【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 任何時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，即以“串行”處理方式進(jìn)行工作。PLC采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。圖2 PLC循環(huán)順序掃描工作流程圖用戶將用戶程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲(chǔ)器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件相應(yīng)地接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用PLC的控制開(kāi)關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式，PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行工作。在輸入信號(hào)、用戶程序的控制上，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的典型的循環(huán)順序掃描工作過(guò)程如圖2所示。從圖2中可以看出，一個(gè)典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過(guò)程。從掃描過(guò)程中的某個(gè)掃描過(guò)程開(kāi)始，順序掃描后又回到該過(guò)程成為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期時(shí)間。目前，PLC應(yīng)用廣泛，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家眾多，所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品更是品種繁多，其型號(hào)、規(guī)格和性能各不相同。通常，可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進(jìn)行大致的分類。按結(jié)構(gòu)形式分按照結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式、模塊式、分散式三種。（1）整體式結(jié)構(gòu)PLC是將輸入/輸出接口路、CPU、存儲(chǔ)器、穩(wěn)壓電源封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，殼體外側(cè)封裝有I/O接線端子、電源接線端子、擴(kuò)展接口、和通信接口。S7200就屬于整體式結(jié)構(gòu)PLC。（2）模塊式結(jié)構(gòu)PLC為總線結(jié)構(gòu)，在總線板上有若干個(gè)總線插槽，每個(gè)插槽上課安裝一個(gè)PLC模塊。不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，根據(jù)控制系統(tǒng)的要求配置相應(yīng)的模塊如：CPU模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊以及其他特殊功能模塊等。S7300和S7400屬于模塊PLC。（3）分散式結(jié)構(gòu)是將PLC的CPU、電源、存儲(chǔ)器集中存放在控制室內(nèi)，將各擴(kuò)展模塊分散放置在各個(gè)工作站，用通信接口進(jìn)行連接，由CPU集中控制。按I/O點(diǎn)數(shù)分類按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量不同，PLC可分為微型、小型、中型和大型四類。（1）微型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在64點(diǎn)以內(nèi)，程序存儲(chǔ)容量小于1K字節(jié)。具有邏輯運(yùn)算功能，并有定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。SIEMENS LOGO!PLC屬于微型機(jī)。（2）小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在64~256點(diǎn)之間，程序存儲(chǔ)容量小于4K字節(jié)。它不但有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等基本功能而且有少量模擬量I/O、通信等功能。S7200系列PLC屬于小型機(jī)。（3）中型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間，程序存儲(chǔ)容量可達(dá)16K字節(jié)，結(jié)構(gòu)形式多為模塊式。S7300屬于中型機(jī)。（4）大型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，程序存儲(chǔ)容量大于16K字節(jié)。S7400屬于大型機(jī)。在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家 ,PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。隨著 PLC性能價(jià)格比的不斷提高 ,一些過(guò)去使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合 ,也轉(zhuǎn)向使用 PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大 ,可歸納為如下幾個(gè)方面。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制　這是 PLC 最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC 取代繼電器控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如：機(jī)床電氣控制，沖床、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制，注塑機(jī)的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車配裝線、電視機(jī)和收音機(jī)的生產(chǎn)線控制等。運(yùn)動(dòng)控制　PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開(kāi)關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家生產(chǎn)的 PLC 幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。例如:金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。閉環(huán)過(guò)程控制　過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量 I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D,D/A轉(zhuǎn)換 ,并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán) PID 控制 ,可用 PID 子程序來(lái)實(shí)現(xiàn) ,也可使用專用的 PID 模塊。PLC 的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力和建材等行業(yè)。