湖南省西門子PLC模塊中國授權(quán)供應(yīng)商

在程序或中斷程序的執(zhí)行過程中，當(dāng)指令中涉及數(shù)字量輸入、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運算，將數(shù)字量輸出的運算再存入輸出映像寄存器，并立即刷新I/O指令允許直接訪問物理輸入與輸出。
如果在程序中使用子程序，則子程序作為程序的一部分存儲，當(dāng)由主程序、另一個子程序或中斷程序調(diào)用時，則執(zhí)行子程序。如果在程序中使用了中斷，與中斷事件相關(guān)的中斷程序就作為程序的一部分被存儲。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來執(zhí)行，而是當(dāng)中斷事件發(fā)生時才執(zhí)行（可能在掃描周期的任意點）。
3．處理通信請求
在處理通信請求階段，S7-200 PLC處理從通信端口或智能I/O接口模塊接收到的任何信息。
4．執(zhí)行CPU自診斷程序
在執(zhí)行CPU自診斷程序階段，S7-200 PLC檢查CPU的操作、操作系統(tǒng)EEPROM、用戶程序存儲區(qū)以及I/O擴展模塊狀態(tài)是否正常。
5．寫入輸出
在每個掃描周期的結(jié)尾，CPU執(zhí)行寫入輸出階段，把存儲在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)寫入數(shù)字輸出點（模擬量輸出直接刷新，與掃描周期無關(guān)）。
因此，PLC在一個掃描周期內(nèi)，對數(shù)字量輸入狀態(tài)的采樣只在讀取輸入階段進(jìn)行，當(dāng)PLC開始執(zhí)行用戶程序后，輸入端將被，直到下一個掃描周期的讀取輸入階段才對輸入狀態(tài)重新采樣。在用戶程序中如果對數(shù)字量輸出多次賦值，只有最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在寫入輸出階段才將輸出狀態(tài)從輸出映像寄存器中輸出，在其他階段，輸出狀態(tài)一直保存在輸出映像寄存器中。對于沒有啟用濾波功能的模擬量輸入和模擬量輸出，是直接刷新到模塊的物理輸入和輸出，與掃描周期無關(guān)。
PLC的通信包括PLC之間的通信、PLC與上位計算機之間的通信以及和其他智能設(shè)備之間的通信。PLC之間通信的實質(zhì)就是計算機的通信，使得眾多的獨立的控制任務(wù)構(gòu)成一個控制工程整體，形成模塊控制體系。PLC與計算機連接組成網(wǎng)絡(luò)，將PLC用于控制工業(yè)現(xiàn)場，計算機用于編程、顯示和管理等任務(wù)，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)（DCS）。
1.1.1 通信的基本概念
（1）串行通信與并行通信
串行通信和并行通信是兩種不同的方式。
并行通信就是將一個8位數(shù)據(jù)（或16位、32位）的每一個二進(jìn)制位采用單獨的導(dǎo)線進(jìn)行傳輸，并將傳送方和接收方進(jìn)行并行連接，一個數(shù)據(jù)的各二進(jìn)制位可以在同一時間內(nèi)一次傳送。例如，老式打印機的打印口和計算機的通信就是并行通信。并行通信的特點是一個周期里可以一次傳輸多位數(shù)據(jù)，其連線的電纜多，因此長距離傳送時成本高。
串行通信就是通過一對導(dǎo)線將發(fā)送方與接收方進(jìn)行連接，傳輸數(shù)據(jù)的每個二進(jìn)制位，按照規(guī)定順序在同一導(dǎo)線上依次發(fā)送與接收。例如，常用的優(yōu)盤的USB接口就是串行通信。串行通信的特點是通信控制復(fù)雜，通信電纜少，因此與并行通信相比，。串行通信是一種趨勢，隨著串行通信速率的提高，以往使用并行通信的場合，現(xiàn)在完全或部分被串行通信取代，如打印機的通信，現(xiàn)在基本被串行通信取代，再如個人計算機硬盤的數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)在已經(jīng)被串行通信取代。
（2）異步通信與同步通信
異步通信與同步通信也稱為異步傳送與同步傳送，這是串行通信的兩種基本信息傳送方式。從用戶的角度上說，兩者最主要的區(qū)別在于通信方式的“幀”不同。
異步通信方式又稱起止方式。它在發(fā)送字符時，要先發(fā)送起始位，然后是字符本身，最后是停止位，字符之后還可以加入奇偶校驗位。異步通信方式具有硬件簡單、的特點，主要用于傳輸速率低于19.2kbit/s以下的數(shù)據(jù)通信。
同步通信方式在傳遞數(shù)據(jù)的同時，也傳輸時鐘同步信號，并始終按照給定的時刻采集數(shù)據(jù)。其傳輸數(shù)據(jù)的效率高，硬件復(fù)雜，成本高，一般用于傳輸速率20kbit/s以上的數(shù)據(jù)通信。
（3）單工、雙工與半雙工
單工、雙工與半雙工是通信中描述數(shù)據(jù)傳送方向的專用術(shù)語。
① 單工（Simplex）指數(shù)據(jù)只能實現(xiàn)單向傳送的通信方式，一般用于數(shù)據(jù)的輸出，不可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
② 全雙工（Full Simplex）也稱雙工，指數(shù)據(jù)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，同一時刻既能發(fā)送數(shù)據(jù)，也能接收數(shù)據(jù)。通常需要兩對雙絞線連接，通信線路成本高。例如，RS-422就是“全雙工”通信方式。
③ 半雙工（Half Simplex）指數(shù)據(jù)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，同一時刻，只能發(fā)送數(shù)據(jù)或者接收數(shù)據(jù)。通常需要一對雙絞線連接，與全雙工相比，通信線路。例如，RS-485只用一對雙絞線時就是“半雙工”通信方式。

