【文章內(nèi)容簡介】 斷循環(huán)的順序掃描工作方式。整個(gè)運(yùn)行過程可分為三部分：第一部分是上電處理；第二部分是掃描過程；第三部分是出錯(cuò)處理。PLC的工作的全過程可用。致命錯(cuò)誤CPU強(qiáng)制為STOPPLC正常CHAN常存放自行診斷錯(cuò)誤電源處理內(nèi)部處理輸入處理（輸入傳送、遠(yuǎn)程I/O）通信服務(wù)（外設(shè)、CPU、總線服務(wù)）更新時(shí)鐘、特殊寄存器CPU運(yùn)行方式方式 STOP執(zhí)行程序 輸出處理 執(zhí)行自診斷 Y N PLC運(yùn)行框圖2）PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別 PLC與 繼電器的區(qū)別通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器最初研制生產(chǎn)的 PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的： (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 (2)PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 1 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。（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(duì)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間 為了增強(qiáng) PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制， PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。 所謂 I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。 以上是一般的 PLC的工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進(jìn)的PLC中，輸入映像刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸出映像刷新循環(huán)已經(jīng)各自獨(dú)立的工作，提高了PLC的執(zhí)行效率。在實(shí)際的工控應(yīng)用之中，編程人員應(yīng)當(dāng)知道以上的工作原理，才能編寫出質(zhì)量好、效率高的工藝程序。 （西門子S7200）簡介 S7200簡介 PLC綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱之一。 西門子S7200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。 在本電氣控制系統(tǒng)中的開關(guān)量設(shè)備包括操作臺(tái)及手持控制盒上的按鈕、旋鈕、指示燈及中間繼電器。由彎管機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求可知一共是使用了點(diǎn)數(shù)44個(gè)，包括開關(guān)量，模擬輸出輸入量，還有脈沖計(jì)數(shù)等。其中：1旋轉(zhuǎn)編碼器A相，2旋轉(zhuǎn)編碼器B相，39中頻功率調(diào)節(jié)，40感應(yīng)線圈移動(dòng)速度（顯示），41推管速度調(diào)節(jié)，42感應(yīng)線圈溫度，43中頻直流電壓，44中頻直流電流是模擬量。 S7200機(jī)種及系統(tǒng)構(gòu)成 S7200系列PLC可提供4種不同基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成出基本單元、擴(kuò)展單元外，還有編程器、存儲(chǔ)器、寫入器、文本顯示器等。同其他的PLC一樣，S7200的基本組成也是由主機(jī)單元加編成器，在需要擴(kuò)展單元模板、模擬量擴(kuò)展單元模板、通信設(shè)備、人機(jī)界面HMI等。：計(jì)算機(jī)工業(yè)軟件 數(shù)字輸入模塊數(shù)字輸出模塊PLC主機(jī)模擬輸出模塊模擬輸入模塊模塊n 通訊口及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備TP系列觸摸屏其他設(shè)備 S7200系統(tǒng)的基本組成 PLC的選擇 PLC控制系統(tǒng)工作電路可分為3部分，輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。輸入部分就是采集輸入信號(hào)，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部件這兩部分與繼電器控制電路相同。內(nèi)部控制電路是通過編程方法實(shí)現(xiàn)的控制邏輯，用軟件編程代替繼電器電路的功能。輸入部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號(hào)經(jīng)PLC輸入接線端子去驅(qū)動(dòng)輸入繼電器的線圈。每個(gè)輸入端子與其相同編號(hào)的輸入繼電器有著惟一確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器線圈得電。 控制電路隔離的輸出繼電器的外部動(dòng)合觸點(diǎn)、輸出接線端子和外部驅(qū)功電路組成，用來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載電路的電源必須由外部電源提供，電源種類及規(guī)格可根據(jù)負(fù)載要求去配備，只要在PLC允許的電壓范圍內(nèi)工作即可。 (1)機(jī)型的選擇 ① 結(jié)構(gòu)合理:對(duì)于工藝過程比較固定,環(huán)境條件較好的場合,選用整體式結(jié)構(gòu)PLC ,其他情況則選用模塊結(jié)構(gòu)PLC。 ② 功能相當(dāng):對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目,對(duì)其控制速度無須考慮,低檔機(jī)就能滿足要求。對(duì)于以開關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目,可選用帶A/ D 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。