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高效工程組態(tài)成就高效自動化
1,、PLC的基本概念
可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的,。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,。但是為了避免與個人計算機(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實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機,，其硬件結(jié)構(gòu)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的控制中樞,。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源,、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài),，并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(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(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CPU出現(xiàn)故障,，整個系統(tǒng)仍能正常運行。
b,、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。
存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器,。
C,、電源 
PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用,。如果沒有一個良好的,、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)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+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PLC投入運行后,，其工作過程一般分為三個階段,，即輸入采樣,、用戶程序執(zhí)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復(fù)執(zhí)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(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,，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路,，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(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,，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化,，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(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
當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段,。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)動相應(yīng)的外設(shè),。這時，才是PLC的真正輸出,。
比較下二個程序的異同：
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行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別,。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略,，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,、輸出刷新等所有時間的總和。
二. PLC的I/O響應(yīng)時間
為了增強PLC的抗干擾能力,，提高其可*性,，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù),。
為了能實現(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算機的運行方式(掃描技術(shù)),。
以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多,，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期,，一般均大于一個掃描周期甚至更長。
所謂I/O響應(yīng)時間指從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間,。其*短的I/O響應(yīng)時間與*長的I/O響應(yīng)時間如圖所示： 
第(n-1)個
掃描周期
*短I/O響應(yīng)時間：
*長I/O響應(yīng)時間
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個模塊的擴展能力，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248個設(shè)備,，這樣就可以顯著的擴展S7-200的輸入和輸出點數(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,，它實際上是帶有簡單操作接口的二進制控制器,。

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80年代初,，S5系統(tǒng)進一步升級——U系列PLC,，較常用機型：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,，即全集成自動化系統(tǒng),，將PLC技術(shù)溶于全部自動化領(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)品的進一步升級，它是西門子自動化系統(tǒng)***端,，功能*強的可編程控制器,。