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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(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大的不同。微機(jī)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(yīng)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(fù)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(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)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(jī)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(jì)算機(jī)的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)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(jìn)行顯示。如果有與計(jì)算機(jī)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(wù)。

 3）PLC的*處理器對各個輸入端進(jìn)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(jìn)行“處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)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(dāng)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(fù)始地進(jìn)行。掃描周期是PLC的重要指標(biāo)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(diǎn)時間×輸入點(diǎn)數(shù)）+（運(yùn)算速度×程序步數(shù)）＋（輸出一點(diǎn)時間×輸出點(diǎn)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(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確的計(jì)算響應(yīng)時間，細(xì)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(yīng)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(fù)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(diǎn)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(jī)的zui大特點(diǎn)，使用者應(yīng)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(jì)算機(jī)的接口，與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)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(diǎn)和16個輸出點(diǎn)。

    2、擴(kuò)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(yīng)簡稱PC，為了與個人計(jì)算機(jī)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(yīng)用設(shè)計(jì)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(kuò)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(shí)際控制對象配置相應(yīng)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(yùn)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(jī)，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(jī)，如8086、96系列單片機(jī)等，這類芯片主要特點(diǎn)是集成度高、運(yùn)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(xiàng)工作任務(wù)。

　　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(yùn)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(jī)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(fù)責(zé)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(yīng)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(jī)讀寫操作的隨機(jī)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(yùn)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(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)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(jì)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(jī)存取存儲器RAM。

　　RAM是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)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(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小**率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大**率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)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(qiáng)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(jī)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(dāng)輸入端的按鈕SB接通時，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)電干擾進(jìn)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(bào)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(jìn)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(yīng)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(jī)單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴(kuò)展接口電纜與I/O擴(kuò)展單元(不帶CPU)相接進(jìn)行擴(kuò)充。　　PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)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(jìn)行聯(lián)機(jī)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(jìn)行脫機(jī)編程。

　　目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)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(qiáng)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(jī)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(luò)的 GPRS 模塊集成的 web 服務(wù)器，帶有標(biāo)準(zhǔn)和用戶特定的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)記錄***能，用于在運(yùn)行時從用戶程序歸檔數(shù)據(jù)*的集成技術(shù)功能，如計(jì)數(shù)、測量、閉環(huán)控制和運(yùn)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(kuò)展控制器的信號模塊用于通過附加通訊接口擴(kuò)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*。適用于小型到中型的自動化工程應(yīng)用。既可用于簡單的控制任務(wù)，也可以用于復(fù)雜的自動化任務(wù)。所有 CPU 都可在獨(dú)立模式、網(wǎng)絡(luò)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(jì)上不可行的應(yīng)用。具有出色的實(shí)時性能和功能*的通訊選件S7-1200SIMATIC S7-1200 是一款適用于機(jī)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(wù)的控制器。它可實(shí)現(xiàn)大的自動化性能以及為經(jīng)濟(jì)的成本。 由于同時采用了高性能的緊湊型模塊化設(shè)計(jì)，SIMATIC S7-1200 適用于各種自動化應(yīng)用。其使用范圍從更換繼電器和接觸器一直到網(wǎng)絡(luò)和分布式結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的自動化任務(wù)。 S7-1200 還不斷開辟了以前由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子元件領(lǐng)域。 應(yīng)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(yùn)輸設(shè)備金屬加工機(jī)械包裝機(jī)械印刷機(jī)器紡織機(jī)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(jìn)行的低成本模塊化控制器擴(kuò)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(diǎn)對點(diǎn)連接進(jìn)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(luò)拓?fù)銹S 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(jī)械特點(diǎn)堅(jiān)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(hù)可拆卸連接端子，也適用于模擬或數(shù)字?jǐn)U展模板設(shè)備功能符合標(biāo)準(zhǔn)：SIMATIC S7-1200 符合 VDE、UL,、CSA 和 FM 等標(biāo)準(zhǔn)（Class I、Cat 2；危險(xiǎn)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(rèn)證通訊SIMATIC S7-1200 配備不同的通訊機(jī)制： 集成的 PROFINET 接口通過通訊模板實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)連接PROFINET 接口集成的 PROFINET 接口允許進(jìn)行下列通訊： 編程器人機(jī)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(biāo)準(zhǔn) 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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