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浔之漫智控技术（上海）有限公司

中型PLC的I/O点数一般不大于2048点，内存容量为2～8KB，采用模块化结构。其I/O处理方式除采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能连接各种特殊功能模块，通信联网功能更强，指令系统更丰富，扫描速度更快，可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，比较适合中型或大型控制系统的控制。例如，西门子公司的S7-300系列PLC，存储器为2KB，数字量1024点，模拟量128路，支持PROFIBUS、工业以太网、MPI等网络。
（3）大型PLC
大型PLC的I/O点数在2048点以上，内存容量达到8～16KB，采用模块化结构。软、硬件功能较强，具有较强的自诊断功能、通信联网功能等，它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。不仅能完成较复杂的算术运算，还能进行复杂的矩阵运算。有各种通信联网模块，可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三个PLC构成表决式系统，使机器的可靠性更高。例如，富士公司的F200系列PLC，存储器为32KB，数字量I/O达3200点；OMRON的CV2000系列PLC，存储器为62KB，数字量I/O达2048点；西门子公司的S7-400系列PLC，存储器为512KB，数字量I/O达12 672点；德国AEG公司的A500系列PLC，存储器为64KB，数字量I/O达5088点。3.按控制性能分类
可编程序控制器可以分为低档、中档和高档三类。
（1）低档PLC
这类PLC只有基本的控制功能和一般的运算能力，工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。如OMRON公司的C60 P等。
（2）中档PLC
这类PLC具有较强的控制功能和运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，还能完成比较复杂的三函数、指数和PID运算。工作速度比较快，能带的I/O模块的数量及种类也比较多。如西门子公司的S7-300 PLC。
（3）高档PLC
这类PLC具有强大的控制功能和运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的I/O模块的数量很多，I/O模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。如西门子公司的S7-400 PLC就属于这一类。高可靠性是PLC较**的特点之一。由于工业生产过程大多数是连续的，一般的生产装置要几个月、甚至几年才大修一次，这对用于工业生产过程的控制器提出了高可靠性的要求。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电接触器控制系统时的1/10～1/100，因触点接触不良造成的故障大大减少。此外，PLC还采取了屏蔽、滤波、隔离、故障检测与诊断等抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。PLC已被广大用户公认为是较可靠的工业控制设备之一。2.编程、操作简易方便，程序修改灵活
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前PLC大多数均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机水平，很容易被技术人员所接受，易于编程，程序改变时也易于修改。近几年发展起来的其他编程语言（如功能图语言、汇编语言和BASIC等计算机通用语言）也都使编程更加方便，并且适宜于不同层次的技术人员。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品大部分已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC具有丰富的I/O接口，对不同的工业现场信号（如交流、直流、电压、电流、开关量、模拟量、脉冲等），有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电动机启动器、控制阀等）直接连接。另外，有些PLC还有通信模块、特殊功能模块等。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4.易于设计、安装、调试和维修
由于PLC用软件功能取代了继电接生故障的原因，用更换模块的方法迅除故障。5.体积小、重量轻、功耗低、响应快
由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，其体积小、重量轻、功耗低、响应快。对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线少得多，可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。传统继电器节点的响应时间一般需要几百毫秒，而PLC的节点响应很快，内部是微秒级的，外部是毫秒级的。
1.2.3 PLC的应用
PLC产生初期，由于其价格**继电器控制装置，使其应用受到限制。较近几年来，随着PLC性价比的不断提高，PLC的应用越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片及有关元器件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，使它也能解决复杂的计算和通信问题。目前，PLC已广泛用于工业控制的各个领域，包括从单机自动化到工厂自动化；从机器人、柔制造系统到工业局部网络。
按PLC的功能来分，PLC的应用领域主要有以下几个方面。1.开关量逻辑控制
这是PLC较基本、较广泛的应用领域，它完全取代了传统的继电器、接触器等顺序控制装置。开关量逻辑控制可以代替继电器完成组合逻辑控制、定时与顺序逻辑控制，它既可用于单机控制，又可用于多机，以及生产线的自动控制，并广泛应用于电力、机械制造、钢铁、石油、、采矿、汽车、造纸、纺织等各行各业，如机床电气控制、包装机械的控制、输送带与电梯的控制、汽车装配生产线及自动生产线中各种泵和电磁阀的控制等。2.运动控制
