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高效工程組態(tài)成就高效自動(dòng)化
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，*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*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*短的I/O響應(yīng)時(shí)間與*長的I/O響應(yīng)時(shí)間如圖所示： 
第(n-1)個(gè)
掃描周期
*短I/O響應(yīng)時(shí)間：
*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*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*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*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)***端,，功能*強(qiáng)的可編程控制器,。