6ES7350-1AH03-0AE0使用手册

   可编程序控制器(Programmable Controller)原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC(Programmable Logic Controller)，但并非说PLC只能控制逻辑信号。PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。

　　PLC的基本组成

　　PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。

　　图1 PLC的基本组成

　　1. 中央处理器

　　中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。

　　小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。

　　CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。

　　2. 存储器

　　PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。

　　1)系统程序存储器

　　PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。

　　系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。

　　系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。

　　EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。

　　2)用户程序存储器

　　用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。

　　通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。

　　3)数据存储器

　　PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。

　　RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。

　　3. 接口

　　输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。

　现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。

　　1)输入接口

　　输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。

　　以图2所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平(简称TTL)，同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。

　　图2 直流输入接口电路

　　滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。

　　2)输出接口

　　输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。

　　微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。

　　3)其它接口

　　若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。　　PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。

　　4. 编程器

　　编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。

　　编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。

　　目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。

　　5. 电源

　　PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。

1引言

    在电镀、刷镀或电解等行业要求工件表面光泽好、致密、附着力强的场合，其供电电源在正向工作一段时间后，必须通过一定时间的反向电流进行表面活化。即要求电源具有自动换向的功能。另外，随着电镀、电解工业的发展，用户不仅要求电源设备具有稳压、稳流及稳电流密度的功能，还要求电源设备操作简便，运行可靠，自动化程度高。

    由可编程控制器(PLC)控制的自动换向型电镀电源正是为满足用户上述要求而设计生产的。与传统的换向型电镀电源相比，该电源技术先进、可靠性高，控制功能齐全，工艺参数调整十分方便。本文对该电源的控制原理与控制功能作以介绍。

    2主电路的联结

    电镀工艺要求电源输出的直流电压在6～48V，直流电流根据所镀工件的多少，可从几十安到几千安、几万安。对这种低电压、大电流，且要求自动换向的电源，其主电路采用两组反并联的晶闸管整流器，公用一台双反星带平衡电抗器的整流变压器。主电路的原理如图1所示。

图1换向型电镀电源主电路原理图

    双反星带平衡电抗器这一主电路联结型式减少了晶闸管正向压降的损耗，有利于提高电源的效率。而且两组反并联的整流器公用一台整流变压器不仅减小了设备的体积，也降低了设备的造价，这都是用户所期望的。

    3控制电路的原理

    控制电路原理方框图如图2所示。

图2控制电路原理方框图

    由图2知该电源控制系统主要由触发调节单元、信号变换及故障保护单元、以PLC为核心的脉冲逻辑切换单元及继电控制等部分组成。现分别介绍如下：

    3.1触发调节单元

    本触发器为数字触发器。触发电路用计数脉冲的方法实现整流脉冲的移相控制。当计数脉冲数到达512时即产生触发脉冲。触发器内部的压控振荡器，

    实现数模转换，其频率与模拟控制信号电压幅值成正比，即f∝u，这样只要改变控制电压的大小，就可以改变移相控制角α的大小。

    整流触发脉1.冲为相距60°的双窄脉冲，脉冲移相范围为0～150°(电角度)。移相电压为15V时α=0°，移相电压为0V时α=150°。触发器内部的高频振荡器对触发脉冲进行高频调制，从而降低了脉冲功放管的功耗，减小的脉冲变压器的体积。与锯齿波移相的集成触发电路相比，数字触发器输出脉冲的对称性好，抗干扰能力更强。

    本调节器为比例积分(PI)调节器，由图2知，数字或模拟给定电压信号经软起动环节与信号变换板输出的反馈信号在调节器的输入端综合，当电源直流输出的电流(或电压、电流密度)因电网波动或负载波动而变化时，调节器输出的Uk变化，触发脉冲相移，使输出值稳定在设定值允许变化的范围内。

    3.2信号变换及故障保护单元

    由图2知：信号检测包括取样与信号变换两部分。电流反馈信号从分流器或电流互感器取得，电压反馈信号从整流器输出端取得，电流密度的检测是通过在电镀液中所置标准基板，测得单位面积(平方分米)电流强度的大小。每一种反馈信号都必须经过信号变换板进行隔离、放大。

    故障保护电路由光耦及集成电路器件组成。当发生快熔熔断、水压降低、过电流等任一故障时，故障保护电路封锁调节器和触发脉冲，使整个系统停止工作。此时触发调节板上的故障保护继电器动作，通过该继电器的触点与继电保护电路联锁。

    3.3脉冲逻辑切换单元及继电控制

    自动换向型电镀电源的脉冲逻辑切换及继电控制采用一台SIEMENS公司的小型LOGOPLC.标准型的LOGO为6路输入，4路输出，其本身带有操作编程按键及一个LCD显示单元，不需专门的编程器。该PLC内部还有各种功能的辅助继电器、计数器、定时器等资源可以使用。LCD显示单元可实时显示各输入、输出点的状态及各定时器的运行时间。该PLC操作、使用、编程非常方便，是一种理想的小型自动化控制单元。

    脉冲逻辑切换单元以可编程控制器PLC为核心，可由PLC上的按键设定电源的正向电镀时间、反向电镀时间及正反向换向时间。正反向电镀时间及换向时间可根据工艺要求设定。各段时间的设定范围为0～99小时，在运行过程中，LCD显示单元实时显示各工作段的运行时间。为保证设备安全可靠的运行，PLC根据极性判断的指令，对正向和反向两组整流器进行互锁，即当一组整流器工作时，另一组整流器可靠封锁。

    电源设备的起、停信号及故障综合信号等输入PLC，通过内部的程序进行继电联锁，减少了设备的外围元器件及外部接线，从而提高了整个系统的可靠性与自动化的程度。

图3极限电流曲线

    4技术指标及结构特点

    由PLC可编程控制器控制的PKDS系列自动换向型电镀电源已投入工业运行数台，从运行效果看，其各项技术指标均达到或超过JB/T1504—93行业标准《电镀用整流设备》的有关规定。设备的主要技术指标如下：

    (1)额定输出直流电压Udn：±6、±9、±12、±18、±24、±36、±48V

    (2)额定直流输出电流Idn：100～10000A

    (3)调压范围：0～Udn

    (4)允许负载值：在额定电压的67%及以上按I级负载连续运行。设备在额定电压的67%以下运行时，承载能力按图5递减。

    (5)稳流精度：优于±1%

    (6)稳压精度：优于±0.5%

    (7)电流密度的稳定误差：不超过±5%

    本电镀电源不仅技术指标先进，控制及保护功能齐全，在结构上用户也可灵活地选择。中小功率电源有柜式风冷、柜式水冷和箱式防腐型三种结构。大功率电源整流变压器多为柜外式油浸自冷。在现场备有远控制操作台。