【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 OM）、輸入/輸出單元（I/O接口）、電源（開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源）。PLC的工作原理：普通微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，但PLC要查看的變量（輸入信號(hào)）太多，采用這種等待查詢的方式已經(jīng)不能滿足要求，因此PLC采用了“循環(huán)掃描”的工作方式，即在每一次循環(huán)掃描中采樣所有的輸入信號(hào)，隨后轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行，最后把程序執(zhí)行結(jié)果輸出（即信號(hào)輸出）去控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。初始化處理：PLC上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，其中檢查自身完好性是起始操作的主要工作。初始化的內(nèi)容是：首先，對(duì)I/O單元和內(nèi)部繼電器清零，所有定時(shí)器復(fù)位（含T0），以消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性。其次，檢查I/O單元連接是否正確。最后，檢查自身完好性：即啟動(dòng)監(jiān)控定時(shí)器T0，用檢查程序（即一個(gè)涉及到各種指令和內(nèi)存單元的專用檢查程序）進(jìn)行檢查。系統(tǒng)自診斷：每次掃描前，在進(jìn)行一次自診斷，檢查系統(tǒng)的完好性，即檢查硬件（如CPU、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、I/O口、通信口、后備鋰電池電壓等）和用戶程序存儲(chǔ)器等，以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)故障，將有關(guān)錯(cuò)誤標(biāo)志位，再判斷一下故障性質(zhì)，若是一般性故障，只報(bào)警而不停機(jī)，等待處理；若是嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，PLC切斷一切輸出聯(lián)系。通信與外設(shè)服務(wù)（含中斷服務(wù)）：通信與外設(shè)服務(wù)指的是與編程器、其他設(shè)備（如終端設(shè)備，彩色圖形顯示器，打印機(jī)等）進(jìn)行信息交換，與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信以及設(shè)備中斷服務(wù)等[8]。如果沒(méi)有外設(shè)請(qǐng)求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向下循環(huán)掃描。采樣輸入信號(hào)：采樣輸入信號(hào)是指PLC在程序執(zhí)行前，首先掃描各輸入模塊，將所有的外部輸入信號(hào)的狀態(tài)讀入（存入）到映像存儲(chǔ)器I中。執(zhí)行用戶程序：在執(zhí)行用戶程序前，先復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器T1，當(dāng)CPU對(duì)用戶程序掃描時(shí)，T1就開(kāi)始計(jì)時(shí)，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU就從程序的首地址開(kāi)始，按自左向右、自上而下的順序，對(duì)每條指令逐句進(jìn)行掃描，掃描一條，執(zhí)行一條，并把執(zhí)行結(jié)果立即存入輸入映像存儲(chǔ)器Q中。輸出刷新：輸出刷新就是指CPU在執(zhí)行完所有用戶程序后（或下次掃描用戶程序前）將輸出映像存儲(chǔ)器Q的內(nèi)容送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器送到輸出端子上去[9]。刷新后的狀態(tài)要保持到下次刷新。 S7300PLC概況S7300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求，CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊種類繁多能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。S7300的每個(gè)CPU都有一個(gè)編程用的RS485接口，使用西門子的MPI（多點(diǎn)接口）通信協(xié)議[10]。有的CPU還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUSDP接口或PtP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）串行通信口。S7300不需要附加任何硬件、軟件和編程就可以建立一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)、通過(guò)PROFIBUSDP接口可以建立一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)。功能最強(qiáng)的CPU的RAM存儲(chǔ)容量為512KB，有8192個(gè)存儲(chǔ)器位，512個(gè)定時(shí)器和512個(gè)計(jì)數(shù)器，數(shù)字量通道最大為65536點(diǎn)，模擬量通道最大的為4096個(gè)。S7300采用緊湊的、無(wú)槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)。：導(dǎo)軌、電源模塊（PS）、CPU模塊、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）、通信處理器（即通信模塊CP）。其中電源模塊、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信模塊都安裝在導(dǎo)軌上[11]。S7300PLC還有一些輔助模塊，如占位模塊（DM370）、仿真模塊（SM374）等。狀態(tài)與故障顯示及模式選擇開(kāi)關(guān)為：SF（系統(tǒng)出錯(cuò)/故障顯示，紅色）：CPU硬件故障或軟件錯(cuò)誤時(shí)亮。BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒(méi)有電池時(shí)亮。DC5V（＋5V電源指示，綠色）：5V電源正常時(shí)亮。FRCE（強(qiáng)制，黃色）：至少有一個(gè)I/O被強(qiáng)制時(shí)亮。RUN（運(yùn)行方式，綠色）：CPU處于RUN狀態(tài)時(shí)亮。 HOLD（單步、斷點(diǎn)）。STOP（停止方式，黃色）：CPU處于STOP，HOLD狀態(tài)或重新啟動(dòng)時(shí)常亮。BUSF（總線錯(cuò)誤，紅色）。RUNP(運(yùn)行編程)位置：運(yùn)行時(shí)還可以讀出和修改用戶程序，改變運(yùn)行方式。RUN (運(yùn)行)位置：CPU 執(zhí)行、讀出用戶程序，但是不能修改用戶程序。STOP（停止）位置：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序。S7300CPU的分類：緊湊型CPU：CPU312C，CPU313C，CPU313CPtP，CPU313C2DP，CPU314CPtP和CPU314C2DP。各CPU均有計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量和脈沖寬度調(diào)制功能。