【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編 制 。 PLC 的基本組成 從廣義上將， PLC 實(shí)質(zhì)上是一種以數(shù)字控制為主要特征的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由硬件和軟件兩部分組成。與一般的計(jì)算機(jī)相比，它具有更強(qiáng)的與工業(yè)控制相連接的接口，編程語(yǔ)言更直接使用于控制要求。因此，在硬件結(jié)構(gòu)上， PLC 與計(jì)算機(jī)的組成十分相似，主要包括中 央處理器（ CPU） /存儲(chǔ)器、 I/O接口、電源等。PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21所示。 圖 21 PLC的基本結(jié)構(gòu) CPU模塊 I/O模塊 編程器 電源 接口 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 中央處理單元 (CPU) CPU 是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后 按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型 PLC 還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放系統(tǒng)軟件用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放應(yīng)用軟件。 PLC 通常使用以下幾種物理存儲(chǔ)器 （ 1） 隨即存取存儲(chǔ)器（ RAM） 用戶可以用編程裝置讀出 RAM 中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭?RAM，其存取速度最快，由鋰電池支持。 （ 2） 只讀存儲(chǔ)器（ ROM） ROM 的內(nèi)容只能讀出，不能寫入，它是非易失性的，電源切斷后，仍能保存儲(chǔ)存的內(nèi)容。 ROM 用來(lái)存放 PLC的系統(tǒng)程序。 （ 3）電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（ EEPROM） EEPROM 是非易失性的，但是可以用編程裝置對(duì)它編程，兼有 ROM 的非易失性和 RAM 的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，但是將信息寫入它所需的時(shí)間比 RAM 長(zhǎng)得多。 EEPROM 用來(lái)存放用戶程序和需長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器的信息 可保留 10 年以上。 I/O 接口 I/O 接口是 PLC 與外界連接的接口。 PLC通過輸入模塊把控制現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)、信息讀入主機(jī)，通過輸出模塊把經(jīng)用戶程序的運(yùn)算與決策所得的操作結(jié)果輸出給第二章 S7200 系列 PLC 的概述 8 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入模塊用于將控制現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)變成 CPU 能接受的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離、放大等。輸入接口用來(lái)接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)：一類是有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等來(lái)的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào)。輸出模塊用于將 CPU的決 策輸出信號(hào)變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)（含開關(guān)量或模擬量），執(zhí)行元件如，接觸器、電磁閥、指示燈，調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等，并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大、隔離 PLC 內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件等。 可編程控制器的特點(diǎn)、分類和技術(shù)指標(biāo) 可編程控制器的特點(diǎn) PLC 技術(shù)之所以迅速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的客觀需要外，主要原因在于與現(xiàn)有的各種控制方式相比，它具有一系列深受用戶歡迎的特點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)注的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。主要具有以下特點(diǎn)： 、通用性強(qiáng) PLC 的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的，加之 PLC 的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。在 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號(hào)線。當(dāng)需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個(gè) PLC 裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。 、抗干擾能力強(qiáng) 微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾，電源波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，溫度和濕度的變化，都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作；傳 統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但由于存在大量的機(jī)械觸點(diǎn)（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高，從實(shí)際使用情況來(lái)看， PLC 控制系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間一般可達(dá) 4～ 5萬(wàn)小時(shí)。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，并具有故障自診斷能力。如一般 PLC 能抗 1000V、 1ms 脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為 0～ 60℃ ，無(wú)需強(qiáng)迫風(fēng)冷。 、維護(hù)方便 PLC 的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（輸入輸出可直接與交流 220V，直流 24V 等強(qiáng)電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的 PLC 甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機(jī)停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復(fù)時(shí)間。 、功耗小、性價(jià)比高 以小型 PLC（ TSX21）為例，它具有 128 個(gè) I/O 接口，可相當(dāng)于 400～ 800 個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為 216 127 110mm3，重 ，不帶接口的空載功耗為 ，其成本僅相當(dāng)于同功能繼電 器系統(tǒng)的 10～ 20％。 PLC的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對(duì)此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。 、容易掌握 PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。大多數(shù) PLC 的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令方式。編程語(yǔ)言形象直觀，指令少、語(yǔ)法簡(jiǎn)便，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，具有一定的電工和工 藝知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。 、施工、調(diào)試周期短 用繼電器 — 接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用 PLC 控制，由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制，硬件線路非常簡(jiǎn)潔，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件 編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控第二章 S7200 系列 PLC 的概述 10 制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。 PLC 是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語(yǔ)言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 可編程控制器的分類 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì) PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致的分類。 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。 （ 1）整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型 PLC 一般采用這種整體式的結(jié)構(gòu)。整體式的 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O 接口、與 I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等。沒有 單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平的電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。 （ 2）模塊式 PLC 模塊式 OLC 是將 PLC 各組成部分，分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，入 CPU 模塊、 I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。模塊式 PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配匥，便于擴(kuò)展或維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。 還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂的疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 的 CPU、電源、 I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但他們之間是靠電纜進(jìn)行連接，并且各模塊可以一層層 地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。 根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔 PLC 三類。 （ 1）低檔 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量 I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主主南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制和單機(jī)控制系統(tǒng)。 （ 2） — 中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量 I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有 些還可增設(shè)中斷控制、 PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 （ 3）高檔 PLC 除具有中檔 PLC 的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC 具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 I/O 點(diǎn)數(shù)分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型 PLC 三類。 （ 1）小型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 256點(diǎn)以下的為小型 PLC。期中， I/O 點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為 超小型或微型 PLC。 （ 2）中型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 256點(diǎn)以上、 2048 點(diǎn)一下的為中型 PLC。 （ 3）大型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 2048 以上的為大型 PLC。其中， I/O 點(diǎn)數(shù)超過 8192點(diǎn)的為超大型 PLC. 在實(shí)際中，一般 PLC 功能的強(qiáng)弱與其 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少事相互關(guān)聯(lián)的，即 PLC的功能越強(qiáng)，其可配置的 I/O 點(diǎn)數(shù)越多。因此，通常我們所說(shuō)的小型、中型、大型 PLC，除指 I/O 點(diǎn)數(shù)不同外，同時(shí)也表示其對(duì)應(yīng)功能為低檔、中檔、高檔。 可編程控制器的技術(shù)指標(biāo) 1．存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容 量一般是指用戶程序存儲(chǔ)的容量。用戶程序存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。一般來(lái)說(shuō)，小型 PLC 的用戶存儲(chǔ)器容量為幾千字節(jié)，而大型PLC 的用戶存儲(chǔ)器容量為幾萬(wàn)字節(jié)。有些 PLC的用戶存儲(chǔ)器需要另購(gòu)?fù)獠宓拇鎯?chǔ)卡，或者可以用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充。 2． I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC 可以接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總和，是衡量 PLC性能的重要指標(biāo)。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可接的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備就越多，控制規(guī)模就第二章 S7200 系列 PLC 的概述 12 越大。 3．掃描速度 掃描速度是指 PLC 執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。一般以掃描 1K 步 用戶程序所需的時(shí)間來(lái)衡量掃描速度，通常以 ms/K 步為單位。 PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過比較各種 PLC執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來(lái)衡量掃描速度的快慢。 4．指令的功能與數(shù)量 指令功能的強(qiáng)弱、數(shù)量的多少也是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。編程指令的功能越強(qiáng)，數(shù)量越多， PLC 的處理能力和控制能力也就越強(qiáng)，用戶編程也越簡(jiǎn)單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制任務(wù)。 5．內(nèi)部元件的種類與數(shù)量 在編制 PLC 程序時(shí)，需要用到