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PLC的工作四個階段

    PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng)PLC加電后，首*行初始化處理，包括清除I/O及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查I/O單元的連接等。開始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存儲器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段。

    (1)系統(tǒng)監(jiān)測階段

    這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時器、檢查程序存儲器、檢查I/O總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。

    這部分時間是固定的，對CQM1機(jī)來說，一般為0.8ms。當(dāng)安裝了一個帶時鐘的內(nèi)存盒時，這個時間為0. 9ms；當(dāng)選用CQM1-CPU4□-E型CPU時，這個時間為1. 0ms。

    (2)執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段

    當(dāng)使用RS-232C端口及其他外設(shè)接口時，則PLC都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。這部分時間一般為掃描周期的5%，且可在系統(tǒng)設(shè)置中(DM6616、DM6617)適當(dāng)改變。RS-232和外設(shè)接口的使用時間小為0.34ms，大為87ms。

    (3)程序執(zhí)行階段

    在這個階段，CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)（輸入和輸出的狀態(tài)）進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算等，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。

    (4)輸入、輸出刷新階段

    PLC的CPU在每個掃描周期進(jìn)行一次輸入/輸出更新。CPU對各個輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸甘；部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。CQM1的輸入刷新分為循環(huán)刷新和中斷刷新兩類：循環(huán)刷新是指每個掃描周期的設(shè)定時間進(jìn)行一次輸入刷新；中斷刷新是指當(dāng)輸入中斷、間隔定時器中斷或高速計(jì)數(shù)器中斷發(fā)生在中斷處理子程序執(zhí)行前執(zhí)行輸入刷新。輸出刷新分為循環(huán)刷新和直接刷新兩類：循環(huán)刷新是指每個掃描周期的設(shè)定時間進(jìn)行一次輸出刷新；直接刷新是指當(dāng)用戶程序有一個輸出時輸出點(diǎn)立即被刷新。輸入和輸出在任何情況下都執(zhí)行循環(huán)刷新。如果要執(zhí)行輸入中斷刷新，那么在系統(tǒng)設(shè)置中應(yīng)設(shè)定輸入刷新范圍(DM6630至DM6638)。在CQM1系統(tǒng)設(shè)置的DM6639中可以設(shè)定停止輸出直接刷新。

    除了上述刷新方法，也可用IORF (97)在程序中執(zhí)行I/O刷新。

    I/O刷新所需的時間為：輸入字?jǐn)?shù)目×0.01+輸出字?jǐn)?shù)目×0.005 ms。

  PLC是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時，可不*計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把PLC等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如圖1-4所示。

    (1)輸入部分

    這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端足PLC與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入設(shè)備連接的端口。每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點(diǎn)號，如圖1-4所示。這個線圈由接到的輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由PLC的電源部件提供（如直流24V），也可由獨(dú)立的交流電源（如交流110V）供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點(diǎn)（常開、常閉形式均可），供設(shè)計(jì)PLC的內(nèi)部控制電路（即編制PLC控制程序）時使用

    (2)內(nèi)部控制電路

    這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，PLC程序中的常開、常閉觸點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。

    在PLC內(nèi)部還設(shè)有定時器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及常開、常閉觸點(diǎn)只能在PLC內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。

    (3)輸出部分

    這部分的作用是驅(qū)動外部負(fù)載。在PLC內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器（有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式），它也有無限多軟件實(shí)現(xiàn)的常開、常閉觸點(diǎn)，可在PLC內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出端只有一個硬件的動合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負(fù)載；如圖1-4所示。外部負(fù)載的驅(qū)動電源接在輸出公共端(COM)上。

    總之，在使用PLC時，可以把輸入端等效為一個繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器接點(diǎn)（常開或常閉）可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端可以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個常開觸點(diǎn)，驅(qū)動外部設(shè)備。
PLC控制系統(tǒng)有單機(jī)控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)三種典型結(jié)構(gòu)。

    單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺PLC控制一個對象，系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)和存儲器容量較小，沒有通信問題，采樣條件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較集中，控制系統(tǒng)簡單明了。

    集中控制系統(tǒng)用一臺功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個設(shè)備，形成*集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其中，各設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)、聯(lián)鎖關(guān)系、運(yùn)行順序等統(tǒng)一由*PLC來完成。這種系統(tǒng)較單機(jī)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)，但當(dāng)某一個控制對象的控制程序需要改變時，必須停止運(yùn)行*PLC，即其他的PLC也必須停止運(yùn)行。此外，當(dāng)各控制對象的地理位置相距較遠(yuǎn)時，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時，I/O點(diǎn)數(shù)、存儲器容量等均應(yīng)留有一定的裕量。

