元器件常识.doc

各元器件定义及原理PLC德国西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400），工业网络，HMI人机界面，工业软件等。1SIMATIC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各种场合中的自动检测、监测及控制等。2SIMATIC S7-300 PLC是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。3 SIMATIC S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。4 工业通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称。5 人机界面（HMI）硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。6 SIMATIC S7工业软件分为三个不同的种类：（1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。（2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。（3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。MPIMPI是多点接口(Multi Point Interface)的简称，是西门子公司开发的用于PLC之间通讯的保密的协议。是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI通信可使用PLC S7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡，如CP5512/CP5611/CP5613等进行数据交换。MPI网络的通信速率为19.2Kbps12Mbps，最多可以连接32个节点，最大通讯距离为50m，但是可能通过中断器来扩展长度。OLM(光纤链路模块) OLM 可将PROFIBUS 光纤网络构成总线、环形或星形拓朴结构。光纤链路的传输速率与距离无关，最大可为12 Mbit/s，最大光缆长度可达到15 公里。 典型的OLM 应用包括： - 基于PROFIBUS 的系统总线 - 使用玻璃纤维光缆楼宇间组网 - 由电气和光纤段组成的混合网络 - 长距离网络(道路隧道，交通控制系统) - 具有高可用性要求的网络(冗余环网络) - OLM/G12-EEC 可用在温度达-20C 的环境下。OBT(光纤总线终端) OBT用于将一个不带集成光纤接口的PROFIBUS DP 站连接到一个光纤线路。以此，通过与具有光纤接口的装置(例如ET200S FO)相结合，可实现现有DP 站或网段光纤数据传输的诸多优点。 OBT 还可用作连接移动装置(例如编程器)的插座，而无需断开总线。 以下的光纤传输介质可连接到OBT： - 塑料FO 电缆，预装配有2X2 单工连接器，最长50 米 - PCF FO 电缆，预装配有2X2 单工连接器，最长300 米继电器 一、继电器（relay）的工作原理和特性 当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。1、电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。二、继电器主要产品技术参数1、额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。2、直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。3、吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。4、释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5、触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。三、继电器测试1、测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0，(用更加精确方式可测得触点阻值在100毫欧以内)；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。2、测线圈电阻可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。3、测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。4、测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。四、继电器的电符号和触点形式 继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：1.动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2.动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3.转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。五、继电器的选用1.先了解必要的条件控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。冗余冗余系统是用来保证系统在出现故障时还能够不耽误生产，继续运行的控制系统，也即当一套PLC出现问题时，备用PLC自动启动运行。Siemens的冗余有软冗余SWR和硬冗余400H系统。SWR的故障切换时间在秒级，主要靠STEP7中的功能块实现；400H系统故障切换时间在百毫秒以内，有硬件冗余控制的机制，靠同步光纤进行两PLC之间的数据同步。冗余用一个通俗的语言,可以接近理解为备用,但是冗余系统一般实现在故障时完成瞬时变更系统,类似无缝对接;保证生产正常进行;冗余有硬冗余和软冗余两种方案;根据故障的类型带来的损害程度代价等采用不同的方案；而具体的硬件冗余也参考以上等因素开环和闭环开环和闭环都是一种控制方式,目前在自动控制领域较多使用闭环控制,闭环控制又分为单闭环和双闭环控制.闭环控制的优点在于良好的跟随性和系统的稳定性。开环是没有反馈的,至于什么叫开环?什么叫闭环?举一个简单的例子,开环是走一条直线,而闭环是绕闭着一个圆在走。开环是只有给定变量没有实际的变量反馈的变量进行比较，一般控制不精确，而闭环则相反，首先有一个给定的变量，然后还要有一个反馈的变量，再用反馈的变量与给定的变量作比较，通过运算尽可能的使给定变量与反馈变量接近，达到控制精度。举个简单的例子：你告诉某人去干件事情，如果吩咐完就不管不问，也不知道结果的话就是开环；如果吩咐事情时要求实施者及时反馈事情的进展情况和他所处的位置，由你确定他下一步该干什么的话，就是闭环。闭环主要是要求控制的准确性和精度需要较高的场合。使能负责控制信号的输入和输出叫做使能，是一个动词，英文Enable。使能通俗点说就是一个“允许”信号，进给使能也就是允许进给的信号，也就是说当进给使能信号有效的时候电机才能转动。一般的数控系统会将电机的进给使能信号跟急停开关和行程限位开关串联起来，当按下急停开关或者电机运转超出行程后，进给使能信号被断开，电机不能继续转动，从而保护机床在安全的行程内运行。 使能就是控制。 制动电阻通俗的说，就是利用电阻发热，把电能转换成热能消耗掉，理解成浪费掉也行制动组件(1)制动单元的工作原理及制动过程在变频调速系统中，降速的基本方法就是通过逐步降低给定频率来实现。当拖动系统的惯性较大，电机的转速的下降将跟不上电机同步转速的下降，即电机的实际速度比其同步速度高，此时电机转子绕组切割旋转磁场磁力线的方向和电机恒速运行时正好相反，转子绕组的感应电动势和电流的方向也都相反，所产生的电磁转矩也就和电机旋转方向相反，电动机将出现负转矩，此时的电动机实际为发电机，系统处于再生制动状态，将拖动系统的动能回馈到变频器直流母线上，使直流母线电压不断上升，甚至达到危险的地步（变频器损坏等）。 在某些应用场合，需要快速降速，根据异步电动机原理可知，若滑差越大转矩也越大，同理制动转矩将随着降速速率的加大而增大，使系统降速时间大大缩短，能量回馈大大加快，直流母线电压快速上升，因此必须将该回馈能量迅速消耗掉，保持直流母线电压在某一安全范围以下。制动单元系统的主要功能就是能快速将该能量消耗掉（能量由制动电阻转换成热能散发）。它有效的弥补了普通变频器的制动速度慢、制动转矩小（20额定转矩）的缺点，对于一些需快速制动但频度较低的场合非常适用。以下是制动单元的动作过程： a、当电