1、PLC的基本概念

　　可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC 

2、PLC的基本結(jié)構(gòu)

　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同．

　　a. 中央處理單元(CPU)

　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

　　為了進(jìn)一步提高PLC的可*性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

　　b、存儲(chǔ)器

　　存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

　　存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。

　　C、電源

　　PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可*得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。

3、PLC的工作原理

一. 掃描技術(shù)

　　 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

(一) 輸入采樣階段

　　在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

(二) 用戶(hù)程序執(zhí)行階段

　　在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

　　即，在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。

(三) 輸出刷新階段

　　當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

　　同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。

　　一般來(lái)說(shuō)，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。

二. PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間

　　為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。

　　為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線(xiàn)路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式(掃描技術(shù))。

　　以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿(mǎn)的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。

　　所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其短的I/O響應(yīng)時(shí)間與長(zhǎng)的I/O響應(yīng)時(shí)間．

　　第(n-1)個(gè)

　　掃描周期

　　短I/O響應(yīng)時(shí)間：

　　長(zhǎng)I/O響應(yīng)時(shí)間

　　西門(mén)子PLC基礎(chǔ)2

　　SIEMENS PLC在中國(guó)的產(chǎn)品，根據(jù)規(guī)模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-300 和S7-400三種，下面就簡(jiǎn)單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。

　　S7-200

　　針對(duì)低性能要求的摸塊化小控制系統(tǒng)，它多可有7個(gè)模塊的擴(kuò)展能力，在模塊中集成背板總線(xiàn)，它的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接有RS-485通訊接口和PROFIBUS兩種，可通過(guò)編程器PG訪(fǎng)問(wèn)所有模塊，帶有電源、CPU和I/O的一體化單元設(shè)備。

　　其中的擴(kuò)展模塊（EM）有以下幾種：數(shù)字量輸入模塊（DI）——24VDC 和 120/230VAC；數(shù)字量輸出（DO）——24VDC 和 繼電器；模擬量輸入模塊（AI）——電壓、電流、電阻和熱電偶；模擬量輸出模塊——電壓和電流。   還有一個(gè)比較特殊的模塊-通訊處理器（CP）——該塊的功能是可以把S7-200作為主站連接到AS-接口（傳感器和執(zhí)行器接口），通過(guò)AS-接口的從站可以控制多達(dá)248個(gè)設(shè)備，這樣就可以顯著的擴(kuò)展S7-200的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。

　　CPU設(shè)計(jì)  

　　有3種手動(dòng)選擇操作模式：STOP——停機(jī)模式，不執(zhí)行程序；TERM——運(yùn)行程序，可以通過(guò)編程器進(jìn)行讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)；RUN——運(yùn)行程序，通過(guò)編程器僅能進(jìn)行讀操作。

　　狀態(tài)指示器（LED）：SF——系統(tǒng)錯(cuò)誤或（和）CPU內(nèi)部錯(cuò)誤；RUN——運(yùn)行模式，綠燈；STOP——停機(jī)模式，黃燈；DP——分布式I/O（僅對(duì)CPU-215）。

　　存儲(chǔ)器卡——用來(lái)在沒(méi)電的情況下不需要電池就可以保存用戶(hù)程序。PPI口用來(lái)連接編程設(shè)備、文本顯示器或其他CPU。

　　S7-300

　　相比較S7-200，S7-300針對(duì)的是中小系統(tǒng)，他的模塊可以擴(kuò)展多達(dá)32個(gè)模塊，背板總線(xiàn)也在模塊內(nèi)集成，它的網(wǎng)絡(luò)連接已比較成熟和流行，有MPI（多點(diǎn)接口）、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)，使通訊和編程變的簡(jiǎn)單和多選性，并可以借助于HWConfig工具可以進(jìn)行組態(tài)和設(shè)置參數(shù)。

　　S7-300的模塊稍微多一點(diǎn)，除了信號(hào)模塊（SM）和200的EM模塊同類(lèi)型之外，它還有接口模塊（IM）——用來(lái)進(jìn)行多層組態(tài)，把總線(xiàn)從一層傳到另一層；占位模塊（DM）——為沒(méi)有設(shè)置參數(shù)的信號(hào)模塊保留一個(gè)插槽或?yàn)橐院蟀惭b的接口模塊保留一個(gè)插槽；功能模塊（FM）——執(zhí)行特殊功能，如計(jì)數(shù)、定位、閉環(huán)控制相當(dāng)于對(duì)CPU功能的一個(gè)擴(kuò)展或補(bǔ)充；通訊處理器（CP）——提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)。

　　CPU設(shè)計(jì)

　　模式選擇器有：MRES=模塊復(fù)位功能；STOP=停止模式，程序不執(zhí)行；RUN=程序執(zhí)行，編程器只讀操作；RUN-P=程序執(zhí)行，編程器可讀寫(xiě)操作。

　　狀態(tài)指示器：SF，BATF=電池故障；DC5V=內(nèi)部5 V DC電壓指示；FRCE=表示至少有一個(gè)輸入或輸出被強(qiáng)制；RUN=當(dāng)CPU啟動(dòng)時(shí)閃爍，在運(yùn)行模式下常亮；STOP=在停止模式下常亮，有存儲(chǔ)器復(fù)位請(qǐng)求時(shí)慢速閃爍，正在執(zhí)行復(fù)位時(shí)快速閃爍。

　　MPI接口用來(lái)連接到編程設(shè)備或其他設(shè)備，DP接口用來(lái)直接連接到分布式I/O。

　　S7-400

　　同300的區(qū)別主要是規(guī)模和性能上更強(qiáng)大，啟動(dòng)類(lèi)型有冷啟動(dòng)（CRST）和熱啟動(dòng)（WRST）之分，其他基本一樣。哦，它還有一個(gè)外部的電池電源接口，當(dāng)在線(xiàn)更換電池時(shí)可以向RAM提供后備電源。

　　編程設(shè)備

　　編程設(shè)備主要有PG720 PG740 PG760——可以理解成裝有編程軟件的手提電腦；也可以直接用安裝有STEP7（SIEMENS的編程軟件）的PC來(lái)完成。而實(shí)現(xiàn)通訊（要編程首先要和PLC的CPU通訊上）的要求主要在于接口：1.可以在PC上裝CP5611卡——上面有MPI口，可用電纜直接連接。2.加個(gè)PC適配器，把MPI口轉(zhuǎn)換成RS-232口后接到PC上。3.PLC加CP343卡，使它具有以太網(wǎng)口。