【正文】 等功能。一般地，低檔機(jī)多為小型PLC，采用整體式機(jī)構(gòu)；中檔機(jī)可為大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整體式結(jié)構(gòu)，中型和大型PLC多采用組合式結(jié)構(gòu)；高檔機(jī)多為大型PLC，采用組合式結(jié)構(gòu)。目前，在國內(nèi)工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的是中、低檔機(jī)。 可編程控制器的工作原理1工作過程按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器系統(tǒng)由傳感器，可編程控 制器(PLC)和執(zhí)行器組成?？删幊炭刂破魍ㄟ^循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。其操作過程如下圖所示。可編程控制系統(tǒng)的操作過程PLC將內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分成若干個(gè)寄存器區(qū)域，其中過程映像區(qū)域又稱為I/O映像寄存器區(qū)域。過程映像，區(qū)域的輸入映像寄存器區(qū)域(PLC)用來存放輸入端點(diǎn)的狀態(tài)，輸出映像寄存器區(qū)域(PIQ)用來存放用戶程序(OBI)運(yùn)行的結(jié)果。PLC輸入模塊的輸出信號(hào)狀態(tài)與傳感器信號(hào)相對(duì)應(yīng)，為傳感器信號(hào)經(jīng)過，隔離和濾波后的有效信號(hào)，識(shí)別開關(guān)的通斷狀態(tài)，CPU存每個(gè)掃描周期的開始掃描輸入模塊，信號(hào)狀態(tài)并將其狀態(tài)送入輸入映像寄存器區(qū)域；CPU根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號(hào)。并將處理結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。PLC輸出模塊具有一定的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器。CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。如下圖所示，CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫輸出等內(nèi)容。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。典型的PLC在一個(gè)周期中可完成以下5個(gè)掃描過程。1自診斷測(cè)試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠性，及時(shí)反應(yīng)所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時(shí)間監(jiān)視器完成。WDT是一個(gè)硬件定時(shí)器，每一個(gè)掃描周期開始前都被復(fù)位。WDT的定時(shí)可由用戶修改，一般在100～200ms之間。其它的執(zhí)行 結(jié)果錯(cuò)誤可由程序設(shè)計(jì)者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。2與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。3用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時(shí)間。個(gè)掃描周期內(nèi)都包含這個(gè)掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映像寄存器：一個(gè)為輸入映像寄存器，另一個(gè)為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，CPU把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，CPU把輸出映像寄存器的值鎖定到實(shí)際輸出點(diǎn)。為了現(xiàn)場調(diào)試方便，PLC具有I/O控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放I／O。封鎖I／O就是關(guān)閉I／O掃描過程。在讀輸入階段，CPU對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變—輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)：(一)掃描過程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。(二)輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)工作 11 周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。(三)程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個(gè)掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時(shí)又可以被程序修改用于存儲(chǔ)中間結(jié)果或下一個(gè)掃描周期的輸出結(jié)果。此時(shí)的修改不會(huì)影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。(四)對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個(gè)掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個(gè)周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點(diǎn)。各PLC廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對(duì)所使用型號(hào)的PLC的延遲時(shí)間的長短很清楚，它是進(jìn)行PLC選型時(shí)的重要指標(biāo)。2可編程控制器的技術(shù)性能指標(biāo)。I/O點(diǎn)數(shù) 2 存儲(chǔ)容量 3 掃描速度 4 指令系統(tǒng) 5 可擴(kuò)展性 6 通信功能3可編程控制器的組成如圖所示，PLC與通用計(jì)算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了I/O功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行I／O變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。1輸入寄存器輸入寄存器可按位進(jìn)行尋址，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進(jìn)行修改。 輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個(gè)時(shí)間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值,表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值。在程序執(zhí)行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。3 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。4 CPU單元CPU單元控制著I／O寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。5 其它接口單元其它接口單元用于提供PLC與其它設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。