【文章內(nèi)容簡介】 斷循環(huán)的順序掃描工作方式。整個運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；第三部分是出錯處理。PLC的工作的全過程可用。致命錯誤CPU強制為STOPPLC正常CHAN常存放自行診斷錯誤電源處理內(nèi)部處理輸入處理（輸入傳送、遠程I/O）通信服務(wù)（外設(shè)、CPU、總線服務(wù)）更新時鐘、特殊寄存器CPU運行方式方式 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應用于專用設(shè)備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對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，但這兩者的運行方式是不相同的： (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 (2)PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作為了消除二者之間由于運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的動作時間一般在 100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應要求不高的場合，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 PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 (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)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(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 當掃描用戶程序結(jié)束后， PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(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)動相應的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。 2 PLC的I/O響應時間 為了增強 PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實現(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算機的運行方式（掃描技術(shù)）。 所謂 I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間。 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)各自獨立的工作，提高了PLC的執(zhí)行效率。在實際的工控應用之中，編程人員應當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)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、維護方便、可靠性高等優(yōu)點，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模塊和豐富的擴展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動化控制需求。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(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。由彎管機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書的要求可知一共是使用了點數(shù)44個，包括開關(guān)量，模擬輸出輸入量，還有脈沖計數(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感應線圈移動速度（顯示），41推管速度調(diào)節(jié)，42感應線圈溫度，43中頻直流電壓，44中頻直流電流是模擬量。 S7200機種及系統(tǒng)構(gòu)成 S7200系列PLC可提供4種不同基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成出基本單元、擴展單元外，還有編程器、存儲器、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單元加編成器，在需要擴展單元模板、模擬量擴展單元模板、通信設(shè)備、人機界面HMI等。：計算機工業(yè)軟件 數(shù)字輸入模塊數(shù)字輸出模塊PLC主機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，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。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子去驅(qū)動輸入繼電器的線圈。每個輸入端子與其相同編號的輸入繼電器有著惟一確定的對應關(guān)系。當外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時，對應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合觸點、輸出接線端子和外部驅(qū)功電路組成，用來驅(qū)動外部負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)機型的選擇 ① 結(jié)構(gòu)合理:對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:對于開關(guān)量控制的工程項目,對其控制速度無須考慮,低檔機就能滿足要求。對于以開關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的工程項目,可選用帶A/ D 轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機。對于控制較復雜,控制功能要求更高的工程項目,如要求PID 運算、通信聯(lián)網(wǎng)等,可選用中檔或高檔機。 ③機型應統(tǒng)一:因為同一機型的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,配以上位計算機后,可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC 聯(lián)成一個多級分布式控制系統(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)備和工藝不常變動的設(shè)備。 (2)輸入/ 輸出的選擇 選好機型后,應根據(jù)實際情況確定輸入/ 輸出的點數(shù)及形式。 ① 確定I/ O 點數(shù):應考慮未來擴充和備用的需要,留10 %～20 %的輸入/ 輸出點 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) , 適應電源范圍較寬, 但為了抗干擾, 應加裝電源凈化元件, 例如電源濾波器、1: 1 隔離變壓器等。 綜上所示，PLC 應選擇S7200系列，S7200是整體結(jié)構(gòu)的、就有很高的性能/價格比的小型可編程控制器，根據(jù)控制規(guī)模的大?。摧斎?輸出點數(shù)的多少），可以選擇相應的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個數(shù)字量I/O 點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248 路數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點。26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6 個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出。2個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，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本機具有24個數(shù)字量輸入點，16個數(shù)字量輸出點，6個高速計數(shù)器，兩個定時中斷和4個外部中斷，程序存儲容量4K字，數(shù)據(jù)存儲容量2K字，可擴展7個I/O模塊，最大數(shù)字量I/O映像為256點，最大模擬量I/O映像為32點輸入和32點輸出，具有256個定時器和256個計數(shù)器，兩個RS 485通訊端口。數(shù)字量擴展模塊選用一塊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個高速計數(shù)器。高速計數(shù)器HSC0～HSC5均為32位雙向計數(shù)器。 S7200系列CPU支持的高速計數(shù)器號CPU型號CPU22CPU222CPU22CPU22CPU226XM支持HSC號HSC0、HSCHSCHSC5HSC0～HSC5全部6種最高工作頻率單項4個30KHz6個30KHz二項2個20KHz4個20KHz S7200系列PLC高速計數(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數(shù)器；② 帶有外部方向控制的單向計數(shù)器；③ 帶有增減時鐘的雙向計數(shù)器；④ A/B項正交計數(shù)器。而每種基本計數(shù)方式又可分為不帶復位和啟動功能的計數(shù)模式；帶復位而不帶啟動的計數(shù)模式；帶復位和啟動功能的計數(shù)模式三種工作模式，共計12種工作方式。 高速計數(shù)器的標號、工作模式及輸入端子計數(shù)器標號及個工作方式對應的輸入端子HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5帶有內(nèi)部方向控制的單向計數(shù)器模式0時鐘模式1時鐘復位模式2時鐘復位啟動帶有外部方向控制的單向計數(shù)器模式3時鐘模式4時鐘復位模