有的有定位功能，有的帶有I/O。標(biāo)準(zhǔn)型CPU：CPU312，CPU313，CPU314，CPU315，CPU3152DP和CPU3162DP。戶外型CPU：CPU312IFM，CPU314IFM，CPU314戶外型和CPU3152DP在惡劣的環(huán)境下使用。高端CPU：3172DP和CPU3182DP。故障安全型CPU：CPU315F。 (CPU313以上) S7300PLC S7300的輸入\輸出模塊PLC與電氣回路的接口是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊則相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開(kāi)關(guān)量，按電壓水平分，有220VAC、110VAV、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶閘管隔離。模擬量，按信號(hào)類型分，有電流型（420mA，020mA）、電壓型（010V，05V，1010V）。除了上述通用I/O之外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊[12]。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 S7300的功能模塊計(jì)數(shù)器模塊：模塊的計(jì)數(shù)器均為0~32位或177。31位加減計(jì)數(shù)器，可以判斷脈沖的方向，模塊給編碼器供電。達(dá)到比較值時(shí)發(fā)出中斷。可以2倍頻4倍頻計(jì)數(shù)。有集成的DI/DO。FM3501是單通道計(jì)數(shù)器模塊，可以檢測(cè)最高達(dá)500kHz的脈沖有連續(xù)計(jì)數(shù)、單向計(jì)數(shù)、循環(huán)計(jì)數(shù)3種工作模式。FM3502和CM35都是8通道智能型計(jì)數(shù)器模塊。位置控制與位置檢測(cè)模塊：FM351雙通道定位模塊用于控制變級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)或變頻器。FM353是步進(jìn)電機(jī)定位模塊。FM354伺服電機(jī)定位模塊。FM357可以用于最多4個(gè)插補(bǔ)軸的協(xié)同定位。FM352高速電子凸輪控制器，它有32個(gè)凸輪軌跡，13個(gè)集成的DO，采用增量式編碼器或絕對(duì)式編碼器。SM338超聲波傳感器檢測(cè)位置，無(wú)磨損、保護(hù)等級(jí)高、精度穩(wěn)定不變。閉環(huán)控制模塊：FM355閉環(huán)控制模塊有4個(gè)閉環(huán)控制通道，有自優(yōu)化溫度控制算法和PID算法。稱重模塊：SIWAREX U稱重模塊是緊湊型電子稱，測(cè)定料倉(cāng)和貯斗的料位，對(duì)吊車載荷進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)傳送帶載荷進(jìn)行測(cè)量或?qū)I(yè)提升機(jī)、軋機(jī)超載進(jìn)行安全防護(hù)等。SIWAREX M稱重模塊是有校驗(yàn)?zāi)芰Φ碾娮臃Q重和配料單元，可以組成多料稱系統(tǒng)，安裝在易爆區(qū)域。電源模塊：PS307電源模塊將120/230伏交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，為S7300/400、傳感器和執(zhí)行器供電。輸出電流有2A、5A或10A3種。 電路中的低壓保護(hù)電器接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開(kāi)交直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)切換電器。在功能上，接觸器既能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，而且還具有手動(dòng)開(kāi)關(guān)所不能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和是電壓（或欠電壓）保護(hù)功能。接觸器具有一定的過(guò)載能力，但卻不能切斷短路電流，也不具備過(guò)載保護(hù)的功能。由于接觸器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、工作可靠、維護(hù)方便，因而用途十分廣泛。在PLC控制系統(tǒng)中，接觸器常作為輸出執(zhí)行元件，用于控制電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、電容器組等負(fù)載。工作原理：當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流在鐵心中產(chǎn)生磁通，該磁通對(duì)銜鐵產(chǎn)生克服復(fù)位彈簧反力的電磁吸力，使銜鐵帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合。當(dāng)線圈中的電壓降到某一數(shù)值（包括正?？刂啤⑶冯妷骸⑹щ妷汗收希r(shí)，磁通下降，電磁吸力減小，當(dāng)減小到不足以克服復(fù)位彈簧的反力時(shí)，銜鐵在復(fù)位彈簧的反力作用下復(fù)位，使主、輔觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合。繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號(hào)的變化來(lái)接通或斷開(kāi)控制電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)的電器。其輸入量可以是電壓、電流等電氣量，也可以是溫度、時(shí)間、速度、壓力等非電氣量。熱繼電器是一種利用電流的熱效應(yīng)原理和發(fā)熱元件的熱膨脹原理，在出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)不能承受的過(guò)載時(shí)，斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)斷電停車的保護(hù)電器。其主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)。目前使用最多、最普遍的是雙金屬片式熱繼電器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、成本較低。由于熱繼電器中發(fā)熱元件具有熱慣性，因此它不同于電流繼電器和熔斷器，不能作為瞬時(shí)過(guò)載保護(hù)，更不能用作短路保護(hù)[13]。中間繼電器用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量，它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過(guò)大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過(guò)小電流。所以，它只能用于控制電路中，它一般是沒(méi)有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^(guò)載能力比較小，所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。電磁式電流繼電器的線圈與被測(cè)電路串聯(lián)，反映電路中電流的變化動(dòng)作，為降低負(fù)載效應(yīng)和對(duì)被測(cè)量電路參數(shù)的影響，其線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、阻抗小。常用于按電流原則控