第一節 PLC概念

　　1、PLC的基本概念

　　     可編程控製器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業控製應用而設計製造的。早期的可編程控製器稱作可編程邏輯控製器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC
，tazhuyaoyonglaidaitijidianqishixianluojikongzhi。suizhejishudefazhan
，zhezhongzhuangzhidegongnengyijingdadachaoguoleluojikongzhidefanwei，yinci
，jintianzhezhongzhuangzhichengzuokebianchengkongzhiqi，jianchengPC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控製器簡稱PLC 

　　2
、PLC的基本結構

　　     PLC實質是一種專用於工業控製的計算機
，其硬件結構基本上與微型計算機相同
，如圖所示：

　　a. 中央處理單元(CPU)

　　     中央處理單元(CPU)是PLC的控製中樞。它按照PLC係統程序賦予的功能接收並存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據
；檢查電源、存儲器

、I/O以及警戒定時器的狀態，並能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時
，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，並分別存入I/O映象區，然後從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序
，經過命令解釋後按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之後，最後將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行
，直到停止運行。

　　為了進一步提高PLC的可*性
，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗餘係統，或采用三CPU的表決式係統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個係統仍能正常運行。

　　b、存儲器

　　     存放係統軟件的存儲器稱為係統程序存儲器。

　　存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

　　C、電源

　　     PLC的電源在整個係統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可*得電源係統是無法正常工作的，因此PLC的製造商對電源的設計和製造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)範圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。

　　3、PLC的工作原理

　　一. 掃描技術

　　     當PLC投入運行後，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣
、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重複執行上述三個階段。

　　(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和數據，並將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束後，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中
，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映ying象xiang區qu中zhong的de相xiang應ying單dan元yuan的de狀zhuang態tai和he數shu據ju也ye不bu會hui改gai變bian。因yin此ci，如ru果guo輸shu入ru是shi脈mai衝chong信xin號hao，則ze該gai脈mai衝chong信xin號hao的de寬kuan度du必bi須xu大da於yu一yi個ge掃sao描miao周zhou期qi，才cai能neng保bao證zheng在zai任ren何he情qing況kuang下xia，該gai輸shu入ru均jun能neng被bei讀du入ru。

　　(二) 用戶程序執行階段

　　      在用戶程序執行階段，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控製線路，並按先左後右

、先上後下的順序對由觸點構成的控製線路進行邏輯運算
，然後根據邏輯運算的結果
，刷新該邏輯線圈在係統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態
；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

　　     即，在用戶程序執行過程中，隻有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或係統RAMcunchuquneidezhuangtaiheshujudouyoukenengfashengbianhua，erqiepaizaishangmiandetixingtu，qichengxuzhixingjieguohuiduipaizaixiamiandefanshiyongdaozhexiexianquanhuoshujudetixingtuqizuoyong；相反，排在下麵的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據隻能到下一個掃描周期才能對排在其上麵的程序起作用。

　　(三) 輸出刷新階段

　　     當掃描用戶程序結束後，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

　　     同tong樣yang的de若ruo幹gan條tiao梯ti形xing圖tu，其qi排pai列lie次ci序xu不bu同tong，執zhi行xing的de結jie果guo也ye不bu同tong。另ling外wai
，采cai用yong掃sao描miao用yong戶hu程cheng序xu的de運yun行xing結jie果guo與yu繼ji電dian器qi控kong製zhi裝zhuang置zhi的de硬ying邏luo輯ji並bing行xing運yun行xing的de結jie果guo有you所suo區qu別bie。當dang然ran，如ru果guo掃sao描miao周zhou期qi所suo占zhan用yong的de時shi間jian對dui整zheng個ge運yun行xing來lai說shuo可ke以yi忽hu略lve，那na麼me二er者zhe之zhi間jian就jiu沒mei有you什shen麼me區qu別bie了le。

