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可編程控制器

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可編程控制器的工作過程及FN2N PLC的組成：

PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉(zhuǎn)入相應的子程序無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，如：           

1        ×  ×  ×  ×

2        ×  ×  ×  ×

3        ×  ×  ×  ×

10  ×  ×  ×  ×

11  ED

CPU從*條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回*條。如此周而復始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應的控制信號。整個工作過程可分為五個階段：自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新，其工作過程框圖如圖所示：

PLC工作過程框圖

1）每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I/O部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。

2）PLC檢查是否有與編程器和計算機的通信請求，若有則進行相應處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務。

 3）PLC的*處理器對各個輸入端進行掃描，將輸人端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這就是輸入采樣階段。

 4）*處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對輸人和原輸出狀態(tài)（這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)）進行“處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進行邏輯、算術(shù)運算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序執(zhí)行階段。

 5）當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。

 PLC經(jīng)過這五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期。完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。掃描周期是PLC的重要指標之一，在不考慮第二個因素（與編程器等通信）時，掃描周期T為：

 T＝（讀入一點時間×輸入點數(shù)）+（運算速度×程序步數(shù)）＋（輸出一點時間×輸出點數(shù)）十故障診斷時間

顯然掃描時間主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設(shè)備通常沒有什么影響。但對控制時間要求較嚴格，響應速度要求快的系統(tǒng)，就應該精確的計算響應時間，細心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的響應延時等不良影響。

 PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制是按“并行”方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個繼電器同時動作。而PLC是以反復掃描的式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的觸點競爭和時序失配問題。

 總之，采用循環(huán)掃描的工作方式也是PLC區(qū)別于微機的zui大特點，使用者應特別注意。

FN2N PLC 的規(guī)格及組成

FN_2N系列PLC有FN_2N16、FN_2N32、FN_2N48、FN_2N64、FN_2N80 、FN_2N128等， FN_2N 32，主要由以下幾個部分構(gòu)成：

    1、控制單元：設(shè)有與編程器，計算機的接口，與I/O擴展單元相連的擴展口，輸入、輸出端子、電源輸入和輸出端子，F(xiàn)N_2N有16個輸入點和16個輸出點。

    2、擴展單元。

    3、智能單元。

    4、鏈接單元。

    5、編程工具：使用MELSOFT GX Developer編程軟件。

 可編程序控制器(Programmable Controller)原本應簡稱PC，為了與個人計算機專稱PC相區(qū)別，所以可編程序控制器簡稱定為PLC(Programmable Logic Controller)，但并非說PLC只能控制邏輯信號。PLC是專門針對工業(yè)環(huán)境應用設(shè)計的，自帶直觀、簡單并易于掌握編程語言環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場控制裝置。

　　PLC的基本組成

　　PLC基本組成包括*處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口(縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴展接口等)、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見圖1。PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實際控制對象配置相應設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。

　　圖1 PLC的基本組成

　　1. *處理器

　　*處理器(CPU)由控制器、運算器和寄存器組成并集成在一個芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。

　　小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機，如8031、M68000等，這類芯片價格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機，如8086、96系列單片機等，這類芯片主要特點是集成度高、運算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。

　　CPU按照PLC內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項工作任務。

　　2. 存儲器

　　PLC內(nèi)的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。

　　1)系統(tǒng)程序存儲器

　　PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本**能，該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分。

　　系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機器語言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；**能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負責調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。

　　系統(tǒng)程序?qū)儆谛?保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲器，該存儲器只能讀出內(nèi)容，不能寫入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲的內(nèi)容。

　　EPEROM為可電擦除只讀存儲器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲器還有E2PROM、FLASH等。

　　2)用戶程序存儲器

　　用戶程序存儲器用于存放用戶載入的PLC應用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機讀寫操作的隨機存取存儲器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。

　　通過修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內(nèi)*使用。

　　3)數(shù)據(jù)存儲器

　　PLC運行過程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時器、計數(shù)器的預置值和當前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等)，這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要*保存，所以采用隨機存取存儲器RAM。

　　RAM是一種高密度、低功耗的半導體存儲器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過鋰電池供電，保持RAM中的內(nèi)容。

　　3. 接口

　　輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小**率負載、晶閘管輸出型用于高頻大**率負載；繼電器輸出為有觸點輸出型電路，用于低頻負載。

　現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。

　　1)輸入接口

　　輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。

　　以圖2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。當輸入端的按鈕SB接通時，光耦合器T導通，直流輸入信號被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標準信號電平(簡稱TTL)，同時LED輸入指示燈亮，表示信號接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。

　　圖2 直流輸入接口電路

　　濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強電干擾進入PLC。由于輸入電信號與PLC內(nèi)部電路之間采用光信號耦合，所以兩者在電氣上*隔離，使輸入接口具有抗*力?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。

　　2)輸出接口

　　輸出接口電路向被控對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和**率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進行抗干擾電隔離。

　　微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，**放大電路是為了適應工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號放大。

　　3)其它接口

　　若主機單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴展接口電纜與I/O擴展單元(不帶CPU)相接進行擴充?！　LC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等**能。

　　4. 編程器

　　編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。

　　編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進行聯(lián)機編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進行脫機編程。