對(duì)于控制較復(fù)雜,控制功能要求更高的工程項(xiàng)目,如要求PID 運(yùn)算、通信聯(lián)網(wǎng)等,可選用中檔或高檔機(jī)。 ③機(jī)型應(yīng)統(tǒng)一:因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC ,其模塊可互為備用,便于備品備件的采購和管理,其功能及編程方法統(tǒng)一,有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)及功能的開發(fā)。其外部設(shè)備通用,資源可共享,配以上位計(jì)算機(jī)后,可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng),相互通信,集中管理。 ④編程方式: PLC 的編程分為離線編程和在線編程兩種。中小型PLC 采用離線編程,適用于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備。 (2)輸入/ 輸出的選擇 選好機(jī)型后,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定輸入/ 輸出的點(diǎn)數(shù)及形式。 ① 確定I/ O 點(diǎn)數(shù):應(yīng)考慮未來擴(kuò)充和備用的需要,留10 %～20 %的輸入/ 輸出點(diǎn) 數(shù)作備用。 ②模擬輸入/ 輸出接口:它是用來感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的。這些接口測量流量,溫度和壓力的數(shù)量值,并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口量程為 10～ + 10V ,0～ + 10V ,4～20mA 或10～50mA。 (3)電源的選擇 PLC 供電電源一般為AC85～240V( 也有DC24V) , 適應(yīng)電源范圍較寬, 但為了抗干擾, 應(yīng)加裝電源凈化元件, 例如電源濾波器、1: 1 隔離變壓器等。 綜上所示，PLC 應(yīng)選擇S7200系列，S7200是整體結(jié)構(gòu)的、就有很高的性能/價(jià)格比的小型可編程控制器，根據(jù)控制規(guī)模的大小（即輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)的CPU。下面來介紹可編程控制器S7200。 S7200的CPU選擇 本控制系統(tǒng)要求的CPU為2 4 輸入/16 輸出共44個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35 路模擬量I/O 點(diǎn)。26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出。2個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。通過PLC選擇要求以及控制系統(tǒng)的需要，可知此控制系統(tǒng)應(yīng)選擇CPU 226型。 CPU 226為24V DC 電源，24V DC 輸入，24V DC 輸出，100～230V AC 電源，24V DC 輸入，繼電器輸出。 CPU226性能介紹 根據(jù)西門子S7200 系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄及系統(tǒng)手冊(cè)，在本控制系統(tǒng)中PLC的CPU類型選用CPU 226 AC/DC/繼電器（交流電源，直流輸入，繼電器型輸出）。該CPU本機(jī)具有24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，兩個(gè)定時(shí)中斷和4個(gè)外部中斷，程序存儲(chǔ)容量4K字，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量2K字，可擴(kuò)展7個(gè)I/O模塊，最大數(shù)字量I/O映像為256點(diǎn)，最大模擬量I/O映像為32點(diǎn)輸入和32點(diǎn)輸出，具有256個(gè)定時(shí)器和256個(gè)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)RS 485通訊端口。數(shù)字量擴(kuò)展模塊選用一塊EM223 24V DC 8輸入/8繼電器輸出和一塊EM223 24V DC 16輸入/16繼電器輸出，這兩種模塊都為24V直流輸入繼電器輸出型，除I/O端口數(shù)量有區(qū)別外其他電特性均相同。 CPU226性能特征表 西門子公司出品的S7200系列PLC具有高速計(jì)數(shù)器功能，在本控制系統(tǒng)中選用的S7226 CPU最多可以配置6個(gè)高速計(jì)數(shù)器。高速計(jì)數(shù)器HSC0～HSC5均為32位雙向計(jì)數(shù)器。 S7200系列CPU支持的高速計(jì)數(shù)器號(hào)CPU型號(hào)CPU22CPU222CPU22CPU22CPU226XM支持HSC號(hào)HSC0、HSCHSCHSC5HSC0～HSC5全部6種最高工作頻率單項(xiàng)4個(gè)30KHz6個(gè)30KHz二項(xiàng)2個(gè)20KHz4個(gè)20KHz S7200系列PLC高速計(jì)數(shù)器HSC0～HSC5具有一下四種基本工作方式： 帶有內(nèi)部方向控制的單向計(jì)數(shù)器；② 帶有外部方向控制的單向計(jì)數(shù)器；③ 帶有增減時(shí)鐘的雙向計(jì)數(shù)器；④ A/B項(xiàng)正交計(jì)數(shù)器。而每種基本計(jì)數(shù)方式又可分為不帶復(fù)位和啟動(dòng)功能的計(jì)數(shù)模式；帶復(fù)位而不帶啟動(dòng)的計(jì)數(shù)模式；帶復(fù)位和啟動(dòng)功能的計(jì)數(shù)模式三種工作模式，共計(jì)12種工作方式。 高速計(jì)數(shù)器的標(biāo)號(hào)、工作模式及輸入端子計(jì)數(shù)器標(biāo)號(hào)及個(gè)工作方式對(duì)應(yīng)的輸入端子HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5帶有內(nèi)部方向控制的單向計(jì)數(shù)器模式0時(shí)鐘模式1時(shí)鐘復(fù)位模式2時(shí)鐘復(fù)位啟動(dòng)帶有外部方向控制的單向計(jì)數(shù)器模式3時(shí)鐘模式4時(shí)鐘復(fù)位模