128Byte是外围设备输出存储区(PQ)的前128Byte的映像。CPU在写输出时,可以将数据直接输出到外部输出存储区(PQ),也可以将数据传送到输出映像,在CPU循环扫描更新输出状态时,将输出映像的值传送到物理输出。们组成结构化的用户程序。PLC的控制程序组织明确、结构清晰,且易于修改。
通常用户程序是由组织块(OB)、功能块(FB)、功能(FC)和数据块(DB)等构成的,各种文件块的功能
绝对地址是STEP 7分配给各个数据存储单元的标识符,它是由除了OB1,操作系统可以调用其他的OB以响应确定事件。其他可用的OB随所选用CPU的性能和控制过程的要求而定。
功能块(FB)和功能(FC)实际是用户子程序。功能块(FB)有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的背景数据块(Instance Data Block,IDB)附属于该功能块,并随着功能块的调用而打开,随着功能块的结束而关闭。存放在背景数据块中的数据满足要求,因此,我们采用对整个程序巡回执行的工作方式,也称巡回扫描。这就是说,用户程序的执行不是从头到尾只执行一遍,而是执行完一次之后,又返回去执行第二次、第三次……直到停机。如果程序的每条指令执行得足够快,整个程序的长度有限,使得执行一次程序所占用的时间足够短,短到足以保证变量条件不变,那么
根据存放信息的性质不同,在PLC中常使用的存储器的类型如下所述。
(1)只读存储器ROM。只读存储器的内容由PLC制造厂家写入,并永久固化,PLC掉电后,ROM中内容不会丢失。用户只能读取,不能改写。因此,ROM常用于存放系统程序。除了ROM,还有可擦写、可编程的只读存储器EPROM、E2PROM。
(2)随机存储器RAM。又称可读/写存储器。信息读出时,RAM中的内容保持不变;写入时,新写入的信息覆盖原来的内容。它用来存放既要读出,又可以写入的内容。因此,RAM常用于存储用户程序、逻辑变量和其他一些信息。掉电后,RAM中的内容不再保留,为了防止掉电后,RAM中的内容丢失,PLC使用锂电池作为RAM的备用电源,在PLC掉电后,RAM由电池供电,保持RAM中的信息不消失。3)输入/输出接口(I/O模块) 输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间的连接通道。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O模块按照信号的形式分为开关量输入(DI)、开关量输出(DO)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO),按照供电形式可分为直流型和交流型、电压型和电流型,按功能可分为基本I/O模块和特殊I/O模块。下面介绍基本I/O模块。用设备引进了不少PLC。此后,在传统设备改造和新设备设计中,PLC的应用逐年增多,并取得显著的经济效益,PLC在我国的应用越来越广泛,对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前,我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC,如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。
从近年的统计数据看,在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首,而且市场需求量一直以每年15%的速度上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,并将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体的新型工业控制装置,其功能日益强大,性价比越来越高,已经成为工业控制领域的主流设备,并与/CAM、机器人技术一起,被誉为当代工业自动化的三大支柱,广泛应用在电气控制、网络通信、数据采集等多个领域。
国际电工委员会(IEC)在1987年颁布的PLC标准草案第三稿中,对PLC做了以下定义:“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备都应按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”2.PLC的产生
在PLC诞生之前,工业控制领域中的过程控制主要采用具有硬接线特征的继电器控制系统。当生产系统进行升级改造时,需要对整个继电器控制装置进行重新设计和安装,导致费时、费工、费料,甚至阻碍了更新周期的缩短。在20世纪60年代,美国通用汽车(GM)公和采集由电位器、测速发电机和各种变送器等送来的连续变化的模拟量输入信号和向调节阀、调速装置输出模拟量的输出信号。模拟量输入模块将各种满足IEC标准的直流信号(如 4~20mA、1~5V、-10~+10V、0~10V)转换成 8、10、12 或 16 位的二进制数字信号,送给CPU进行处理;模拟量输出模块将CPU的二进制信号转换成满足IEC标准的直流信号,提供给执行机构。
① 模拟量输入单元。其内部结构框图从图中可知,它的每一路输入端子都有电压输入和电流输入两种,用户可以通过开关设定、跳线的不同接法来选择使用哪种输入方式。模拟量输入单元主要完成将模拟量输入信号通过A/D转换器转换为二进制数字量的功能。以12位二进制数据为例来说明模拟量输入信号与A
电源部件用来将外部供电电源转换成供PLC的CPU、存储器、I/O接口等电子电路工作所需要的直流电源,使PLC能正常工作。它既可以使外挂的,也可以是内置的。
