Der vollständige Name der SPS lautet Programmable Logic Controller (Programmable Logic Controller), eine digitale Betriebssteuerung mit einem Mikroprozessor zur automatischen Steuerung , die jederzeit Steueranweisungen zur Speicherung und Ausführung in den Speicher laden kann. Die SPS besteht aus Funktionseinheiten wie CPU , Befehls- und Datenspeicher, Eingabe-/Ausgabeschnittstelle, Stromversorgung und Digital-Analog-Umwandlung .
Machen wir einen Vergleich mit einem Einzelchip-Mikrocomputer: Ein Einzelchip-Mikrocomputer (Einzelchip-Mikrocomputer, vollständiger Name: Einzelchip-Mikrocomputer) ist eine Art Zentraleinheit ( CPU) mit Datenverarbeitungsfunktionen, Arbeitsspeicher (RAM), Lese- und Nur Speicher usw. ROM , verschiedene E/A-Ports und Interrupt-Systeme, Timer/Zähler und andere Funktionen (können auch analoge Multiplexer, A/D-Wandler und andere Schaltkreise umfassen) werden in einen Siliziumchip integriert, um ein kleines, vollständiges System zu bilden Mikrocomputersystem.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass SPS und Mikrocontroller sehr ähnlich sind. Es handelt sich bei allen um programmierbare Steuerungen mit Computersystemen. Ihre Einsatzgebiete und Verwendungszwecke sind jedoch recht unterschiedlich. SPS ist vor allem im Bereich der industriellen Automatisierung wie Produktionslinien, Industrierobotern, CNC-Werkzeugmaschinen usw. tätig, während Single-Chip-Mikrocomputer im Leben wie Haushaltsgeräte voreingenommen sind.
Aus optischer Sicht ist der Einzelchip-Mikrocomputer ein Chip, und das kleinste System des Einzelchip-Mikrocomputers besteht aus Modulen wie einer Quarzoszillatorschaltung und einer Rücksetzschaltung. Die SPS sieht von außen wie ein großer Kasten aus, und alle internen Komponenten sind darin untergebracht. Von außen sind keine elektronischen Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren zu sehen, sondern nur viele Verdrahtungsklemmen und Anzeigelampen Dadurch kann die SPS auch in rauen Umgebungen stabiler arbeiten und verfügt über eine stärkere Anti-Interferenz-Fähigkeit. Natürlich ist der Preis einer SPS auch viel höher als der eines Einzelchip-Mikrocomputers. Der Preis einer SPS beträgt 1.000 Yuan, weshalb SPS in gewöhnlichen Haushaltsgeräten nicht verwendet wird.
Zweitens sind auch ihre Arbeitsspannungen unterschiedlich. Die Arbeitsspannung von Einzelchip-Mikrocomputern beträgt im Allgemeinen 5 V Gleichstrom, während die Arbeitsspannung von SPS 24 V Gleichstrom oder 220 V Wechselstrom beträgt. Daher ähnelt ein Mikrocontroller eher einem elektronischen Produkt und eine SPS eher einem elektrischen Gerät. Ähnlich wie bei Einzelchip-Mikrocomputern treiben SPS-Ausgangsports im Allgemeinen keine Lasten direkt an und steuern den Hauptstromkreis im Allgemeinen indirekt durch die Steuerung von Relais oder Schützen.
Tatsächlich können wir das Innere der SPS als einen Ein-Chip-Mikrocomputer betrachten, aber die SPS hat eine Sekundärentwicklung auf der Grundlage von Ein-Chip-Mikrocomputern durchgeführt, die ihre Verwendungsmethode stark verändert und eine Reihe unabhängiger und bequemerer Programmierungen abgeleitet hat Methoden. Gleichzeitig wird auch die unterstützende Ausrüstung stärker standardisiert.
Zu den derzeit gängigen SPS-Marken gehören Siemens (Deutschland), Mitsubishi (Japan), Omron (Japan), Schneider (Frankreich) usw. Auch inländische Marken wie Inovance, Xinjie und Hechuan sind auf dem Vormarsch und verfügen ebenfalls über einen guten Marktanteil. Derzeit hat Siemens immer noch den höchsten Marktanteil.