利用PLC的**智能模块，可以对步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴系统实现位置控制。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据传送给模块，模块驱动轴系统到目标位置。当每个轴转动时，位置控制模块使其保持适当的速度和加速度，确保运动平滑，如对具有多轴的机器人进行控制，自动地处理它的机械运动。随着工厂自动化网络的形成，使用机器人的领域将越来越广。3.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量实现的闭环控制。现代PLC一般都有PID闭环控制功能。当控制过程中某一个输出变量出现偏差时，PLC按照PID控制算法计算出相应的输出，使输出变量保持在设定值上。PLC的过程控制功能已经广泛应用在、机械、轻工、冶金、电力、建材等行业。4.数字控制机床。现代PLC具有数字运算、数据传送、转换、排序、查表和位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。预计CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。5.通信联网
近些年来，随着计算机网络和计算机控制技术的发展，工厂自动化（FA）网络系统正在兴起。通过网络系统，PLC可和远程I/O进行通信，多台PLC之间及PLC和其他智能设备（如计算机、变频器、数控装置等）之间也可相互交换数字信息，形成一个统一的整体，实现分散控制或集中控制。近年来开发的PLC都增强了通信功能，即使是小型PLC也具备了与主计算机通信联网的功能。
1.3 PLC的结构与工作原理PLC主要由*处理单元（CPU）、存储器（ROM/RAM）、I/O单元（I/O单元）、编程器、电源等部件组成。1.*处理单元（CPU）
*处理单元（CPU）是PLC的核心，其主要任务有：程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算，并将运算结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，较后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
④ 故障诊断。诊断电源、PLC内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。
不同型号PLC的CPU芯片是不同的，有的采用通用CPU芯片，如8031、8051、8086、80826等，大部分采用厂家自行设计的**CPU芯片，如西门子公司的S7-300/400 PLC均采用其自行研制的**芯片，CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也就越快。随着CPU芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片也越来越高档。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。2.存储器
PLC的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及系统RAM存储区。
（1）系统程序存储器
系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的智能功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序的质量，很大程度上决定了PLC的性能。
（2）用户程序存储器
根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务、用规定的PLC编程语言编写的各种程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM（用锂电池进行掉电保护）、EPROM或E2PROM存储器，存储内容可以由用户任意修改或增删。目前较先进的PLC采用可随时读写的快闪存储器各类软元件（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保护的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者当PLC断电时，数据被。
① 逻辑线圈。与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程时使用，其作用类似于继电器控制线路中的中间继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。
② 数据寄存器。与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字节（16bit）。另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，不同的特殊数据寄存器具有不同的功能。3.I/O单元
I/O单元是PLC与工业现场连接的接口。
输入单元用来接收和采集两种类型的输入信号。一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等发出的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等发来的模拟量输入信号。
输出单元用来连接工业现场被控对象中各输入I0.0、I0.1和I0.2分别采集电动机停止、正转和反转的输入信号，输出Q0.0和Q0.1控制电动机的正转和反转。
系统上电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU要执行一次复位操作，包含如下两个操作步骤。
① 没有保持功能的位存储器状态、定时器和计数器状态，中断堆栈和块堆栈的内容等。
② 执行系统启动组织块OB100。如果用户想使系统在上电后做一些初始化操作，就可以在OB100中编写程序，否则用户完全可以忽略这个组织块。需要注意的是OB100只在复位后被执行一次。
整个PLC的工作过程是以循环扫描的方式进行的，重复执行一个循环工作周期。以下四个步骤就是PLC程序执行的一个循环工作周期。
① 操作系统启动循环时间监控。所用元件的“0”、“1”状态，并执行指令，将运算结果实时写入到对应的映像区中。需要注意的是：在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像区对应的元件位也不会随之立即改变，只能等到这个循环扫描周期结束，下个循环扫描周期开始时才能被更新。
在S7-300中，系统不断地调用组织块OB1（相当于C语言中的主函数），在主函数中调用其他子程序，包括用户自己编制的子程序（指逻辑块FC或FB）和系统自带的子程序（系统逻辑块SFC或SFB）。
