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第一節(jié) plc概念

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作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc，它主要用來代替繼電器實(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)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(personal computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc

2、plc的基本結(jié)構(gòu)

plc實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(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，如圖所示：

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)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)plc投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過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)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將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，近年來對大型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)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(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。如果沒有一個(gè)良好的、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設(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，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(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以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(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，則該脈沖信號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) 用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(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，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應(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，在用戶程序執(zhí)行過程中，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)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

(三) 輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(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。

比較下二個(gè)程序的異同：

程序1：

程序2：

這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在plc中執(zhí)行的過程卻不一樣。

※ 程序1只用一次掃描周期，就可完成對％m4的刷新；

※ 程序2要用四次掃描周期，才能完成對％m4的刷新。

這兩個(gè)例子說明：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，也可以看到：采用掃描用戶程序的運(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)間對整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。

一般來說，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。

所謂i/o響應(yīng)時(shí)間指從plc的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時(shí)間。其最短的i/o響應(yīng)時(shí)間與最長的i/o響應(yīng)時(shí)間如圖所示：

第(n-1)個(gè)

掃描周期

最短i/o響應(yīng)時(shí)間：

最長i/o響應(yīng)時(shí)間

siemens plc在中國的產(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，下面就簡單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。

s7-200

針對低性能要求的摸塊化小控制系統(tǒng)，它最多可有7個(gè)模塊的擴(kuò)展能力，在模塊中集成背板總線，它的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接有rs-485通訊接口和profibus兩種，可通過編程器pg訪問所有模塊，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)。

西門子simatic系列plc，誕生于1958年，經(jīng)歷了c3,s3,s5,s7系列，已成為應(yīng)用非常廣泛的可編程控制器。

西門子（simatic）plc的6代西門子（simatic）plc的6代

1、西門子公司的產(chǎn)品最早是1975年投放市場的simatic s3，它實(shí)際上是帶有簡單操作接口的二進(jìn)制控制器。

2、1979年，s3系統(tǒng)被simatic s5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器。

3、20世紀(jì)80年代初，s5系統(tǒng)進(jìn)一步升級——u系列plc，較常用機(jī)型：s5-90u、95u、100u、115u、135u、155u。

4、1994年4月，s7系列誕生，它具有更國際化、更高性能等級、安  裝空間更小、更良好的windows用戶界面等優(yōu)勢，其機(jī)型為：s7-200、300、400。

5、1996年，在過程控制領(lǐng)域，西門子公司又提出pcs7（過程控制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢的wincc（與windows兼容的操作界面）、profibus（工業(yè)現(xiàn)場總線）、coros（監(jiān)控系統(tǒng)）、sinec（西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）及控調(diào)技術(shù)融為一體。

6、西門子公司提出tia（totally integrated automation）概念，即全集成自動(dòng)化系統(tǒng)，將plc技術(shù)溶于全部自動(dòng)化領(lǐng)域。

由最初發(fā)展至今，s3、s5系列plc已逐步退出市場，停止生產(chǎn)，而s7系列plc發(fā)展成為了西門子自動(dòng)化系統(tǒng)的控制核心，而tdc系統(tǒng)沿用simadyn d技術(shù)內(nèi)核，是對s7系列產(chǎn)品的進(jìn)一步升級，它是西門子自動(dòng)化系統(tǒng)最尖端，功能最強(qiáng)的可編程控制器。

產(chǎn)品分類編輯

可編程控制器是由現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要而產(chǎn)生的，可編程序控制器的分

西門子plcs7-200系列西門子plcs7-200系列

類也必然要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。

一般來說可以從三個(gè)角度對可編程序控制器進(jìn)行分類。其一是從可編程序控制器的控制規(guī)模大小去分類，其二是從可編程序控制器的性能高低去分類，其三是從可編程序控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)去分類。

控制規(guī)模

可以分為大型機(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)。

西門子plcs7-300系列西門子plcs7-300系列

小型機(jī): 小型機(jī)的控制點(diǎn)一般在256點(diǎn)之內(nèi),適合于單機(jī)控制或小型系統(tǒng)的控制。

西門子小型機(jī)有s7-200：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點(diǎn)；模擬量35路 。

中型機(jī):中型機(jī)的控制點(diǎn)一般不大于2048點(diǎn),可用于對設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對多個(gè)下一級的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控，它適合中型或大型控制系統(tǒng)的控制。

西門子中型機(jī)有s7-300：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量1024點(diǎn)；模擬量128路 ；網(wǎng)絡(luò)profibus；工業(yè)以太網(wǎng)；mpi。

大型機(jī)：大型機(jī)的控制點(diǎn)一般大于2048點(diǎn),不僅能完成較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)

西門子plcs7-400系列西門子plcs7-400系列

算還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。它不僅可用于對設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對多個(gè)下一級的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控。

西門子大型機(jī)有s7-400 ：處理速度0.3ms / 1k字；