西门子CPU414-2控制器
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西门子CPU414-2控制器
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外观
以西门子入门型PLC为例说明一下PLC的工作原理以及结构；
1、西门子SMART200PLC由于型号不同在功能上会有所增减，例如IO点的数目，脉冲输出数目（能控制伺服数目）等会有不同；
2、所有型号都具备一个以太网口，可以连接到交换机上，来扩展连接上位机以及下位机的数目，例如需要同时连接3个SMART200PLC和两个触摸屏；
3、当然，如果只需要一个PLC和一个触摸屏的话，使用网线直接连接即可；
扩展：
以太网通信：所有西门子SMART PLC都配备了以太网口，支持西门子的S7协议，有效支持以下连接：
1、可作为程序下载口；
2、与SMART LINE触摸屏进行通信，*多支持8台；
3、通过交换机和多台以太网设备进行通信（例如工控机等），实现数据的快速交互；
4、和SMART PLC之间的通信，这里需要注意，他们之间的通信**设立一个主站，由PLC1来做中间商，和所有PLC做通信，传递数据，这样通信不会出现问题，如果每个PLC之间都进行读写操作，通信容易出现不稳定，而且程序的可读性也会大大降低；当然这里通信的个数也是有限制的，不可能和无限多个PLC通信，一般*多8个；
串口通信：
每个SMART200PLC模块都有一个RS485接口，这个口一般用作和变频器等通信，还有一个就是和触摸屏通信；
1、变频器通信，因为大部分变频器没有以太网通信端口，当有大量变频器需要控制时，通信可以节省大量时间和接线，而大部分变频器都支持ModbusRTU通信（关于通信方面如果不熟悉，可以参考我的博客，有一篇专门写了关于通信方面的知识）；
2、触摸屏我们大部分都是用一根网线和PLC通信的，其实触摸屏上也有一个串口，只需要把触摸屏上的串口连接到PLC上的串口即可，这样和网口的作用是一样的；
西门子SMARTPLC还以通过SD卡进行固件更新，程序下载，当然西门子只是提供多一种方式而已；
需要注意的是，SD卡有个重要功能，很实用，就是恢复出厂设定；
原理描述
CPU的控制逻辑
如下图
1、按下启动按钮，CPU读取输入状态；
2、存储在CPU中的程序使用这些输入来评估控制逻辑；
3、程序运行，CPU更新数据；
4、CPU将数据写入输出，电机启动；
扫描周期：CPU反复执行一系列任务，这种任务循环执行称为扫描周期；用户程序的执行与否取决于CPU是处于STOP模式还是RUN模式，在RUN模式下，执行程序，在STOP模式下，不执行程序；
程序是按步骤执行的，我们在写程序时，会有很多行，100行，1000行都可能，程序不能同时执行所有行，CPU根据扫描周期，一行一行扫描执行程序，只要CPU处于RUN模式，CPU会一直扫描，从上到下，扫描完毕后，再从上到下，一直循环下去；
具体扫描方式如下：
1.读取输入：CPU将物理输入的状态复制到过程映像输入寄存器，有输入就是1，没有输入就是0；
2、执行程序中的控制逻辑，CPU执行程序指令，并将值存储到不同存储区；
3、处理任何通信请求，CPU执行通信所需的所有任务；
4、执行CPU自检诊断，CPU确保固件，程序存储器和所有扩展模块都正确的工作；
5、写入输出：将存储在过程映像输入寄存器的数值写入到物理输出；
扩展：
读取输入：
1、数字量输入：每个扫描周期开始时，会读取数字量输入的电流值，然后将该值写入到过程映像寄存器；
2、模拟量输入：CPU在正常扫描周期中不会读取模拟量输入值，而当程序访问模拟量输入时，CPU才会立即从设备中读取模拟量的值；
写入输出：
1、数字量输出：扫描周期结束时，CPU将存储在过程映像输出寄存器的值写入到数字量输出；
2、模拟量输出：CPU在正常扫描周期中不会写入模拟量输出值，当程序访问模拟量输出值时，CPU会立刻写入模拟量输出；
执行用户程序：
扫描周期分为读取输入阶段，执行用户程序阶段和输出阶段；
在执行用户程序阶段，CPU执行主程序，从第一条指令开始并继续执行到*后一个指令。在主程序中或中断程序的执行过程中，使用立即I/O指令可立即访问输入和输出（关于指令后期在PLC的编程中会详细讲解）；
如果程序使用子程序，则子程序作为程序的一部分进行存储，主程序、另一个子程序或中断程序调用子程序时，才执行子程序。从主程序调用时，子程序的嵌套深度可以有8层，就是主程序调用子程序1，子程序1在调用子程序2，子程序2在调用子程序3，以此类推。从中断程调用时，嵌套深度失4级（关于中断程序，后期的PLC的编程中会详细讲解）；
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原文链接：