    在各控制對象的地理位置相距較遠(yuǎn)時采用分散控制系統(tǒng)較為適宜。在分散控制系統(tǒng)中，每一個控制對象設(shè)置一臺PLC，各臺PLC之間通過信號傳遞或數(shù)據(jù)通信進(jìn)行聯(lián)鎖、響應(yīng)、發(fā)令等。當(dāng)某一臺PLC停止運(yùn)行時，不需要停止其他PLC的運(yùn)行。隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔(dān)當(dāng)?shù)讓涌刂迫蝿?wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接組成的PLC分散控制系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大為加強(qiáng)。

  PLC有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)。

    早期的小型PLC -般采用整體式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的PLC將電源、CPU、輸入/輸出以及通信接口等基本模塊緊湊地封裝在一個機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體。整體式PLC也提供擴(kuò)展單元，包括輸入/輸出單元、模擬量單元、位置控制單元、PID單元等。整體式PLC的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、性價(jià)比較高；但整體式結(jié)構(gòu)的PLC I/O點(diǎn)數(shù)固定，使用不夠靈活，難以按實(shí)際需求優(yōu)化PLC硬件系統(tǒng)配置，且維修困難，故障影響面大。

    在模塊式PLC中，按其組成將PLC劃分為不同的模塊，并將這些模塊獨(dú)立地進(jìn)行物理封裝。這些模塊一般包括電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和各種功能模塊。各模塊功能獨(dú)立、外型統(tǒng)一。其特點(diǎn)是組成靈活，I/O模塊和I/O點(diǎn)數(shù)可按需配置，適用于多種規(guī)模的控制，發(fā)生故障時可立即隔離而不影響整個系統(tǒng)的功能。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、插件較多。
CPU是PLC的“大腦”，它控制所有其他部件的操作，一般由控制電路、運(yùn)算器、寄存器等組成，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲器、I/O接口電路聯(lián)接。*處理單元主要完成以下任務(wù)：

    1)從存儲器中讀取指令。CPU從地址總線上給出指令的存儲地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的指令，并存放到CPU內(nèi)的指令寄存器中。

    2)執(zhí)行指令。對存放在指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。例如：讀取輸入信號，取操作數(shù)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，將結(jié)果輸出等。

    3)準(zhǔn)備取出下一條指令。CPU執(zhí)行完一條指令后，能根據(jù)條件產(chǎn)生下一條指令的地址，以便取出和執(zhí)行下一條指令。在CPU的控制下，程序的指令既可以順序執(zhí)行，也可以進(jìn)行分支或轉(zhuǎn)移處理。

    4)處理中斷。有些PLC除了順序執(zhí)行程序外，還提供了中斷處理功能。CPU通過接收I/O接口或內(nèi)部的中斷請求信號，進(jìn)行中斷處理。處理完畢后，再返回原地址，繼續(xù)順序執(zhí)行。這種控制方式提高了PLC的處理速度。
  PLC的主要功能如下：

    1．開關(guān)量控制

    PLC可以完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和順序邏輯控制，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程的自動控制。這是PLC基本，也是主要的功能。

    2．模擬量控制

    在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的物理量需要控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些量都屬于模擬量。為了滿足對模擬量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都帶有模擬量處理功能，某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊、溫度控制單元等，*地方便了對此類功能的控制需要。

    3．定時/計(jì)數(shù)控制

    PLC具有很強(qiáng)的定時、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至數(shù)百個定時器或計(jì)數(shù)器。定時器的精度可以由用戶進(jìn)行選擇或設(shè)定。在需要對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)時，還可以選用高速計(jì)數(shù)器。

    4．?dāng)?shù)據(jù)處理

    新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理能力，不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印，甚至浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算等功能。

    5．聯(lián)網(wǎng)與通信

    PLC可與上位計(jì)算機(jī)或同位PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，是實(shí)現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。
   1．FDL通信簡介

    FDL是PROFIBUS的第2層——數(shù)據(jù)鏈路層(Fieldbus Data Layer)的縮寫，它可以提供高等級的傳輸安全保證，能有效地檢測出錯位、雙向數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送方和接收方可以同時觸發(fā)發(fā)送和接收響應(yīng)。

    FDL實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站和主站之間的通信。在PROFIBUS-DP通信中，具有令牌功能的PROFIBUS-DP主站輪循無令牌功能的從站從而進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。與此不同，PROFIBUS FDL的每一個通信站點(diǎn)都具有令牌功能，通信以令牌環(huán)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每一個FDL站點(diǎn)都可以和多個站點(diǎn)建立通信連接。FDL允許發(fā)送和接收大240B的數(shù)據(jù)。

