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编程器是PLC重要的编程设备,它不仅可以用来编写程序,还可以用来输入数据,以及检查和监控PLC的运行。一般情况下,编程器只在PLC编程和检查时使用,在PLC正式运行后往往把编程器卸掉。
随着计算机技术的发展,PLC生产厂家越来越倾向于设计一些满足某些PLC的编程、监控和设计要求的编程软件,这类编程软件可以在专用的编程器上运行,也可以在普通的个人计算机上运行。这类编程软件利用了计算机的屏幕大、输入/输出信息量多的优势,使PLC的编程环境更加完美。在很多情况下,装有编程软件的计算机在PLC正式运行后还可以挂在系统上,作为PLC的监控设备使用。比如有下列编程软件。
①OMRON公司设计的CX-P编程软件可以为OMRON C系列PLC提供很好的编程环境。
②松下电工设计的FPWin_GR编程软件可以为FP系列PLC提供很好的编程环境和仿真。
浔之漫智控技术(上海)有限公司(sqw-xzm-ssm)
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输入/输出单元
输入/输出单元是PLC与外部设备互相联系的窗口。实际的生产中信号电平是多样的,外部执行机构所需要的电平也是不同的。但是CPU所处理的信号只能是标准电平,因此需要通过输入/输出单元来实现对这些信号电平的转换。它实质上是PLC与被控对象之间传送信号的接口部件。输入单元接收现场设备向PLC提供的信号,如按钮、开关、继电器触点、拨码器等开关量信号。这些信号经过输入电路的滤波、光电隔离、电平转换等处理后变成CPU能够接收和处理的信号。输出单元将经过CPU处理的微弱电信号通过光电隔离、率放大等处理后转换成外部设备所需要的强电信号,从而来驱动各种执行元件,如接触器、电磁阀、调节器、调速装置等。
一般情况下PLC使用220V的交流电源或24V的直流电源。电源部件将外部输入的交流电经整流滤波处理后转换成供PLC的中央处理器、存储器等内部电路工作所需要的5V、12V、24V等不同电压等级的直流电源,使PLC能正常工作。许多PLC的直流电源多采用直流开关稳压电源,不仅可以提供多路独立的电压供内部电路使用,还可以向外部提供24V的直流电源,给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。
一般对于整体式PLC,电源部件封装在主机内部,对于模块式PLC,电源部件一般采用单独的电源模块。
(5)I/O扩展端口
PLC的I/O端口是十分重要的资源,扩展I/O端口是提高PLC控制系统经济性能指标的重要手段。当PLC主控单元的I/O点数不能满足用户的需求时,可以通过I/O扩展端口用扁平电缆将I/O扩展单元与主控单元相连,以增加I/O点数。大部分的PLC都有扩展端口。主机可以通过扩展端口连接I/O扩展单元来增加I/O点数,也可以通过扩展端口连接各种特殊能单元以扩展PLC的能。
(6)外设端口
PLC可以通过外设端口与各种外部设备相连接。例如连接终端设备PT进行程序的设计、调试和系统监控;连接打印机可以打印用户程序、打印PLC运行过程中的状态、打印故障报警的种类和时间等;连接EPROM写入器,将调试好的用户程序写入EPROM,以免被误改动等;有的PLC还可以通过外部设备端口与其他PLC、上位机进行通信或加入各种网络。
(7)编程工具
编程工具是开发应用和检查维护PLC以及监控系统运行不可或缺的外部设备。利用编程工具可以将用户程序输入到PLC的存储器,还可以检查、修改、调试程序以及监视程序的运行。PLC的编程工具有两种形式:一种是手持编程器,它由键盘、显示器和工作方式选择开关等组成,主要用于调试简单的程序、现场修改参数以及监视PLC自身的工作情况;另一种是利用上位计算机中的编程软件(如西门子S7-300 PLC用的STEP 7软件),它主要用于编写较大型的程序,并能够灵活地修改、下载、安装程序以及在线调试和监控程序。编程软件的应用更为广泛。
智能单元是PLC中的一个模块,它与CPU通过系统总线连接,并在CPU的协调管理下独立地进行工作。常用的智能单元包括高速计数器单元、A/D单元、D/A单元、位置控制单元、PID控制单元、温度控制单元等。
2.3 PLC开发环境和工作原理
2.3.1 PLC编程语言及编程软件
可编程控制器是通过程序来实现控制的,编写程序时所用的语言就是PLC的编程语言,PLC编程语言有多种,它是用PLC的编程语言或某种PLC指令的助记符编制而成的。各个元件的助记符随PLC型号的不同而略有不同。PLC编程语言根据生产厂商的不同而不同。因为目前没有统一的通用编程语言,所以在使用不同厂商的PLC时,同一种编程语言也有所不同。在PLC控制系统设计中,要求设计人员不但
要了解PLC的硬件性能,还要了解PLC对编程语言支持的种类。
国际电工委员会(IEC)1994年5月公布的IEC6 1131-3标准(PLC的编程语言标准,也是至今唯一的工业控制系统的编程语言标准)中详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言:语句表(Statement List,STL)、梯形图(Ladder Diagram,LAD)、能块图(Function Block Diagram,FBD)、结构文本(Structured Text,ST)、顺序能图(Sequential Function Chart,SFC)。其中梯形图和语句表编程语言在实际中用得多,下面着重介绍这两种语言。
(1)梯形图(LAD)
梯形图(LAD)是常用的PLC编程语言。梯形图与继电器的电路图很相似,它是从继电器控制系统原理图演变而来的,是一种类似于继电器控制线路图的一种语言。其画法是从左母线开始,经过触点和线圈,终止于右母线,具有直观、易学、易懂的优点,而且很容易被熟悉继电器控制的工厂电气技术人员所掌握。西门子PLC的梯形图具有以下几个特点:
梯形图是一种图形语言,沿用继电器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号;
②梯形图中的触点有常开触点和常闭触点两种,触点可以是PLC输入点接的开关,也可以是内部继电器的触点或内部寄存器、计数器的状态;
③触点可以串联或并联,但线圈只能并联,不能串联;
④触点和线圈等组成的独立电路称为网络(Network)或程序段;
⑤在程序段号的右边可以加上程序段的标题,在程序段号的下边可以加上注释;
⑥内部继电器、计数器、寄存器都不能直接控制外部负载,只能作为中间结果供CPU内部使用。
(2)语句表(STL)
语句表(STL)类似于计算机的汇编语言,但比汇编语言通俗易懂,是PLC的基本编程语言。它用助记符来表示各种指令的能,指令语句是PLC程序的基本元素,多条语句组合起来就构成了语句表。在编程器的键盘上或利用编程软件的语句表格式都可以进行语句表编程。一般情况下语句表和梯形图是可以相互转换的,例如西门子S7-300 PLC的STEP 7编程软件在视图选项中就可以进行语句表和梯形图的相互转换。或者用快捷键“Ctrl+1/2”就可以实现语句表和梯形图的相互转换。要说明的是部分语句表是没有梯形图与之相对应的。