遼寧西門子S7-200SMART模塊代理價(jià)格

PLC對繼電器控制系統(tǒng)的仿真原理

 開辟I/O映像區(qū)，用存儲程序控制替代接線程序控制，開創(chuàng)了PLC應(yīng)用于包括水力發(fā)電生產(chǎn)在內(nèi)的所有工業(yè)控制領(lǐng)域的新紀(jì)元。

    1．模擬繼電器控制的編程方法

    在一個(gè)電氣控制電路整體方案中，根據(jù)任務(wù)與功能的不同可明顯分出主電路（完成主攻任務(wù)的那部分電路，表象是大電流）和輔助電路（完成控制、保護(hù)、信號等任務(wù)的那些電路，表象是小電流），輔助電路又可分為控制電路、保護(hù)電路、信號電路等。務(wù)必注意：PLC用內(nèi)部的“軟繼電器”或稱“虛擬繼電器”替代輔助電路中的起控制、保護(hù)、信號作用的那些繼電器，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，而主電路部分基本保持不變并繼續(xù)使用已有的繼電器。

    由控制、保護(hù)、信號等輔助電路構(gòu)成的電氣控制系統(tǒng)可以分解為輸入、邏輯控制、輸出三個(gè)組成部分，如圖1-10所示。

    輸入部分由電路中各種輸入設(shè)備（如控制按鈕、操作開關(guān)、位置開關(guān)、傳感器）和全部輸入信號構(gòu)成，這些輸入信號來自被控對象上的各種開關(guān)量信息及人工指令。

    邏輯控制部分是按照控制要求設(shè)計(jì)的，由主令開關(guān)、繼電器、接觸器等電器及其觸點(diǎn)用導(dǎo)線連成具有一定邏輯功能的控制電路，各電器觸點(diǎn)之間以固定的方式接線，其控制邏輯就編制在硬接線中，這種固化的程序不能靈活變更，運(yùn)用PLC將予以克服。

    輸出部分是由各種輸出設(shè)備，如接觸器、電磁閥、指示燈等執(zhí)行元件組成的。

    PLC控制系統(tǒng)的基本組成也大致分為輸入、邏輯控制、輸出三部分，這與繼電器控制系統(tǒng)極為相似，如圖1-11所示。其輸入、輸出部分與繼電器控制系統(tǒng)的大致相同，所不同的是PLC中輸入、輸出部分多了輸入、輸出模塊，增加了光耦合、電平轉(zhuǎn)換、功率放大等功能。PLC的邏輯部分由微處理器、存儲器組成，由軟件替代繼電器構(gòu)成控制、保護(hù)與信號電路，實(shí)現(xiàn)“軟接線”或“虛擬接線”，可以靈活編程，這是PLC節(jié)能降耗之外的又一閃光點(diǎn)。

    從控制方式、控制速度、延時(shí)控制三個(gè)方面比較一下可編程序控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)。

    (1)控制方式。繼電器控制系統(tǒng)是采用“硬接線”實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制；PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱“軟接線”或“虛擬接線”。

    圖1-10    繼電器控制系統(tǒng)的組成

    圖1-11    PLC控制系統(tǒng)的組成

    (2)控制速度。繼電器控制系統(tǒng)邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制的，工作頻率低，為毫秒級，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動現(xiàn)象；PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，達(dá)微秒級，嚴(yán)格同步且無抖動。

    (3)延時(shí)控制。繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難；PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高、調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響。

    總之，PLC控制系統(tǒng)節(jié)能降耗、控制邏輯變化靈活，還具有數(shù)值運(yùn)算及過程控制等復(fù)雜的控制功能，是對電氣控制系統(tǒng)的嶄新超越。

    2．接線程序控制、存儲程序控制與建立PLC的I/O映像區(qū)

    接線程序控制就是按接線的程序反復(fù)不斷地依次檢查各個(gè)輸入開關(guān)的狀態(tài)，根據(jù)接線的程序把結(jié)果賦值給輸出。

    1946年，由具有“計(jì)算機(jī)之父”之稱的美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼( Neuman，John von，1903～1957年)提出“存儲程序控制”原理，其基本內(nèi)容是：①采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令；②將程序（數(shù)據(jù)和指令序列）預(yù)先存放在主存儲器中，使機(jī)器在工作時(shí)能夠自動高速地從存儲器中取出指令并加以執(zhí)行；③由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并規(guī)定了這五大部件的基本功能。

    上述馮·諾依曼思想實(shí)際上是電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的基本思想，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作方式，開創(chuàng)了程序設(shè)計(jì)的新時(shí)代。

