【文章內(nèi)容簡介】 5 5 (3) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是 PLC 的真正輸出。 PLC 的特點(diǎn) PLC 之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的 : (1) 使用方便，通用性強(qiáng)。 模塊化得 PLC 設(shè)計，使用戶能根據(jù)控制系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來選擇自己所需的 PLC 模塊并進(jìn)行資源配置和 PLC 編程。這樣，用戶在硬件方面的設(shè)計工作只是確定 PLC 的硬件設(shè)備配置。當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新時，不必改變 PLC硬件設(shè)備，只需改變編程程序就可實(shí)現(xiàn)不同德控制方案，具有良好的通用性 [3]。 (2) 面向控制過程的編程語言，容易掌控。 大多數(shù) PLC 可采用“梯形圖” 進(jìn)行編程，控制線路清晰直觀。它不需要用戶具有很強(qiáng)的程序設(shè)計能力，只要用戶具備一定的計算機(jī)軟、硬件知識和電器控制方面的知識即可。 (3) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 PLC 的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件兩個方面。在硬件方面，隔離和濾波是抗干擾的兩大主要措施，此外，還設(shè)置了聯(lián)鎖、環(huán)境檢測與診斷電路。在軟件方面，主要是設(shè)置故障檢測和診斷程序。 采用上述抗干擾措施后，一般 PLC 的抗電平干擾能力可達(dá) 1000V/1181。s，其平均無故障時間可高達(dá) (45) 104h,使得 PLC 具有極高的可靠性。 (4) 安裝調(diào)試簡單，維修方 便。 在安裝時，由于 PLC 的輸入 /輸出接口已經(jīng)做好，因此可以直接和外部設(shè)備相連，而不再需要專用的接口電路。 PLC 的調(diào)試可先在實(shí)驗(yàn)室模擬完成，模擬調(diào)試完成后在進(jìn)行現(xiàn)場安裝、調(diào)試。這樣就可以避免在現(xiàn)場可能會出現(xiàn)的一些問題，從而縮短調(diào)試周期。 在維修方面， PLC 具有完善的診斷和顯示功能，可以通過模塊上的顯示或編程器等很容易地找出故障的模塊，而且由于模塊化設(shè)計，因此只需要對出錯的模塊進(jìn)行更換即可。 (5) 網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大。 PLC 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。它不僅能做到遠(yuǎn)程控制進(jìn)行 PLC 內(nèi)部通信以及上位機(jī)通信，還具備專線上 網(wǎng)、無線上網(wǎng)等功能。這樣， PLC 就可以組成范圍很大的控制網(wǎng)絡(luò)，使得整個系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)自動化，從而提高生產(chǎn)的效率。 (6) 體積小，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 6 6 PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、堅固，體積小，重量輕，功耗低，同時還具有很好的抗震性及適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力，因此， PLC 很容易被安裝在機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是機(jī)電一體化設(shè)備中較為理想的控制裝置。 (7) 功能齊全，應(yīng)用靈活。 它的適用性極強(qiáng)，幾乎所有的控制要求，它均能滿足；而且應(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能 繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合； (8) 操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。 盡管 PLC 有各種型號，但都可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達(dá)幾萬小時。 PLC 是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，她具有繼電器控制或通用計算機(jī)所無法比擬的特點(diǎn)。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 及前景 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一 設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、汽車、通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類 : (1) 開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 (2) 工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量 )， PLC 采用相應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊及各種各 樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制 。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 (3) 運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 (4) 數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于 如造 7 7 紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (5) 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信包括 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn) PLC 的發(fā)展前景 (1) 實(shí)現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。 (2) 范圍廣 電力線是覆蓋范圍最 廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。 PLC 可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。 (3) 高速率 PLC 能夠提供高速的傳輸。 目前，其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而 ~45Mbps 之間。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于撥號上網(wǎng)和ISDN，比 ADSL 更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的 PLC 產(chǎn)品正在研制之中。 (4) 永遠(yuǎn)在線 PLC屬于 即插即用 ，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！ (5) 便捷 。 不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有 PLC帶來的 高速網(wǎng)絡(luò)享受！ 