4可編程控制器的主要用途PLC編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了PLC簡單工作原理和它的編程技術(shù)后，就可 以結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，進(jìn)而將PLC用語實(shí)際控制系統(tǒng)中，此外，PLC還具有使用和編程方便，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在實(shí)際運(yùn)用中設(shè)施施工周期短等特點(diǎn)，是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的理想工具。PLC誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡迎，并得到迅速發(fā)展，目前，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著PLC技術(shù)的推廣和應(yīng)用，PLC將向著標(biāo)準(zhǔn)化，小型化，模塊化及低成本，高功能的方向發(fā)展。32PLC與一般的計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，由中央處理單元（CPU），存儲(chǔ)器（MEMERY），輸入/輸出（INPUT/OUTPUT）接口，電源部件外部設(shè)備接口等，但由于PLC專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)，為了便于接線，擴(kuò)充功能，操作及維護(hù)，它的結(jié)構(gòu)與組成又與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有所區(qū)別。 可編程控制器的應(yīng)用與發(fā)展可編程控制器(PLC)是以早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自60年代問世以來，PLC得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。尤其在數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)通信及與NCS等集散系統(tǒng)融合方面有了很大的進(jìn)展，可編程控制器已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化強(qiáng)有力的工具。得到了廣泛的普及和推廣應(yīng)用，可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化，價(jià)格低、可靠性高。在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出，PLC可編程控制器是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置。20世紀(jì)80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時(shí)期。PLC發(fā)展至今，已有30多年的歷史。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有了翻天覆地的變化，PLC亦再不斷發(fā)展變化中，PLC正朝著新的技術(shù)發(fā)展。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅PLC方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代PLC只有開 關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些PLC在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。(在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程控制器(PLC)作為自動(dòng)控制的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一，成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。由于綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，使它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢(shì)頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器PLC在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用第三章S7200系列可編程控制器S7200系列PLC除了可以用于輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較少的小型機(jī)械與設(shè)備的單機(jī)控制外，由于其通信與網(wǎng)絡(luò)功能較強(qiáng)，因此還可以作為復(fù)雜系統(tǒng)的“子站”使用，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)， S7200可編程控制器的概述SIMATICS7系列PLC可分為S7200、S7400和S7300三個(gè)系列，分別為S7系列的大，中。?。ㄎⅲ┬蚉LC系統(tǒng)S7200屬于S7家旋中功能最精簡，I/O點(diǎn)數(shù)最少、擴(kuò)展性最低的PLC產(chǎn)品，可以稱為微小型PLC系列產(chǎn)品。 S7200系列PLC的構(gòu)成S7200小型PLC系統(tǒng)有基本單元（主機(jī)）、擴(kuò)展單元、文本、圖形顯示器，編程器等組成。 S7200系列PLC的常用指令1基本為操作指令位操作指令是PLC常用的基本指令，梯形圖指令有觸點(diǎn)和線圈兩大類，觸點(diǎn)又分為動(dòng)合與動(dòng)斷兩種形式，語句表指令有與或以及輸出等邏輯關(guān)系。梯形圖的觸點(diǎn)符號(hào)代表PLC對(duì)存儲(chǔ)器的賣操作，CPU運(yùn)行掃描觸點(diǎn)符號(hào)時(shí)，到觸點(diǎn)位地址指定的存儲(chǔ)器位訪問，該位數(shù)據(jù)（狀態(tài)）為1時(shí)，觸點(diǎn)為動(dòng)態(tài)，（動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開），數(shù)據(jù)（狀態(tài)）為0時(shí)，觸點(diǎn)為常態(tài)（動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合）。梯形圖的線圈符號(hào)代表CPU對(duì)存儲(chǔ)器的寫操作，線圈左側(cè)觸點(diǎn)組成邏輯關(guān)系，邏輯運(yùn)算結(jié)果為1時(shí)，能量流可以到達(dá)線圈，使線圈通電，CPU將線圈位地址指定的存儲(chǔ)器位置1，邏輯運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，線圈不通電，存儲(chǔ)器位置(復(fù)位1，梯形圖利用線圈通、斷電描述存儲(chǔ)器位的置位，復(fù)位操作。2 計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器利用輸入脈沖上升沿累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，S7200系列PLC有遞增計(jì)數(shù)（CTU）增減計(jì)數(shù)（CTU）遞減計(jì)數(shù)(CTD)三類技術(shù)指令，計(jì)數(shù)器使用方法和基本 結(jié)構(gòu)與定時(shí)器基本相同，主要由預(yù)置值寄存器，當(dāng)前值寄存器，狀態(tài)位等組成。梯形圖指令符號(hào)中CU增1計(jì)數(shù)脈沖輸入端：CD減1計(jì)數(shù)脈沖輸入端：R復(fù)位脈沖輸