https://blog.csdn.net/weixin_39829336/article/details/114061384
一讲到plc通过与编码器的连接，许多人立即想到高速计数。高速计数只是增量编码器的方波脉冲信号。事实上，**值编码器不需要累积计数，“高速计数”没有意义。而即使是增量的方波脉冲信号，也有很多技术特征不同，PLC使用人员在选择编码器时必须分辨清楚：
1)，5V差分驱动信号是工作电压为5V，ABZ6条信号输出线：A ,A-;B ,B-;Z ,Z-。注意A-是相对于A 的反相(就是当A 为高电平，A-就是低电平，当A 为低电平，A-就是高电平)，有时也有是在A的头上加一个横线表示。
由于脉冲信号是电压信号，具有抗干扰性强、传输距离长等优点，A ，A-从电缆的外部来看，几乎没有两根电缆是相反的“变化”没有电磁场的波不容易受到外部电磁场的影响，即使有干扰，在接收端“差分”(“差”即减法后消除共模干扰。但是5V信号电压偏低，对于较大型电机和较复杂的现场工控就不适合，目前主要用户是伺服电机等小型化设备中，PLC大都不用(如有运动控制卡的会用此信号接口)。
在欧系产品的有些说明书里面，这个信号有时会用TTL表示，但是在国际RS422标准出来推广以后，逐渐的也有用RS422表示，并且有些RS422的信号做到的是5--24V。
2)集电极开路信号，(PNP或者NPN)，简单的10-24V的ABZ没有反相信号的三条线。注意这个信号有PNP与NPN事实上，它确实是一个三极管放大电路，应该与接收端完全匹配。例如NPN的编码器配NPN的PLC。早先的半导体放大电路的发展，日本与欧洲各自有所侧重，日本的基本是以NPN结晶体管放大电路为主，而欧洲的基本是以PNP电路为主，两者虽然可以用“上拉电阻”采集电压信号同样获得方波互通，但是通过这种上拉电阻的方波信号在高速和干扰杂波的情况下信号品质很差，容易造成误读。上拉电阻仅仅是经济而临时性办法，不应一直有用。
集电极开路输出的信号，尽量要与原极性一致的匹配，而不是上拉电阻(编码器内部或PLC内部预先加入的上拉电阻)，在编码器选择性和PLC的选型是需要特别注意。
目前的经济性PLC和日系经济型编码器很多就是这种“集电极开路信号”的。
集电极开路信号除了信号匹配性需要特别注意以外，由于没有反相信号平衡，它的抗干扰能力较差，而对于感应到的反向冲击电压很容易烧毁电路(例如电机启动瞬间产生的电磁场冲击)，这种信号是较低端的信号，一般建议只用在小型加工设备(固定设计环境)的场合。
3)，推挽式放大电路(HTL-3)，编码器的特征也是10-30V的ABZ三条线，但它打开了集电极NPN和PNP放大电路的叠加形成“推拉放大”所以它可以兼容PNP和NPN此外，它还有一个反向冲击电压的电路，可以带走冲击，也不容易烧坏电路。具有推挽式(也有叫推拉的，也有叫HTL的)信号的编码器可以兼容连接集电极开路的PNP或者NPN接口。
4)推拉放大电路含有反相信号(HTL-6)编码器的特征是10-30V并6根线，A ,A-;B ,B-;Z ,Z-，既有推挽式HTL三线的优点和差分抗干扰平衡的优点。另外请注意，哪怕PLC只有ABZ三个接口而没有A-B-Z-,这种编码器的电缆也要保留至接收端，A-B-Z-悬空封闭，因为编码器信号是电压式的，这类编码器信号就算不接电缆保留至接收端，它仍然能够有电压在上面而起到电压平衡的效果(如果接收端三线接口，差分效果就没有了)，仍然有提高抗干扰的能力。编码器信号能够传输200米距离的就是指这种信号(例如GI58N增量型编码器)。
请注意，这是西门子等***欧系主推的增量编码器接口!西门子的变频器和高端PLC基本都是这种接口，哪怕只接三根线。
5)，5—30V推挽式包含反相信号(HTL-G6)，这与上述四个信号完全兼容，为了防止连接错误的线路，该信号进行了电源短路保护和信号短路保护，包括电源在内的8个连接错误不应燃烧电路，错误不燃烧HTL-G6的特征。这个信号可以传输达300米(编码器专用电缆)，信号强度大，抗干扰能力强，是今后自动化应用值得推荐的编码器信号接口。当然，对于5V差分你如果预先确定的话，请还是选择第1种信号，5V差分驱动。
德国海德汉等欧洲品牌的编码器，Sick，TR上述增量编码器等HTL-6可选择增量信号;
GEMPLE提供的增量型编码器的输出信号，属于上述的第4种和第5种,例如GI58N和GI40N等都有这个接口可选。
日本编码器(包括韩国品牌)在中国市场没有看到第四种和第五种，大部分是第一种和第二种，5种V差分驱动和集电极开路输出，集电极开路输出基本为NPN，这个信号与欧系PLC在匹配要选择，请特别注意信号匹配要求。
其他：增量编码器还有一种输出信号是正余弦信号输出，这一般用于伺服电机和电梯曳引机上，PLC基本上没有这样的接口，除非是高档的运动控制卡有些。