【文章內容簡介】 主機）和擴展單元組成。基本單元內有CPU、I/O 接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 模塊式PLC是將PLC 各組成部分，分別做成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O 模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC 由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC 的特點是配置靈活，可根據需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O 接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。（2） 按功能分類根據PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數(shù)據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、數(shù)據傳送和比較、數(shù)制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網等功能。有些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。（3） 按I/O點數(shù)分類根據PLC的I/O點數(shù)的多少，可將 PLC分為小型、中型和大型三類?！?—I/O點數(shù)小于256點；單CPU 、8位或 16位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。河北聯(lián)合大學電氣工程學院82. 中型PLC— —I/O點數(shù)256～2048點；雙CPU ，用戶存儲器容量 2～8K 。 — —I/O點數(shù) 2048點；多CPU ，16位、32位處理器，用戶存儲器容量8～16K。 PLC 的選型方法在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC 及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC 應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC 和設計相應的控制系統(tǒng)。 PLC 電源的選擇PLC 的供電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據產品說明書要求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。PLC 按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 第 3 章 可編程控制器 PLC 原理及選型9 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據。實際訂貨時，還需根據制造廠商 PLC 的產品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致?？筛鶕靡螅侠磉x用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。河北聯(lián)合大學電氣工程學院10 第 4 章 西門子 STEP7 軟件介紹 西門子 STEP7 的概述STEP7 是用于 SIMATIC 可編程控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，其用戶接口是基于當前最新水平的人機控制工程設計，可以輕松方便的使用。STEP7編程軟件適用于 SIMATICSMC7 和基于 PC 的 WinAC，是供其編程、監(jiān)控和藏書設置的標準工具。 STEP7 是一個強大的工程工具，用于整個項目流程設置。從項目實施的計劃配置、實施模塊測試、繼承測試調試到運行維護階段，都需要不同功能的工程工具。STEP7 工程工具包含了整個羨慕流程的各種功能要求：CAD/CAE 支持、硬件組態(tài)、網絡組態(tài)、仿真、過程診斷等。 STEP7 的構成組件STEP7 不是一個單一的應用程序，而是有一系列應用程序[工具]構成的軟件包。STEP7 主要包括以下組件：SIMATIC 管理器，程序編輯器，符號編輯器，硬件組態(tài)，硬件診斷，網絡組態(tài)。SIMATIC 管理器：在 SIMATIC 管理器[SIMATIC Manager]環(huán)境中進行項目的編程和組態(tài)，每個操作所需的工具均由 SIMATIC Manager 自動運行，因此不需要用戶分別啟動各個不同的工具。對于用戶來說，SIMATIC Manager 提供了STEP7 標準軟件包的集成，統(tǒng)一的界面。SIMATIC Manager 中可以同時打開多個項目，每個項目的視圖由兩部分組成。左視圖顯示整個項目的層次結構，在右試圖中顯示左視圖當前選中的目錄下的所包含的對象。SIMATIC Manager 的菜單主要實現(xiàn)以下幾類功能：項目文件的管理；對象的編輯和插入；程序的下載，監(jiān)控，診斷；視圖，窗口排列，環(huán)境設置選項。硬件組態(tài)：該工具為自動化項目的硬件進行組態(tài)和參數(shù)設置。可以對 PLC機架上的硬件進行配置，設置各種硬件模塊的參數(shù)，例如 CPU 參數(shù)和分布式I/O 參數(shù)等。編程工具：該工具集成了梯形圖 LAD，語句表 STL 和功能塊圖 FBD 三種編程語言的編輯，編譯和調試功能。第 4 章 西門子 STEP7 軟件介紹11符號編輯器：該工具用于創(chuàng)建和管理所有的全局符號。為輸入輸出信號，位存儲和塊設定符號名和注釋。使用這個工具生成的符號表式全局有效的，可供其他所有工具使用。因而，一個符號的任何改變都能自動被其他工具識別。硬件診斷：該工具可以對 PLC 站的各硬件模塊進行在線診斷，顯示相關的故障信息和狀態(tài)信息。