PLC的电源部件有很好的稳压措施,因此对外部电源的要求不高。直流24V供电的机型,允许电压为16~32V;交流供电的机型,允许电压为85~264V,频率为47~53Hz。
一般情况下,交流供电的PLC还为用户提供24V直流电源作为输入电源或负载电源。
1.2.2 PLC的输入/输出单元在FB块结束时继续保持,也即被“记忆”。功能FC没有背景数据块,当FC完成操作后数据不能保持。S7系列的CPU还提供标准系统功能块(SFB、SFC),它们是预先编好的,经过测试集成“字母+数字”构成的。如I 0.0、Q 4.2、M 10.0等。对于绝对地址,用户只可使用,不可改变,但用户可以根据需要给绝对其中,OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面,用于控制程序的运行。根据操作系统调用的条件(如时间中断、报警中断等)OB可以分成几种类型,这些类型有不同的优先级,高优先级的OB可以中断低优先级的OB。每个S7系列的CPU包含一套可编程序的OB(随CPU不同而不同),不同的OB执行特定的功能。OB1是主程序循环块,在任何情况下,它都是需要的。根据过程控制的复杂程度,可将所有程序放入OB1中进行线性编程,或将程序用不同的逻辑块加以结构化,通过OB1调用这些逻辑块。是一个STEP 7调用实例。地址赋予符号名,即符号地址。2.符号地址
符号地址是用户根据编程的需要,为了增加程序的可读性,对其所使用的绝对地址赋予的符号名。符号地址既可以用英文、德文表示,也可以用中文表示。用户对绝对地址定义符号地址的过程是在符号表中进行的,定义完成后,要保存才能生效。
对于用户定义的绝对地址,在程序中可以用符号地址的方式显示,增加了程序的可读性。当然,在程序中,地址是以绝对地址方式显示还是以符号地址的方式显示,是可以通过命令菜单来设置的。但前提必须是在符号表中已经定义过的相应的符号地址,否则,只能以绝对地址方式显示。符号地址并不会通过下载操作下载到CPU中,即CPU并不实际执行符号地址,CPU只执行绝对地址。
STEP 7软件推荐的安装运行环境为奔腾Ⅲ以上处理器及Windows2000、Windows NT或Windows XP专业版操作系统。其窗口设置、菜单功能和操作方式与其他流行的Windows应用软件完全一致,这里不再详细介绍。不仅提供功能,还将24V直流电压转换为5V直流电压,给所在机架的背板总线提供直流5V电源,供电电流不超过1.2A。所以,每个机架所能安装的模块数量除了不能大于8外,还要受到背板总线5V电源供电电流的限制,即每个机架上各模块消耗的5V电流之和应小于该机架最大的供电电流。2.S7—300系统模块地址的分配
根据机架上模块的类型,地址可以为输入(I)或输出(O)。数字I/O模块每个槽划分为4Byte(32bit等于32个I/O点)。模拟I/O模块每个槽划分为16Byte(等于8个模拟量通道),每个模拟量输入通道或输出通道的总是一个字(2Byte)地址。在机架0的第一个信号模块槽(槽位4)的地址为0.0~3.7,一个16bit的输入模块只占用0.0~1.7,地址2.0~3.7未用。
的S7—300系统,它的数字I/O默认地址分配如表1-3所示,模拟I/O默认地址分配如
S7—300扩展系统数字I/O默认地址
为两个机架构成的扩展系统例子,4块信号模块分别安装在两个机架上。数字量输入模块SM321装在机架0的槽位4上,16bit数字量输入地址为0.0,0.1,…,0.7,1.0,1.1,…,1.7;模拟量输入模块SM331装在机架0的槽位5上,4路模拟量输入字地址为272,274,276,278;数字量输出模块SM322装在机架1的槽位4上,16bit数字量输出为32.0,32.1,…,32.7,33.0,33.1,…,33.7;模拟量输出模块SM332装在机架1的槽位5上,4路模拟量输出字为400,402,404,406
在一个程序处理周期开始时,可编程序控制器会首先查询控制器所有被占用的数字输入端的信号状态。查询所得的逻辑信号(“0”或“1”)将作为“输入过程映像模块的前连接器上。特别指出的是,其模拟量输入模块独具特色,它可以接入热电偶、热电阻、4~20mA电流、0~10V电压等18种不同的信号,输入量程范围很宽。
5)功能模块FM主要用于实时性强、存储计数量较大的过程信号处理任务。例如,快给进和慢给进驱动定位模块FM351、电子凸轮控制模块FM352、步进电机定位模块FM353、伺服电机位控模块FM354、智能位控制面模块SINUMERIKFM-NC等。
通信处理器是一种智能模块,它用于PLC间或PLC与其他装置间联网实现数据共享。例如,具有RS-232C接口的CP340,与现场总线联网的CP342-5DP等。
1.2.2 系统扩展和模块地址的确定1.S7—300系统的扩展
S7—300是模块化的组合结构,根据应用对象的不同,可选用不同型号和不同数量的模块,并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。与CPU312IFM和CPU313配套的模块只能装在一个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外,一个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块。
CPU314/315/315-2DP最多可扩展为4个机架,IM360/IM361接口模块将S7—300背板总线从一个机架连接到下一个机架”存入内存。控制器在接下的接口可以直接与编程器PG、操作员面板OP和其他S7可编程序控制器相连接。
图1-5 S7—300 PLC系统构成
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