在实际工程应用中，中断是不可缺少的工作方式，循环工作过程可以被某些事件中断。S7-300和S7-400的CPU为用户提供了多种中断方式，以下是几种常用的中断方式。
① 中断源通过外部电路的输入进入系统，中断服务程序需事先存入组织块OB40。
② 系统提供了某些组织块为中断工作方式服务，有OB10（日期时间中断组织块）和OB20（延时中断组织块）。
总之，CPU从**条指令开始，逐条地执行用户程序，并且循环重复执行。执行指令时，从元件映像区中将有关编程元件的0/1状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，实时更新映像区，较后的运算输出到生产过程的执行机构中。三级口令用于保护用户程序；TD200和COROS操作员面板提供了简单的人机接口功能。2.S7-300 PLC
模块化 S7-300 PLC 适用于快速的过程处理或对数据处理能力有特别要求的中小型自动化控制系统。它具有高速的计算能力、完整的指令集、多点接口（MPI）和通过SINEC LAN进行联网的能力；它内置多种功能，具有综合诊断能力，它推出的口令保护，简便的连接系统和无限的插入模块组态，使系统组态处理更加方便；由于其快速的指令处理速度，大大缩短了系统循环时间；同时高性能模块和多种CPU为各种各样的需求提供了合适的解决方案；模块扩展能力较多可增加到3个扩展基架（ER），较高的安装密度，背板总线安装在每个模块中，预先接线系统（TOP接线），减少了所需空间和费用，同时为连接SIMATIC系列各种部件提供了接口，它具有对用户 好的Windows STEP 7 Mini编程软件和功能强大的编程器。3.S7-400 PLC
较具通信能力的S7-400 PLC适于大、中型自动控制系统，它指令执行时间较短；在恶劣、不稳定的工业环境下，坚固、全部密封的模板依然可正常工作；无风扇操作降低了安装的费用；在操作运行过程中模板可插拔；分布式的内部总线允许在CPU与选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。
④ PLC的选择。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济指标起着重要的作用。选择PLC应包括机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块选择等。
⑤ 分配I/O点，制PLC连接图。
⑥ 设计控制程序。控制程序是整个系统工作的软件，是保证系统正常、安全、可靠的关键。因此控制系统的程序应经过反复调试、修改，直到满足要求为止。
⑦ 必要时还须设计控制台（柜）。
编制控制系统的技术文件，包括说明书、电气原理图及电气元件明细表、I/O连接图、I/O地址分配表和控制软件。*I/O间进行非常快的通信（P总线与I/O模板间进行数据交换，C总线可将大量数据传送到功能模块和通信模块）；一些CPU装备了内置的SINEC L2 DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换，其强大的通信模块允许点对点通信，以及用SINEC 根据生产工艺过程分析控制要求，如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动、连续、单周期、单步等）。
② 确定用户I/O设备。根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户I/O设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关前期的S7-300系列有专门的所谓“户外型”CPU，常用的有CPU312 IFM、CPU314 IFM、CPU314户外型三种规S7-300 PLC采用紧凑的、无槽位限制的模块化组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架（导轨）或多个机架上（与CPU312IFM和CPU313配套的模块只能安装在同一个机架上）。导轨是一种**的金属机架，只需将模块装在DIN标准的安装导轨上，然后用螺栓锁紧就可以了。有多种不同长度规格的导轨供用户选择。在背板上的总线插座来安装模块，所以槽号是相对的，在机架导轨上并不存在物理槽位。例如，在不需要扩展机架时，*机架上没有接口模块，此时虽然3号槽位仍然被实际上并不存在的接口模块占用，*机架上的CPU模块和4号槽的模块实际上是挨在一起的。如果有扩展机架，接口模块占用3号槽位，负责与其他扩展机架自动进行数据通信。
S7-300 PLC的电源模块通过电源连S7-300 PLC主要由以下几部分组成。1.*处理单元（CPU）
各种CPU有不同的性能，例如，有的CPU集成有数字量和模拟量I/O点，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）。2.负载电源模块（PS）
负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源，供CPU和I/O模块使用。额定输出电流有2A、5A和10A三种，过载时模块上的LED闪烁。3.信号模块（SM）
信号模块是数字量I/O模块和模拟量I/O模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322，模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC4～20mA和DC0～10V等多种不同类型和不同量程的模拟信号。每个模块上有一个背板总线连接器，现场的过程信号连接到前连接器的端子上。4.功能模块（FM）
功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务，例如，计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置等。5.通信处理器运行模式。在此模式下，CPU不仅可以执行用户程序，在运行的同时，还可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG（CP）
通信处理器用于PLC之间、PLC与计CPU面板上的模式选择开关，有些可通过**钥匙旋转控制，这些CPU一般有3种工作模式（RUN、STOP、MRES）或4种工作模式（RUN、STOP、MRES、RUN-P）；另外一些则可直接用手上下滑动控制，这些工作模式的意义如下。
① RUN-P：可编程、PC）读出、修改、监控用户程序。在此位置钥匙不能拔出。
② RUN：运行模式。在此模式下，CPU执行用户程序，还可以通过编程设备读出、监控用户程序，但不能修改用户程序。在此位置可以拔出钥匙，以防程序在正常运行时被改变操作模式。

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