貴州西門子PLC模塊代理

    西門子S7-300采用了模塊式結(jié)構(gòu)，主要由機(jī)架(RACK)、電源模塊(PS)、*處理單元模塊( CPU)、接口模塊(IM)、信號(hào)模塊(SM)、功能模塊(FM)和通信處理器(CP)等部分組成，如圖2-1所示。S7-300的模塊都有名稱，同樣名稱的模塊根據(jù)接口名稱和功能的不同，又有不同的規(guī)格，在PLC的硬件組態(tài)中，以定貨號(hào)為準(zhǔn)

    (1)*處理器單元模塊

    各種型號(hào)的CPU模塊有不同的性能，如有的CPU模塊集成了數(shù)字量和模擬量的I/O通道，有的CPU集成了PROFIBUS-DP的通信接口。CPU模塊面板上有狀態(tài)指示燈、模式轉(zhuǎn)換開關(guān)、24 V電源端子、電池盒和存儲(chǔ)卡插槽。

    (2)電源模塊

    電源模塊(PS)用于將220 V交流電轉(zhuǎn)換為24 V直流電，供給CPU和其他模塊使用。電源模塊的額定輸出電流有2A、SA和10A三種，電源模塊的面板上有工作開關(guān)和狀態(tài)指示燈，當(dāng)電源過載時(shí)指示燈會(huì)閃爍。

    (3)信號(hào)模塊

    信號(hào)模塊(SM)包括數(shù)字量和模擬量的I/O模塊，它們作為PLC的過程輸入和輸出通道。信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電量、熱電阻、直流4~20 mA和直流0～10 V等多種不同類型和不同量程的模擬量信號(hào)。信號(hào)模塊通過背板總線將現(xiàn)場(chǎng)的過程信號(hào)傳遞給CPU。

    (4)功能模塊

    功能模塊(FM)主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求較高的特殊控制任務(wù)，如計(jì)數(shù)器模塊、快速／慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊和超聲波位置解碼器等。

    (5)通信處理器

    通信處理器(CP)用于PLC與PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間、PLC與其他智能設(shè)備之間的通信，它可以將PLC連人PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線、AS-1現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對(duì)通信的編程工作。

    (6)接口模塊

    接口模塊(IM)用于組成多機(jī)架系統(tǒng)時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7 -300通過主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，多可以配置32個(gè)信號(hào)模塊．功能模塊和通信處理器（需要相應(yīng)的CPU支持）。

    (7)機(jī)架

    機(jī)架（導(dǎo)軌）由不銹鋼制作，用于進(jìn)行物理固定。

  (1)建立I/O映像區(qū)

    在PLC存儲(chǔ)器內(nèi)開辟了I/O映像區(qū)。I/O映像區(qū)的大小由PLC的程序決定，對(duì)于系統(tǒng)的一個(gè)輸入點(diǎn)總有輸入映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)。對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)輸出點(diǎn)都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)I/O點(diǎn)的編址號(hào)與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號(hào)相對(duì)應(yīng)。PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，將運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對(duì)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在工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)的地址單元所存儲(chǔ)的信息狀態(tài)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)，這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且還使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗*力，同時(shí)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)離實(shí)際控制對(duì)象，為硬件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

    (2)循環(huán)掃描工作方式

    PLC控制任務(wù)的完成是在其硬件的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)和計(jì)算機(jī)相同。但計(jì)算機(jī)與PLC的工作方式有所不同。計(jì)算機(jī)一般采用等待命令工作方式，如常見的鍵盤掃描或I/O掃描方式，當(dāng)鍵盤按下或I/O口有信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生中斷，轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序。而PLC確定了工作任務(wù)，裝入了程序成為一種機(jī)，它采用循環(huán)掃描的工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及用戶程序的執(zhí)行都通過循環(huán)掃描的方式來完成。

    PLC加電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，一直在周而復(fù)始地進(jìn)行巡回掃描，執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。即對(duì)整個(gè)程序采用巡回執(zhí)行的工作方式，就是說用戶程序的執(zhí)行不是從頭到尾只執(zhí)行一次，而是執(zhí)行一次以后，又返回去執(zhí)行第二次、第三次……直到停機(jī)。因此，PLC可以被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。PLC的工作過程如圖1-9所示。

    ①內(nèi)部處理。在該內(nèi)部處理階段，CPU檢測(cè)主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的I/O模塊的狀態(tài)。在RUN方式下，還檢測(cè)用戶程序存儲(chǔ)器。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)信息。如果診斷正常，則繼續(xù)向下掃描。

