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(biāo)稱功率 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(xiàn)場(chǎng)總線：USS/MODBUS RTU 安裝有基本操作面板 保護(hù)：IP20/ UL 開(kāi)放 尺寸：AA 68x142x108（寬x高x深

PLC種類很多，但結(jié)構(gòu)大同小異，典型的PLC控制系統(tǒng)組成方框圖如圖1-5所示。在組建PLC控制系統(tǒng)時(shí)，需要給PLC的輸入端子連接有關(guān)的輸入設(shè)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(shè)備（如指示燈、電磁線圈和電磁閥等）。如果需要PLC與其他設(shè)備通信，可在PLC的通信接口連接其他設(shè)備；如果希望增強(qiáng)PLC的功能，可給PLC的擴(kuò)展接口接上擴(kuò)展單元。

圖1-5 典型的PLC控制系統(tǒng)組成方框圖

1.3.2  PLC內(nèi)部組成單元說(shuō)明

從圖1-5可以看出，PLC內(nèi)部主要由CPU、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、通信接口和擴(kuò)展接口等組成。

1. CPU

CPU又稱中央處理器，它是PLC的控制中心，它通過(guò)總線（包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）與存儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)器。

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

③逐條運(yùn)行存儲(chǔ)器中的程序，并進(jìn)行各種運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)下來(lái)，通過(guò)輸出接口輸出，以對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行有關(guān)控制。

④監(jiān)測(cè)和診斷內(nèi)部各電路的工作狀態(tài)。

2. 存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器的功能是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。PLC通常配有ROM（只讀存儲(chǔ)器）和RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）兩種存儲(chǔ)器，ROM用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，RAM用來(lái)存儲(chǔ)用戶程序和程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)程序由廠家編寫并固化在ROM存儲(chǔ)器中，用戶無(wú)法訪問(wèn)和修改系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序主要包括系統(tǒng)管理程序和指令解釋程序。系統(tǒng)管理程序的功能是管理整個(gè)PLC，讓內(nèi)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編寫的程序翻譯成CPU可以識(shí)別和執(zhí)行的程序。

用戶程序是由用戶編寫并輸入存儲(chǔ)器的程序，為了方便調(diào)試和修改，用戶程序通常存放在RAM中，由于斷電后RAM中的程序會(huì)丟失，RAM專門配有后備電池供電。有些PLC采用EEPROM（電可擦寫只讀存儲(chǔ)器）來(lái)存儲(chǔ)用戶程序，由于EEPROM存儲(chǔ)器中的信息可使用電信號(hào)擦寫，并且掉電后內(nèi)容不會(huì)丟失，采用這種存儲(chǔ)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I/O接口電路或I/O模塊，是PLC與外圍設(shè)備之間的連接橋梁。PLC通過(guò)輸入接口電路檢測(cè)輸入設(shè)備的狀態(tài)，以此作為對(duì)輸出設(shè)備控制的依據(jù)，PLC又通過(guò)輸出接口電路對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制。

PLC的I/O接口能接收的輸入和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之

PLC外圍設(shè)備提供或需要的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU只能處理標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)，I/O接口要能進(jìn)行電平轉(zhuǎn)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(shù)字量輸入接口電路和模擬量輸入接口電路。數(shù)字量輸入接口用于接收“1、0”數(shù)字信號(hào)或開(kāi)關(guān)通斷信號(hào)，又稱開(kāi)關(guān)量輸入接口；模擬量輸入接口用于接收模擬量信號(hào)（連續(xù)變化的電壓或電流）。模擬量輸入接口通常采用A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字量輸入接口電路如圖1-6所示。

