯形图必须经过等效变换,变成可编程梯形图。
8)在有几个串联电路相并联时,应将串联触点多的回路放在上方,归纳为“多上少下”的原则,如图2所示。在有几个并联电路相串联时,应将并联触点多的回路放在左方,归纳为“多左少右”原则,如图3所示。因为这样所编制的程序简洁明了,语句较少。但要注意图2a和图3a的梯形图逻辑上是正确的。
梯形图
梯形图
图2 梯形图
a)不合理b)合理
9) PLC的输入端所连的电器元件通常使用常开触点,即使与PLC对应的继电器一接触器系统原来使用的是常闭触点,改为PLC控制时也应转换为常开触点。如图4所示为继电器接触器系统控制的电动机的起/停控制,如图5所示为电动机的起/停控制的梯形图。可以看出:继电器一接触器系统原来使用常闭触点SB1和FR,改用PLC控制时,则在PLC的输入端变成了常开触点。
梯形图
梯形图
图3 梯形图
a)不合理b)合理
电动机起/停控制图
电动机起/停控制图
图4 电动机起/停控制图
电动机起/停控制的梯形图
电动机起/停控制的梯形图
图5 电动机起/停控制的梯形图
图5的梯形图中I0.1和I0.2用常闭触点,否则控制逻辑不正确。若读者一定要让PLC的输入端的按钮为常闭触点输入也可以(一般不推荐这样使用),但梯形图中I0.1和I0.2要用常开触点,对于急停按钮必须使用常闭触头,若一定要使用常开触头,从逻辑上讲是可行的,但在某些情况下,有可能急停按钮不起作用而造成事故,这是读者要特别注意的。另外,一般不推荐将热继电器的常开触点接在PLC的输入端,因为这样做占用了宝贵的输入点,较好将热继电器的常闭触点接在PLC的输出端,与KM的线圈串联。
功能图(SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种图解表示方法。它具有简单、直观等特点,不涉及控制功能的具体技术,是一种通用的语言,是IEC(**电工**)可以选择的编程语言,近年来在plc的编程中已经得到了普及与推广。
功能图的基本思想是:设计者按照生产要求,将被控设备的一个工作周期划分成若干个工作阶段(简称“步”),并明确表示每一步要执行的输出,“步”与“步”之间通过制定的条件进行转换,在程序中,只要通过正确连接进行“步”与“步”之间的转换,就可以完成被控设备的全部动作。
PLC执行功能图程序的基本过程是:根据转换条件选择工作“步”,进行“步”的逻辑处理。组成功能图程序的基本要素是步、转换条件和有向连线,如图所示。
功能图
功能图
图 功能图
1.步
一个顺序控制过程可分为若干个阶段,也称为步或状态。系统初始状态对应的步称为初始步,初始步一般用双线框表示。在每一步中施控系统要发出某些“命令”,而被控系统要完成某些“动作”、“命令”和“动作”都称为动作。当系统处于某一工作阶段时,则该步处于激活状态,称为活动步。
2.转换条件
使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件,让它们的状态按一定的顺序变化,然后用代表各步的编程元件去控制输出。不同状态的“转换条件”可以不同,也可以相同。当“转换条件”各不相同时,在功能图程序中每次只能选择其中一种工作状态(称为“选择分支”),当“转换条件”都相同时,在功能图程序中每次可以选择多个工作状态(称为“选择并行分支”)。只有满足条件状态,才能进行逻辑处理与输出。因此,“转换条件”是功能图程序选择工作状态(步)的“开关”。
3.有向连线
步与步之间的连接线称为“有向连线”,“有向连线”决定了状态的转换方向与转换途径。在有向连线上有短线,表示转换条件。当条件满足时,转换得以实现,即上一步的动作结束而下一步的动作开始,因而不会出现动作重叠。步与步之间必须要有转换条件。
图中的双框为初始步,M0.0和M0.1是步名,I0.0、I0.1为转换条件,Q0.0、Q0.1为动作。当M0.0有效时,输出指令驱动Q0.0。步与步之间的连线称为有向连线箭头省略未画。