【文章內(nèi)容簡介】 、模擬量控制等功能。在編程技術(shù)方面開發(fā)了面向用戶的梯形圖編程法，通俗易懂。這時的 PLC 編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點與繼電器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜、抗干擾性強等優(yōu)點結(jié)合起來，它的技術(shù)日趨完備， PLC 進入實用化階段。 第三階段：從 1978 年到 1984 年，是 PLC 的大發(fā)展階段。 該時期它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，在原有的基礎(chǔ) 上增加了浮點數(shù)運算、平方、三角函數(shù)、查表、列表、 PID 控制等功能；自診斷功能和容錯技術(shù)發(fā)展迅速；還具有通信功能和遠程I/O 能力。初步形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系。 第四階段：從 1984 年至今，是 PLC 的繼續(xù)發(fā)展階段。 它的編程語言除了梯形圖、流程圖、語句外表外，還能用高級語言，如 BASIC、 PASCAL、 C 語言、數(shù)控語言等。其人機對話能力增強，使編程人機得以普及和簡化，屏幕對話十分靈活 ，可以進行全屏幕的編輯，用戶程序在編輯過程中不但排錯、糾錯能力加強，還可以進行在線仿真，加快了軟件開發(fā)的周期。 PLC 的發(fā)展趨勢 雖然 PLC 只有 30 多年的歷史，但其發(fā)展迅猛，成為當(dāng)今增長速度最快的工業(yè)控制器，而且還將繼續(xù)發(fā)展下去。 PLC 將向著兩個方向發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展；另一方面向著小型化的方向發(fā)展，以適應(yīng)不同場合和不同要求的控制需 7 要。 一 、 大型化 大型 PLC 向著大存儲容量、高速度、高性能、增加 I/O 點數(shù)的方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 增強網(wǎng)絡(luò)通信功能 ； 發(fā)展智能模塊 ； 外部故障診斷功能 ； 編程語言、編程工具標(biāo)準(zhǔn)化、高級化 ； 實現(xiàn)軟件、硬件標(biāo)準(zhǔn)化 ； 編程組態(tài)軟件發(fā)展迅速 。 二 、 小型 化 發(fā)展小型 PLC 是為了占領(lǐng)廣大的、分散的、中小型的工業(yè)控制場合，是 PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物，而且超過繼電器控制系統(tǒng)的功能，小型、超小型、微小型 PLC 不僅便于機電一體化，也是實現(xiàn)家庭自動化的理想控制器。小型 plc 向著簡易化、體積小、功能強、價格低的方向發(fā)展。 PLC 的主要功能 PLC 在不斷發(fā)展，其性能也在不斷的完善、功能也在不斷的增強。其主要功能有： 開關(guān)量邏輯控制： PLC 具有強大的邏輯運算能力，可實現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的邏輯控制，這也是其最基本的功能 。 模擬量控制： 在工業(yè)生產(chǎn)過程 中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、流量、液位等都是模擬量，但 CPU 只能處理數(shù)字量，所以 PLC 中配置了 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，以完成對模擬量的控制。 ， 閉環(huán)過程控制：運用 PLC 既可以對模擬量進行開環(huán)控制，還可以進行閉環(huán)控制。配置 PID 控制單元或模塊，對控制過程中的某一變量進行 PID 控制。 計數(shù) 控制： PLC 具有計數(shù)功能，它為用戶提供了若干個計數(shù)器，計數(shù)器的8 數(shù)值可由用戶在編寫用戶程序是設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外邊設(shè)定 ， 實現(xiàn)計數(shù)控制。 定時控制： PLC 具有定時功能，它為用戶提供了若干個定時器，定時器的時 間可由用戶在編寫用戶程序是設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外邊設(shè)定， 實現(xiàn)定時或延時控制。 數(shù)據(jù)處理：它不僅能進行數(shù)字運算和數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示、打印及數(shù)據(jù)通信等。 順序控制：在工業(yè)控制中， PLC 實現(xiàn)順序控制可以采用 IEC 規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言 —— 順序功能圖（ Sequential Function Chart SFC）進行設(shè)計，可以用移位寄存器和順序控制指令編寫程序。 通信和聯(lián)網(wǎng)： PLC 既可以對遠程 I/O 進行控制，又能實現(xiàn) PLC 與 PLC、 PLC與計算機之間的通信，從 而構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 的組成結(jié)構(gòu)圖 PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖 21）。 PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務(wù)。 圖 21 PLC 的基本組成 微處理器 存儲器 電源 輸 入 單 元 輸 出 單 元 編程器 SB SQ SA KM YV HL 9 各組成部分的作用 一、 CPU： 將各種輸入信號取入存儲器。 編譯、執(zhí)行指令。 把結(jié)果送到輸出端。 響應(yīng)各種外部設(shè)備的請求。 二、 存儲器： RAM：存儲 各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。 ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。 三、 輸入、輸出接口： 采用光電隔離，減小了電磁干擾。 輸出三種形式： 繼電器 低速大功率 。 可控硅 高速大功率 。 晶體管 高速小功率 。 四、編程器： 用來生成用戶程序，并用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。因手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括 5 個 階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出處理，其工作過程如圖 22所示： 10 圖 22 PLC的工作原理圖 當(dāng) PLC 方式開關(guān)置于 RUN 時，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于 STOP 時，不執(zhí)行后三個階段；此時可進行通信處理，如對 PLC 聯(lián)機或離線編程。 PLC 執(zhí)行 5個階段就為一個掃描周期，它完成一個周期后又重新執(zhí)行上一過程，掃描周期周而復(fù)始的進行。 簡而言之， PLC 是采用周期循環(huán)掃描、集中輸入與輸出的工作方式。這種工作方法的顯著特點是：可靠 性高、抗干擾能力強，但響應(yīng)滯后、速度較慢，也就是說PLC 以降低速度求得高可靠性。 S7200 可編程控制器簡介 PLC 中的 S7200 是德國西門子公司 1996 年推出的產(chǎn)品，它屬于小型 PLC，在1998 年升級為第二代產(chǎn)品， 2021 年升級為第三代產(chǎn)品。 S7 系列產(chǎn)品還有中型 PLC S7300 和大型 PLC S7400，雖然他們的性能和使用范圍各不相同，但都具有以下共開始 內(nèi)部處理 通信處理 RUN 方式？ 輸入掃描 執(zhí)行用戶程序 輸出處理 否 是 11 同特點： CPU 芯片已升級到 Intel 80486，或采用 Pentium 處理器； 采用模塊化設(shè)計，能按搭積木方式進行系統(tǒng)配置，功能擴 展靈活方便； 有極快的處理速度，如 S7200 和 S7300 的掃描速度為 微秒 /指令； 有很強的網(wǎng)絡(luò)功能，可用多個 PLC 連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的過程擴展系統(tǒng)，既實現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)也可以實現(xiàn)點到點通信； 允許使用相關(guān)的程序軟件包及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)軟件，編程工具更為開放，人機界面十分友好。 S7200 系列是一類小型可編程邏輯控制器，它具有緊湊的設(shè)計、良好的 擴展 性、低廉的價格和強大的指令系統(tǒng)，使它能近乎完美的滿足小規(guī)模的擴展要求。另外，豐富的 CPU 類型和電壓等級使其在解決用戶的自動化問題時具有很強 的適應(yīng)性。 S7200 的基本構(gòu)成 S7200 系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，其組成圖如圖 23 所示： 圖 23 S7200 PLC 系統(tǒng)組成 計算機 CPU 主機 TD200 文本 顯示 器 TP 系列 觸摸屏 通信及 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 EM1 擴展 模塊 其他 設(shè)備 工業(yè)軟件 EM2 擴展 模塊 EMn 擴展 模塊 12 一 、 硬件 基本單元 擴展單元 特殊功能模塊 相關(guān)設(shè)備 二 、 工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、過程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構(gòu)成。 三 、 S7200 的特 點 功能強 先進的程序結(jié)構(gòu) 靈活方便的尋址方法 功能強大、使用方便的編程軟件 簡化復(fù)雜編程任務(wù)的導(dǎo)向功能 強大的通信功能 品種豐富的配套人機界面 有競爭力的價格 完善的網(wǎng)上技術(shù)支持 主機結(jié)構(gòu) 一、主機外形 西門子 S7200 系統(tǒng) CPU 22X 系列 PLC 主機的外形如圖 24 所示。 