袁陽  15618597628
一. PLC的定義
    PLC問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC，并給PC作了如下定義：
“PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。”
    以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC標準的草案稿，第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義：
“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”
    總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。
二. PLC的特點                              
PLC的主要特點： 1、高可靠性；2、豐富的I/O接口模塊；3、采用模塊化結構；4、編程簡單易學；5、安裝簡單，維修方便
PLC的功能：1、邏輯控制；2、定時控制；3、計數(shù)控制；4、步進(順序)控制；5、PID控制；6、數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。7、通信和聯(lián)網(wǎng)；8、其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求
三、PLC的分類
1、小型PLC
    小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應用指令。
2、中型PLC
    中型PLC采用模塊化結構，其I/O點數(shù)一般在256~1024點之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，
    通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。
3、大型PLC
    一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。
四. PLC的基本結構
    PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，
1、中央處理單元(CPU)
    中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。
2、存儲器
    存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。
PLC存儲空間的分配
雖然各種PLC的CPU的大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：
（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)
（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）
（3）用戶程序存儲區(qū)
系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設備。
（1）I/O映象區(qū)：由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關量I/O占用存儲單元中的一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit）。因此整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。
（2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。
1）邏輯線圈
    與開關輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅動外設，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。 另外，不同的PLC還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。
2）數(shù)據(jù)寄存器
與模擬量I/O一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個字(16 bits)。 另外，PLC還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。
3）計時器
4）計數(shù)器
用戶程序存儲區(qū)
用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC，其存儲容量各不相同。
3、電源

    PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。

從上述概念可知，假如我們在線修改程序，被修改的塊存放在工作存儲器中，當把程序上載到編程器時，就從工作存儲器傳到編程器。由于斷電會導致RAM數(shù)據(jù)的丟失，所以假如要安全保存被修改的程序，就必須保存在FEPROM或硬盤上。
硬件組態(tài)和參數(shù)分配
一些概念：組態(tài)就是指在硬件組態(tài)的站窗口中分配機架、塊可分布式I/O，可從硬件目錄中選擇部件；參數(shù)分配就是建立可分配參數(shù)模塊的特性，例如啟動特性、保持區(qū)等；設定組態(tài)就是設定好的硬件組態(tài)和參數(shù)分配；實際組態(tài)指已存在的實際組態(tài)和參數(shù)分配，一般是在已裝配的系統(tǒng)中，從PLC的CPU中讀出來的。
組態(tài)過程：
啟動硬件組態(tài)：新建一個項目（PROJECT），選擇該項目，并插入（INSERT）一個站（STATION），在SIMATIC管理器中選擇硬件站（HARDWARE）雙擊OPEN即可，我們同時可以打開硬件目錄——VIEW-CATALOG，如果選擇標準硬件目錄庫，它會提供所有的機架、模塊和接口模塊。
產(chǎn)生硬件組態(tài)：主要選擇機架，指定模塊如何在機架擺放。具體是：
1、  在硬件目錄中打開一個SIMATIC300站的RACK-300（例如是300），雙擊或拖到左邊窗口。這樣在左邊的窗口中就出現(xiàn)兩個機架表：上面的部分顯示一個簡表，下面的部分顯示帶有定貨號、MPI地址和I/O地址的詳細信息。
2、  電源：雙擊或拖拉目錄中的“PS-300”模塊，放到表中的一號槽位上。
3、  CPU：從CPU-300的目錄中選擇你所配置的CPU，列入2號槽位。
4、  3號槽—一般接口模塊保留（用于多層組態(tài)），在實際配置中，如果這個位置要保留以后安裝接口模塊，在安裝時就必須插入一個占位模塊。
5、  信號模塊：從4號槽位開始多可以插入八塊信號模塊（SM卡），包括通訊處理器（CP）和功能模塊（FM）。