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RS-485接口是在RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口，采用“平衡差分驅(qū)動”方式。RS-485接口滿足RS-422的全部技術(shù)規(guī)范，可以用于RS-422通信。RS-485接口通常采用9針連接器。
西門子PLC的PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信的物理層都是RS-485通信，而且都是采用相同的通信線纜和專用網(wǎng)絡(luò)接頭。西門子提供兩種網(wǎng)絡(luò)接頭，即標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接頭和包括編程端口接頭，可方便地將多臺設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，編程端口允許用戶將編程站或HMI設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，而不會干擾任何現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接。編程端口接頭通過編程端口傳送所有來自S7-200 CPU的信號（包括電源針腳），這對于連接由S7-200 CPU（例如SIMATIC文本顯示）供電的設(shè)備尤其有用。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接頭的編程端口接頭均有兩套終端螺釘，用于連接輸入和網(wǎng)絡(luò)電纜。這兩種接頭還配有開關(guān)，可選擇網(wǎng)絡(luò)偏流和終端。
PLC網(wǎng)絡(luò)中的名詞、術(shù)語很多，現(xiàn)將常用的予以介紹。
① 站（Station）在PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，將可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、連接外部輸入/輸出的物理設(shè)備稱為“站”。例如，由PLC組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每臺PLC可以是一個“站”。
② 主站（Master Station）PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接的系統(tǒng)控制站，主站上設(shè)置了控制整個網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，每個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只有一個主站，主站號的固定為“0”，站號實際就是PLC在網(wǎng)絡(luò)中的地址。
③ 從站（Slave Station）PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，除主站外，其他的站稱為“從站”。
④ 遠(yuǎn)程設(shè)備站（Remote Device Station）PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，能同時處理二進(jìn)制位、字的從站。
⑤ 本地站（Local Station）PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，帶有CPU模塊并可以與主站以及其他本地站進(jìn)行循環(huán)傳輸?shù)恼尽?br>⑥ 站數(shù)（Number of Station）PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，所有物理設(shè)備（站）所占用的“內(nèi)存站數(shù)”的綜合。
⑦ 網(wǎng)關(guān)（Gateway）又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)和路由器類似，不同的是互聯(lián)層。網(wǎng)關(guān)既可以用于廣域網(wǎng)互聯(lián)，也可以用于局域網(wǎng)互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計算機系統(tǒng)或設(shè)備。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器。例如AS-I網(wǎng)絡(luò)的信息要傳送到由西門子S7-200系列PLC組成的PPI網(wǎng)絡(luò)，就要通過CP243-2通信模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個模塊實際上就是網(wǎng)關(guān)。
⑧ 中繼器（Repeater）用于網(wǎng)絡(luò)信號放大、調(diào)整的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，能有效延長網(wǎng)絡(luò)的連接長度。例如，以太網(wǎng)的正常傳送距離是500m，經(jīng)過中繼器放大后，可傳輸2500m。由于存在損耗，在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導(dǎo)致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設(shè)計的。它完成物理線路的連接，對衰減的信號進(jìn)行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同。一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的媒體，但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)接工作。
⑨ 網(wǎng)橋（Bridge）網(wǎng)橋?qū)蓚€相似的網(wǎng)絡(luò)連接起來，并對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流通進(jìn)行管理。網(wǎng)橋的功能在延長網(wǎng)絡(luò)跨度上類似于中繼器，然而它能提供智能化連接服務(wù)，即根據(jù)幀的終點地址處于哪一網(wǎng)段來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和濾除。