網絡組態(tài)：該工具用于組態(tài)通訊網絡連接，包括網絡連接的參數(shù)設置和網絡中各個通訊設備的參數(shù)設置。 STEP7 各程序塊的功能在S7用戶程序中有下列幾種類型的塊可以使用:1. 組織塊〔OB〕OB決定用戶程序的結構；2. 系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC): SFB 和SFC 集成在S7CPU 中可以用來訪問一些重要的系統(tǒng)功能；3. 功能塊(FB):FB是帶有“存儲區(qū)域”的塊，可以自己編程這個存儲區(qū)域；4. 功能(FC):FC中是經常使用的功能的程序；5. 背景數(shù)據塊(背景DB):當一個FB/SFB 被調用時，背景DB 與該塊相關聯(lián)，它們可以在編譯過程中自動生成；6. 數(shù)據塊(DB): DB是用于存儲用戶數(shù)據的數(shù)據區(qū)域，除了指定一個功能塊的數(shù)據， 還可以定義可以被任何塊使用的共享數(shù)據。組織塊及其優(yōu)先級組織塊是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。它有操作系統(tǒng)調用并控制循環(huán)和中斷驅動的程序的執(zhí)行以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應， 通過編程組織塊可指定CPU 的反應。組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序。一個OB的執(zhí)行可以被另一個OB的調用而中斷。那個OB 可以中斷另一個OB 由它的優(yōu)先級決定，高優(yōu)先級的OB可以中斷低優(yōu)先級的 OB，其中用于全程序循環(huán)的OB1優(yōu)先級最高，背景OB優(yōu)先級最低。部分組織塊的功能簡要說明如下：(1)主程序循環(huán)OB1 ：在S7300/400系列的PLC中，無論哪種型號的CPU模板都通過OB1來組織，如果全部的用戶程序結構只有 1個程序塊，即采用線性編程，那就是OB1,主程序在OB1中執(zhí)行，OB1調用功能塊 FB,系統(tǒng)功能塊SFB 或使用功能調用FC和系統(tǒng)功能調用 SFC的功能。(2)日期時間中斷OB10OB17: 日期時間中斷允許用戶通過STEP7 編程設定，可在特定日期，時間執(zhí)行中斷操作，也可按照時間間隔周期性的重復執(zhí)行中斷操作，8個日期時間中斷具有相同的優(yōu)先級，CPU按啟動事件發(fā)生順序進行處理。河北聯(lián)合大學電氣工程學院12(3)時間延時中斷OB20OB23：如果在STEP7參數(shù)設定時選中了延時中斷OB項，并在用戶程序中調用SFC32，設定延時時間，則當延時時間到時，調用時間延時中斷。(4) 循環(huán)中斷 OB30OB38：循環(huán)中斷是CPU進入RUN后按間隔時間循環(huán)觸發(fā)的中斷，因此，用戶定義的間隔時間要大于中斷服務程序的執(zhí)行時間，啟動循環(huán)中斷，需要在STEP7參數(shù)設置時選中循環(huán)中斷參數(shù)塊，并按1ms的整數(shù)倍設置間隔時間，如果未做間隔時間設置，CPU則按默認值觸發(fā)循環(huán)中斷。(5)異步故障中斷OB80OB87: 異步故障中斷是由CPU的操作系統(tǒng)檢測到一個異步錯誤時觸發(fā)的中斷，其檢測錯誤類型和調用中斷號如下：OB80:時間錯誤中斷，如設置循環(huán)間隔時間太小；OB81：診斷中斷，如診斷出電池故障；OB82:診斷中斷，如診斷出I/O模板中某個通道短路；OB83:插入/移走模板中斷，如PLC系統(tǒng)運行中被移走了一個輸出模板；OB84:CPU硬件錯誤，如MPI網絡接口錯誤；OB85:優(yōu)先級錯誤，如程序未安排OBX組織塊；OB86:機架故障；OB87：通信錯誤，如在全局數(shù)據通信中有錯誤的標識符。(6)啟動中斷OB100OB102:如果需要安排初始化操作，或者根據暖啟動，熱啟動，冷啟動的啟動事件，可在OB100，OB101,OB102中編寫啟動條件，完成PLC系統(tǒng)的啟動步驟， PLC CPU啟動中斷的觸發(fā)條件為：①電源上電；②CPU的開關狀態(tài)從STOP撥向RUN/RUNP ；③從網絡通信來的啟動請求。功能塊(FC)FC是 “無存儲區(qū)”的邏輯塊。 FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據堆棧中，當FC 執(zhí)行結束后， 這些數(shù)據就丟失了。要將這些數(shù)據永久存儲，F(xiàn)C 也可以使用共享數(shù)據塊。由于FC沒有自己的存儲區(qū)，所以必須為它指定實際參數(shù)，不能為一個FC 的局域數(shù)據分配初始值。功能塊(FB)功能塊是具有“存儲功能” 的塊， 用數(shù)據塊作為功能塊的存儲器。傳遞給功能塊的參數(shù)和靜態(tài)變量存儲在背景塊中。臨時變量存在本地數(shù)據堆棧中。當功能塊執(zhí)行結束時， 存在背景塊中的數(shù)據不會丟失，但存在本地堆棧中的數(shù)第 4 章 西門子 STEP7 軟件介紹13據將丟失。功能塊使得對于經常使用的功能、復雜功能的編程變得容易。共享數(shù)據塊(DB)如果某個邏輯塊(FC, FB 或OB)被調用，則它可以臨時占用局域數(shù)據區(qū)(L 堆棧) 。除了這個局域數(shù)據區(qū)， 邏輯塊還可以打開一個DB 形式的存儲區(qū)。與局域數(shù)據區(qū)中的數(shù)據不同，在DB中的數(shù)據當DB關閉時，也就是，當相應的邏輯塊結束時，不會被刪除。每個FB,FC或OB可從共享DB中讀取數(shù)據，或將數(shù)據寫入共享DB 。當該DB 退出時，這些數(shù)據保持在DB 中。系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)在S7中不需要每個功能都自己編程，S7CPU 為