CPU——屬性包括通用屬性General（主要提供模塊的類型，位置和MPI地址—如果要把幾個PLC通過MPI接口組成網(wǎng)絡，每個CPU分配不同的MPI地址）；啟動項目START.UP（主要選擇三種啟動方式，HOT—從斷電時的語句，也就是程序斷電處開始，WARM—從頭，也就是程序步開始，COLD—冷啟動；監(jiān)視時間包括從模塊讀準備的信息時間和傳遞參數(shù)到模塊的時間；可保存數(shù)量Retentive Memory：用來指定當出現(xiàn)斷電或從STOP到RUN切換時需要保持的存儲器區(qū)域；循環(huán)/時鐘存儲器；保護功能（設定鑰匙權限和各種級別及口令）；診斷/時鐘。
保存下載及上傳：經(jīng)過上述設置以后，我們就可以保存、編譯、一致性檢查后，把設定組態(tài)下載到PLC中。當然，對實際運行的PLC，我們也可以通過上傳（Upload Station）把實際組態(tài)讀到編程器。
硬件診斷及組態(tài)中可能出現(xiàn)的問題：在SIMATIC管理器中可以用PLC-Diagnose Hardware來獲得PLC的診斷狀態(tài)。在實際組態(tài)過程中可能出現(xiàn)的問題是以下幾點：
1、  在S7-300中，組態(tài)中有空位置，此時組態(tài)不能編譯通過；
2、  不正確的CPU（例如：是CPU 315-2DP，不是CPU 314）此時組態(tài)不能下載；
3、  模擬量模塊分配到不正確的槽位置，此時CPU會因為參數(shù)分配錯誤進入STOP模式；
4、模擬量模塊不正確的測量范圍，導致模擬量模塊組態(tài)錯誤。
塊的編輯
STEP 7編程語言：LAD 梯形圖/FBD功能塊圖/STL語句表，更加豐富，更加靈活，但對初學者比較難以理解，當然某些語言不能用LAD表達。
塊編輯的啟動：選擇所需編程語言，雙擊打開需編輯的塊，如OB1或FC1等。當采用LAD或FBD編程語言時，可用工具條來插入簡單的程序文件，當采用STL，則可用在線幫助得到有關語言的語法和功能——HELP-Help on STL。
編程器組成：聲明表：屬于塊，為塊聲明變量和參數(shù)；代碼區(qū)：包含程序本身；編程元件：可選打開或關閉，內(nèi)容依賴于所選擇的編程語言，雙擊插入或拖拉插入。
VIEW菜單：可切換到另一種語言，并可實現(xiàn)LAD/FBD/STL之間的轉換，要知道，LAD/FBD轉換成STL的，在語句表中可能不是有效程序。而STL轉換成其他則不一定行，轉換不了的仍用語句表示，轉換過程絕不會丟失程序。
其他菜單由于篇幅較大，請好結合教材及軟件自己熟悉。
在討論調(diào)用塊前先介紹一下OB1塊——主循環(huán)塊，不能改名或刪除，它是由操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用，可以訪問其他的S7程序塊，它包括自身程序和其他塊的調(diào)用。所以，當我們編輯好一個塊以后，如FC1，為了讓新塊集成在CPU中的循環(huán)程序中，必須在OB1中調(diào)用。即在OB1中CALL F1。 子程序（新塊FC 1）執(zhí)行的條件有以下三個：已經(jīng)下載到PLC中，必須在OB1調(diào)用，PLC處于運行狀態(tài)。 下載到實際的PLC時，我們可以選擇所有塊或其中的一個或幾個，再Download到PLC中。
程序的執(zhí)行過程：當PLC得電或從STOP切換到RUN模式，CPU會執(zhí)行一次全啟動（使用OB100）在全啟動期間，操作系統(tǒng)清除非保持位存儲器、定時器和計數(shù)器，刪除中斷堆箋和塊堆箋，復位所有保存的硬件中斷，并啟動掃描循環(huán)監(jiān)視時間。
CPU的循環(huán)操作包括三個主要部分：CPU檢查輸入信號的狀態(tài)并刷新過程影象輸入表（PII..）；執(zhí)行用戶程序，也就是OB1中的程序及一些事件（中斷等）；把過程輸出影象輸出表（PIQ）寫到輸出模塊。上面所提到的PII/PIQ是CPU中特定的存儲器，用來保存輸入模塊/輸出模塊的信號，在用戶程序中檢查時，可以保證在一個掃描周期內(nèi)為同樣的信號狀態(tài)。
程序結構：上面曾經(jīng)提到過，一個比較簡單的程序，我們可以不用各種子程序塊（如FC.FB），而是直接把整個程序直接寫在一個塊上（通常是OB1主塊上），CPU逐條的處理指令，我們稱這種叫線形編程；而對稍微有點復雜的程序，我們可以把它分成幾個塊，每塊包含處理一部分任務的程序，在每一個塊中可以進一步分解、成幾個段，可以為相同類型的段生成段模塊，組織塊OB1包含按順序調(diào)用其他塊的指令，我們把這種方法叫分塊編程；另外，對可重復使用的功能裝入單個塊中，OB1（或其他塊）調(diào)用這些塊并傳遞相關參數(shù)，這種方法叫結構化編程。用戶塊（程序塊）包括程序代碼和用戶數(shù)據(jù)，在結構化程序中，一些塊循環(huán)調(diào)用處理，一些塊需要時才調(diào)用。程序塊共有組織塊（OB）、功能塊（FB）、功能（FC）、系統(tǒng)功能塊（SFB）和系統(tǒng)功能（FC）5種，其中系統(tǒng)塊是在CPU操作系統(tǒng)中預先定義好的功能和功能塊，這些塊不占用用戶程序空間。