    PLC的工作原理與接線程序控制十分相近，所不同的是PLC的控制由和計(jì)算機(jī)一樣的“存儲程序”來實(shí)現(xiàn)。首先在PLC存儲器內(nèi)開辟I/O映像區(qū)，I/O映像區(qū)的大小與系統(tǒng)控制的規(guī)模有關(guān)。對于系統(tǒng)的每一個(gè)輸入點(diǎn)總有輸入映像區(qū)的某一位與之對應(yīng)，對于系統(tǒng)的每一個(gè)輸出點(diǎn)總有輸出映像區(qū)的某一位與之對應(yīng)；系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)的編址號與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號相對應(yīng)。

    PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對應(yīng)的位上，將執(zhí)行用戶程序的運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對應(yīng)的位上。PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需“輸入繼電器”、“輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取自于I/O映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。I/O映像區(qū)的建立，使PLC工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存的信息狀態(tài)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也是只給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)。這樣不僅加速了程序執(zhí)行速度，而且還使CPU控制系統(tǒng)與外界隔離開來，提高了CPU的抗*力。同時(shí)，控制系統(tǒng)遠(yuǎn)離實(shí)際被控對象，為PLC硬件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
   PLC軟件和硬件相輔相成、缺一不可，共同構(gòu)成完整的PLC。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序（又稱系統(tǒng)軟件）和用戶程序（又稱應(yīng)用軟件）兩大部分組成。

    1．系統(tǒng)監(jiān)控程序

    系統(tǒng)監(jiān)控程序是每一臺PLC必須具有的部分，由PLC廠家編制，固化于PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)監(jiān)控程序由系統(tǒng)管理程序、系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、用戶指令解釋與編譯程序、信息傳送程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用等組成。

    (1)系統(tǒng)管理程序。系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)監(jiān)控程序中重要的部分，整個(gè)PLC的運(yùn)行都由它主管。

    1)運(yùn)行管理，控制PLC何時(shí)輸入、何時(shí)輸出、何時(shí)運(yùn)算、何時(shí)自檢、何時(shí)通信等，進(jìn)行時(shí)間上的分配管理。

    2)存儲空間管理，即生成用戶環(huán)境，由它規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)、存儲地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式和物理存放地址；將有限的資源變?yōu)橛脩艨芍苯邮褂玫闹T多元件，例如將有限的內(nèi)部時(shí)鐘擴(kuò)展為幾十個(gè)甚*百個(gè)用戶定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。通過這部分程序，用戶看到的不是實(shí)際機(jī)器存儲地址，而是按照用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排列的元件空間和程序存儲空間。

    3)系統(tǒng)自檢，包括各種系統(tǒng)出錯(cuò)自檢、用戶程序語法檢驗(yàn)，句法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。在系統(tǒng)管理程序的控制下，整個(gè)PLC就能有序地正確工作。

    (2)用戶指令解釋程序和編輯程序。任何計(jì)算機(jī)終都根據(jù)機(jī)器語言來執(zhí)行，而機(jī)器語言的編制又是非常麻煩的。在PLC中常采用梯形圖等語言來編程，而將其變?yōu)闄C(jī)器能識別的機(jī)器語言程序，就是指令解釋程序的任務(wù)。用戶指令解釋程序?qū)⑻菪螆D程序逐條翻譯成相應(yīng)的機(jī)器語言；用戶程序以內(nèi)碼的形式存儲于PLC中，這一步由編輯程序?qū)崿F(xiàn)，可插入、刪除、檢查、修改用戶程序，方便程序的調(diào)試。

    (3)標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用。這部分由許多獨(dú)立的程序塊組成，各自完成不同的功能，有些完成輸入、輸出功能，有些完成特殊運(yùn)算功能等。PLC的各種具體工作都是由這部分程序完成的。

    整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控程序是一個(gè)整體，通過改進(jìn)系統(tǒng)監(jiān)控程序，就可在不增加任何硬件設(shè)備的條件下改善PLC的性能。

    2．用戶程序

    用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用廠家提供的編程語言自行編制的應(yīng)用程序，使用時(shí)將其下載到CPU中，處理特定自動化任務(wù)所需要的所有功能。用戶程序線性地存儲在系統(tǒng)監(jiān)控程序的存儲區(qū)間內(nèi)，它的大容量也由系統(tǒng)監(jiān)控程序限制。

    在PLC的應(yīng)用中，重要的是用PLC的某種編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。PLC的編程和計(jì)算機(jī)程序的編程一樣，需要一個(gè)編程環(huán)境、一個(gè)程序結(jié)構(gòu)、一個(gè)編程方法。

    (1)用戶環(huán)境。用戶環(huán)境是由系統(tǒng)監(jiān)控程序生成的，包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序區(qū)、用戶存儲區(qū)、用戶參數(shù)、文件存儲區(qū)等。