21 世紀(jì)， PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是 可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 8 8 3 西門子 PLC S7200 系列以及 ABB 變頻器的介紹 西門子 PLC S7200 的硬件組成 S7200 系列 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6 種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本 顯示器等。 (1) 基本單元 圖表 31 是對西門子 S7200 各型號 CPU性能的具體 數(shù)據(jù)。 表 31 西門子 S7200 各型號 CPU 性能 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 用戶程序區(qū) 4K 字節(jié) 4K 字節(jié) 8K 字節(jié) 8K 字節(jié) 16K 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2K 字節(jié) 2K 字節(jié) 5K 字節(jié) 5K 字節(jié) 10K 字節(jié) CPU內(nèi)置 DI/DO點(diǎn)數(shù) 6/4 8/6 14/10 24/16 24/16 AI/AO 點(diǎn)數(shù) 無 16/16 32/32 32/32 32/32 掃描時間 /1 條指令 最大 DI/DO 點(diǎn)數(shù) 256 256 256 256 256 計數(shù)器 256 256 256 256 256 計時器 256 256 256 256 256 時鐘功能 可選 可選 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 數(shù)字量輸入濾波 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 模擬量輸入濾波 N/A 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 高速計數(shù)器 4 個 30KHZ 4 個 30KHZ 6 個 30KHZ 6 個 30KHZ 6 個 30KHZ 脈沖輸出 2 個 20KHZ 2 個 20KHZ 2 個 20KHZ 2 個 20KHZ 6 個 20KHZ 通訊口 1 RS485 1 RS485 1 RS485 2 RS485 2 RS485 9 9 S7200 系列 PLC 中可提供 4 種不同的基本型號和 6 種 CPU 供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表 32： 表 32 S7200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本單元 型號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊 S7200CPU221 6 4 S7200CPU222 8 6 2 個擴(kuò)展模塊 78 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 10 路模擬量 I/O 點(diǎn) S7200CPU224 14 10 7 個擴(kuò)展模塊 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) S7200CPU226 24 16 2 個擴(kuò)展模塊 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) S7200CPU226XM 24 16 2 個擴(kuò)展模塊 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) (2) 擴(kuò)展單元 S7200 系列 PLC 主要有 6種擴(kuò)展單元，它本身沒有 CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展 I/O 點(diǎn)數(shù)， S7200 系列 PLC 擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表33所示： 表 33 S7200 系 列 PLC 擴(kuò) 展單元型號和輸入輸出點(diǎn)數(shù) 類型 型號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM221 8 無 EM22 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 3 無 EM232 無 2 EM235 3 1 (3) 編程器 PLC 在正式運(yùn)行時，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入 PLC 中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。 S7200 系列 PLC 可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。 簡易型編程器是袖珍型的，簡單 實(shí)用，價格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及檢測工 10 10 具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線檢測，非常直觀，切功能強(qiáng)大， S7200系列 PLC的專用編程軟件為 STEP7Micro/Win。 (4) 程序存儲卡 為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型 PLC 設(shè)有外接 EEPROM 卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入 PLC，也可將 PLC 內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM 卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡 EEPROM 有 6ES 72918GC000XA0 和 6ES 72918GD000XA0 兩種，程序容量分別為 8K 和 16K 程序步。 (5) 寫入器 寫入器的功能是實(shí)現(xiàn) PLC 和 EPROM 之間的程序傳送，是將 PLC 中 RAM 區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)?PLC 中程序存儲卡中的程序通過寫入器傳送到RAM 區(qū)。 (6) 文本顯示器 文本顯示器 TD200 不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入 /輸出量。文本信息的顯示用選擇 /確認(rèn)的方法，最多可顯示 80 條信息， 每條信息最多 4 個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。 TD200 面板上的 8 個可編程的功能鍵，每個都分配了一個存儲位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。 西門子 PLC 指令集 德國西門子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子 S7 系列 PLC 體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC（如S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、 高性能要求的 PLC（如 S7400）等 [10]。 表 34為一些西門子 PLC 各條指令，可用于查詢或備忘。 表 34 西門子 PLC 指令集 指令 描述 STL ┫ ┣ 常開觸點(diǎn) LD ┫ /┣ 常閉觸點(diǎn) LDN ┫ I┣ 立即常開觸點(diǎn) LDI ┫ /I┣ 立即常閉觸點(diǎn) LDNI ┫ NOT┣ 取反觸點(diǎn) NOT ┫ P┣ 正跳變觸點(diǎn) EU 11 11