Verschiedene Marken verwenden unterschiedliche Programmiersoftware, und sogar verschiedene SPS-Modelle derselben Marke verwenden unterschiedliche Software. Beispielsweise verfügt Siemens PLC über vier Programmiersoftware, nämlich STEP7 Microwin ( S7-200 ), STEP 7-Micro/WIN SMART (eine speziell für S7-200 SMART entwickelte Programmiersoftware), STEP7 V5.5 ( S7-300 , S7- 400, ET200), STEP 7 V11 (S7-300, S7-400, S7-1500, S7-1200).
SPS-Programmiersprache: Die SPS verfügt über fünf Standardprogrammiersprachen: Kontaktplansprache (LD), Anweisungslistensprache (IL), Funktionsblocksprache (FBD), sequentielle Funktionsflussdiagrammsprache (SFC) und strukturierte Textsprache (ST). Kontaktplandiagramme sind für Personen mit grundlegenden Schaltkreiskenntnissen am einfachsten zu erlernen, da sie grafisch programmiert sind. Das Leiterdiagramm entspricht dem schematischen Diagramm des elektrischen Betriebs, das intuitiv und entsprechend ist; es stimmt mit der ursprünglichen Relaissteuerung überein und ist für Elektrokonstrukteure leicht zu verstehen. Die folgende Abbildung ist ein einfaches selbstsperrendes Leiterdiagramm der SPS-Spule (Siemens). Sie können feststellen, dass die logische Beziehung und das Schaltungsprinzip sehr ähnlich sind.
Als nächstes wird Siemens S7-1200 als Beispiel verwendet, um den Mechanismus der SPS und ihrer Programmierumgebung vorzustellen.
S7-1200 ist eine neue Generation modularer Klein-SPS von Siemens. Schauen Sie sich zunächst die Struktur dieser SPS an:
Der Hauptteil der SPS ist die mittlere CPU. Obwohl es sich um eine CPU handelt, integriert sie tatsächlich einen Prozessor, Eingabe- und Ausgabeanschlüsse sowie einen Speicher und kann alleine arbeiten. Für die S7-1200 stehen drei CPU-Modelle zur Auswahl, und jedes Modell verfügt über drei Versionen. Jede Version entspricht einer anderen Stromversorgungs-/Eingabe-/Ausgabemethode, die sehr flexibel einsetzbar ist. Einige seiner Parameter sind wie folgt (detaillierte Parameter können vom Produkthandbuch auf der offiziellen Website von Siemens heruntergeladen werden):
In einigen einfachen Steuerungsszenarien reicht eine einzelne CPU aus, die über eine bestimmte Anzahl von E/A-Ports verfügt. Beispielsweise verfügt die CPU 1214C in der obigen Tabelle über 14 Eingangsports und 10 Ausgangsports. In einigen Fällen ist jedoch ein Erweiterungsmodul erforderlich, z. B. wenn die CPU-Ein- und -Ausgänge nicht ausreichen oder analoge Ein- und Ausgänge verwendet werden müssen.
Das erste ist das Signalboard (SB). Sie können das vordere Strukturdiagramm sehen. Es wird an der Vorderseite der CPU installiert. Sie müssen nur die vordere Abdeckung der CPU öffnen, um das Signalboard zu installieren, aber es gibt nur eines Signalboard-Einbausteckplatz, daher kann der S7-1200 höchstens ein Signalboard erweitern. Darüber hinaus können in diesem Montagesteckplatz auch eine RS-458-Schnittstelle und eine Batterieplatine installiert werden.
