【文章內(nèi)容簡介】 工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設計?！? 可編程邏輯控制器基本結(jié)構(gòu) PLC 專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由 CPU、存儲器、專門設計的輸入輸出接口電路、電源、底座與機架和編程器等組成： 一、 CPU 模塊 CPU 模塊是 PLC 的核心，每套 PLC 至少有一個 CPU 模塊，它按 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接受并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電 源， PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序中逐條讀取指令，經(jīng)過分析再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號去控制外部電路。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它決定著 PLC 的工作速度， I/O 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 二、 存儲器 雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： （ 1）系統(tǒng)程序存儲區(qū) （ 2）系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映像區(qū)和系統(tǒng)軟設備等） （ 3）用戶程序存儲區(qū) 三、 輸入輸出接口電路 （ 1）現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 （ 2）現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 四、電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供電源，同時，有的還為輸入電路提供 24V 工作電源。電源的輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 五、底板與機架 畢業(yè)設計（論文）說明書 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 5 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板和機架，其作用是：電 氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上所有的模塊 。機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 六、其他設備 （ 1）編程設備 編程器是 PLC 開發(fā)應用、檢測運行、檢查維護不可缺少的外部設備，用于編程、調(diào)試、系統(tǒng)設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。編程器分智能型和非智能型，非智能型是手持編程器，用于狀態(tài)檢測；智能型是一臺運行編程軟件的計算機，通過通信適配器與 PLC 通信完成編輯器功能。 （ 2）人機界面 最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的 一體式操作員終端應用越來越廣泛，有計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。 （ 3）輸入輸出設備 用于永久性的存儲用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 可編程邏輯控制器工作原理 當可編程邏輯控制器投入運行后，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，可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 一、 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制 器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)中的相應的單元內(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。 二、 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器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。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷 新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 畢業(yè)設計（論文）說明書 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 6 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三、 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器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。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 可 編程邏輯控制器編程語言 在可編程邏輯控制器中有多種程序設計語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能模塊圖語言、功能表圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。 梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器、完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其他的基本操作。 功能表圖語言和構(gòu)化語句描述語言是高級的程序語言，它們可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報表的打印和其他基本程序 設計語言無法完成的功能。 功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程邏輯控制器中得到了廣泛的應用，在集散系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點，為廣大工程設計和應用人員所喜愛。 S7300 的硬件結(jié)構(gòu) S7300 屬于模塊式 PLC，主要由機架， CPU 模塊，電源模塊，接口模塊，信號模塊，功能模塊，通信處理器和編程設備等組成。 S7300 有 350 多條指令，其編程軟件 STEP7 功能強大，可以使用多種編程語言，所有模塊和網(wǎng) 絡參數(shù)都可用 STEP7的軟件工具設置。 S7300 的 CPU 上帶有一個編程接口，使用西門子的 MPI（ Multipoint Interface）通信協(xié)議。有的 CPU還帶有集成的現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP 接口或 PtoP(Point to Point)串行通信接口。因此 S7300 不需要添加任何通信處理器就可以建立一個 MPI 網(wǎng)絡或一個 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡。 S7300 的模塊都安裝在導軌上，各模塊用 U 形總線連接器連接，外部信號線接在模塊的前連接器上。除了電源模塊、 CPU 模塊、本地擴展接口模塊，其他任 何模塊都可插在任何一個槽上。系統(tǒng)根據(jù)其自動分配地址。個機架最多能安裝 8 個信號模塊、功能模塊或通信模塊。 畢業(yè)設計（論文）說明書 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 7 圖 21 西門子 S7300PLC 一、 CPU 模塊 S7300 有二十種不同型號的 CPU，分別適用于不同規(guī)模及不同控制要求的項目： （ 1） 緊湊型 CPU： CPU312C， 313C， 313CPtP， 313C2DP， 314CPtP 和 3142DP。 （ 2） 標準型 CPU： CPU312， CPU313,314,315,3152DP 和 3162DP。 （ 3） 戶外型 CPU： CPU312IFM， 314IFM， 314 戶外 型和 3152DP。 （ 4） 高端 CPU： CPU3172DP 和 3182DP。 （ 5） 故障安全性 CPU： CPU315F。 不同型號的 CPU 其接口類型，輸入輸出模塊點數(shù)或通道數(shù)，計數(shù)器數(shù)目等不相同。 CPU 內(nèi)的元件封裝在一個塑料殼內(nèi)，面板上有模式選擇開關、通信接口、狀態(tài)和故障選擇指示 LED，存儲器插槽等。 （ 1） 模式選擇開關 RUN— P（運行 — 編程）：運行時可以讀出和修改用戶程序，改變運行方式； RUN（運行）： CPU 執(zhí)行讀出用戶程序，但不能修改用戶程序； STOP（停止）：不執(zhí)行用戶程序，可以讀出和修改用戶程序； MRES（ 清除存儲器） :位置不能保持。在此位置松手時，鑰匙開關自動返回 STOP位置。鑰匙開關從 STOP 位置轉(zhuǎn)換到 MRES 位置，可復位存儲器，使 CPU 回到初始狀態(tài)。 （ 2） 狀態(tài)與故障顯示 LED SF（系統(tǒng)出錯 /故障顯示，紅色）：指示 CPU 硬件故障或軟件故障； BATF（電池故障，紅色）：指示電池電壓低或沒有電池； 畢業(yè)設計（論文）說明書 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 8 BUSF（總線錯誤）：指示 PROFIBUS— DP 接口硬件或軟件故障，集成有 DP 接口的 CPU 才有此 LED； DC5V（ +5V 電源指示，綠色）：指示 CPU 和總線 5V 電源正常； FORCE（強制，黃色）：指示至少有一個 I/O 被強制； RUN（運行方式，綠色）： CPU 處于 RUN 狀態(tài)時亮；重新啟動時以 2Hz 的頻率閃爍； HOLD（單步、斷點）狀態(tài)時以 的頻率閃爍； STOP（停止方式，黃色）：指示 CPU 處于 STOP、 HOLD 狀態(tài)或重新啟動。 （ 3） 微存儲器卡 微存儲器卡（ MMC）可以擴展 CPU 的存儲容量，可以在斷電時保存用戶程序和數(shù)據(jù)。 MMC 讀寫直接在 CPU 內(nèi)進行。由于 CPU31xC 沒有集成的裝載存儲器， CPU上必須插上ＭＭＣ才能工作。ＭＭＣ是單獨定貨的，有多種容量規(guī)格的ＭＭＣ工選擇》只有在斷電或 CPU 處于 STOP 狀態(tài)下，才能 取下 MMC。 （ 4） 通信接口 所有的 CPU 模塊都有一個多點接口 MPI，有的 CPU 模塊還有一個 PROFIBUS—DP 接口。 MPI 用于 PLC 與 PLC 之間， PLC 與ＰＧ／ＰＣ（編程器或個人計算機）之間， PLC 與 OP（操作員接口）之間的 MPI 網(wǎng)絡通信。 PROFIBUS— DP 是自動化系統(tǒng)中單元級控制設備與分布式 I/O 的通信協(xié)議，最高傳輸速率為 12Mbit/s，通過 CPU 上的 PROFIBUS— DP 接口，可實現(xiàn)與其他帶 DP 接口的 PLC、 PG/PC、 OP 和其他 DP主站和從站通信。 （ 5） 電源接線端子 電源模塊的 L N 端子接 AC220 電源，電源模塊的接地端子和 M 端子一般用短接片短接后接地，機架導軌也應接地。電源模塊上的 L+和 M 端子分別是 DC24V 輸出電壓的正負極，用專用的電源連接器或?qū)Ь€連接電源模塊和 CPU 模塊上的 L+和 M端子。 （ 6） CPU 模塊上的集