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 標稱功率 0.37kW 有 60 秒 150 % 過載 未過濾 I/O：4 DI，2 DO，2 AI，1 個模擬輸出 現(xiàn)場總線：USS/MODBUS RTU 安裝有基本操作面板 保護：IP20/ UL 開放 尺寸：AA 68x142x108（寬x高x深

PLC種類很多，但結構大同小異，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，需要給PLC的輸入端子連接有關的輸入設備（如按鈕、觸點和行程開關等），給輸出端子接有關的輸出設備（如指示燈、電磁線圈和電磁閥等）。如果需要PLC與其他設備通信，可在PLC的通信接口連接其他設備；如果希望增強PLC的功能，可給PLC的擴展接口接上擴展單元。

圖1-5 典型的PLC控制系統(tǒng)組成方框圖

1.3.2  PLC內部組成單元說明

從圖1-5可以看出，PLC內部主要由CPU、存儲器、輸入接口、輸出接口、通信接口和擴展接口等組成。

1. CPU

CPU又稱中央處理器，它是PLC的控制中心，它通過總線（包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）與存儲器和各種接口連接，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接收通信接口送來的程序和信息，并將它們存入存儲器。

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

③逐條運行存儲器中的程序，并進行各種運算，再將運算結果存儲下來，然后通過輸出接口輸出，以對輸出設備進行有關控制。

④監(jiān)測和診斷內部各電路的工作狀態(tài)。

2. 存儲器

存儲器的功能是存儲程序和數(shù)據(jù)。PLC通常配有ROM（只讀存儲器）和RAM（隨機存儲器）兩種存儲器，ROM用來存儲系統(tǒng)程序，RAM用來存儲用戶程序和程序運行時產生的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)程序由廠家編寫并固化在ROM存儲器中，用戶無法訪問和修改系統(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PLC，讓內部各個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可以識別和執(zhí)行的程序。

用戶程序是由用戶編寫并輸入存儲器的程序，為了方便調試和修改，用戶程序通常存放在RAM中，由于斷電后RAM中的程序會丟失，所以RAM專門配有后備電池供電。有些PLC采用EEPROM（電可擦寫只讀存儲器）來存儲用戶程序，由于EEPROM存儲器中的信息可使用電信號擦寫，并且掉電后內容不會丟失，因此采用這種存儲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與外圍設備之間的連接橋梁。PLC通過輸入接口電路檢測輸入設備的狀態(tài)，以此作為對輸出設備控制的依據(jù)，同時PLC又通過輸出接口電路對輸出設備進行控制。

PLC的I/O接口能接收的輸入和輸出信號個數(shù)稱為PLC的I/O點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之

PLC外圍設備提供或需要的信號電平是多種多樣的，而PLC內部CPU只能處理標準電平信號，所以I/O接口要能進行電平轉換；另外，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；此外，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)字信號或開關通斷信號，又稱開關量輸入接口；模擬量輸入接口用于接收模擬量信號（連續(xù)變化的電壓或電流）。模擬量輸入接口通常采用A/D轉換電路，將模擬量信號轉換成數(shù)字信號。數(shù)字量輸入接口電路如圖1-6所示。

當閉合按鈕SB后，24V直流電源產生的電流流過I0.0端子內部電路，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發(fā)光二極管→1M端子出→24V負極，光電耦合器的光敏管受光導通，這樣給內部電路輸入一個ON 信號，即I0.0端子輸入為ON（或稱輸入為1）。由于光電耦合器內部是通過光線傳遞的，故可以將外部電路與內部電路進行有效的電氣隔離。