⑩ 路由器（Router，轉(zhuǎn)發(fā)者）所謂路由就是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點移動到目標(biāo)地點的活動。一般來說，在路由過程中，信息至少會經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點。路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（Routing），這也是路由器名稱的由來。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的質(zhì)量。因此，在園區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)乃至整個Internet研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于地位，其發(fā)展歷程和方向，成為整個Internet研究的一個縮影。

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采用PLC控制運料小車，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)運行費用，控制系統(tǒng)連線簡單，控制速度快，可靠性及可維護性好。本章通過對運料小車的控制系統(tǒng)設(shè)計，引導(dǎo)讀者初步了解西門子S7-300/400系列PLC的硬件結(jié)構(gòu)、軟件開發(fā)平臺的構(gòu)成和操作系統(tǒng)設(shè)計的基本思想，并介紹西門子PLC基本控制指令和編程方法。
1.1 系統(tǒng)工藝及控制要求
在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。圖1-1所示為運料小車示意圖。
運料小車控制系統(tǒng)工藝要求如下。
① 按下開始按鈕，小車從起始位置 A 裝料。如果小車不在起始位置，則需要先讓小車運行到起始位置。
② 裝料時間為10s，10s后小車前進(jìn)駛向1號位，到達(dá)1號位后停8s卸料，卸料后小車返回。
③ 小車返回到起始位置A繼續(xù)裝料10s，10s后小車二次前進(jìn)駛向2號位，到達(dá)2號位后停8s卸料，卸料后小車返回起始位置A。
④ 開始下一輪循環(huán)工作。
⑤ 工作過程中若按下停止按鈕，需完成一個工作周期后才停止工作。
1.2 相關(guān)知識點
1.2.1 S7-300/400 PLC簡介
德國西門子公司是世界上研制和生產(chǎn)PLC的主要廠家，歷史悠久，技術(shù)雄厚，產(chǎn)品線覆蓋廣泛。S7系列PLC是在S5系列基礎(chǔ)上研制的，由S7-200、S7-300/400組成。
S7-300是模塊式的PLC，由電源模塊、CPU模塊、接口模塊、信號模塊、功能模塊、通信處理模塊等組成，安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，可以根據(jù)實際需要任意搭配。背板總線集成在模塊上，由安裝在模塊背后的總線連接器連接，除了CPU模塊和電源模塊，一個機架上最多可并排安裝8個模塊，系統(tǒng)自行分配各個模塊的地址
其中，PS 為電源模塊，為 PLC 提供 DC 24V 電源；CPU 模塊存儲并執(zhí)行用戶程序，為模塊背板總線提供 DC 5V 電源等；IM 為接口模塊，可進(jìn)行多層組態(tài)，實現(xiàn)不同導(dǎo)軌之間的總線連接；SM（DI）為數(shù)字量輸入模塊；SM（DO）為數(shù)字量輸出模塊；SM（AI）為模擬量輸入模塊；SM（AO）為模擬量輸出模塊；FM為功能模塊，可執(zhí)行如高速計數(shù)、定位控制、閉環(huán)控制等特殊功能；CP為通信處理器，可提供PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)、點對點等聯(lián)網(wǎng)接口。
① 電源模塊（PS）為所有模塊供電，分 DC 24V供電和交流供電兩個大類，額定電流有2A、5A、10A3種。比如PS305是直流供電模塊，PS307是交流供電模塊。
② CPU 模塊是決定整個控制系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，也是選型時的主要考慮。S7-300 有20 多種不同性能、檔次的型號可供選擇，以滿足不同等級和規(guī)模的控制要求。CPU模塊大致可以分為緊湊型、標(biāo)準(zhǔn)型、戶外型和其他特殊設(shè)計的型號
③ 接口模塊（IM）在多機架系統(tǒng)中連接主機架（CR）和擴展機架（ER）。裝在主機架上的接口為IM360，擴展機架上安裝IM361，如果只有兩個機架，并且肯定不會再擴展，則可以在主機架和擴展機架上安裝IM365，這是犧牲了擴展性的方案。
④ 輸入和輸出模塊都叫信號模塊（Signal Model），分為數(shù)字量模塊和模擬量模塊，有單獨處理輸入和輸出的型號，也有輸入和輸出合在一起的型號，其中數(shù)字量模塊又有直流量和交流量的區(qū)別。
⑤ 數(shù)字量輸入模塊SM321把現(xiàn)場信號數(shù)字化為S7-300內(nèi)部信號電平。這個過程有光電隔離和RC濾波，以抗干擾和誤觸發(fā)，輸入電流一般在毫安級。直流輸入模塊的延遲較短，是選型時的首選；交流輸入模塊則適用于惡劣環(huán)境，如油霧、粉塵的環(huán)境。
⑥ 數(shù)字量輸出模塊SM322把S7-300的內(nèi)部電平信號轉(zhuǎn)換成控制過程要求的外部電平，并作隔離和功率放大處理，輸出電流 0.5～2A。輸出開關(guān)器件有晶體管、晶閘管、繼電器 3種，所帶負(fù)載對應(yīng)直流負(fù)載、交流負(fù)載和交/直流兩用負(fù)載。
⑦ DI/DO 模塊 SM323 有8 點和16 點兩種型號，I/O 特性相同，額定電壓均為 DC 24V，輸出電路為晶體管，帶電子保護。