【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟、閉有關(guān)控制電路，分時地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、 4 組合、比較、變換等動作。完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術(shù)運算等任務(wù)。根據(jù)運算結(jié)果更換有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸入映像寄存器的內(nèi)容，實現(xiàn)輸出、制表、打印或數(shù)據(jù)通信等控制。 2. 存儲 器 PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩個部分。 (1)系統(tǒng)存儲器 系統(tǒng)存儲器是指用來存放 PLC 的系統(tǒng)程序的存儲器。它由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫并固化在ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改。它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計者規(guī)定的各項工作。其主要內(nèi)容包括 3 個部分：系統(tǒng)管理程序、 用戶指令解釋程序和標(biāo)準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)試。 (2)用戶存儲器 用戶存儲器由用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分組成，其主要任務(wù)作用是用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的各種用戶程序。 PLC 使用的存儲器有 3種類型：隨機存取存儲器 (RAM)、只讀存儲器 (ROM)和可擦除可編程只讀存儲器 (EEPRO)。 3. 輸入 /輸出接口單元 PLC 的輸入和輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入 /輸出接口單元從廣義上可分為 2 個部分：一部分是與被控制設(shè)備相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 4. 擴展接口和通信接口 PLC 具有擴展接口和通信接口的能力，其作用如下： (1)擴展接口的作用是將擴展單元和功能模塊與基本單元相連，是 PLC 的配置更加靈活以滿足不同控制的系統(tǒng)需求。 (2)通信 接口的作用是通過這些通信接口可以與監(jiān)視器打印機和其他的， PLC 或計算機相連從而實現(xiàn) ” 人 機 ” 或 ” 機 機 ” 之間的對話。 5. 電源部分 PLC 一般使用 220 交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源位 PLC 的中央處理器 、 存儲器等。電路提供 5V、 +12V、 24V 等直流電源使 PLC 能正常工作。 6. 編程設(shè)備 編程設(shè)備的作用是供用戶進行程序的編制 、 編輯 、 調(diào)試和監(jiān)視。 7. 其他部件 有些 PLC 還可以有 ERROM 寫入器 、 存儲器卡等其他外部設(shè)備，用于增強 PLC 的存儲容量和擴展功能。 PLC 的工作原理 PLC 在程序運行方式、輸入輸出操 作、特殊功能模塊等方面做了特別的考慮 [2]。 1. PLC的 3 個工作階段 當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段三個階段完成。上述 3 個階段即為一個周期。在整個運行期間 PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述 3 個階段。 (1)輸入采樣階段 PLC。在輸入采樣階段，先掃描所以輸入端子并將各輸入端子狀態(tài)存入對應(yīng)的輸入元件映像寄存器。此時，輸入元件映像寄存器被刷新，接著進入用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入元件映像寄存器與外界隔離，無論輸入端子信號如何變 化，輸入元件映像積存器始終保持不變，直到下個掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端子的新內(nèi)容重新寫入。 (2)用戶程序執(zhí)行階段。根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描規(guī)則， PLC 以先左后右，先上后下的 5 步序逐句掃描。當(dāng)指令中涉及輸入 /輸出時， PLC 從輸入映像寄存器中讀入上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀入對應(yīng)輸出映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果在存入元件映像寄存器中。對元件映像來說，每一個元件的狀態(tài)會隨程序的執(zhí)行過程而變化。 (3)輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有繼電器 的狀態(tài)在（通/斷）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出驅(qū)動外部負載。對于小型 PLC，I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，用集中采樣集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。 2. PLC 對輸入 /輸出的處理規(guī)則 PLC 對輸入 /輸出的處理規(guī)則如下：輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點在上有個刷新期間的通 /斷狀。 6 2 西門子 S7200 系列 PLC 的 硬件單元 西門子公司的 PLC 產(chǎn)品包括 S7200、 S7300、 S7400、 LOGO、 HMI 人機界面 、 工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 、 工業(yè)軟件等。 S7 系列 PLC 具有體積小 、速度快、標(biāo)準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高的優(yōu)點。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC（ S7200） 、小規(guī)模性能要求的 PLC（ S7300） 和中高規(guī)模性能要求的 PLC（ S7400） 等。其中 S7200 系列的 PLC 的出色主要表現(xiàn)在以下幾個方面 [3]： 1. 極高的可靠性 2. 極豐富的指令集 3. 易于掌握 4. 便捷的操作 5. 豐富的內(nèi)置集成功能 6. 實時特性 7. 強勁的通信能力 8. 豐富的擴展模塊 S7200 系列 PLC 主要由下面幾個部分組成。 1. 基本單元 基 本單元又稱為 CPU 模塊，有的也稱為主機或本機。