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PLC的I/O单元也属于接口单元的范畴,它完成PLC与工业现场之间电信号的往来联系。除此之外,PLC与其他外界设备和信号的联系都需要相应的接口单元。
(1)I/O扩展接口
I/O扩展接口用于扩展输入/输出点数,当主机的I/O通道数量不能满足系统要求时,需要增加扩展单元,这时需要用到I/O扩展接口将扩展单元与主机连接起来。西门子公司S7-300/400中的接口模块(例如IM365、IM360/361等)就是专用于连接中央机架和扩展机架的扩展接口。
(2)通信接口
PLC配有各种通信接口,这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接,可将过程信息、系统参数等输出打印;与监视器连接,可将控制过程图像显示出来;与其他PLC连接,可组成多机系统或连成网络,实现更大规模的控制;与计算机连接,可组成多级分布式控制系统,实现控制与管理相结合。另外,远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。
(3)编程器接口
编程器接口是连接编程器的,PLC本体通常是不带编程器的。为了能对PLC编程和监控,PLC上专门设置有编程器接口。通过这个接口可以连接各种形式的编程装置,还可以利用此接口做通信、监控工作。
(4)存储器接口
存储器接口是为了扩展存储区而设置的。用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区,可以根据使用的需要扩展存储器,其内部也是接到总线上的。
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PLC的输出控制相对于输入的变化总是有滞后的,大可至2~3个循环周期,这对于一般的工业控制是允许的。但有些系统的实时性要求较高,不允许有较大的滞后时间,在这种要求比较高的场合,必须格外重视PLC的指令执行速度指标,选择高性能、模块式结构的PLC较为理想。例如西门子公司的S7-300/400 PLC,浮点运算指令的执行时间可以达到微秒级,另一个好处是可以配备专用的智能模块,这些模块都自带CPU独立完成操作,可大大提高控制系统的实时性。
一体化机型的PLC将电源部件集成在主机内,只需从电网引入外界电源即可,扩展单元的用电可通过扩展电缆馈送。模块式PLC通常需要专用的电源模块,在选择电源模块时要考虑率的问题,可以通过查阅模块技术手册得到各个模块的耗,其总和再加上裕量就是选择电源模块的依据。注意,有些情况下需要PLC电源通过I/O单元驱动传感器和负载,这一部分耗也必须考虑在内。第五节 PLC的软件基础
PLC是一种通用的、商业化的工业控制计算机,与个人计算机相仿,用户程序必须在系统程序的管理下才能运行。本节首先介绍PLC系统监控程序的运行情况,然后再介绍用户指令系统的相关内容。一、系统监控程序
系统监控程序的运行从设备上电开始,经过初始化程序后进入循环执行阶段。在循环执行阶段要完成的操作有四大类:以故障诊断、通信处理为主的公共操作;联系工业现场的数据输入、输出操作;执行用户程序的操作;服务于外部设备的操作。图1-9是系统监控程序执行过程框图,图中的输入刷新、用户程序执行、输出刷新三部分内容在第三节专门讲过,这里只介绍其他几部分。
初始化程序
作用是清零各个标志寄存器,清零输入、输出映像寄存器,清零所有计数器,复位定时器等,即为PLC开始正常工作“清理现场”。2.CPU自诊断
自诊断主要包括检查电源电压是否正常,I/O单元的连接是否正常,用户程序是否存在语法错误,对监控定时器定期复位等。监控定时器又常被称为“看门狗”(Watch Dog Timer,WDT),其定时时间略长于整个程序的循环周期,系统程序总在某一固定阶段对它重新装入定时初值,所以只要系统工作正常,监控定时器就永远不会申请定时到中断。否则,如果监控定时器申请定时时间到中断,就一定意味着系统的某处出现了问题,系统会响应其中断,并在中断处理程序中对故障信息做相应处理。3.通信信息处理
这个阶段PLC要完成与网络及总线上其他设备的通信任务,包括与PLC、计算机、智能I/O模块、数字处理器(Data Processing Unit,DPU)等设备之间的信息交换。
PLC在这个阶段与外部设备交换信息,包括编程器、图形监视器(监控设备)、打印机等。PLC允许在线编程,能够与人机界面实时交换信息,所以要在每个循环周期内执行此项操作。二、用户应用程序
用户程序是由用户编写的,能够完成系统控制任务的指令序列。不同厂家的PLC会提供不同的指令集,但基本的编程元件和编程形式有许多共同之处。1.PLC的编程元件
PLC的编程元件也称为逻辑部件,是PLC指令系统中的基本要素,PLC指令系统通常都提供以下逻辑部件:
(1)继电器
输入、输出映像寄存器里的每一位,在指令系统中都对应一个固定的编号,在图形编程语言(例如梯形图语言)中形象地用继电器线圈来表示,因此也常称之为输入继电器、输出继电器。同时为了满足对复杂逻辑关系的编程要求,还提供大量的中间辅助继电器,它们也对应存储器中的某一固定区域。这些继电器都是所谓的“软元件”,它们的状态用一个二进制位就可以表示,1对应“ON”状态,0对应“OFF”状态。
类似于继电器逻辑电路中的时间继电器,有延时接通、延时断开、脉冲定时等多种形式,可以组成复杂的时间顺序逻辑。定时器指令一般由线圈、定时时间设定值和当前计时值组成,PLC专门在存储器中开辟出一个区域,用以保存各个定时器线圈当前的状态(“ON”或“OFF”)以及时间的设定值和当前值。定时器的常开、常闭触点可以在用户程序中无限次使用。
(3)计数器
用软件实现的计数器指令,用于实现脉冲计数能,有递减计数、递增计数等形式,不同的PLC在计数器数量、计数长度等方面都有所区别。计数器指令一般包含计数器线圈、计数值设定、计数器复位、计数信号输入、当前计数值等。计数器的常开、常闭触点可以在用户程序中无限次使用。
(4)触发器
该指令用于对状态位的置1和清零,状态位即为触发器线圈,它的“ON”状态一旦触发可以自保持,直至复位条件满足才变为“OFF”状态。触发器的常开、常闭触点可以无限次使用。
(5)其他元器件及指令
除上述四种逻辑元件之外,PLC指令系统一般还提供移位寄存器、数据寄存器、边沿检测、比较、运算、ASCII码处理以及数制转换等多种指令。
用户程序是必选项。用户程序在存储器空间中也称为组织块,它处于高层次,可以管理其他块,它是用各种语言(如STL、LAD或FBD等)编写的用户程序。不同机型的CPU,其程序空间容量也不同。用户程序的结构比较简单,一个完整的用户控制程序应当包含一个主程序、若干子程序和若干中断程序三部分。不同编程设备,对各程序块的安排方法也不同。
(2)数据块
数据块为可选部分,它主要存放控制程序运行所需的数据。
(3)参数块
参数块也是可选部分,它存放的是CPU组态数据,如果在编程软件或其他编程工具上未进行CPU的组态,则系统以默认值进行自动配置。第六节 PLC的性能指标及分类
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。一、按结构形式分类
根据PLC的结构形式,可将PLC分为整体式和模块式两类。