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應(yīng)用

CPU 1511C-1 PN 是入門級(jí) CPU，用于非連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)中對(duì)處理速度和響應(yīng)速度要求不高的應(yīng)用。

CPU 1511C-1 PN 具有 5 點(diǎn)模擬量輸入；通過這些輸入，可以獲得壓力或溫度等模擬過程信號(hào)。其中 4 點(diǎn)個(gè)輸入可用于電流或電壓測(cè)量，1 點(diǎn)輸入可用于電阻測(cè)量。
CPU 上的集成模擬量輸出將 16 位數(shù)字值轉(zhuǎn)換為電流或電壓并輸出到過程。例如，它們適合控制比例閥。
借助于 16 點(diǎn)集成式數(shù)字量輸入，可在控制器上直接記錄來自設(shè)備的 24 V DC 信號(hào)。
16 點(diǎn)集成式數(shù)字量輸出可以切換 24 V DC 電壓，從而將內(nèi)部信號(hào)從控制器傳送到設(shè)備。
集成的計(jì)數(shù)器可記錄速度高達(dá) 100 kHz 的信號(hào)并直接在控制器中分析計(jì)數(shù)器狀態(tài)或當(dāng)前速度，無需使用附加模塊。速度可以頻率或周期的形式輸出，或以用戶歸一化速度的形式輸出。
CPU 的運(yùn)動(dòng)控制功能可將計(jì)數(shù)器用作實(shí)際位置值，將模擬量輸出用作速度設(shè)定值輸出。4 – 100 kHz 輸出可用于：

• 直接控制步進(jìn)電機(jī)
• 輸出頻率

或通過 PWM 功能進(jìn)行控制：

• 直接控制閥門或
• 通過數(shù)字方式發(fā)送模擬信號(hào)

另外，CPU 通過易組態(tài)的塊提供全面控制功能，以及通過標(biāo)準(zhǔn)化 PLC-open 塊 提供連接至驅(qū)動(dòng)器的能力。

CPU 1511C-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系統(tǒng)（PROFINET 智能設(shè)備）。集成式 PROFINET IO IRT 接口設(shè)計(jì)為雙端換機(jī)以便在系統(tǒng)中設(shè)立總線型拓?fù)洹?/p>

設(shè)計(jì)

CPU 1511C-1 PN 的特點(diǎn)：

• 功能強(qiáng)大的處理器：
  該 CPU 的單條二進(jìn)制命令的命令執(zhí)行時(shí)間可低至 60 ns。
• 大容量工作存儲(chǔ)器：
  175 KB 用于程序，1 MB 用于數(shù)據(jù)
• 集成輸入/輸出；
  16 點(diǎn)數(shù)字量輸入和 16 點(diǎn)數(shù)字量輸出以及 5 點(diǎn)模擬量輸入和 2 點(diǎn)模擬量輸出（用于電流/電壓信號(hào)），并具有一個(gè)用于測(cè)量 CPU 溫度的附加輸入。
• SIMATIC 存儲(chǔ)卡作為裝載存儲(chǔ)器：
  具有數(shù)據(jù)記錄和歸檔等附加功能
• 靈活的擴(kuò)展功能：
  單層組態(tài)多可支持 32 個(gè)模塊（CPU + 31 個(gè)模塊）
• 具有以下功能的屏幕畫面：
  • 顯示概覽信息，如集成接口的 IP 地址、站名稱、設(shè)備名稱、位置標(biāo)識(shí)符等。
  • 顯示器以及診斷確認(rèn)和用戶消息
  • 模塊信息顯示
  • 顯示可由用戶定義的徽標(biāo)
  • 顯示設(shè)置
  • 設(shè)置 IP 地址
  • 設(shè)置日期和時(shí)間
  • 選擇運(yùn)行模式
  • 將 CPU 復(fù)位為出廠設(shè)置
  • 項(xiàng)目的備份與恢復(fù)
  • 禁用/啟用顯示
  • 啟用保護(hù)級(jí)別
• PROFINET IO IRT 接口：
  具有通過 PROFINET 連接分布式 I/O 的選件。

功能

性能

• 指令處理速度更快, 取決于 CPU 型號(hào)、語言擴(kuò)展和新的數(shù)據(jù)類型
• 由于背板總線速度顯著提高，CPU 的響應(yīng)時(shí)間縮短
• 功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接：
  每個(gè) CPU 均標(biāo)配PROFINET IO IRT（2 端換機(jī)）標(biāo)準(zhǔn)接口。
• 集成技術(shù)
  • 通過標(biāo)準(zhǔn)化的塊 (PLCopen) 連接模擬驅(qū)動(dòng)器和具有 PROFIdrive 功能的驅(qū)動(dòng)器

    
    PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    1 ． PLC 型號(hào)的選擇

    在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對(duì)象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。

    在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

    目前，國(guó)內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮。

    （ 1 ）對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇

    盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。

    要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。

    另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60 ％； PLC 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的，有的 PLC 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時(shí)要考慮這些問題。

    PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級(jí)，但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

    （ 2 ）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇

    對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來估算；計(jì)數(shù)器/ 定時(shí)器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲(chǔ)容量來估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。

    （ 3 ）對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇

    PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在 2 ～ 3 個(gè)掃描周期）等。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問題。

    （ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型

    不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

    （ 5 ）對(duì)在線和離線編程的選擇

    離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個(gè) CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時(shí)， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè) CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，在每一個(gè)掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購(gòu)置計(jì)算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

    （ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

    若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計(jì)算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。

    （ 7 ）對(duì) PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

    在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

    2 ．分配輸入 / 輸出點(diǎn)

    一般輸入點(diǎn)和輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。

    分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。

    在個(gè)別情況下，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點(diǎn)。

    （ 1 ）確定 I/O 通道范圍

    不同型號(hào)的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號(hào)，查閱相應(yīng)的編程手冊(cè)，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊(cè)。

    （ 2 ）部輔助繼電器

    內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用。

  • 支持速度控制軸和定位軸以及外部編碼器，各軸之間可實(shí)現(xiàn)位置 的傳動(dòng)，凸輪/凸輪軌道和探頭
  • 集成式 I/O，例如，用于直接操作步進(jìn)電機(jī)和模擬軸或直接記錄HTL編碼器。
  • 組態(tài)與編程中的計(jì)數(shù)器功能設(shè)計(jì)與 TM Count 2x24V 模塊兼容。
  • 追蹤功能適用于所有 CPU 標(biāo)簽，既適用于實(shí)時(shí)診斷，也適用于偶發(fā)錯(cuò)誤檢測(cè)；還可通過 CPU的網(wǎng)頁服務(wù)器進(jìn)行調(diào)用。
  • 全面的控制功能，例如，通過便于組態(tài)的塊可自動(dòng)優(yōu)化控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)控制質(zhì)量。
• 集成安全功能
  • 通過密碼進(jìn)行知識(shí)保護(hù)，防止未經(jīng)授權(quán)讀取和修改程序塊
  • 通過復(fù)制保護(hù)，可綁定 SIMATIC 存儲(chǔ)卡的程序塊和序列號(hào)：只有在將配置的存儲(chǔ)卡插到 CPU 中時(shí)，該程序塊才可運(yùn)行。
  • 4-級(jí) 授權(quán)理念：
    與 HMI 設(shè)備的通信也會(huì)受到限制。
  • 操作保護(hù)：
    控制器識(shí)別已改變的或未經(jīng)授權(quán)的工程組態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸
• 設(shè)計(jì)與操作
  • 顯示概覽信息：
    例如，站名稱，工廠標(biāo)識(shí)符，位置名稱，診斷信息，模塊信息，顯示設(shè)置。
  • 顯示屏上的操作員控制選項(xiàng)：
    設(shè)置 CPU 或所連接以太網(wǎng)通信處理器的地址、設(shè)置日期和時(shí)間、選擇 CPU 的操作模式、復(fù)位 CPU 至默認(rèn)設(shè)置、禁用/啟用顯示器、激活保護(hù)等級(jí)，確認(rèn)消息，備份和恢復(fù)項(xiàng)目。
• 集成系統(tǒng)診斷
  • 顯示屏上、TIA 博途中、HMI 設(shè)備上以及 Web 服務(wù)器上以純文本形式一致顯示系統(tǒng)診斷信息（甚至能顯示來自變頻器的消息），即使 CPU 處于停止模式也會(huì)進(jìn)行更新。
  • 集成在 CPU 的固件中，無須進(jìn)行特殊組態(tài)。
• SIMATIC 存儲(chǔ)卡(用來運(yùn)行 CPU)
  • 用作插入式裝載存儲(chǔ)器，或用于更新固件。
  • 還可用于存儲(chǔ)附加文檔或 csv 文件（用于配方和歸檔）
  • 通過用戶程序的系統(tǒng)函數(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/讀取
• 數(shù)據(jù)記錄（歸檔）和配方
  • 配方和歸檔以 csv 文件保存在 SIMATIC 存儲(chǔ)卡中；
    便于使用 Office 工具或通過 web 服務(wù)器，訪問工廠運(yùn)行數(shù)據(jù)
  • 通過 Web 瀏覽器或 SD 讀卡器，可方便地訪問機(jī)器的組態(tài)數(shù)據(jù)（與控制器之間的雙向數(shù)據(jù)交換）
• 編程
  • 使用 STEP 7 Professional V13 SP 1 UPD 4 或更高版本進(jìn)行編程
  • 用于從 SIMATIC S7-300/S7-400 移植到 S7-1500 的移植工具；可基本上自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序代碼。記錄不可轉(zhuǎn)換的代碼，并可以手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。
  • 通過復(fù)制與粘貼操作，可將 S7-1200 基本程序傳送到 S7-1500