圖 24 S7200 CPU 模塊外形圖 二、基本結(jié)構(gòu)特點 輸出信號 類型 電源輸出 13 基本 I/O 存儲安全 高速反應(yīng) 模擬電位器 實時時鐘 輸入輸出可擴展性 三、各 CPU 型號對比 ，如表 21。 表 21 CPU 型號對比 CPU 類型 電源電壓 輸入電源 輸出電壓 輸出電流 CPU221 DC 輸入 DC 輸出 24Voc 24Voc 24Voc ,晶體管 繼電器輸出 DC 輸入 85264Vac 24Voc 24Voc 24230Vac 2A，繼電器 CPU222 CPU224 CPU226 DC 輸出 24Voc 24Voc 24Voc ,晶體管 繼電器輸出 85264Vac 24Voc 24Voc 24230Vac 2A，繼電器 四、各主機的 I/O 特性 ，如表 22。 表 22 I/O 特性 型號 主機輸出類型 主機輸入點數(shù) 主機輸出點數(shù) 可擴展模塊數(shù) CPU221 DC/繼電器 6 4 無 CPU222 DC/繼電器 8 6 2 CPU224 DC/繼電器 14 10 7 CPU226 DC/繼電器 24 16 7 五、存儲容量 ，如表 23。 表 23 存儲容量 主機 CPU 類型 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 用戶程序區(qū)存儲容量 2048 字 2048 字 4096 字 4096 字 用戶數(shù)據(jù)區(qū)存儲容量 1024 字 1024 字 2560 字 2560 字 用戶存儲器類型 EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM 14 第 3 章 組態(tài)王 組態(tài)王概述 組態(tài)王定義 組態(tài)王（ Kingview）是由北京亞控公司開發(fā)，在 PC 機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以 Window2021/WindowXP/WindowNT 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，充分利用了 Windows 圖形功能設(shè)備，界面一致性好，易學(xué)易用等特點，具有功能完備的人機接口界面和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效，快捷地把整個工藝過程構(gòu)成監(jiān)控畫面，以動畫的形式顯示各個控制設(shè)備的狀態(tài)，在報警和歷史趨勢方面的功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強的網(wǎng)絡(luò)功能。組態(tài)王圖形界面開發(fā)功能使用方便，對 I/O 設(shè)備廣泛支持。它所使用的 PC 機開發(fā)的系統(tǒng)工程，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，還可以運用 PC 機豐富的軟件資源 進行二次開發(fā)。 組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器 （ Projmanager） 、工程瀏覽器 (TouchExplorer)及 畫面 運行系統(tǒng) (Touchvew)三部分構(gòu)成。 工程管理器：用于新建工程、工程管理，并能對已有工程進行搜索、備份及有效恢復(fù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)字典的導(dǎo)入和導(dǎo)出；工程瀏覽器：是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，可完成對畫面的設(shè)計、動畫的鏈接等工作。 畫面運行系統(tǒng)：是“組態(tài)王”軟件的實時運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負責(zé)數(shù)據(jù)庫與 I/O 服務(wù)程序的數(shù)據(jù) 交換，通過實時數(shù)據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象的表現(xiàn)出來，同事完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)控功能，并可生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)文件。在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運行系統(tǒng)運行環(huán)境中才能運行。 組態(tài)王（ Kingview）是目前國內(nèi)比較流行的一種工業(yè)自動化通用組態(tài)軟件。適用于中小型規(guī)模監(jiān)控機，價格低廉。 組態(tài)王的特點 及應(yīng)用 它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層 次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接 15 控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。 組態(tài)軟件 也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。