數(shù)據(jù)處理　現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲(chǔ)器中的參考值比較 ,也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑵浯蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng) ,如柔性制造系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)等。機(jī)器人控制　機(jī)器人作為工業(yè)過(guò)程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的 3大支柱之一?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用 PLC作為機(jī)器人控制器來(lái)控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。通訊聯(lián)網(wǎng)　PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計(jì)算機(jī)具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。目前PLC與PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些PLC生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線 ,并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏。 本章小結(jié)本章主要對(duì)可編程控制器（PLC）進(jìn)行介紹，包括PLC的產(chǎn)生、定義、發(fā)展、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域。PLC的發(fā)展緊隨現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，其技術(shù)也主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，是專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。PLC結(jié)構(gòu)中輸入/輸出接口電路形式多樣，相應(yīng)電路針對(duì)不同的輸入/輸出設(shè)備。PLC控制取代以中間繼電器和時(shí)間繼電器為主的繼電器邏輯。PLC是以集中輸入輸出、周期性掃描的方式進(jìn)行工作的。體現(xiàn)出PLC控制的高可靠性和功能完善通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。本課題選擇S7200系列PLC，下面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。 3. S7200PLC的介紹 S7200PLC的硬件介紹S7200系列PLC是SIEMENS公司推出的一種小型PLC。它具有緊湊的結(jié)構(gòu)，良好的擴(kuò)展性能，豐富的指令功能，低廉的價(jià)格，極高的可靠性，強(qiáng)大的通信能力等，已成為現(xiàn)代工業(yè)各種小型控制工程的理想控制器。適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7200的STEP7—Micro/WIM32編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對(duì)PLC編程、調(diào)試、監(jiān)視和控制，使得PLC的編程更加方便、快捷。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7200PLC系統(tǒng)硬件組成工業(yè)軟件CPU主機(jī)人機(jī)接口I/O模塊通信模塊功能模塊S7200系列PLC包含了一個(gè)單獨(dú)的CPU主機(jī)和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同模塊的控制器。也可以方便地組成PLCPLC網(wǎng)絡(luò)和PLC微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，完成規(guī)模更大的工程。S7200 PLC系統(tǒng)硬件組成如圖31所示。圖31 PLC系統(tǒng)組成1. CPU主機(jī)CPU主機(jī)又稱作CPU模塊，也稱為本機(jī)。CPU主機(jī)本身就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。該模塊的主要功能是：采集的輸入信號(hào)通過(guò)中央處理器運(yùn)算后，將生成結(jié)果傳給輸出裝置，然后輸出點(diǎn)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載做出處理。S7200 PLC主機(jī)型號(hào)有CPU22CPU22CPU22CPU224XP、CPU22CPU226XM等。CPU224XP為CPU224的改進(jìn)型，CPU226XM為CPU226的增強(qiáng)型，功能有所加強(qiáng)。其中①CPU224集成了14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出，共有24點(diǎn)數(shù)字量I/O。2個(gè)模擬量電位器，最大可擴(kuò)展35AI/AO點(diǎn)；1個(gè)RS485通信/編程口，2路獨(dú)立的(20kHz)高速脈沖輸出，具有PID控制器，6路高速計(jì)數(shù)器(30 kHz)。它具有強(qiáng)大的模擬量處理能力，因此是S7200系列產(chǎn)品中使用最多的。②CPU226集成了24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出，共有40點(diǎn)數(shù)字量I/O。2個(gè)模擬量電位器，最多可擴(kuò)展35AI/AO點(diǎn)；2路獨(dú)立的(20kHz)高速脈沖輸出，具有PID控制器，6路高速計(jì)數(shù)器(30 kHz)，與CPU224相比，增加了通信口數(shù)量，2個(gè)RS485通信/編程口。它主要用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中性控制系統(tǒng)。2. I/O模塊I/O模塊內(nèi)部沒(méi)有電源模塊，不可獨(dú)立工作，主要是為CPU主機(jī)服務(wù)。當(dāng)CPU主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶就可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，I/O模塊包括輸入模塊EM22輸出模塊EM222和輸入/輸出模塊EM223等。3. 功能模塊當(dāng)需要完成某種特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。包括模擬量輸入模塊EM23模擬量輸出模塊EM23模擬量輸入/輸出模塊EM23熱電偶溫度測(cè)量模塊EM231TC、熱電阻溫度測(cè)量模塊EM231RTD等。其中EM231模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4；EM231TC模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4；EM231RTD模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為2。4. 通信模塊為組成各種層次的網(wǎng)絡(luò)而擴(kuò)展的專門應(yīng)用于通信的模塊為通信模塊。5. 人機(jī)接口人機(jī)接口是近些年P(guān)LC發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志之一，可以充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源，通過(guò)友好的界面輕松完成各種監(jiān)視、調(diào)整和控制任務(wù)。