    1)用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

    ●位數(shù)據(jù)，是一類邏輯量（1位二進(jìn)制），其值為“0”或“1”，它表示觸點(diǎn)的通、斷。

    觸點(diǎn)接通狀態(tài)為ON，觸點(diǎn)斷開狀態(tài)為OFF。

    ●字節(jié)數(shù)據(jù)，其位長為8位，其數(shù)制形式有多種形式。一個(gè)字節(jié)可以表示8位二進(jìn)制

    數(shù)、兩位十六進(jìn)制數(shù)、兩位十進(jìn)制數(shù)。

    ●字?jǐn)?shù)據(jù)，其數(shù)制、位長、形式都有很多形式。一個(gè)字可以表示16位二進(jìn)制數(shù)、4位

    十六進(jìn)制數(shù)、4位十進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制數(shù)通常用BCD碼表示，書寫時(shí)冠以B字符，例

    如B0111_1000_1111。實(shí)際處理時(shí)還可以用八進(jìn)制、ASC II碼的形式。由于對控制

    精度的要求越來越高，不少PLC開始采用浮點(diǎn)數(shù)，它*地提高了數(shù)據(jù)運(yùn)算的精度。

    ●混合型數(shù)據(jù)，即同一個(gè)元件既有位數(shù)據(jù)又有字?jǐn)?shù)據(jù)。例如T（定時(shí)器）和C（計(jì)數(shù)

    器），它們的觸點(diǎn)只有ON和OFF兩種狀態(tài)，是位數(shù)據(jù)，而它們的設(shè)定值和當(dāng)前值

    寄存器又為字?jǐn)?shù)據(jù)。

    2)用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)。用戶使用的每個(gè)輸入/輸出端，以及內(nèi)部的每一個(gè)存儲單元都稱為元件。各種元件都有其固定的存儲區(qū)（例如輸入/輸出映像區(qū)），即存儲地址。給PLC中的輸入/輸出元件賦予地址的過程稱為編址，不同的PLC輸入/輸出元件的編址方法不*相同。

    PLC的內(nèi)部資源，如內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)，不同的PLC之間也有一些差異。這些內(nèi)部資源都按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放在用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)，正確使用用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)的資源才能編好用戶程序。

    (2)用戶程序結(jié)構(gòu)。用戶程序結(jié)構(gòu)大致可分為三種：①線性程序，這種結(jié)構(gòu)是把一個(gè)工程分成多個(gè)小的程序塊，這些程序塊被依次排放在一個(gè)主程序中；②分塊程序，這種結(jié)構(gòu)是把一個(gè)工程中的各個(gè)程序塊獨(dú)立于主程序之外，工作時(shí)要由主程序一個(gè)個(gè)有序地去調(diào)用；③結(jié)構(gòu)化程序，這種結(jié)構(gòu)是把一個(gè)工程中的具有相同功能的程序?qū)懗赏ㄓ霉δ艹绦驂K，工程中的各個(gè)程序塊都可以隨時(shí)調(diào)用這些通用功能程序塊。

    用戶程序結(jié)構(gòu)化，易于程序的修改、查錯(cuò)和調(diào)試；塊結(jié)構(gòu)顯著地增加了PLC程序的組織透明性、可理解性和易維護(hù)性。

    3．編程軟件STEP 7-Micro/WIN

    STEP 7-Micro/WIN編程軟件是西門子公司為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。

    (1)基本功能。STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運(yùn)行的S7-200 PLC編程軟件，既簡單又能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)，創(chuàng)建、修改和編輯用戶程序，還可以設(shè)置PLC的工作方式和參數(shù)、安裝和下載用戶程序、監(jiān)控程序的運(yùn)行、進(jìn)行簡單的語法檢查、文檔管理等，適用于所有S7-200系列的PLC機(jī)型，支持STL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時(shí)切換，具有密碼保護(hù)功能。

    STEP 7-Micro/WIN提供軟件工具幫助用戶調(diào)試和測試程序，包括監(jiān)視S7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)、為S7-200運(yùn)行程序的掃描次數(shù)、強(qiáng)制變量值等。

    指令向?qū)Чδ馨ǎ?/span>PID自整定界面；PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)В粩?shù)據(jù)記錄向?qū)?；配方向?qū)А?/span>

    支持TD 200和TD 200C文本顯示界面(TD 200向?qū)?/span>)。

    (2)其他功能。①系統(tǒng)組態(tài)；②運(yùn)動控制；③創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序；④USS協(xié)議庫與Modbus從站協(xié)議指令；⑤使用配方和數(shù)據(jù)歸檔；⑥PID自整定和PID整定控制面板。

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