　　     一般來說

，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等
，如下圖所示

，即一個掃描周期等於自診斷、通訊
、輸入采樣
、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。

　　二. PLC的I/O響應時間

　　     為了增強PLC的抗幹擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。

　　為了能實現繼電器控製線路的硬邏輯並行控製

，PLC采用了不同於一般微型計算機的運行方式(掃描技術)。

　　     以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應比一般微型計算機構成的工業控製係統滿的多，其響應時間至少等於一個掃描周期，一般均大於一個掃描周期甚至更長。

　　     所謂I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到係統有關輸出端信號的改變所需的時間。其最短的I/O響應時間與最長的I/O響應時間如圖所示：

　　第(n-1)個

　　     掃描周期

　　     最短I/O響應時間：

　　     最長I/O響應時間

　　     西門子PLC基礎2

　　SIEMENS PLC在中國的產品，根據規模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-300 和S7-400三種，下麵就簡單介紹一下該三種產品的一些特性。

　　     S7-200

　　     針對低性能要求的摸塊化小控製係統，它最多可有7個模塊的擴展能力，在模塊中集成背板總線，它的網絡聯接有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的一體化單元設備。

　　     其中的擴展模塊（EM）有以下幾種：數字量輸入模塊（DI）――24VDC 和 120/230VAC
；數字量輸出（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（傳感器和執行器接口），通過AS-接口的從站可以控製多達248個設備
，這樣就可以顯著的擴展S7-200的輸入和輸出點數。

　　CPU設計  

　　     有3種手動選擇操作模式：STOP――停機模式
，不執行程序；TERM――運行程序，可以通過編程器進行讀/寫訪問；RUN――運行程序，通過編程器僅能進行讀操作。

　　     狀態指示器（LED）：SF――係統錯誤或（和）CPU內部錯誤；RUN――運行模式，綠燈
；STOP――停機模式，黃燈；DP――分布式I/O（僅對CPU-215）。

　　     存儲器卡――用來在沒電的情況下不需要電池就可以保存用戶程序。PPI口用來連接編程設備、文本顯示器或其他CPU。

　　S7-300

　　     相比較S7-200
，S7-300針對的是中小係統
，他的模塊可以擴展多達32個模塊，背板總線也在模塊內集成
，它的網絡連接已比較成熟和流行，有MPI（多點接口）
、PROFIBUS和工業以太網
，使通訊和編程變的簡單和多選性
，並可以借助於HWConfig工具可以進行組態和設置參數。

　　     S7-300的模塊稍微多一點，除了信號模塊（SM）和200的EM模塊同類型之外，它還有接口模塊（IM）――用來進行多層組態，把總線從一層傳到另一層；占位模塊（DM）――為沒有設置參數的信號模塊保留一個插槽或為以後安裝的接口模塊保留一個插槽；功能模塊（FM）――執行特殊功能
，如計數、定位、閉環控製相當於對CPU功能的一個擴展或補充；通訊處理器（CP）――提供點對點連接、PROFIBUS和工業以太網。

　　CPU設計

　　     模式選擇器有：MRES=模塊複位功能；STOP=停止模式
，程序不執行；RUN=程序執行


，編程器隻讀操作；RUN-P=程序執行，編程器可讀寫操作。

　　     狀態指示器：SF，BATF=電池故障
；DC5V=內部5 V DC電壓指示
；FRCE=表示至少有一個輸入或輸出被強製；RUN=當CPU啟動時閃爍，在運行模式下常亮；STOP=在停止模式下常亮
，有存儲器複位請求時慢速閃爍，正在執行複位時快速閃爍。

　　     MPI接口用來連接到編程設備或其他設備
，DP接口用來直接連接到分布式I/O。

　　S7-400

　　     同300的區別主要是規模和性能上更強大，啟動類型有冷啟動（CRST）和熱啟動（WRST）之分
，其他基本一樣。哦，它還有一個外部的電池電源接口，當在線更換電池時可以向RAM提供後備電源。

　　編程設備

　　     編程設備主要有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來完成。而實現通訊（要編程首先要和PLC的CPU通訊上）的要求主要在於接口：1.可以在PC上裝CP5611卡――上麵有MPI口
，可用電纜直接連接。2.加個PC適配器，把MPI口轉換成RS-232口後接到PC上。3.PLC加CP343卡，使它具有以太網口。