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潯之漫智控技術（上海）有限公司
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可編程控制器的軟硬件組成詳細介紹 可編程序控制器(Programmable Controller)原本應簡稱PC，為了與個人計算機專稱PC相區別，所以可編程序控制器簡稱定為PLC(Programmable Logic Controller)，但并非說PLC只能控制邏輯。PLC是專門針對工業應用設計的，自帶直觀、簡單并易于編程語言的工業現場控制裝置。 PLC的基本組成 PLC基本組成包括處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口(縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設備接口、擴展接口等)、外部設備編程器及電源模塊組成，見圖1。PLC內部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數據總線連接，外部則根據實際控制對象配置相應設備與控制裝置構成PLC控制。 圖1 PLC的基本組成 1. 處理器 處理器(CPU)由控制器、運算器和寄存器組成并集成在一個芯片內。CPU通過數據總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。 小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機，如8031、M68000等，這類芯片價格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機，如8086、96系列單片機等，這類芯片主要特點是集成度高、運算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。 CPU按照PLC內程序賦予的功能指揮PLC控制完成各項工作任務。 2. 存儲器 PLC內的存儲器主要用于存放程序、用戶程序和數據等。 1)程序存儲器 PLC程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在程序存儲器中，主要有程序、用戶指令解釋程序和功能程序與程序調用等部分。 程序主要控制PLC的運行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序將PLC的用戶指令轉換為機器語言指令，傳輸到CPU內執行；功能程序與程序調用則負責調用不同的功能子程序及其程序。 程序屬于需長期保存的重要數據，所以其存儲器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲器，該存儲器只能讀出內容，不能寫入內容，ROM具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲的內容。 EPEROM為可電擦除只讀存儲器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內容，可電擦除可編程只讀存儲器還有E2PROM、FLASH等。 2)用戶程序存儲器 用戶程序存儲器用于存放用戶載入的PLC應用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調試，所以稱為用戶調試程序，存可以隨機讀寫操作的隨機存取存儲器RAM內以方便用戶修改與調試。 通過修改與調試后的程序稱為用戶執行程序，由于不需要再作修改與調試，所以用戶執行程序就被固化到EPROM內長期使用。 3)數據存儲器 PLC運行中需生成或調用中間結果數據(如輸入/輸出元件的狀態數據、定時器、計數器的預置值和當前值等)和組態數據(如輸入輸出組態、設置輸入濾波、脈沖、輸出表配置、定義存儲區保持范圍、模擬電位器設置、高速計數器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態等)，這類數據存工作數據存儲器中，由于工作數據與組態數據不斷變化，且不需要長期保存，所以采用隨機存取存儲器RAM。 RAM是一種高密度、低功耗的半導體存儲器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過鋰電池供電，保持RAM中的內容。 3. 接口 輸入輸出接口是PLC與工業現場控制或檢測元件和執行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負載；繼電器輸出為有觸點輸出型電路，用于低頻負載。 現場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制，如限位開關、操作按鈕、選擇開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些轉換成CPU能夠接收和處理的。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制轉換成現場需要的強電輸出，以驅動電磁閥、器等被控設備的執行元件。 