Wenn die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Signalboards installiert sind, wird das Signalmodul (SM) benötigt. Das Signalmodul wird auf der rechten Seite der CPU installiert und über Kupferstifte mit der CPU verbunden. Im Vergleich zur Signalplatine können mehrere Signalmodule gleichzeitig erweitert werden. Betrachtet man die obige Tabelle, kann die CPU 1214C bis zu 8 Signalmodule erweitern. Sie können sich die Szene vorstellen, in der 8 Signalmodule miteinander verbunden sind. Mit dem Signalmodul müssen Sie sich keine Sorgen mehr über fehlende Ein- und Ausgangsanschlüsse machen (aber das Signalmodul muss den Installationsraum belegen, je größer die Erweiterung, desto mehr Platz nimmt es ein).
Es stehen viele Arten von Signalplatinen und Signalmodulen zur Auswahl, und auch die Anzahl der Ein- und Ausgänge sowie die analogen und digitalen Werte verschiedener Modelle sind unterschiedlich. Informationen zum jeweiligen Modell finden Sie im Benutzerhandbuch der S7-1200, daher werde ich hier nicht näher darauf eingehen.
Es gibt auch ein Kommunikationsmodul (CM), das auf der linken Seite der CPU installiert ist, und die S7-1200 kann bis zu 3 Kommunikationsmodule erweitern. Es ist eine Brücke zwischen der CPU und dem Netzwerk.
PROFINET-Schnittstelle: Diese Schnittstelle dient der Programmierung, HMI-Kommunikation und Kommunikation zwischen SPSen. Darüber hinaus unterstützt es die Kommunikation mit Drittgeräten über ein offenes Ethernet-Protokoll. Beim Herunterladen des Programms wird die Schnittstelle über ein Netzwerkkabel mit der Ethernet-Schnittstelle des Computers verbunden. Über diese Schnittstelle kann auch das vereinfachte Serienpanel angeschlossen oder über Ethernet mit anderen SPS kommuniziert werden.
Schauen wir uns noch einmal den Schaltplan der SPS an. Wir haben oben über das CPU-Modell und die Version gesprochen. Die S7-1200-CPU hat drei Versionen, nämlich DC/DC/DC, AC/DC/RLY und DC/DC/RLY. Die Versionsnummer verfügt über 3 Parameter, die der Stromversorgungsspannung/Eingangsspannung/Ausgangsspannung entsprechen: AC bedeutet AC 220 V, DC bedeutet DC 24 V, RLY bedeutet Relaisausgang (der Relaisausgang wird durch 220 V AC gesteuert). Es kann festgestellt werden, dass sich die SPS hier vom Single-Chip-Mikrocomputer unterscheidet: Die Eingangs- und Ausgangsspannung des Single-Chip-Mikrocomputers stimmt mit der Stromversorgungsspannung überein, die Stromversorgungsspannung ist jedoch mit der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der SPS identisch sind nicht gleich, sodass die SPS möglicherweise zwei Netzteile gleichzeitig verwendet. Nachfolgend finden Sie die Schaltpläne der 3 Versionen der CPU 1214C.
Die anderen beiden CPUs sind mit dem 1214C identisch, allerdings ist die Anzahl der Ports unterschiedlich, sodass ich hier nicht auf Details eingehen werde.
Dann stellen Sie die Programmiersoftware der S7-1200 vor.
Die Software, die wir verwenden müssen, ist die TIA Portal-Software (Botu), die im „Software-Manager“ heruntergeladen und installiert werden kann (die Installation dieser Software ist umständlich, Sie können die Installationsschritte Schritt für Schritt befolgen, um Installationsfehler zu vermeiden). TIA Portal integriert Programmierung, Simulation und HMI-Schnittstellendesign und ist sehr komfortabel zu bedienen. Hier verwenden wir die V15-Version. Es ist zu beachten, dass verschiedene Versionen von Portal nicht kompatibel sind, was wirklich ärgerlich ist.