    2．支持FDL通信的通信處理器

    只有PROFIBUS通信處理器支持FDL的數(shù)據(jù)傳輸，例如S7系統(tǒng)有CP342-5、CP343.5用于S7 -300。上位機(jī)可以使用PROFIBUS網(wǎng)卡，如CP5512/CP5611/CP5613等。S7 -200不支持FDL通信。FDL的數(shù)據(jù)傳輸通過通信處理器來完成，每一個通信處理器可以同時與多個主站建立通信連接，大多數(shù)通信處理器的大連接數(shù)為16個。

    3．FDL通信的實(shí)現(xiàn)

    主站和主站的FDL通信是通過調(diào)用發(fā)送和接收功能塊實(shí)現(xiàn)的，通信的雙方一方調(diào)用功能塊發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方必須調(diào)用功能塊接收數(shù)據(jù)。FDL可以實(shí)現(xiàn)SDA（發(fā)送數(shù)據(jù)確認(rèn)）、SDN（發(fā)送數(shù)據(jù)無確認(rèn)）、自由第2層、多點(diǎn)通信和廣播通信功能。使用FDL通信只需要掌握兩點(diǎn)就可以靈活應(yīng)用：一是PROFIBUS站地址；二是LSAP（連接服務(wù)訪問點(diǎn)）用于通信處理器的發(fā)送和接收。

    4．FDL通信的網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)例

    (1)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。在STEP7中建立項(xiàng)目DP_Test_02，加入兩個S7 -300站并命名為STATION1和STATION2，在硬件組態(tài)部分加入相應(yīng)的模塊，新建PROFIBUS-DP子網(wǎng)，為了使通信不產(chǎn)生干擾，將CP342-5的網(wǎng)絡(luò)操作模式設(shè)置為無DP（如圖8-14所示）。

    在STEP7界面上點(diǎn)擊“網(wǎng)絡(luò)組態(tài)”按鈕，進(jìn)入“NetPro”界面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，如圖8-15所示。

    在“NetPro”中，為PLC配置連接屬性。選中窗口中的STATION1，在下方的窗口中會出現(xiàn)一個空白的連接表，雙擊連接表的空白處建立一個新的連接，如圖8 -16所示。

    在彈出的“插入新連接”對話框中，將“連接伙伴”中的連接對象設(shè)為對方的CPU( S7-300 CPU)，將連接方式設(shè)為“FDL連接”，如圖8-17所示。

    這樣，在STATION1一側(cè)建立了一個與STATION2的連接，同時，在STATION2側(cè)也自動生成了一個與之相匹配的連接。如果在實(shí)際的系統(tǒng)中有多個站之間的通信則需要建立多個連接。

    (2)編程。要實(shí)現(xiàn)FDL的數(shù)據(jù)傳輸，需要調(diào)用特殊功能塊：FC5 AG_SEND（用于發(fā)送）和FC6 AG_RECV（用于接收）。

    由于OB1的循環(huán)周期較短，而OB35的循環(huán)周期為100ms（默認(rèn)值，可以修改），所以通常在OB1中調(diào)用接收塊FC6，在OB35中調(diào)用發(fā)送塊FC5。圖8-20和圖8-21是STATION1和STATION2分別向?qū)Ψ桨l(fā)送20B數(shù)據(jù)的程序。在程序中可以根據(jù)狀態(tài)字來判斷通信和連接的狀態(tài)。塊中的ID和LADDR就是連接屬性中的相應(yīng)值。

    (3)故障診斷。在通信過程中如果出現(xiàn)問題，可以通過CP模塊的診斷功能來進(jìn)行診斷。在CP模塊的屬性對話框中，選擇“診斷”標(biāo)簽頁，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，啟動診斷功能。

    如果通信發(fā)生故障，可以從以下幾點(diǎn)考慮進(jìn)行診斷：

    1)連線：在CP模塊的診斷畫面中可以讀出網(wǎng)絡(luò)上的所有站點(diǎn)，如果沒有讀出所有的站點(diǎn)，說明網(wǎng)線有問題或PROFIBUS接口有問題。

    2)連接的建立：所建立的連接是否正確、是否已下載，可以在診斷畫面中查看連接的狀態(tài)。

    3)編程：調(diào)用的FC塊是否正確，FC塊參數(shù)是否與組態(tài)的連接匹配，接收的數(shù)據(jù)區(qū)是否存在。利用CP模塊的診斷功能可以讀出發(fā)送和接收的報(bào)文包數(shù)，同時也可以監(jiān)控報(bào)文發(fā)送成功和失敗的包數(shù)。

    4)通過查看相應(yīng)FC塊的錯誤位和狀態(tài)字可以幫助我們判斷通信和連接的狀態(tài)。

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