人機(jī)操作接口有文本顯示器TD200和TD400，觸摸屏TP170和TP270等。6. 工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為了更好地管理和使用上述設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之相配套的程序。 S7200PLC擴(kuò)展模塊S7200系列CPU主機(jī)提供一定數(shù)量的數(shù)字量I/O點(diǎn)，但在主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就必須使用擴(kuò)展模塊來(lái)增加I/O點(diǎn)。開(kāi)關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊一般也叫數(shù)字量擴(kuò)展模塊。開(kāi)關(guān)量輸入模塊是用來(lái)接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)不接受的低電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號(hào)的電氣隔離。分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。開(kāi)關(guān)量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。典型的開(kāi)關(guān)量輸入模塊和輸出模塊種類：（1）輸入擴(kuò)展模塊EM221有2種：8點(diǎn)DC輸入和8點(diǎn)AC輸出。（2）輸出擴(kuò)展模塊EM222有3種：8點(diǎn)DC晶體管輸出、8點(diǎn)AC輸出和8點(diǎn)繼電器輸出。（3）輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223有6種：分別是4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸入/4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）輸出和4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸入/4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）繼電器輸出。對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸入模塊，在選擇時(shí)沒(méi)有特殊要求，輸入端電源也可用PLC自帶的傳感器電源。S7200PLC的開(kāi)關(guān)量輸出模塊主要有繼電器輸出和晶體管輸出兩種方式。在工業(yè)控制中，壓力、溫度、流量和轉(zhuǎn)速等輸入量是模擬量，變頻器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和晶閘管調(diào)速裝置等設(shè)備要求輸出模擬量信號(hào)進(jìn)行控制。CPU主機(jī)一般只有數(shù)字量I/O接口，或者是僅具有少量的模擬量接口，所以就要進(jìn)行模擬量輸入和輸出模塊的擴(kuò)展才能滿足控制要求。模擬量擴(kuò)展模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC內(nèi)部總線相連，也有電氣隔離功能。模擬量輸入（A/D）模塊是將現(xiàn)場(chǎng)由傳感器檢測(cè)產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出（D/A）模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸出。模擬量擴(kuò)展模塊類型如下：（1）模擬量輸入擴(kuò)展（2）模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232（3）模擬量輸入/輸出混合模塊EM235EM232的模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為2，信號(hào)輸出范圍：10V到+10V，電流0到20MA。EM231模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4，輸出阻抗大于等于10M，最大輸入電壓30V DC，最大輸入電流32MA。模擬量擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)附錄表A4，A5，A6。典型模擬量擴(kuò)展模塊的量程為10V到+10V，5到+5V和4到20MA等，可根據(jù)實(shí)際需要選用不同等級(jí)，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。特模擬量輸入模塊可用來(lái)直接接收傳感器信號(hào)。溫度測(cè)量模塊專門為檢測(cè)溫度而設(shè)計(jì)。溫度測(cè)量模塊有熱電偶溫度測(cè)量模塊EN231 TC和熱電阻溫度測(cè)量模塊EM231RTD。EM235位控模塊是S7200的特殊功能模塊，它能夠產(chǎn)生脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的速度和位置開(kāi)環(huán)控制。它與S7200通過(guò)擴(kuò)展的I/O總線通信，它帶有8個(gè)數(shù)字輸出。（1）PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊 EM277是PROFIBUSDP的現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊，用來(lái)將CPU224連接到PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。EM277通過(guò)RS485通信接口連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備上。（2）ASi接口模塊 ASi接口模塊CP2432是專門用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器和傳感器接口的模塊，并且有集成模擬量處理和傳送單元。（3）工業(yè)以太網(wǎng)模塊 工業(yè)以太網(wǎng)根據(jù) 。S7200PLC所應(yīng)用的工業(yè)以太網(wǎng)模塊主要有CP2431和CP2431 IT兩種。（4）調(diào)制解調(diào)器模塊調(diào)制解調(diào)器模塊EM241，可連接到模擬電話線，應(yīng)用Modbus主/從協(xié)議實(shí)現(xiàn)S7200PLC主機(jī)與遠(yuǎn)程PC機(jī)進(jìn)行通信，即實(shí)現(xiàn)PLCTOPC通信。 S7200PLC的軟件介紹STEP7Micro/WIN32是SIEMENS公司專為SIMATIC系列S7200研制開(kāi)發(fā)的編程軟件，它是基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用軟件。STEP7Micro/WIN32可以使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖形編輯器，用于聯(lián)機(jī)或脫機(jī)開(kāi)發(fā)用戶程序，并可在線實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 TEP7Micro/WIN32安裝與啟動(dòng)一、 STEP7Micro/WIN32軟件安裝1. 系統(tǒng)要求操作系統(tǒng)：Windows 9Windows 9Windows ME、 Windows 2000或 WindowsXP。硬件配置：IBM 486以上兼容機(jī)，內(nèi)存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤空間，鼠標(biāo)。通信電纜：PC