當(dāng)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(nèi)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(fù)極，光電耦合器的光敏管受光導(dǎo)通，這樣給內(nèi)部電路輸入一個(gè)ON 信號(hào)，即I0.0端子輸入為ON（或稱輸入為1）。由于光電耦合器內(nèi)部是通過(guò)光線傳遞的，故可以將外部電路與內(nèi)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(hào)，R1為限流電阻。1M端為同一組數(shù)字量（如I0.0～I(xiàn)0.7）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(shù)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(shù)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(zhuǎn)換電路，將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)；數(shù)字量輸出接口電路采用的電路形式較多，根據(jù)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(dāng)PLC內(nèi)部電路輸出ON信號(hào)（或稱輸出為ON）時(shí)，會(huì)輸出電流流經(jīng)繼電器KA線圈，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)KA閉合，負(fù)載有電流通過(guò)，電流途徑是DC電源（或AC電源）的一端→負(fù)載→Q0.1端子入→內(nèi)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(fù)載線圈產(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(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載，允許通過(guò)的電流大，但其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，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(dāng)PLC 內(nèi)部電路輸出ON信號(hào)（或稱輸出為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(dǎo)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(dāng)G極為高電壓時(shí)截止，為低電壓時(shí)導(dǎo)通，光電耦合器導(dǎo)通時(shí)VT也導(dǎo)通，相當(dāng)于1L 、Q0.2端子內(nèi)部接通，有電流流過(guò)負(fù)載，電流途徑是DC電源正極→負(fù)載→1L 端子人→導(dǎo)通的晶體管VT→Q0.2端子出→DC電源負(fù)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(fù)極。

晶體管輸出型接口電路反應(yīng)速度快，通斷頻率高（可達(dá)20～200kHz），但只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)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(dāng)PLC 內(nèi)部電路輸出ON信號(hào)（或稱輸出為ON）時(shí)，會(huì)輸出電流流過(guò)光電雙向晶閘管內(nèi)部的發(fā)光管，內(nèi)部雙向晶閘管受光導(dǎo)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(yīng)速度快，動(dòng)作頻率高，一般用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)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(jī)、其他PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與編程器或?qū)懭肫鬟B接，可以接收編程器或?qū)懭肫鬏斎氲某绦?；PLC與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等打印出來(lái)；PLC與人機(jī)界面（如觸摸屏）連接，可以在人機(jī)界面直接操作PLC或監(jiān)視PLC工作狀態(tài)；PLC與其他PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模控制；PLC與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。

5.擴(kuò)展接口

為了提升PLC的性能，增強(qiáng)PLC的控制功能，可以通過(guò)擴(kuò)展接口給PLC增加一些專用功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)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(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)PLC的電源對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。有些PLC還可以通過(guò)端子向外提供直流24V穩(wěn)壓電源。

1.3.3  PLC的工作方式

PLC是一種由程序控制運(yùn)行的設(shè)備，其工作方式與微型計(jì)算機(jī)不同。微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行到結(jié)束指令時(shí)，程序運(yùn)行結(jié)束；PLC運(yùn)行程序時(shí)，會(huì)按順序依次逐條執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序指令，當(dāng)執(zhí)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(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序，如此周而復(fù)始，PLC的這種工作方式稱為循環(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(tǒng)初始化，將內(nèi)部電路恢復(fù)到初始狀態(tài)，進(jìn)行自我診斷檢測(cè)內(nèi)部電路是否正常，以確保系統(tǒng)能正常運(yùn)行，診斷結(jié)束后對(duì)通信接口進(jìn)行掃描，若接有外部設(shè)備則與之通信。通信接口無(wú)外設(shè)或通信完成后，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行輸入采樣，檢測(cè)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)值寫入輸入映像寄存器（也稱輸入繼電器）。開(kāi)始從頭到尾執(zhí)行用戶程序，程序執(zhí)行結(jié)束后，將得到的輸出值寫入輸出映像寄存器（該過(guò)程稱為輸出刷新），輸出映像寄存器通過(guò)輸出電路使輸出端內(nèi)部的硬件繼電器、晶體管或晶閘管導(dǎo)通或斷開(kāi)，從而產(chǎn)生控制輸出。以上過(guò)程完成后，系統(tǒng)又返回，重新開(kāi)始自我診斷，以后不斷重復(fù)上述過(guò)程。

PLC有兩個(gè)工作狀態(tài)RUN（運(yùn)行）狀態(tài)和STOP（停止）狀態(tài)。當(dāng)PLC工作在RUN狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行用戶程序當(dāng)PLC工作在STOP狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)不執(zhí)行用戶程序。PLC正常工作時(shí)應(yīng)處于RUN狀態(tài)，而在向PLC寫入程序時(shí)，應(yīng)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(fù)循環(huán)執(zhí)行，執(zhí)行一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期，一般為1～100ms。掃描周期用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。

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