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功率的问题,可以通过查阅模块技术手册得到各个模块的功耗,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,这一部分功耗也必须考虑在内。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。1.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
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PLC的品种繁多,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等各有特点,适用场合也各有侧重。站在硬件选型的角度,首先需要考虑的是设备容量与性能是否与任务相适应;其次要看PLC运行速度是否能够满足实时控制的要求。
所谓设备容量,主要是指系统I/O点数的多少以及扩充的能力。对于纯开关量控制的应用系统,如果对控制速度的要求不高,比如单台机械的自动控制,可选用小型一体化PLC,例如三菱公司的FX2N系列PLC。
对于以开关量控制为主,带有部分模拟量控制的应用系统,如工业中常遇到的温度、压力、流量、液位等,应配备模拟量I/O(AI/AO),并且选择运算功能较强的小型PLC,例如西门子公司的S7-200系列PLC。
对于比较复杂,控制功能要求较高的系统,比如需要PID调节、位置控制、高速计数、通信联网等功能时,应当选用中、大型PLC,这一类PLC多为模块式结构,除了基本的模块外,还提供专用的特殊功能模块。当系统的各个部分分布在不同的地域时,可以利用远程I/O组成分布式控制系统。适合这一类型的产品有西门子公司的S7-300/400系列PLC等。
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。
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。
(2)定时器
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,用于实现脉冲计数功能,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