  ②通信處理。在CPU通信處理階段，CPU自動(dòng)監(jiān)測(cè)并處理各通信接口接收到的任何信息，即檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、顯示器、打印機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)的處理。在通信處理階段完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。

    ③執(zhí)行用戶程序。PLC在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都要執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行用戶程序時(shí)，是以掃描的方式按順序?qū)φZ句進(jìn)行逐條掃描處理的，掃描一條執(zhí)行一條，并把運(yùn)算結(jié)果存人輸出映像區(qū)的對(duì)應(yīng)位中。

    ④輸入、輸出信息處理。PLC在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都要進(jìn)行輸入、輸出信息處理。以掃描的方式把外部輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)；將運(yùn)算處理后的結(jié)果存人輸出映像區(qū)，直至傳送到外部被控設(shè)備。

    PLC周而復(fù)始地巡回掃描，執(zhí)行上述過程，直至停機(jī)。

    (3)用戶程序的掃描過程

    PLC的工作過程與CPU的操作方式有關(guān)。CPU有兩種操作方式：STOP方式和RUN方式。在掃描周期內(nèi)，STOP方式和RUN方式的主要差別在于：RUN方式執(zhí)行用戶程序，而STOP方式不執(zhí)行用戶程序。PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。

    ①輸入采樣階段。PLC用掃描方式把所有輸入端的外部輸入信號(hào)的通／斷(ON/OFF)狀態(tài)一次寫入到輸入映像寄存器（或稱輸入狀態(tài)寄存器）中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。這一過程稱為采樣。在本周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且這個(gè)采樣結(jié)果在CPU執(zhí)行程序時(shí)被使用。在程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入映像寄存器與外界隔離，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)隨之改變。輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)，只是在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才能被讀入。也就是說，在輸入采樣階段采樣結(jié)束之后，無論輸入信號(hào)如何變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新狀態(tài)（或信息）。

    ②程序執(zhí)行階段。PLC按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映像寄存器、內(nèi)部元件寄存器（內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）和輸出映像寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在整個(gè)程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端口上。這就是說，反映各輸出元件狀態(tài)的輸出元件映像寄存器所儲(chǔ)存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化，當(dāng)所有程序全部執(zhí)行完畢后，輸出元件映像寄存器的內(nèi)容后就固定下來。

    這里要充分注意，當(dāng)執(zhí)行控制程序時(shí)，如果程序要求某個(gè)輸出繼電器動(dòng)作，此時(shí)這個(gè)動(dòng)作要求并沒有直接實(shí)時(shí)地傳送到該繼電器，而只是將輸出映像寄存器中代表該繼電器的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置為“1”，等待所有程序段都執(zhí)行完畢后，才將全部程序執(zhí)行后產(chǎn)生的輸出結(jié)果（輸出映像寄存器的內(nèi)容）一次送到輸出鎖存器。PLC的這種工作方式同一般單純用硬件組成的控制電路或由控制計(jì)算機(jī)組成的控制電路是不同的。

    ③輸出刷新階段。當(dāng)所有的用戶程序執(zhí)行完后，PLC將元件映像寄存器中的輸出元件（即輸出繼電器）的狀態(tài)（此狀態(tài)存放在對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器中）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存寄存器中，經(jīng)過輸出模塊隔離和功率放大，轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接收的電壓或電流信號(hào)后，再去驅(qū)動(dòng)被控制的用戶設(shè)備（即外部負(fù)載）。

    PLC重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間即為一個(gè)掃描周期，用符號(hào)T表示。PLC在一個(gè)掃描周期中，輸入掃描和輸出刷新的時(shí)間一般為4 ms左右，而程序執(zhí)行時(shí)間可因程序的長(zhǎng)度不同而不同。PLC的一個(gè)掃描周期一般在40～100 ms。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)短有關(guān)。

    PLC工作的主要特點(diǎn)是輸入信號(hào)集中批處理、執(zhí)行過程集中批處理和輸出控制集中批處理。PLC的這種“串行”工作方式，可以避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問題，并增強(qiáng)系統(tǒng)抗*力。由于干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，只要PLC不是正好工作在輸入刷新階段，就不會(huì)受到干擾的影響。因此，瞬間干擾所引起的誤動(dòng)作將會(huì)大大減少，從而增加了系統(tǒng)的抗*力。這是PLC可靠性高的原因之一，但是這種工作方式對(duì)于要求快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)引起輸入在時(shí)間上的滯后，這也是PLC的缺點(diǎn)之一。

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