它包括 CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是 PLC 的主要部分。實際上它就是個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的任務(wù)。 2. 擴展單元 S7200 CPU22*系列 PLC具有 2 到 7 個擴展模塊，用戶可以根據(jù)需要擴展各種 I/O 模塊。 3. 特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控任務(wù)時，需要擴展模塊和功能模塊。它是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置。 4. 相關(guān)設(shè)備 為了充分利用系統(tǒng)硬件和軟件資源而開發(fā)的相關(guān)設(shè)備，主要包括編輯設(shè)備 、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和人機操作界面 等。 5. 為了能夠更好地使用以上設(shè)備開發(fā)的配套程序。它主要由標(biāo)準工具、工程工具、運行軟件和人機接口軟件等幾大類構(gòu)成。 主機 S7200 CPU22*系列的 CPU 模塊主要包括一個中央處理器 、電源、通信口及 I/O接口。它的主要作用有：執(zhí)行程序；從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號；輸出控制信號；驅(qū)動外部負載。 S7200 CPU22*系列的 PLC 具有以下 5 種不同的結(jié)構(gòu)配置： (1)CPU221 具有 6 個輸入點和 4 個輸出點，共計 10 個 I/O 點。無擴展能力。有 4 路高速計數(shù)器（ 30KHZ）， 2 路高速脈沖輸出， 1 個 RS485 通信 /編程口， 2 個獨立的輸入端，可同時作加 、 減計數(shù)，可連接 2 個相位差為 90 度的 A/B 相增量編碼器。程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，適用于少點的控制系統(tǒng)。 (2)CPU222 具有 8 個輸入點和 6 個輸出點，共計 14 個 I/O 點。 1 個模擬量電位器，最多可擴展 10AI/AO 點。 4KB 用戶程序區(qū)和 2KB 數(shù)據(jù)存儲區(qū)。有 4 路高速計數(shù)器（ 30KHZ）， 2路高速脈沖輸出， 1 個 RS485 通信 /編程口， 2 個獨立的輸入端可同時作加 、 減計數(shù)，可連接2 個相位差為 90 度的 A/B 相增量編碼器。可以進行一定模擬量的控制和 2 個模塊的擴展， 7 因此是應(yīng)用更廣泛全功能 控制器。 (3)CPU224 具有 14 個輸入點和 10 個輸出點，共計 24 個 I/O 點。 2 個模擬量電位器，最多可擴展 35AI/AO 點。 8KB 用戶程序區(qū)和 5KB 數(shù)據(jù)存儲區(qū)。有 6 路高速計數(shù)器（ 30KHZ），2 路高速脈沖輸出， 1 個 RS485 通信 /編程口，有 7 個擴展模塊。它具有更強的模擬量處理能力，是 S7200 系列產(chǎn)品中使用最多的。 (4)CPU226。具有 24 個輸入點和 16 個輸出點，共計 40 個 I/O 點。 2 個模擬量電位器，最多可擴展 35AI/AO 點。 8KB 用戶程序區(qū)和 5KB 數(shù)據(jù)存儲區(qū)。有 6 路高速計數(shù)器（ 30KHZ），2 路 高速脈沖輸出， 2 個 RS485 通信 /編程口。它主要用于點數(shù)較多 、 要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 (5)CPU226XM。這是西門子公司推出的一種增強型主機。它在用戶程序存儲容量和數(shù)據(jù)存儲容量上進行了擴展，其他指標(biāo)和 CPU226 相同。 CPU的主要特點 1. 內(nèi)部集成的具有強勁的通信能力的 PPI 接口是 S7200 的用戶口， CPU 接口物理特性為 RS485，可在三種方式下工作。 (1)PPI 方式：通過 PPI 方式， S7200 系列 PLC 與計算機之間或者是 PLC 相互之間可通過普通的兩芯屏蔽雙絞電纜進行聯(lián)網(wǎng)。 (2)MPI 方式：通過 MPI 方式， S7200 可以通過內(nèi)置接口連接到 MPI 網(wǎng)絡(luò)上，它可以與S7300/S7400CPU 進行通信。 (3)自由口通信方式；通過自由口通信方式， S7200 系列 PLC 可以與任何通信協(xié)議公開的其他設(shè)備 、 控制器進行通信。 2. 豐富的內(nèi)置集成功能 (1)集成的 24V 負載電源，可直接連接到傳感器和變送器 (2)對于不同的設(shè)備類型，其 CPU 各有 2 個類型，具有不同的電源電壓和控制電壓。 (3)中斷輸入，允許以極高的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。 (4)具有 4 到 6 個高數(shù)計數(shù)器（ 30KHZ）。 (5)2 路脈沖輸出由于控制步進電機，或伺服電機的運動，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的定位任務(wù)。 3. 豐富的擴展模塊對數(shù)字量和模擬量擴展模塊可方便選用。 4. 具有易于掌握，便捷的操作以及豐富的指令集。 存儲系統(tǒng) S7200 系列 PLC 的存儲系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種類型的存儲器構(gòu)成， CPU 模塊內(nèi)部配備了一定容量的 RAM 和 EEPROM。同時， S7200 系列 PLC 的 CPU 模塊支持可選的EEPROM 存儲器卡。在 CPU 模塊內(nèi)部的超級電容和電池模塊用于長時間的保存數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)可通過主機的超級電容存儲若干天。 擴展單元 當(dāng) CPU 需要進行某種特殊的功能控制或其 I/O 的擴展，通常 I/O 擴展包括 I/O 的點數(shù)擴展和功能模塊的擴展兩類。 1. I/O 擴展模塊 S7200 系列 PLC 提供了五大類擴展模塊： (1)數(shù)字量輸入擴展模板 EM221（ 8 路擴展輸入）。 (2)數(shù)字量輸出擴展模板 EM222（ 8 路擴展輸出）。 (3)數(shù)字量輸入和輸出混合擴展模板 EM223（ 8I/O， 16I/O， 24I/O）。 8 (4)模擬量輸入擴展模塊 EM231，每個 EM231 可擴展 3 路模擬量輸入通道， A/D 轉(zhuǎn)換時間 25uS，分辨率為 12 位 。 (5)模擬量輸入 擴展模塊 EM235，每個 EM235 可同時擴展 3 路模擬輸入和 1 路模擬量輸出通道，其中 A/D 轉(zhuǎn)換時間 25uS， D/A 轉(zhuǎn)換時間 100uS，分辨率均為 12 位 。 2. 熱電偶 /熱電阻擴展模塊 3. 通信擴展模塊 表 1 S7200 I/O 編址 信息類型 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 I_數(shù)字量 輸入 ~ ~ ~ ~ Q_數(shù)字量 輸出