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，R1為限流電阻。1M端為同一組數(shù)字量（如I0.0～I0.7）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轉換電路，將數(shù)字量信號轉換成模擬量信號；數(shù)字量輸出接口電路采用的電路形式較多，根據(jù)使用的輸出開關器件不同可分為：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PLC內部電路輸出ON信號（或稱輸出為ON）時，會輸出電流流經繼電器KA線圈，繼電器常開觸點KA閉合，負載有電流通過，電流途徑是DC電源（或AC電源）的一端→負載→Q0.1端子入→內部閉合的繼電器KA觸點→1L端子出→DC電源（或AC電源）的另一端。R2、C和壓敏電阻RV用來吸收繼電器觸點斷開時負載線圈產生的瞬間反峰電壓。由于繼電器觸點無極性，所以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是可驅動交流或直流負載，允許通過的電流大，但其響應時間長，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PLC 內部電路輸出ON信號（或稱輸出為ON）時，會輸出電流流過光電耦合器的發(fā)光管使之發(fā)光，光敏管受光導通，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G極為高電壓時截止，為低電壓時導通，因此光電耦合器導通時VT也導通，相當于1L 、Q0.2端子內部接通，有電流流過負載，電流途徑是DC電源正極→負載→1L 端子人→導通的晶體管VT→Q0.2端子出→DC電源負極。由于晶體管有極性，所以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，源極接電源的負極。

晶體管輸出型接口電路反應速度快，通斷頻率高（可達20～200kHz），但只能用于驅動直流負載，且過流能力差。

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PLC 內部電路輸出ON信號（或稱輸出為ON）時，會輸出電流流過光電雙向晶閘管內部的發(fā)光管，內部雙向晶閘管受光導通，電流可以從上往下流過晶閘管，也可以從下往上流過晶閘管。由于交流電源的極性是周期性變化的，所以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速度快，動作頻率高，一般用于驅動交流負載。

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，可通過通信接口與編程器、打印機、其他PLC、計算機等設備實現(xiàn)通信。PLC與編程器或寫入器連接，可以接收編程器或寫入器輸入的程序；PLC與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等打印出來；PLC與人機界面（如觸摸屏）連接，可以在人機界面直接操作PLC或監(jiān)視PLC工作狀態(tài)；PLC與其他PLC連接，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)模控制；PLC與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合。

5.擴展接口

為了提升PLC的性能，增強PLC的控制功能，可以通過擴展接口給PLC增加一些專用功能模塊，如高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。

6. 電源

PLC一般采用開關電源供電，與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強PLC的電源對電網(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%的范圍內波動。有些PLC還可以通過端子向外提供直流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行的設備，其工作方式與微型計算機不同。微型計算機運行到結束指令時，程序運行結束；PLC運行程序時，會按順序依次逐條執(zhí)行存儲器中的程序指令，當執(zhí)行完最后的指令后，并不會馬上停止，而是又從頭開始再次執(zhí)行存儲器中的程序，如此周而復始，PLC的這種工作方式稱為循環(huán)掃描方式。

PLC的一般工作過程如圖1-10所示。

圖1-10  PLC的一般工作過程

PLC通電后，首先進行系統(tǒng)初始化，將內部電路恢復到初始狀態(tài)，然后進行自我診斷檢測內部電路是否正常，以確保系統(tǒng)能正常運行，診斷結束后對通信接口進行掃描，若接有外部設備則與之通信。通信接口無外設或通信完成后，系統(tǒng)開始進行輸入采樣，檢測輸入端的輸入狀態(tài)（輸入端外部開關閉合時輸入為ON，斷開時輸入為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）。然后開始從頭到尾執(zhí)行用戶程序，程序執(zhí)行結束后，將得到的輸出值寫入輸出映像寄存器（該過程稱為輸出刷新），輸出映像寄存器通過輸出電路使輸出端內部的硬件繼電器、晶體管或晶閘管導通或斷開，從而產生控制輸出。以上過程完成后，系統(tǒng)又返回，重新開始自我診斷，以后不斷重復上述過程。

PLC有兩個工作狀態(tài)RUN（運行）狀態(tài)和STOP（停止）狀態(tài)。當PLC工作在RUN狀態(tài)時，系統(tǒng)會執(zhí)行用戶程序當PLC工作在STOP狀態(tài)時，系統(tǒng)不執(zhí)行用戶程序。PLC正常工作時應處于RUN狀態(tài)，而在向PLC寫入程序時，應讓PLC處于STOP狀態(tài)。PLC的兩種工作狀態(tài)可通過面板上的開關切換。

PLC工作在RUN狀態(tài)時，自我診斷至輸出刷新過程會反復循環(huán)執(zhí)行，執(zhí)行一次所需要的時間稱為掃描周期，一般為1～100ms。掃描周期用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關系。

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