　　目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計算機輔助PLC編程支持軟件，當個人計算機安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計算機和PLC之間的通信接口實現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運行狀態(tài)等。

　　5. 電源

　　PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲器等所需的直流電，是整個PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗*力強的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。

S7-1200控制器配備集成的 PROFINET IO 控制器接口，用于SIMATIC 控制器、人機界面、編程設(shè)備或其他自動化組件之間的通訊帶 PROFIBUS DP 主站接口的通訊模板通訊模塊 PROFIBUS DP 從站接口用于連接到 GSM/G 網(wǎng)絡的 GPRS 模塊集成的 web 服務器，帶有標準和用戶特定的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)記錄***能，用于在運行時從用戶程序歸檔數(shù)據(jù)強大的集成技術(shù)功能，如計數(shù)、測量、閉環(huán)控制和運動控制集成數(shù)字量和模擬量 I/O直接在控制器中使用的信號板用于通過輸入/輸出通道擴展控制器的信號模塊用于通過附加通訊接口擴展控制器的通訊模塊附件，例如，電源、開關(guān)模塊或 SIMATIC 存儲卡以低的成本提供大自動化性能的微型控制器。安裝、編程和操作都非常簡單。大規(guī)模集成，節(jié)省空間，功能強大。適用于小型到中型的自動化工程應用。既可用于簡單的控制任務，也可以用于復雜的自動化任務。所有 CPU 都可在獨立模式、網(wǎng)絡和分布式結(jié)構(gòu)內(nèi)使用。適用于可編程控制器過去在經(jīng)濟上不可行的應用。具有出色的實時性能和功能強大的通訊選件S7-1200SIMATIC S7-1200 是一款適用于機械設(shè)備制造以及工廠構(gòu)建中開環(huán)和閉環(huán)控制任務的控制器。它可實現(xiàn)大的自動化性能以及為經(jīng)濟的成本。 由于同時采用了高性能的緊湊型模塊化設(shè)計，SIMATIC S7-1200 適用于各種自動化應用。其使用范圍從更換繼電器和接觸器一直到網(wǎng)絡和分布式結(jié)構(gòu)中復雜的自動化任務。 S7-1200 還不斷開辟了以前由于經(jīng)濟原因而開發(fā)的特殊電子元件領(lǐng)域。 應用示例包括，例如： 布局系統(tǒng)輸送系統(tǒng)電梯和自動扶梯材料運輸設(shè)備金屬加工機械包裝機械印刷機器紡織機械混合系統(tǒng)淡水處理廠污水處理廠外部顯示屏配電站室溫控制加熱/冷卻系統(tǒng)控制能量管理消防系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)照明控制泵的控制安防/門禁系統(tǒng) Design SIMATIC S7-1200 系列由以下模塊組成： 3 個控制器，具有不同類型的分級性能，可作為寬范圍的交流或直流控制器2 個信號板（模擬和數(shù)字），用于直接在 CPU 上進行的低成本模塊化控制器擴展，安裝空間保持不變13 個不同的數(shù)字和模擬信號模塊2 個通訊模塊 (RS232/RS485)，用于通過點對點連接進行的通訊帶有 4 個端口的以太網(wǎng)開關(guān)，用于執(zhí)行許多不同的網(wǎng)絡拓撲PS 1207 穩(wěn)定電源裝置，115/230 V 交流線路電壓，24 V 直流額定電壓機械特點堅固耐用的緊湊型塑料外殼易于接觸的連接和控制元件，用前擋板保護可拆卸連接端子，也適用于模擬或數(shù)字擴展模板設(shè)備功能符合標準：SIMATIC S7-1200 符合 VDE、UL,、CSA 和 FM 等標準（Class I、Cat 2；危險區(qū)組別 A、B、C 和 D，T4A）。生產(chǎn)中采用的質(zhì)量管理體系已通過 ISO 9001 認證通訊SIMATIC S7-1200 配備不同的通訊機制： 集成的 PROFINET 接口通過通訊模板實現(xiàn)點對點連接PROFINET 接口集成的 PROFINET 接口允許進行下列通訊： 編程器人機接口（HMI）設(shè)備其他 SIMATIC 控制器支持以下協(xié)議： TCP/IPISO-on-TCPS7 通訊可以連接以下設(shè)備： 通過標準 CAT5 電纜在現(xiàn)場 PG 編程設(shè)備和 PC 之間通訊。訂貨號CPU6ES72111AD300XB06ES72111BD300XB06ES72111HD300XB06ES72121AD300XB06ES72121BD300XB06ES72121HD300XB06ES72141AE300XB06ES72141BE300XB06ES72141HE300XB0DI/DO6ES72211BF300XB06ES72211BH300XB06ES72221BF300XB06ES72221BH300XB06ES72221HF300XB06ES72221HH300XB06ES72231BL300XB06ES72231PH300XB06ES72231PL300XB0AI/AO6ES72314HD300XB06ES72324HB300XB06ES72344HE300XB0SB6ES72230BD300XB06ES72324HA300XB0CP6ES72411AH300XB06ES72411CH300XB0SIM6ES72741XF300XA06ES72741XH300XA0ESM6GK72771AA000AA0

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