Werfen wir zunächst einen Blick auf die Softwareoberfläche. Die folgende Abbildung zeigt die SPS-Konfiguration. Die hinzugefügten Geräte und deren Verbindungen können hier eingesehen werden:
Das SPS-Kontaktplandiagramm ist der Schaltung sehr ähnlich. Sie haben alle eine seriell-parallele Struktur, Selbsthemmung, Verriegelung usw., es gibt jedoch Unterschiede. Ganz links im Leiterdiagramm befindet sich eine vertikale Linie, die wir Energiefluss nennen (sie kann mit der Quelle eines Flusses verglichen werden). Um zu beurteilen, ob eine bestimmte Komponente des Leiterdiagramms funktioniert, dh um zu sehen, ob in die Komponente Energie einfließt (im übertragenen Sinne: ob das Wasser an der Quelle des Flusses in die Komponente fließt), was dem Strom ähnlich ist (Abgesehen davon, dass der Stromfluss eine geschlossene Schleife sein muss, ist das Trapezdiagramm nicht erforderlich) und ein offener Schalter kann den Energiefluss isolieren.
Im Folgenden sind die grundlegenden Anweisungen des Kontaktplans aufgeführt (Timer, Zähler, Verschiebung und andere Anweisungen werden später vorgestellt):
-| |- normalerweise offener Kontakt
-|/|- normalerweise geschlossener Kontakt
XOR-Bit exklusives ODER
-|NOT|- Signal Flussumkehr
– ( ) Ausgangsspule
– (S) Spulensatz
-(R) Coil Reset
RS Reset Set Flip-Flop
RS Set Reset Flip-Flop
-(N)- Fallende Flankenerkennung
-(P)- Steigende Flankenerkennung
Es ist zu beachten, dass das Kontaktplandiagramm nicht mit einer Spule beginnen kann und auch nicht zwei Spulen in Reihe geschaltet werden können.
Alle SPS-Variablen sind in der SPS-Variablentabelle zu finden, inklusive ihrer Datentypen, zugehörigen Adressen und Namen.
Im Folgenden finden Sie die Entwicklungsschnittstelle für HMI-Mensch-Maschine-Schnittstellen, mit der Sie Ihrer Fantasie freien Lauf lassen können, um verschiedene Bilder und Animationen zu erstellen. Diese Software kann auch die Mensch-Maschine-Schnittstelle simulieren, was sehr praktisch ist.
Wie in der Abbildung oben gezeigt, ist die Schaltfläche mit der Seriennummer 1 die Schaltfläche zum Herunterladen. Klicken Sie nach dem Schreiben des Kontaktplans auf diese Schaltfläche, um das Programm auf die SPS herunterzuladen. Die Seriennummer 2 ist das Gegenteil von „Herunterladen“ und kann das Programm herunterladen in der SPS an den Computer; Mit dieser Schaltfläche kann die PLCSIM-Komponente zur Durchführung einer Leiterdiagrammsimulation verwendet werden. Die spezifische Verwendung wird beim nächsten Mal anhand eines speziellen Beispiels vorgestellt.
Das Wichtigste beim Erlernen der SPS ist das Programmieren, und das Wichtigste beim Programmieren ist das Programmdenken. Am Anfang ist es etwas unangenehm, Kontaktplandiagramme zu lernen, da sich die Programmlogik stark von der C-Sprache und der Assemblersprache unterscheidet. Sie müssen aus dem logischen Denken der C-Sprache herausspringen und das logische Denken der Schaltung nutzen, um es zu verstehen Sie werden feststellen, dass das Leiterdiagramm eigentlich sehr einfach ist.
Es wird empfohlen, zunächst zu versuchen, das Kontaktplandiagramm zu verstehen, einige Beispiele zu finden, zunächst die Gesamtstruktur zu klären und dann die Funktion jeder Komponente zu analysieren. Anschließend zu versuchen, das vorhandene Programm unter verschiedenen Steuerungsanforderungen zu ändern und schließlich zu versuchen, das Programm mit zu schreiben deine eigenen Ideen. Wenn Sie einige Programme selbst schreiben können und eine klare Vorstellung von der Idee haben, bedeutet dies, dass Sie die Bedeutung des Kontaktplans verstanden haben.
Natürlich muss eine SPS nicht nur programmieren können, sondern auch die Anwendung der SPS in Wechselrichtern, Servern, PID-Steuerung usw. erlernen.
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