PLC的工作过程以循环扫描的方式进行,当PLC处于运行状态时,它的运行周期可以划分为3个基本阶段:输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。
在这个阶段,PLC逐个扫描每个输入端口,将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区,我们把专用于存储输入设备状态的存储区称为输入映像寄存器,图1-3中以线圈形式标出的X403、X407,实际上是输入映像寄存器的形象比喻。
输入映像寄存器的状态被刷新后,将一直保存,直至下一个循环才会被重新刷新,所以当输入采样阶段结束后,如果输入设备的状态发生变化,也只能在下一个周期才能被PLC接收到。2.程序执行阶段
PLC将所有的输入状态采集完毕后,进入用户程序的执行阶段。所谓用户程序的执行,并非是系统将CPU的工作交由用户程序来管理,CPU所执行的指令仍然是系统程序中的指令。在系统程序的指示下,CPU从用户程序存储区逐条读取用户指令,经解释后执行相应动作,产生相应结果,刷新相应的输出映像寄存器,期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。
当CPU在系统程序的管理下扫描用户程序时,按照先上后下、先左后右的顺序依次读取梯形图中的指令。以图1-3中的用户程序为例,CPU首先读到的是常开触点X403,然后在输入映像寄存器中找到X403的当前状态,接着从输出映像寄存器中得到Y432的当前状态,两者的当前状态进行“或”逻辑运算,结果暂存;CPU读到的下一条梯形图指令是X407的常闭触点,同样从输入映像寄存器中得到X407的状态,将X407常闭触点的当前状态与上一步的暂存结果进行逻辑“与”运算,*后根据运算结果得到输出线圈Y432的状态(“ON”或者“OFF”),并将其保存到输出映像寄存器中,也就是对输出映像寄存器进行了刷新。请注意,在程序执行过程中用到了Y432的状态,这个状态是上一个周期执行的结果。
西门子DI板卡EM232CN
LC系统也同样包含这三部分,唯一的区别是,PLC的逻辑电路部分用软件来实现,用户所编制的控制程序体现了特定的输入/输出逻辑关系。举例来说,电路中有两个输入,分别为起动按钮(SB1)、停止按钮(SB2);1个输出为接触器KM。
当用PLC来完成这个控制任务时,可将输入条件接入PLC,而用PLC的输出单元驱动接触器KM,它们之间要满足的逻辑关系由程序实现。与
两个输入按钮信号经过PLC的接线端子进入输入接口电路,PLC的输出经过输出接口、输出端子驱动接触器KM;用户程序所采用的编程语言为梯形图语言。两个输入分别接入X403和X407端口,输出所用端口为Y432,图中只画出8个输入端口和8个输出端口,实际使用时可任意选用。输入映像对应的是PLC内部的数据存储器,而非实际的继电器线圈。
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
SIMATIC S7-200是一种低端CPU。该CPU适用于机器与系统中的开环和闭环控制任务。它具有实时功能,并通过PROFIBUS或PC/PPI电缆以及一个自由可编程接口协议提供广泛的通信功能。SIMATIC S7-200具有模块化扩展和集成PID闭环控制功能。使用编程软件STEP 7 Micro/Win,可快速地进行编程和组态。二、SIMATIC S7-300
SIMATIC S7-300。
SIMATIC S7-300系列CPU适用于低中端自动化解决方案。SIMATIC S7-300的特性如下:
1)程序存储器可存储高达85K条指令。
2)高达1024点I/O。
3)配有多点接口,可用于小型网络的配置,以及使用PC/编程器进行组态。
4)执行时间快;CPU可在0.1ms内执行1024条二进制指令。
5)通过带有集成背板总线的接口模块,可实现模块化配置和快速功能增。
6)丰富的数字量、模拟量、仿真模块以及通信功能模块和各种其他模块,可实现模块化扩展。
7)集成功能:CPU 312/314 IFM集成有计数、定位、闭环控制和频率测量功能。
8)3002-DP系列还集成有PROFIBUS接口;CPU也可用作从站。
9)丰富的数学公式处理。
10)在CPU操作系统中集成有循环HMI服务。
11)使用STEP 7,可实现快速、简便的组态和编程。
12)使用STEP 7,可实现丰富的诊断功能。带时间戳记的错误消息缓存器以及诊断模块,有助于用户查找故障