學(xué)西門(mén)子PLC：了解PLC，PLC系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗*力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

一、PLC概述

PLC內(nèi)部工作方式一般是采用循環(huán)掃描工作方式，在一些大、中型的PLC中增加了中斷工作方式。當(dāng)用戶(hù)將用戶(hù)程序調(diào)試完成后，通過(guò)編程器將其程序?qū)懭隤LC存儲(chǔ)器中，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被控制的執(zhí)行元件相應(yīng)的連接在輸入模塊的輸入端和輸出模塊的輸出端，接著將PLC工作方式選擇為運(yùn)行工作方式，后面的工作就由PLC根據(jù)用戶(hù)程序去完成，右圖是PLC執(zhí)行過(guò)程框圖。PLC在工作過(guò)程中，主要完成六個(gè)模塊的處理。

二、德國(guó)西門(mén)子PLC概述

德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線(xiàn)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門(mén)子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門(mén)子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

三、PLC的硬件構(gòu)成

1、電源組件

電源組件用于提供PLC運(yùn)行所需的電源，可將外部電源轉(zhuǎn)換為供PLC內(nèi)部與案件適用的電源。

2.微處理器CPU及存儲(chǔ)器組件

微處理器CPU是PLC的核心器件，CPU因生產(chǎn)廠(chǎng)商各有不同，有采用市場(chǎng)銷(xiāo)售的標(biāo)準(zhǔn)芯片，也有采用可編程序控制器芯片。

存儲(chǔ)器組件有兩種：ROM和RAM。

3.輸入及輸出組件

輸入和輸出組件是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)交換數(shù)據(jù)的界面，與普通計(jì)算機(jī)不同，PLC的工作環(huán)境比較差，需要較強(qiáng)抗*力，輸入和輸出組件既是為此設(shè)計(jì)。

四、PLC的產(chǎn)品分類(lèi)

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類(lèi)也必然要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。

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

1、控制規(guī)模

可以分為大型機(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)。

1）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(mén)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 。

2）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(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)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)。

西門(mén)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。

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

西門(mén)子大型機(jī)有S7-400 ：處理速度0.3ms / 1k字；存貯器512k ；I/O點(diǎn)12672；

五、PLC的工作原理

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。

1、輸入采樣

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。

2、用戶(hù)程序執(zhí)行

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。

3、輸出刷新

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。