1)輸入接口 輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入，一類是由按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸頭等開關量輸入；另一類是由電位器、測速發電機和各種變換器提供的連續變化的模擬量輸入。 以圖2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構成濾波電路，濾波后的輸入經光耦合器T與內部電路耦合。當輸入端的按鈕接通時，光耦合器T導通，直流輸入被轉換成PLC能處理的5V電平(簡稱TTL)，同時LED輸入指示燈亮，表示接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。 圖2 直流輸入接口電路 濾波電路用以輸入觸頭的抖動，光電耦合電路可防止現場的強電進入PLC。由于輸入電與PLC內部電路之間采用光耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗能力?，F場的輸入通過光電耦合后轉換為5V的TTL送入輸入數據寄存器，再經數據總線傳送給CPU。 2)輸出接口 輸出接口電路向被控對象的各種執行元件輸出控制。常用執行元件有器、電磁閥、調節閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)、指示燈、數字顯示裝置和裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進行抗電隔離。 微電腦輸出接口電路一般由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數據總線將輸出送到輸出數據寄存器中，功率放大電路是為了適應工業控制要求，將微電腦的輸出放大。 3)其它接口 若主機單元的I/O數量不夠用，可通過I/O擴展接口電纜與I/O擴展單元(不帶CPU)相接進行擴充。 PLC還常配置連接各種設備的接口，可通過電纜實現串行通信、EPROM寫入等功能。 4. 編程器 編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調戶程序，用戶程序的執行，顯示PLC狀態、內部器件及的參數等。 編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進行聯機編程，適合小型PLC的編程及現場調試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進行脫機編程。 目前PLC制造廠家大都了計算機輔助PLC編程支持，當個人計算機安裝了PLC編程支持后，可用作圖形編程器，進行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計算機和PLC之間的通信接口實現用戶程序的雙向傳送、監控PLC運行狀態等。 5. 電源 PLC的電源將外部供給的交流電轉換成供CPU、存儲器等所需的直流電，是整個PLC的能源供給中心。PLC大都采用高的工作性好、抗能力強的開關穩壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化配置。 起保停電路及點動控制電路 在自動控制電路中，起動按鈕2，停止按鈕1和交流器KM組成了起動、保持、停止（簡稱起保停電路）典型控制電路。圖1-24是一個常用的簡單的控制電路。 起動時，合上隔離開關QS。引入三相電源，按下起動按鈕2，器KM的線圈通電，器的主觸頭閉合，電動機接通電源直接起動運轉。同時與2并聯的常開輔助觸頭KM也閉合，使器線圈經兩條路通電，這樣，當2復位時，KM的線圈仍可通過KM觸頭繼續通電，從而保持電動機的連續運行。這種依靠按器自身常開輔助觸頭而使其線圈保持通電的功能稱為自?；蜃枣i，這一對起自鎖作用的觸頭稱作自鎖觸頭。 要使電動機停止運轉，只要按下停止按鈕1，將控制電路斷開，器KM斷電釋放，KM的常開主觸頭將三相電源切斷，電動機停止運轉。當按鈕1松開而恢復閉合時，器線圈已不能再依靠自鎖觸頭通電了，因為原來閉合的觸頭早已隨著器的斷電而斷開了。 起保停電路實現了電動機的連續運行控制。但有些生產機械要求按鈕按下時，電動機運轉，松開按鈕時，電動機就停止，這就是點動控制。如圖1-25圖a所示。圖b、c是實現點動與連續運行的電路。
如客戶不知道型號，首先確定用哪個系列的PLC，如如客戶沒有確定用哪個系
列，就問客戶大概用多少點（如200點以內推薦200CN，200點以上推薦S7-300）。
確定哪個系列后再確定型號，如是S7-200CN系列，要確定客戶是訂購CPU還是IO模塊，如是CPU，首先確定是多少點數的CPU（看樣本），再確定為繼電器輸出（CPU可接220V交流電）還是晶體管輸出(CPU只能接24V直流電)，
如是IO模塊，也是確定多少點數，也分為繼電器輸出和晶體管輸出，問清客戶CPU是什么類型，IO模塊也選什么類型
CPU 312，用于小型工廠
CPU 314，用于對程序量和指令處理速率有額外要求的工廠
CPU 315-2 DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的工廠
CPU 315-2 PN/DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能
CPU 317-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的工廠
CPU 317-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能
CPU 319-3 PN/DP，用于具有較大容量程序量何組網能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能
下列緊湊型CPU 可以提供：
CPU 312C，具有集成數字量 I/O 以及集成計數器功能的緊湊型 CPU
CPU 313C，具有集成數字量和模擬量 I/O 的緊湊型 CPU
CPU 313C-2 PtP，具有集成數字量 I/O 、2個串口和集成計數器功能的緊湊型 CPU
CPU 313C-2 DP，具有集成數字量 I/O 、PROFIBUS DP 接口和集成計數器功能的緊湊型 CPU
CPU 314C-2 PtP，具有集成數字量和模擬量 I/O 、2個串口和集成計數、定位功能的緊湊型 CPU
CPU 314C-2 DP，具有集成數字量和模擬量 I/O、PROFIBUS DP 接口和集成計數、定位功能的緊湊型 CPU
下列技術型CPU 可以提供：
CPU 315T-2 DP，用于使用 PROFIBUS DP進行分布式組態、對程序量有中/高要求、同時需要對8個軸進行常規運動控制的工廠。
CPU 317T-2 DP，用于使用 PROFIBUS DP進行分布式組態、對程序量有高要求、又必須同時能夠處理運動控制任務的工廠
下列故障安全型CPU 可以提供：
CPU 315F-2 DP，用于采用 PROFIBUS DP 進行分布式組態、對程序量有中/高要求的故障安全型工廠
CPU 315F-2 PN/DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能
CPU 317F-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的故障安全工廠
CPU 317F-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能
CPU 319F-3 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的故障安全型 PLC程序的設計法 什么是PLC程序的設計法? 1、PLC程序的設計法 在PLC發展的初期，沿用了設計繼電器電路圖的來設計梯形圖程序，即在已有的些典型梯形圖的基礎上，根據被控對象對控制的要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調試和修改梯形圖，不斷地中間編程元件和觸點才能一個較為滿意的結果。這種沒有普遍的規律可以遵循，設計所用的時間、設計的與編程者的有很大的關系，所以有人把這種設計稱為設計法。它可以用于邏輯關系較簡單的梯形圖程序設計。 用設計法設計PLC程序時大致可以按下面幾步來進行：分析控制要求、選擇控制原則；設計主令元件和檢測元件，確定輸入輸出設備；設計執行元件的控制程序；檢查修改和完善程序。 2、設計法的特點 設計法對于一些比較簡單程序設計是比較奏效的，可以收到快速、簡單的效果。但是，由于這種主要是依靠設計人員的進行設計，所以對設計人員的要求也就比較高，特別是要求設計者有一定的實踐，對工業控制和工業上常用的各種典型環節比較熟悉。設計法沒有規律可遵循，具有很大的試探性和隨意性，往往需經多次反復修改和完善才能符合設計要求，所以設計的結果往往不很規范，因人而異。 設計法一般適合于設計一些簡單的梯形圖程序或復雜的某一局部程序（如手動程序等）。如果用來設計復雜梯形圖，存在以下問題： 1)．考慮不周、設計麻煩、設計周期長 用設計法設計復雜的梯形圖程序時，要用大量的中間元件來完成記憶、聯鎖、互鎖等功能，由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些問題。修改某一局部程序時，很可能會對其它部分程序產生意想不到的影響，往往花了很長時間，還得不到一個滿意的結果。 2)．梯形圖的可讀性差、困難 用設計法設計的梯形圖是按設計者的和習慣的思路進行設計。因此，即使是設計者的**，要分析這種程序也非常困難，較不用說維修人員了，這給PLC的和改進帶來許多困難。 西門子PLC S7-200支持的波特率和設備的缺省地址 數據通過網絡傳輸的速度是波特率，其單位通常是Kbaud或者Mbaud。波特率是指在給定時間內傳輸的數據是多少。例如，19.2Kbaud表示的1秒內傳輸19200位數據。在同一個網絡中通訊的器件必須被配置成相同的波特率，網絡波特率取決于連接在該網絡上的波特的設備。 下面是西門子PLC S7-200支持的波特率。 表1 S7-200支持的波特率 網絡 波特率 網絡 9.6K到187.5K 使用EM277 9.6K到12M 端口 1200到115.2K 在網絡中要為每一個設備一個的地址. 的地址可以確保數據發送到正確的設備或者來自正確的設備。S7-200支持的網絡地址為0到126。對于有兩個通訊口的S7-200，每一個通訊口可以有自己的站地址。 下面是西門子PLC S7-200設備的缺省地址。 表2 S7-200設備的缺省地址 S7-200設備 缺省地址 STEP7-Micro/WIN 0 HMI(TD200,TD或OP) 1 S7-200CPU 2